modelowanie promieniowania słonecznego
DESCRIPTION
prezentacja w formacie *.pdf z wykładu na warsztatach "Analizy przestrzenne z wykorzystaniem GRASS" 13-16.09.2010. Autorka: Małgorzata PietrasTRANSCRIPT
Wykorzystanie w praktyce
Modelowanie promieniowania słonecznego
mgr Małgorzata Pietras
Wrocław, 15.09.2010
Promieniowanie słoneczne � Słońce promieniuje z podobną wydajnością od ponad pięciu
miliardów lat w czym przypomina olbrzymi reaktor termojądrowy, w którym zachodzi synteza wodoru w hel.
� Ilość energii emitowanej przez Słońce szacuje się na około 1023 kW. Jednak do powierzchni kuli ziemskiej dociera niewielka jej część
Promieniowanie słoneczne � Standardowo podaje się wartość promieniowania
słonecznego na górnej granicy atmosfery, przy średniej odległości Ziemi od Słońca. Jest to tak zwana stała słoneczna (I0).
� Podawana w piśmiennictwie wielkość stałej słonecznej waha się od 1325 W/m2
� Zmienność stałej słonecznej w czasie
Promieniowanie bezpośrednie � Promieniowaniem bezpośrednim (I) nazywamy tę część
promieniowania słonecznego, która dociera do powierzchni Ziemi w postaci wiązki promieni równoległych.
� Natężenie promieniowania bezpośredniego wzrasta wraz ze wzrostem wysokości Słońca i wyniesieniem danego punktu nad poziom morza.
Ih = I � sinh
Osłabienie promieniowania słonecznego � Podczas przenikania przez atmosferę promieniowanie
słoneczne ulega osłabieniu. Jest ono wywołane pochłanianiem i rozpraszaniem części promieniowania przez cząstki gazów oraz różne domieszki i zanieczyszczenia, które znajdują się w powietrzu atmosferycznym.
Promieniowanie rozproszone • Podczas przechodzenia promieniowania słonecznego przez
warstwę atmosfery ziemskiej ulega ono rozproszeniu.
• Promieniowanie rozproszone (Id) ma niewielkie znaczenie podczas pogody bezchmurnej. Natomiast podczas dni pochmurnych, przy całkowitym zachmurzeniu nieba, energia słoneczna dociera do powierzchni Ziemi jedynie w takiej postaci.
Promieniowanie całkowite i usłonecznienie � Promieniowaniem słonecznym całkowitym (Ic) określa się
sumę promieniowania słonecznego bezpośredniego i rozproszonego. Jego natężenie określa się względem powierzchni poziomej i można je wyrazić za pomocą wzoru:
Ic = I � sinh + Id
� Usłonecznienie jest to czas dopływu bezpośredniego promieniowania do powierzchni Ziemi.
Model r.sun � Model r.sun ( Hofierka, Šuri 2002) jest integralną częścią
systemu informacji przestrzennej GIS GRASS, dostępnego
na zasadzie licencji OpenSource.
Możliwości r.sun r.sun umożliwia obliczenie m.in.. parametrów takich jak:
− Natężenie promieniowania bezpośredniego
− Natężenie promieniowania odbitego
− Natężenie promieniowania rozproszonego
− Wartości podawane jako W/m2 (mode 1) lub Wh/m2 (mode 2)
Parametry � r.sun elevin=name aspin=name slopein=name
[ linkein=name] [ lin=value] [ albedo=name] [ alb=value] [ latin=name] [ lat=value] [ coefbh=name] [coefdh=name] [ incidout=name] [ beam_rad=name] [ insol_time=name] [ diff_rad=name] [ refl_rad=name] day=value [ step=value] [ declin=value] [time=value] [dist=value]
Parametry � elevin – nazwa mapy rastrowej prawdziwych wartości
wysokości terenu używana jako wejście,
� slopein - nazwa mapy rastrowej z wartościami nachyleń utworzona z mapy wysokości,
� aspin – nazwa mapy rastrowej z wartościami ekspozycji utworzona z mapy wysokości,
Parametry
� linkein – nazwa warstwy z wartością współczynnika zmętnienia Linkego
� lin – wartość współczynnika zmętnienia Linkego (domyślnie 3.0)
� Współczynnik zmętnienia Linkiego (LTF) - Opisuje zmniejszenie promieniowania wywołane wspólnym działaniem aerozolu atmosferycznego i pary wodnej. Do jego wyliczenia zastosowana została formuła empiryczna zaproponowana przez Dougniaux (1984)
Współczynnik zmętnienia Linkiego (LTF)
Gdzie: γ – wysokość słońca w stopniach PWC – ciśnienie pary wodnej ßA – Wskaźnik Angstroma wyrażający zawartość aerozoli w atmosferze.
Parametry • albedo – nazwa mapy rastrowej z wartością albedo
• alb – wartość albedo (domyślnie 2.0)
• latin - nazwa mapy rastrowej z określoną szerokością geograficzną (stopnie)
• lat – szerokość geograficzna
• coefbh – nazwa mapy rastrowej z wielkością rzeczywistego parametru promieniowania bezpośredniego
Parametry • coefdh - nazwa mapy rastrowej z wielkością rzeczywistego
parametru promieniowania rozproszonego
• incidout – nazwa mapy wyjściowej z wartościami kąta padania promieni słonecznych
• insol_time – nazwa mapy wyjściowej z długością trwania usłonecznienia
• beam_rad – nazwa mapy wyjściowej z wartością promieniowania bezpośredniego
Parametry • diff_rad - nazwa mapy wyjściowej z wartością
promieniowania rozproszonego
• refl_rad – nazwa mapy wyjściowej z wartością promieniowania odbitego od powierzchni ziemi
• day – nr dnia w roku (od 1 do 365)
• step – krok czasowy w którym liczone są dzienne sumy promieniowania (domyślnie 0.5h)
Parametry � declin – wartość deklinacji
� time – czas według lokalnego czasu słonecznego
� dist – rozdzielczość przestrzenna (domyślnie 1.0)
Wybrany obszar do analizy
Model terenu - dem
Model terenu z uwzględnieniem wysokości budynków
r.slope.aspect
r.slope.aspect
Natężenie promieniowania bezpośredniego
Natężenie promieniowania bezpośredniego
MAX i MIN natężenia promieniowania
Polecenie
Zmienność natężenia promieniowania bezpośredniego
Promieniowanie rozproszone
Zmienność natężenia promieniowania rozproszonego
r.sun [–s] Uwzględnia efekt zacienienia wynikający z
rzeźby terenu
Promieniowanie bezpośrednie
Promieniowanie rozproszone
Promieniowanie całkowite
Usłonecznienie
Zacienienie przez budynki wybrany obszar
Zacienienie przez budynki promieniowanie bezpośrednie
Zacienienie przez budynki usłonecznienie
Zmienność natężenia promieniowania bezpośredniego między budynkami
Zmienność czasu usłonecznienia między budynkami
Wpływ zieleni
Zacienienia przez budynki i zieleń
Zieleń wysoka
Zieleń niska
Zacienienie przez zieleń i budynki promieniowanie bezpośrednie
Zacienienie przez zieleń i budynki promieniowanie rozproszone
Zacienienie przez zieleń i budynki promieniowanie całkowite
Zacienienie przez zieleń i budynki usłonecznienie
Praktyczne zastosowanie modelu r.sun Opłacalność usytuowania kolektora
słonecznego:
� Zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową dla domu jednorodzinnego w którym mieszka 5 osób, obliczone wg normy PN-92/B-01706, wynosi 600 litrów na dobę. Do ogrzania takiej ilości wody potrzebna jest energia:
Q = m � cw � ∆T
Opłacalność usytuowania kolektora Q – ciepło,
m - masa wody,
cw – ciepło właściwe wody (4,2kJ),
∆T – różnica temperatury wody ciepłej i zimnej (T2 - T1).
Q = 5 � 120 � 4,2 � (45-10) = 600 � 4,2 � 35 = 88200kJ/dobę = 24,5kWh/dobę
W ciągu roku jest to 24,5 � 365 = 8942,5kWh/rok
Opłacalność usytuowania kolektora ZAŁOŻENIA:
� sprawność kolektora ŋ = 0,8,
� pole powierzchni kolektora S = 5m2,
� dzienna sprawność kolektora ŋdz = 0,4 (wynika z pochylenia kolektora)
Qs= (S � H � ŋdz)/ŋ
H- natężenie promieniowania całkowitego
Budynek A
Budynek B
Opłacalność usytuowania kolektora Budynek A
H = 2,2 kWh/dobę
Qs = 5,5 kWh/dobę
Pokrycie zapotrzebowania
na ciepło do uzyskania c.w.u. = 22,5%
Budynek B
H = 0,6 kWh/dobę
Qs = 1,5 kWh/dobę
Pokrycie zapotrzebowania
na ciepło do uzyskania c.w.u.
= 6%
Dziękuje!!!