ке А. Угол высоты Солнца а — это угол в вертикальной плоскости между солнечным лучом и его проекцией на горизонтальную плоскость. Сумма a+z равна 90". Азимут Солнца о — это угол в горизонтальной плоскости мех<ду проекцией солнечного луча и направлением на юг. Азимут поверхности Пп измеряется как угол между нормалью к поверхности и направлением на юг.

Связь между дополнительными и основными углами устанавливается следующими уравнениями:

зенитный угол cosz=coso) coscp соаб+зшф sin б;

угол высоты Солнца а = 90—z, поэтому sina=cosz;

азимут Солнца sin a = sec а cos б sin to.

В солнечный полдень (w=0) а = 0 при q>>6 и а=?=я при(р<б.

Максимальный угол - высоты Солнца достигается в солнечный полдень при ш = 0, т. е. амакс=л/2—ф—б .

При пользовании приведенными формулами для северного полушария широта ср берется со знаком «+», а для южного — со знаком «—», склонение Солнца б имеет знак «-(-» для лета (от весеннего до осеннего равноденствия) и знак «—» в остальное время года. Угол со изменяется от О в солнечный полдень до 180° в полночь, при со<90° он имеет знак «+», а при со>90° — знак «—». Азимут Солнца а изменяется от О до 180°.

Угол падения солнечных лучей на произвольно ориентированную поверхность, имеющую азимут Оп и угол наклона к горизонту 3, определяется по формуле

cos i = sin р [cos б (sin ф cos cos ш -f sin sin со) —

— sin б cos Ф cos aj + cos p [cos б cos ф cos со + sin б sin ф],

где ф — широта; б — склонение Солнца; и—часовой угол Солнца.

Угол падения лучей на горизонтальную поверхность (Р=0)

cos I = Cos б cos ф cos со + sin 6 sin ф.

^ Угол падения лучей на вертикальную поверхность (р=90°)

cos i = cos б (sin ф cos Оц cos со -f + sin a„ sin со) — sin б cos ф cos a^.

Азимут вертикальной поверхности Оп в том случае, если она ориентирована на юг, равен 0°, на запад 90°, на

восток —90°, на север 180°. Подставляя эти знач1ения а„ в последнюю формулу, получаем выражения для угла падения лучей на вертикальную поверхность данной ориентации.

Для наклонной поверхности с южной ориентацией (ап==0°) имеем

cos i = sin (ф— Р) sin б + cos (ф — Р) cos б cos oi.

Для обеспечения улавливания максимального количества (за расчетный период) солнечной энергии коллектор обычно устанавливают в наклонном положении с оптимальным углом наклона к горизонту.

Среднемесячное дневное суммарное количество сол-нечно)! энергии, поступающей на наклонную поверхность солнечного коллектора, определяется по формуле

E„ = RE,

где Е — среднемесячное дневное суммарное количество солнечной энергии, поступающей на горизонтальную поверхность, МДж/(м^-дни); R — отношение среднемесячных дневных количеств солнечной радиации, поступающей на наклонную и горизонтальную поверхности.

Таблица 5. Среднемесячный коэффициент пересчета суммарного потока солнечной энергии с горизонтальной плоскости на поверхность коллектора. Широта 50" с. ш.

в табл, 5 даны значения отношения R среднемесячных потоков суммарной солнечной радиации, поступающей на наклонную и горизонтальную поверхности на одной широте (50° с. ш.), Это отношение представляет собой коэффициент пересчета количества солнечной энергии с горизонтальной плоскости на поверхность солнечного колектора с углом наклона к горизонту от 30 до 90° (вертикальное положение).

На количество солнечной энергии, поступающей на наклонную поверхность коллектора, оказывает влияние ориентация коллектора относительно южйого направления, характеризуемая углом между нормалью к плоскости КСЭ и южным направлением — азимутом коллектора йк. При ак=±15° среднегодовой приход солнечной энергии на поверхность солнечного коллектора по сравнению с южно ориентированным коллектором уменьшается всего на 2 %, а при ак=±40° — на 13 %, при этом наибольшее отклонение (25%) имеет место в январе — декабре и наименьшее (5 %) — в июне — июле.

Коэффициент пересчета количества солнечной энергии с горизонтальной поверхности на наклонную поверхность солнечного коллектора с южной ориентацией равен сумме трех составляющих, соответствующих прямому, рассеянному и отраженному солнечному излучению:

Ф 1 + COS Р1 — COS fi

Е 2 "^^ 2

где Ер — среднемесячное дневное количество рассеянного солнечного излучения, поступающего на горизонтальную поверхность, МДж/(м"-дни); Ер/Е — среднемесячная дневная доля рассеянного солнечного излучения; Rn — среднемесячный коэффициент пересчета прямого солнечного излучения с горизонтальной на наклонную поверхность; 3 — угол наклона поверхности солнечного коллектора к горизонту; р — коэффициент отражения (альбедо) поверхности Земли и окружающих тел, обычно принимаемый равным 0,7 для зимы и 0,2 для лета,

В табл, П1 приведены данные по поступлению суммарного и рассеянного солнечного излучения на горизонтальную поверхность для основных городов СССР., а более подробные данные содержатся в «Справочнике по климату СССР».

Среднемесячный коэффициент пересчета прящ).го сол-

нечного излучения для поверхности наклонного коллектора с южной ориентацией имеет вид

п

COS (ф — Р) COS 6 sin Юз.н -f Щ.а sin (ф ~ Р) sin д

,COS ф cos 6 sin Юз-Ь

180

щ sin ф sin i

где ф — широта местности, град; р — угол наклона коллектора к горизонту, град; б — склонение Солнца в средний день месяца, град,

Часовой угол захода (восхода) Солнца для горизонтальной поверхности

Из = arccos (— tg ф tg 6),

В качестве часового угла захода Солнца для наклонной поверхности с южной ориентацией принимают меньшую из двух величин: Мз или величину Юз.н, рассчитанную по формуле

созн = arccos [—tg (ф — Р) tg б].

Угол склонения Солнца б для среднего дня месяца рассчитывается по приведенной выше формуле.

Расход теплоты на отопление и горячее водоснабжение. Тепловую нагрузку отопления (Дж) для каждого месяца можно определить по формуле

где Ki — расчетный коэффициент теплопотерь для данного элемента ограждающих конструкций (стен, окон, потолка, пола), Вт/(м2-°С); Fi — площадь поверхности элемента ограждающих конструкций, м^; At — расчетная разность температур, °С; т — продолжительность расчетного периода, с; Qшнф — теплопотери, обусловленные инфильтрацией холодного воздуха, Дж; Q в.т — внутреннее тепловыделение от людей, оборудования, осветительных приборов, Дж.

Для многослойных стен и других элементов ограждения коэффициент теплопотерь равен

п

-1

где ав и «н — коэффициенты теплоотдачи для внутренней и наружной поверхностей стены, Вт/(м2-°С); б/

и Я; —толщина (м) и коэффициент теплопроводности [Вт/(м-°С)] слоя стены.

Средний расход теплоты (Дж) на горячее водоснабжение здания за расчетный период

<Зр,з = 1,2аСрр(/г.з —4.в)Л^я.

где N—число л^ителей; а — норма расхода воды на горячее водоснабжение жилых зданий на 1 человека в сутки, л/сут; ^х.в — температура холодной (водопроводной) воды, °С; Ср —удельная изобарная теплоемкость воды, равная 4190 Дж/(кг-°С); р — плотность воды, равная

a=W 60

цо л/чел вденй

420

Рис. 68. Номограмма для определения расходов теплоты н воды на горячее водоснабжение

1 кг/л; ^г.в — температура горячей воды, °С; п — число дней в расчетном периоде.

Тепловую нагрузку отопления и горячего водоснабжения за месяц можно записать как

~^ ^г.в"

Годовая тепловая нагрузка складывается из месячных величин:

На рис. 68 приведена номограмма для определения расходов горячей воды Уг.в (м^) и теплоты Qr-s (ГДж) за месяц или год в зависимости от числа жителей Л^, суточной нормы расхода воды а (л/дни) на 1 человека, разности температур АГ горячей и холодной воды, °С.

Приведем пример пользования номограммой. При суточной норме расхода воды 80 л/чел в день и разности температур воды Д7=30°С годовой расчетный расход теплоты Q°^^ для N=4 чел. равен 15ГДж/год, а для 40 чел. 150 ГДж/год, а расход воды 1350 м^/год.

17. РАСЧЕТ ПАССИВНЫХ ГЕЛИОСИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ

При разработке технического задания и эскизном проектировании пассивной гелиосистемы отопления учитываются самые общие ограничения, налагаемые на систему такими факторами, как географическое местоположение здания и его назначение, размеры здания, допустимая стоимость, располагаемые или необходимые материалы и т. п. Как правило, ведется эскизная проработка нескольких вариантов гелиосистемы, которая заканчивается выбором предпочтительного варианта. После этого ведется разработка детального проекта и принимаются решения относительно расположения, размеров комнат, ориентации здания, выбора материалов и уточнения всех размеров. В результате выполнения этой второй стадии проектирования получается вполне конкретная конструктивная разработка здания. Иногда на этой стадии разрабатываются конкурирующие варианты, например отличающиеся различными архитектурно-планировочными решениями или используемыми строительными материалами, с учетом экономических и теплотехнических факторов. Это та стадия проектирования, на которой при-