太陽(yáng)能小屋的優(yōu)化方案設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-06-11 02:11 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 日散射輻射可由水平面上月平均日總輻射折算得出[1][2]: （）其中, （） （） （）式中,為大氣透明指數(shù),為月平均日地外太陽(yáng)總輻射,為地外太陽(yáng)輻照度,為日長(zhǎng),為地理緯度,為日落時(shí)角,為日序.時(shí)均太陽(yáng)直射、地面散射輻射和總輻射存在下列關(guān)系[2][3]: （）其中, （） （） （）式中,、為輔助變量,為天頂角,為太陽(yáng)時(shí).太陽(yáng)時(shí)與北京時(shí)間的換算[1]關(guān)系為 ()轉(zhuǎn)換時(shí)考慮了兩項(xiàng)修正,第一項(xiàng)是地球繞日公轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)動(dòng)和轉(zhuǎn)速變化而產(chǎn)生的修正,時(shí)差以分為單位,可按下式計(jì)算 ()其中 ()式中,為所求日期在一年中的日子數(shù).（2）任意傾斜面上日均太陽(yáng)能輻射量的計(jì)算模型根據(jù)天空散射輻射各向異性模型,任意傾斜面上日均得熱量可按下式計(jì)算[1][4][5]. ()式中,分別為傾斜面和水平面上直射、散射日均得熱量；為傾斜面傾角；為地面反射率.傾斜面上直射光入射角按下式計(jì)算[1][7]: ()修正因子理論上可由下式計(jì)算[1][7]: （）其中 （）式中為當(dāng)?shù)氐乩砭暥?；為傾斜面方位角；為太陽(yáng)的赤緯角；和分別為傾斜面上的日落和日出時(shí)角；為水平面上的日落時(shí)角. 水平面上的日落時(shí)角和太陽(yáng)赤緯角分別由下式?jīng)Q定 （） （）為日序,. 各月代表日的日序[1][8]月 份各月第i天日序的計(jì)算式各月平均日*月的日序年的日序**1 月i17172 月31+i16473 月59+i16754 月90+i151055 月120+i151356 月151+i111627 月181+i171988 月212+i162289 月243+i1525310月273+i1528811月304+i1431812月334+i10344注:* 按某日算出大氣層外的太陽(yáng)輻射量和該月的日平均值最為接近,則將該日定為該月的平均日；**表中的日序沒(méi)有考慮閏年,對(duì)于閏年3月份之前的n要加1.（1）傾斜面處于正南方向?qū)τ趦A斜面朝向正南方向放置時(shí),方位角,可簡(jiǎn)化為下式[9]: （）其中 （）（2）傾斜面處于非正南方向?qū)τ诜钦戏较蚍胖玫腜V面板,傾斜面上的日出、日落時(shí)角視具體情況加以討論[7][9].(a) 當(dāng)時(shí),傾斜面上的日出、日落時(shí)角可表述為 （）(b) 當(dāng)時(shí),傾斜面上的日出、日落時(shí)角可表述為 （）其中 （）然而,對(duì)于或時(shí),和均為無(wú)窮大,出現(xiàn)奇點(diǎn),無(wú)法根據(jù)式()求出日出、,代入的結(jié)果的是一樣的,計(jì)算傾斜面上日出、日落時(shí)角公式改寫(xiě)為[10]: （）根據(jù)以上的不同方位傾斜面太陽(yáng)輻射量的計(jì)算模型可以通過(guò)求解出當(dāng)方位角時(shí)的最佳傾角.月份屋頂 (kWh/㎡天)東立面 (kWh/㎡天)南立面 (kWh/㎡天)西立面 (kWh/㎡天)一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一月十二月對(duì)小屋頂部前傾面架空式布局光伏電池的傾角計(jì)算下:太陽(yáng)能小屋的頂部前傾面相對(duì)于水平面的傾角,為小屋的最佳傾角,即為光伏電池安放支架與小屋頂部?jī)A斜面之間的夾角。在上述的求解中,已經(jīng)得出當(dāng)方位角時(shí)的最佳傾角,而 . 故:即:光伏電池安放支架與小屋頂部?jī)A斜面之間的夾角為:.據(jù)此,.光伏電池安放支架小屋頂部?jī)A面斜面 架空安放光伏電池的支架面在太陽(yáng)能小屋的設(shè)計(jì)中,在重新設(shè)計(jì)小屋時(shí),我們把小屋的頂部?jī)A角設(shè)計(jì)為34度.據(jù)太陽(yáng)高度角計(jì)算公式[11]其中,[12][12]式子中為太陽(yáng)高度角,為時(shí)角,為當(dāng)時(shí)的太陽(yáng)赤緯角,為當(dāng)?shù)氐木暥?大同的緯度為),為太陽(yáng)時(shí)（單位:小時(shí)）[12],為日期序號(hào)。分別算出夏至日和冬至日的太陽(yáng)高度角分別為在一年中,對(duì)于北半球,夏至日太陽(yáng)高度角最大,過(guò)了夏至日太陽(yáng)高度角逐漸減小,而冬至日太陽(yáng)高度角最小,過(guò)了冬至日太陽(yáng)高度角逐漸增大。,夏天天氣熱,窗戶(hù)只要滿(mǎn)足采光條件即可,故遮陽(yáng)板在夏天應(yīng)滿(mǎn)足照到窗的上沿。冬天天氣冷,除考慮采光條件外,還應(yīng)使陽(yáng)光全部照到室內(nèi),假設(shè)小屋前沿高度取3米。冬至日夏至日Hab3mc 遮陽(yáng)板與窗戶(hù)的設(shè)計(jì) ()解（）得:a=b=H=.根據(jù)建筑節(jié)能要求應(yīng)滿(mǎn)足窗墻比（開(kāi)窗面積與所在朝向墻面積的比值）南墻≤,屋頂最佳傾角取34度,由窗墻比的條件可以確定每個(gè)面安裝窗戶(hù)的最大面積,㎡、㎡、㎡、㎡.忽略墻的厚度,我們?cè)倏紤]窗地比（開(kāi)窗面積與房間地板面積的比值,可不分朝向）≥,我們考慮把門(mén)安裝在北面,。㎡即可。綜合以上條件,將太陽(yáng)能小屋的建筑設(shè)計(jì)如下圖:15m3m15m 太陽(yáng)能小屋透視圖3m3m3m2m 太陽(yáng)能小屋東立面圖15m3m 太陽(yáng)能小屋南立面圖3m3m3m2m 太陽(yáng)能小屋西立面圖15mS㎡ 太陽(yáng)能小屋北立面圖. 太陽(yáng)能光伏陣列的發(fā)電量單個(gè)光伏陣列的日均發(fā)電量可按下式計(jì)算 ()其中, ()式中,為光伏陣列的采光面積；為光伏電池上日均接收的太陽(yáng)輻射量；為光伏組件的光電轉(zhuǎn)換效率,為逆變器的逆變效率.單個(gè)光伏陣列年均發(fā)電量 ()式中,為第i個(gè)月的天數(shù),為第i個(gè)月的月平均日光伏陣列的發(fā)電量.將太陽(yáng)能小屋各個(gè)面上安裝的光伏陣列在有效工作壽命年限內(nèi)的發(fā)電量相加即可得到整個(gè)小屋外表面安裝太陽(yáng)能電池壽命期內(nèi)的發(fā)電量.,便可以計(jì)算出太陽(yáng)能小屋第一
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