способ для измерения суммарной энергии солнечного излучения, падающей на здания, и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ измерения энергии солнечного излучения, падающей на здания, заключающийся в том, что измерение ведут с помощью пиранометра во временном интервале, отличающийся тем, что измерение ведут непрерывно в отношении каждой стены и кровли здания и регистрируют через 5-10 с в течение всего периода наблюдения, а энергию солнечного излучения по каждому направлению определяют по формуле

q=1000·V·k, где

V - напряжение, пиранометра, В,

k - коэффициент данного пиранометра, Вт/м² ·мВ, после чего суммируют значения энергии солнечного излучения по каждой стене и кровле здания и получают величину энергии солнечного излучения, падающего на всю поверхность здания.

2. Устройство для измерения энергии солнечного излучения, падающей на здания, содержащее пиранометр, отличающееся тем, что оно выполнено в виде крестовины из шести трубок, закрепленных в центре под углом 90° друг к другу, причем четыре трубки расположены в горизонтальной плоскости с установленными на концах пиранометрами, пятая трубка с пиранометром на конце расположена вертикально, а шестая трубка установлена в опоре, кроме того, каждый пиранометр подключен к многоканальному автоматизированному измерительно-регистрирующему комплексу.

Описание изобретения к патенту

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;

k - коэффициент данного пиранометра, Вт/м²*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;

k - коэффициент данного пиранометра, Вт/м²·мВ;

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 ². Таким образом, солнечная энергия, падающая на здание за 1 секунду равна 463,93 Вт/м². 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/м2*мВ	113	83,38	93,38	82,04	78,71
Энергия q, Вт/м2	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/м2	2513,545	1494,211	908,4945	800,1623	1625,331
Суммарная энергия солнечного излучения, кВт/м2	7341,744

Таким образом, предлагаемый способ повышает точность измерения.