СПОСОБ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СУММАРНОЙ ЭНЕРГИИ СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, ПАДАЮЩЕЙ НА ЗДАНИЯ, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF MEASURING TOTAL SOLAR RADIATION ENERGY FALLING ON BUILDING, AND DEVICE FOR REALISING SAID METHOD

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для измерения энергии солнечного излучения, падающего на стены и кровлю здания, имеющего форму прямоугольного параллелепипеда.
Известен способ и устройство для определения теплопоступлений от солнечного излучения через световые проемы жилых зданий (ГОСТ 31168-2003 межгосударственный стандарт - здания жилые. Метод определения удельного потребления тепловой энергии на отопление п.4.2, 6.1, 6.9, 7.4, 8.3, 9.4 и Приложение В) - [1].
В данном способе предлагается четыре раза в сутки, а именно: в 6, 12, 18 и 24 часа, определять интенсивность солнечного излучения, падающего на горизонтальную поверхность с помощью пиранометра М-80М, установленного в незатененном месте. С помощью данного способа можно получить численные значения суммарной энергии солнечного излучения.
Недостатки данного способа заключаются в том, что в средних широтах поздней осенью и зимой в 6, 18 и 24 часа Солнце скрыто за линией горизонта и измерять энергию его излучения, падающего на горизонтальную площадку, не имеет смысла, так как она равна нулю. В этой связи теряет смысл пересчет средних сумм солнечного излучения с горизонтальной поверхности на вертикальную по таблице В.1 ГОСТ 31168-2003.
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении точности измерения энергии солнечного излучения, падающего на стены и кровлю зданий, имеющих форму прямоугольного параллелепипеда.
Указанная задача достигается благодаря тому, что в известном способе измерения энергии солнечного излучения, заключающемся в том, что измерение ведут во временном интервале с помощью пиранометра, согласно изобретению измерение ведут непрерывно в отношении каждой стены и кровли здания, и регистрируют через 5-10 секунд в течение всего периода наблюдений, а величину энергии солнечного излучения определяют по формуле
q=1000*V*k,
где
V - напряжение пиранометра, В;
2
k - коэффициент данного пиранометра, Вт/м*мВ.
После чего суммируют значения энергии солнечного излучения по каждой стене и кровле здания и получают величину солнечного излучения, падающего на всю поверхность здания.
Кроме того, для измерения энергии солнечного излучения, падающего на здания, предложено устройство, выполненное в виде крестовины из 6 трубок, закрепленных в центре под углом 90° друг к другу, причем четыре трубки расположены в горизонтальной плоскости с закрепленными на концах пиранометрами, а пятая с пиранометром на конце - вертикально. При помощи шестой трубки устройство устанавливают на опоре, кроме того, каждый пиранометр подключен к многоканальному автоматизированному измерительно-регистрирующему комплексу.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено предлагаемое устройство (схема), на фиг.2 связь предлагаемого устройства с измерительно-регистрирующим комплексом.
Предлагаемое устройство для измерения энергии солнечного излучения, падающей на здания, выполнено в виде крестовины 3, состоящей из шести трубок 2 и опоры 1. С одной стороны каждой трубки 2 нарезана стандартная резьба, соответствующая резьбе крестовины, с другой стороны нарезана резьба М14, соответствующая резьбе головки пиранометра 4. Четыре трубки 2, расположенные в горизонтальной плоскости, закрепляются на крестовине 3 с помощью резьбовых соединений под углом 90° к вертикальной оси. Верхняя и нижняя трубки 2 закрепляются вертикально. Верхняя трубка служит для закрепления головки пиранометра 4, расположенного в горизонтальной плоскости, а нижняя - для закрепления устройства на опоре 1. Снизу крестовины 3 имеется резьбовое соединение с опорой 1 при помощи резьбового фланца, расположенного вертикально, по вертикальной оси крестовины 3.
Предлагаемые способ и устройство работают следующим образом. Устройство монтируют на опору 1, выставленную вертикально с помощью отвеса в незатененном месте, например на кровле.
Для измерения используют пять чувствительных элементов пиранометра Янишевского М-80М, четыре из которых располагают в плоскостях, параллельных плоскостям вертикальных стен, а именно пиранометр СЗ (северо-запад), СВ (северо-восток), ЮВ (юго-восток), ЮЗ (юго-запад), а пятый - (горизонталь) в горизонтальной плоскости, параллельно кровле.
Каждый пиранометр подключают к многоканальному автоматизированному измерительно-регистрирующему комплексу, который записывает в память ЭВМ и показывает на дисплее энергию солнечного излучения, падающего на соответствующую стену здания в данный момент времени.
Предлагаемый способ измерения энергии солнечного излучения заключается в непрерывном измерении энергии солнечного излучения, падающего на каждую стену и кровлю здания в зависимости от времени суток и ориентации стены.
Энергия солнечного излучения по каждому направлению определяют по формуле
q=1000·V·k;
где V - значение напряжения, выдаваемого пиранометром, В;
2
k - коэффициент данного пиранометра, Вт/м·мВ;
2
2
Были проведены измерения с помощью предлагаемого способа и устройства. В таблице 1 представлен фрагмент измерения 16.07.2009, 14:05, отраженный на дисплее. Для того чтобы получить энергию солнечного излучения в указанное время по каждой стене, мы используем формулу и проводим подсчет энергии: q=1000·0,0041056·113=463,9328 Вт/м. Таким образом, солнечная энергия, падающая на здание за 1 секунду равна 463,93 Вт/м. Результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1.
Фрагмент таблицы результатов измерений 16.07.2009, 14:05
Направление
Горизонталь
ЮЗ (Юго-Запад)
СВ (Северо-Восток)
СЗ (Северо-Запад)
ЮВ (Юго-Восток)
Исходные данные по показаниям мультиметра V, мВ
0,0041056
0,0041079
0,0008324
0,0008404
0,0021967
Коэффициенты пиранометров k, Вт/м<sup>2</sup>*мВ
113
83,38
93,38
82,04
78,71
Энергия q, Вт/м<sup>2</sup>
463,9328
342,5167
77,72951
68,94642
172,9023
По завершении суточного интервала измерений проводим суммирование по каждой стене. Результаты представлены в таблице 2.
Таблица 2.
Итоговые результаты измерений, обработанные за 1 сутки.
Направление
Горизонталь
ЮЗ (Юго-Запад)
СВ (Северо-Восток)
СЗ (Северо-Запад)
ЮВ (Юго-Восток)
Энергия, кВт/м<sup>2</sup>
2513,545
1494,211
908,4945
800,1623
1625,331
Суммарная энергия солнечного излучения, кВт/м<sup>2</sup>
7341,744
Таким образом, предлагаемый способ повышает точность измерения.