太阳能热水器倾角的设计方案_赵芳玲

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1、DOI:10.13440/j.slxy.1674-0033.2009.02.007第23卷第2期商洛学院学报Vo1．23No．22009年4月JournalofShangluoUniversityApr.2009太阳能热水器倾角的设计方案赵芳玲(西安航空技术高等专科学校基础课部,陕西西安710077)摘要:通过研究太阳能热水器倾角与热效率的关系，运用光学定律，几何知识，首先计算出太阳能热水器的最优倾角。其次设计合理的太阳能热水器的倾角以解决用户夏天热水用不完，冬天热水又不够用的实际问题。最后确定了一年调节两次热水器倾角的最佳时间。此研究方案可以解决不同地区不同日期不同情况下的太阳能热水器倾角

2、的设计。关键词:太阳能热水器；最优倾角；热效率；太阳高度角中图分类号：TS652文献标识码：A文章编号：1674-0033(2009)02-0026-03当今社会，能源问题已成为制约人类社会可有一般性，适用很多地区，不妨设j地方的纬度持续发展的关键因素，能源生产与消费过程中导为θj，i天太阳直射点的纬度为δi，i，j地方i天的致的环境与生态的破坏造成了无法估量的社会正午太阳高度角（即太阳与用户所在地的连线和和人文灾难。况且地球上的有些能源也越来越水平面的夹角）为Hij：少，不能满足日益增长的经济发展的需要。在诸Hij=90°-

3、θj-δi

4、多的可再生新能源中，太阳能作为一种清洁、免则j地方i

5、天的热水器受热面与水平面夹角费的能源而广受人们的青睐，发展前景令人乐αij的最优值为：观，太阳能热水器更是进入了千家万户。目前存αij=90°-Hij在的问题是：热水器的生产厂家是否能够在新型即αij=

6、θj-δi

7、的热水器设计中考虑消费者所在地方的纬度和其中当地纬度与太阳直射点的纬度在同一四季的天气特点？是否能够设计一种可调节热水半球时δi取正值，在异半球时δi取负值。查相关器受热板角度的新型热水器？并且给出不同纬资料知，西安的纬度为34°10′N。度、不同时间段热水器受热板的最佳受热倾角，如图1所示：使用户可以自己随时调整受热板的角度，以便更受热面太阳光线好的采光采热，最大限度地利用太阳

8、能。1太阳能热水器的最优倾角Hij由物理学知识知道：热水器的受热面与太阳光线入射的方向垂直时，热水器与水平面的夹角αij水平面是此时热水器的最优受热倾角。由于太阳东升西落，各地区地理纬度的差异和四季的交替都会改图1热水器最优倾角示意图变太阳光的入射角度，使得热水器的最优受热倾由此可得：西安地区在一年中春分、秋分、夏角处在不断的变化过程中，这就决定了地球上的至、冬至这四天αi的最优值分别为：不同经纬度的地方在同一时刻的热水器的最优春分：α=34°10′-0°=34°10′受热倾角是不同的。由于人们现在还不可能做到夏至：α=34°10′-23°26′=10°44′时刻调整热水器的受热倾角，所以只

9、取中午太阳秋分：α=34°10′-0°=34°10′直射大地时刻的热水器的最优倾角作为该地该冬至：α=34°10′+23°26′=57°36′天的热水器的最优倾角，即忽略了不同经度对热2设计合理的太阳能热水器倾角水器的最优倾角的影响。为了使所研究的问题具现实生活中使用热水器的用户常常遇到这收稿日期：2009－02－09作者简介：赵芳玲(1966-),女,陕西西安人,西安航空技术高等专科学校基础课部副教授第2期赵芳玲:太阳能热水器倾角的设计方案27样的问题：夏天热水用不完，而冬天热水又不够户能使用的最大热水量为：190.94L，所吸收的热7用。这说明夏天热水器热效率过大，而冬天的则量为：3.2

10、0786×10J，而该用户够实际使用的热水7较小。很显然可以通过调整太阳能热水器的倾角量为：155L，其所吸收的热量为：2.6×10J，则冬季来改变其热效率，使冬夏都有充足的热水。该用户的热水器的倾角为：32°18′，夏季该用户设将水加热Q所需的热量与太阳强度q，热的热水器的倾角为38°45′。由以上分析可得，该水器的受热面积s，热水器利用太阳能的效率η，用户在这个用水量下，他的热水器的倾角，若由太阳高度角H，热水器受热面的倾角α和受热原先的角度调节到32°18′～38°45′之间，便可使时间t之间的关系式符合正弦函数，即得冬夏两个季节的热水都够用。Q=qsηtsin（H+α）显然为了解决用

11、户夏天热水用不完，冬天不考虑用户在夏天热水够用的情况下调节热够用的问题，应该调节太阳能热水器的受热角度。水器角度也能使得冬天热水够用，不妨设该用户如果用户不怕麻烦或是该太阳能热水器能够轻易的热水器在夏天的最大吸热量（当αij取最优值调节受热面角度，用户可以分别调节一下各个季时）为Qmax，节（特别是冬天）的热水器的受热角度，具体要看Qmax=qsηtsin（H0+α0）情况而定。如果夏天的热水很充裕，而冬天的