Расчет поступления солнечной радиации для Московской области и других регионов

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Теперь, немного подготовившись, мы можем перейти к данным за март по Подмосковной. Для контроля, у нас есть данные для Махачкалы. Любопытно, что при почти одинаковой продолжительности дня в марте, разнице по широте почти 13 градусов (то есть, в полдень солнце в Махачкале почти на 13 градусов выше), и достаточно высокой прозрачности воздуха в Дагестане – почасовые данные для Подмосковной везде больше, чем для Махачкалы.
Что у нас есть из данных для Подмосковной:
- часовые суммы радиации (показаны горизонтальными пунктирами);
- данные срочных наблюдений (6:30 и 9:30 солнечного времени);
- указанное в справочнике среднее время восхода солнца на 15-е марта (для Подмосковной 6:08, для Махачкалы 6:04).
Все данные – средние за месяц, переведены в энергетическую освещенность (кВт/м2).

Что мы видим:
- данные за второй и последующие часы светлого времени суток вполне прилично ложатся на используемые отечественными учеными модели;
- данные срочных наблюдений в 6:30 лежат на кривой с коэффициентом С, имеющим значение примерно в 2 раза ниже, чем для последующих часов (что противоречит расчетам С. И. Сивкова, сделанных на тысячах реальных наблюдений, у него коэффициент растет);
- часовая сумма за первый час слишком высока для измеренного в 6:30 значения. Для примера, я нарисовал на графиках Подмосковной кривую (фиолетовый пунктир), которая могла бы дать нужную часовую сумму. Она заметно выше данных на 6:30 солнечного времени;
- соотношение срочных наблюдений и часовых сумм, для Подмосковной и Махачкалы, достаточно похоже (для Махачкалы получше). Видимо, здесь присутствует системный эффект обработки измерений для справочников.
Какие у нас варианты:
- признать, что данные для первого-второго часа наблюдений завышены (причем, не для одной станции, а для диапазона широт). Можно было бы попробовать скорректировать их к «разумным» значениям, с уменьшением месячных и годовых сумм. Не имея полной информации по методике подготовки данных для справочников, я бы этого делать не стал.
- не обращая внимания на данные срочных наблюдений, модифицировать алгоритм интерполяции так, чтобы, на этих завышенных утренних данных, он не давал «гребней» и вогнутых кривых. Вроде бы, у меня это получилось. Осталось реализовать эту модификацию алгоритма не для кривой от одной переменной, а для поверхности от двух переменных, и посмотреть, что получится.

 

"Это норма" (С) Доктор Малышева) ​

Я уже привык считать, что народ у нас самый читающий, но и самый скромный У меня есть довольно большая тема (про дом из минибруса, с наружным утеплением), ей уже пару лет, больше 50 тысяч просмотров. Вполне бывает так, что за 3-5 тысяч просмотров (по статистике, это 300-500 реальных участников Форума) - никакой реакции. Ни "спасибо", ни плюс, ни минус, ни "десятка", ни "кол" в оценку. Ни, тем более, какого-то вопроса. Вообще, никакой реакции. Почитали, и дальше пошли. Кто-то добавит в "Избранное". Временами, заглянет какая-нибудь энергичная дама (у дам, где-нибудь в "петуниях", принято говорить спасибо), добавит пяток "спасибо" - и снова тишина.
Я вот вижу, что самый первый калькулятор потихоньку загружают, а последующие (на мой взгляд - более интересные) - не берут. Лень. До них еще надо добраться, пробравшись через Ваши же посты про конкретные результаты расчетов.
В общем, все обычно. К тому же, лучше один осмысленный вопрос, чем десяток "технических"

 

Да тут все проще. Тут довольно сложная и специфичная тема. Вот я немного почитал, вроде все всегда на лету схватываю, а тут на 3 странице вообще потерялся. Перелистнул выводы почитать, а их нет. Данные, промежуточные выводы, опять данные и рассчеты. А мне бы практично. Что бы осмыслить и к делу прикрутить, а неполучается...

 

@Энергогетик, Да, тут, скорее, рассказ в стиле отчета о долгой-долгой стройке, урывками, после работы и по выходным «13 мая – снимаем плодородку под фундамент, 8 июня – начинаем делать опалубку, 13 июля – начинаем вязать арматуру, 9 августа заливаем ленту, 16 сентября закрываем стройку до следующего года … ». А до крыши, еще ох как далеко.
То есть, результата и выводов, как таковых, не будет (или будут нескоро) - будет процесс. Ряд все более сложных программ-калькуляторов, считающих все более сложные вещи, с некоторыми полезными побочными результатами.

Вот это хороший вопрос. Среди промежуточных выводов и результатов, есть и такие, который могут быть полезны многим, которые можно попробовать «к делу прикрутить». Другая сторона вопроса: а что Вы можете «к делу прикрутить»? Какая еще информация была бы Вам полезна, при проектировании дома, системы солнечного отопления или энергоснабжения? Вдруг, я полез куда-то в сторону, а есть еще простые и всем нужные вещи? Будут хорошие, не частные вопросы – я приложу максимум усилий, чтобы постараться найти на них ответы.

Попробуем еще раз сформулировать и собрать в одно место полезные результаты для тех, кто не хочет читать все подряд.
1. Оптимальные ориентации панели для разных периодов года. Естественное желание – поставить панель или коллектор так, чтобы использовать их максимально эффективно. Для разных периодов – оптимальные ориентации разные. В силу симметрии дневного хода солнца, оптимальные ориентации обычно расположены в направлении на Юг. Оптимальный наклон для 3-х зимних месяцев 75-80° к горизонтали (10-15° от вертикали). Для 7 «холодных» месяцев (октябрь-апрель) оптимальна панель, смотрящая на юг и наклоненная под углом 55-60° к горизонтали, для всего года – наклон будет уже 35-40°.
Существенно то, что у поверхностей, описывающих зависимость суммарной радиации от ориентации панели, почти плоская вершина, то есть смещение от оптимальной ориентации на несколько градусов приводит к изменению суммарной радиации на доли процента (см. сообщение 14, с изолиниями поверхностей). Например, такая субоптимальная ориентация для холодного времени года, как Юг-65-70°. Она расположена между оптимальными ориентациями для зимы и для 7 холодных месяцев, от нее примерно по 10 градусов до каждого из этих оптимумов. При этом, разница по суммарной радиации (при изменении ориентации на 10 градусов) составляет всего 0.4-1.3% от оптимума соответствующего периода (см. сообщение 20). То есть, за точностью в единицы градусов при установке панели гнаться не нужно, особенного эффекта это не даст.
2. Неравномерность поступления радиации, минимумы и максимумы. Те, у кого уже есть панели, и так это знают, а тем, кто только собирается – нужно осознать, что поступление солнечной радиации крайне неравномерно. На данных реальных наблюдений (например, см. сообщения 67-68) видно, что зимой вполне обычны периоды в неделю-две, когда поступления радиации минимальны. Исторические данные с самых разных метеостанций (Эстония, Молдавия, Греция) говорят нам, что разница поступления радиации на горизонтальную поверхность между «хорошим» и «плохим» днем в холодные 5-7 месяцев года составляет примерно 20 раз, что для Эстонии, что для Греции (см. сообщения 89-90). В теплое время года, разброс не так велик, и уменьшается до 12 раз в Эстонии, 8 раз в Молдавии и 4 раз в Греции.
Обратите внимание, что речь идет о минимуме и максимуме радиации для горизонтальной поверхности. Для более «энергетически выгодных» направлений, разница будет еще больше. Возьмем, например, вертикальную панель, ориентированную на юг. В «плохой» день прямого излучения не будет, только рассеянное, его величина на южной панели составит 50-100% от того, что наблюдается на горизонтальной поверхности (конкретное соотношение зависит от альбедо). В «хороший» день светит яркое солнце, интенсивность прямой радиации намного выше, чем рассеянной, а прямая радиация на южную панель, где-нибудь в декабре, при низко стоящем солнце, может быть в 5-7 раз выше, чем на горизонтальную плоскость. В итоге, перепады поступления радиации, для ориентированной на юг панели, могут достигать зимой и 100 раз. В следующей версии калькулятора это, наверное, можно будет посчитать, для разных ориентаций.
3. Разница между плохим и хорошим годом (сезоном, месяцем) и средними многолетними значениями (см. сообщения 99-101). Предположим, у нас есть климатический справочник для нашего региона, и мы как-то посчитали предполагаемые поступления солнечной радиации. Насколько можно рассчитывать на полученные результаты? Как «плохой» или «хороший» год (месяц, сезон) может отличаться от средних многолетних данных из справочников?
1) Годовые значения могут составлять от 92-106% многолетних средних на юге, до 90-115% в Прибалтике. Скорее всего, дальше к северу, к Мурманску, разброс увеличится еще сильнее. На большей части территории Европейской части России, желательно закладывать в расчеты 10% запаса на «плохой» год.
2) Значения 7 «холодных» месяцев колеблются в интервале от 86-107% от своих многолетних средних на юге, до 80-119% в Прибалтике. То есть, на случай малосолнечного отопительного сезона, нужно закладывать запас порядка 20%.
3) Радиация за конкретный календарный месяц может отличаться от своих многолетних средних от ±10-20% в июне до ±40-50% в декабре-январе, и этот 40-50-процентный разброс декабрьских значений в обе стороны наблюдается и в Греции, и в Прибалтике.
4. Несколько сообщений я посвятил действующим СП и Методическим указаниям. Мой вывод: пользоваться можно только при крайней необходимости, очень осторожно, а некоторыми разделами «Методических указаний» лучше совсем не пользоваться.
5. В начале этого сообщения: https://www.forumhouse.ru/posts/23088408/ - краткая справка по текущим "калькуляторам".

Что я делаю сейчас: потихоньку, по мере наличия свободного времени, пишу новый «калькулятор» для Подмосковья. Я пробую перейти от месяцев и часов к дням и минутам, т. е. в любую минуту любого дня года, достаточно правдоподобно, посчитать энергетическую освещенность для поверхности произвольной ориентации. Соответственно, можно будет посчитать радиацию за произвольный интервал вида «с 10:03 до 12:39 с 3 по 18 февраля». Заодно, я хочу добавить туда оценки возможных минимумов и максимумов, а также расчет поступлений для панели, постоянно ориентированной на солнце, и панели, ориентированной на солнце только по азимуту (вращающаяся тумба, с постоянным наклоном к горизонту).
Скорее всего, из-за объема данных, калькулятор получится слишком большой. Чтобы как-то разместить его на форуме, потом придется решать противоположную задачу: как адекватно уменьшить разрешение, не сильно потеряв в возможностях.

И еще один момент. Я сделал первую попытку посмотреть, что будет, если попробовать интерполировать данные по солнечной радиации в требуемую нам точку, с нескольких ближайших метеостанций (вот эти вот картинки с триангуляциями в сообщениях 92-95). Результат меня не очень вдохновил:
- южнее линии Астрахань-Гигант (Ростовской)-Херсон интерполировать особого смысла нет. Часть станций расположена в горной местности, а при подъеме над уровнем моря повышается прозрачность воздуха, и результат для панели в километре от станции, но существенно выше или ниже по высоте (условно говоря, в соседней долине или на соседней горе) будет совсем другой. Южнее указанной линии, все станции со своим «индивидуальным» характером, кто в горах, а кто у моря. Например, между Краснодаром и «близко» расположенным Карадагом разница радиации может превышать 15%, и интерполировать между ними было бы не очень корректно.
- севернее линии Астрахань-Гигант-Херсон – мы оказываемся на равнине, без морей и гор. Интерполировать, конечно, можно, но тут другая проблема: мало количество станций. Если посмотреть климатический сборник по Украине, то измерения радиации вели 1, а то и 2 станции на каждую область. Если смотреть сборники для России – ситуация совсем другая. 28-й выпуск, 9 областей – всего 4 станции ведут актинометрические наблюдения. 29-й выпуск, на 11 областей и АССР – 5 станций и т. п. На огромных расстояниях, от Волгограда до Полтавы, от Волгограда до Оренбурга, от Самары до рязанского Павельца – «зияющая пустота». То ли внимания должного не уделяли, то ли просто недофинансирование. Самих-то метеостанций много, а вот оборудованных для измерения радиации – очень мало.

 

Я пока все пытаюсь "прикрутить" к тепличке. Анализируя и применяя данные с разных тем. И тут не получается.
Мне то просто интересно. Т. к. тепличка уже есть. Но первый запуск впереди.
А именно данные интересны, так реальные суммы инсоляций. А так же по часовые например. Но при этом еще и в сибири. Но москва на моей широте, так что почти похоже.

 

Лучше было бы регион обозначить. Из близких к Москве по широте, есть данные (на горизонтальной поверхности) на Омск, Новосибирск, Кемерово, Красноярск, Томск. По крайней мере, можно посмотреть, насколько сильно отличается ситуация от Москвы.
В принципе, реальные суммы инсоляций для теплицы получить можно, в том числе почасовые. Если теплица "домиком с двухскатной крышей" это 6 панелей, если полуцилиндром - можно вполне прилично аппроксимировать 8-ю (или даже 12-ю, если хочется аппроксимировать получше). И посчитать группами по 4 панели. И даже вытащить из "расчетных" страниц калькуляторов почасовые суммы - они там есть.
Но что это даст? Это будет только поступление, а теплица - светопрозрачная конструкция, часто из поликарбоната. Значит:
- большая часть излучения в УФ диапазоне будет задержана защитным покрытием ПК;
- часть излучения в ИК диапазоне (и в других частях спектра) тоже задержит ПК;
- часть излучения в видимом свете пройдет сразу "навылет", сквозь 2 стенки теплицы, часть переотразится, часть нагреет стенки изнутри;
- и в дневное, и в ночное время, будут происходить потери тепла, за счет излучения нагретых внутренностей теплицы в длинноволновом ИК диапазоне (теплопередача излучением).
Здесь, мне кажется, спектральные характеристики ПК (пропускание, отражение, поглощение) в разных частях спектра важнее, чем просто цифра поступления радиации.
Посмотрите еще тему https://www.forumhouse.ru/threads/377362/ коллеги @kivik71, может что-то нужное для себя найдете.

Если очень хочется посчитать именно почасовое поступление - пришлите параметры теплицы в почту. Регион, форма теплицы, ориентация по сторонам света, площади поверхностей. Это нетрудно посчитать.

 

Да, @kivik71 предложил рассчитать, поэтому пока жду его рассчет., а к вам заглядываю ибо интересно. А регион Алтайский край.

 

@Энергогетик, Это пристенная теплица в Бийске? Ориентация у нее непонятная: "фронт на юг, азимут 70". Азимут 70 это примерно восток-северо-восток.
Насколько я помню, коллега считает "по ясному небу". Это завышение прямой радиации раза в 2.5, соответственно и суммарной, и отраженной (если он ее вообще учитывает, не помню). Будет нужно - разбейте теплицу на 8 панелей, 2 торцевых и 6 по криволинейной части, прикиньте площадь и ориентацию панелей, и присылайте.
Есть климатические данные по Благовещенке Алтайского кр, выпуск 20. Но скан, который я видел, плохой, и страницы в нужном месте пропущены.

 

Теоретическом.

С точки зрения практики применения СК (СП изначально неокупаемы при наличии сети).
СК у нас двух видов, плоские и вакуумные.
Плоские не рассматриваю ввиду их низкой годовой эффективности.

Если вы устанавливаете вакуумные СК "правильно", ориентация практически не будет иметь значения. Правильная установка - это вертикально на коньке здания.

Ну, так как ночью Солнца нет, то и минимум будет равен нулю.
А вот куда деть максимум (чтобы не доводить до стагнации), это и есть основной вопрос установки СК.

В любом случае СК только как вспомогательная система, должна быть основная на 100% покрытия нагрузки.

Не читал, но с выводом согласен.

"Калькулируй" не калькулируй, жизнь (Солнце) внесет свои коррективы. А вот средние цифры удельного съёма тепла с 1 м2 неплохо бы увидеть.

Автору спасибо за труд.

PS. Да, по теплице

нормально все работает с апреля по сентябрь. Фото тут уже где-то выкладывал.

 

Да я с этими азимутами не силен.
вот картинка.

 

@Энергогетик, Ну, я посчитал для Подмосковья. Вечером выложу, с работы не получится.
@awlan, Шутку про минимум ночью оценил. Но, минимальное возможное поступление за день тоже неплохо бы знать.
Могли бы обосновать тезис, что самая правильная установка СК - вертикальная на коньке, а другие - хуже? Я смотрю на рекомендации по установке, и даже исследования по выбору угла. Нигде рекомендацию по вертикальной установке не увидел.

 

Файл, с расчетом поступления радиации для пристенной теплицы, в условиях Московской области, в разрезе месяцев и часовых интервалов.

В файле, по порядку:
- данные на 6 панелей (2 торцевых, 4 на скругленном скате)
- две матрицы, необходимые для расчета рассеянной и отраженной радиации. Тут же, помесячные значения альбедо (выделены желтым). Формат матриц: строки соответствуют месяцам, столбцы – часовым интервалам;
- 18 матриц (6 рядов по 3 штуки) – для прямого, рассеянного и отраженного излучения. Матрицы для прямого излучения «выдернуты» из расчетной части калькуляторов, в которых были заданы параметры требуемых панелей. Матрицы рассеянного и отраженного излучения посчитаны прямо здесь, на месте.
- до этого момента, все матрицы – в МДж на квадратный метр !
- далее, 6 матриц (для каждой из панелей) – суммарное поступление радиации на панель, в кВт*ч. Получены суммированием прямого, рассеянного и отраженного излучения, умножением на площадь панели и переводом в кВт*ч;
- последняя матрица – сумма всех 6 предшествующих матриц, общее поступление радиации на всю поверхность теплицы.
При таком представлении видно, что откуда взялось, что какой вклад внесло.

Альбедо можно менять, остальное – не стоит.

 

ООООчень благодарю! При первом осмотре сразу увидел то что нужно подправить. Крыша №4 глухая. Умножил ее площадь на 0.1 и все стало как надо.
Теперь все "прикрутилось"! Во первых ясно видно начало и окончание сезона. Начало это точно начало марта. Окончание это октябрь. Какое-то осмысленное увеличение сроков посадки возможно только в этот период, ибо в другое время резко заканчивается солнышко.
Второе, по вкладу поверхностей в поступление энергии сразу увидел что торец№1 почти не работает и половину его (а то и больше) надо зашивать утеплителем наглухо. Вместе с дверью. Приход энергии снизится незначительно, а теплопотери уберем. Это я и так понимал, но цифры дают четкость понимания и его границы!
Так что еще раз БЛАГОДАРЮ!
Только один вопрос, есть возможность ввести коэффициент пересчета для Алтая? Может умножить все например на коэффициент поправки между табличными данными Подмосковья и Благовещенки?

 

@Энергогетик, Если бы можно было обойтись одной поправкой, я бы ее и выводил. Увы, тут даже 3-5 не обойдешься. Формально, для получения средних значений на произвольной панели, нужно немногим более 300 чисел. Имея адекватную модель, может быть, можно обойтись 50-100 числами, вряд ли меньше .
Про утепление стен. Если в нужный сезон, она меньше получает, чем, скорее всего, отдает - конечно утеплять. Я бы еще подумал, чем ее отделать изнутри, теплоемким и теплопроводным, вряд ли деревом. Стена Тромба, конечно, не получится, но надо Вам подумать о внутренней отделке.

Для тех, кто хочет ООООчень поблагодарить, есть прекрасная возможность: я бы не отказался, если бы кто-то ввел в Эксель данные по 2-3 метеостанциям. Обещаю подобрать самый четкий скан справочника Но, это уж если совсем-совсем ООООчень