Zonne-instraling op een PE-buis

[mischke13]

Voor het bepalen van de temperatuursverandering in een buis met stroming wil ik graag het opgenomen vermogen uitrekenen.
De zonne-instraling zal dit vermogen leveren en door middel van Q = m * c* dT kan ik dan de temperatuursverandering uitrekenen.
 
Stel ik heb een instraling van 30 W/m2 en een oppervlakte van 100 m2. 
Wat is dan het opgenomen vermogen? rekening houdend met de weerkaatsing en warmteweerstand van de PE-buis. 

[Pinokkio]

30 W/m² instraling is helemaal niks. Dat is de zonnestraling bij zware bewolking.
 
Op een zonnige onbewolkte dag kan de instraling rond het middaguur wel 1000 W/m² zijn.
 
Hoeveel warmte de buis daadwerkelijk opneemt hangt sterk af van de kleur. Zwart absorbeert bijna alle instraling, wit bijna niets.
 
Wat is precies je bedoeling? Een zonnecollector bouwen? Daar is op dit forum in het verleden al vaak over geschreven. Gebruik eventueel zoekfunctie.

[mischke13]

Hallo,
 
Ik wil graag de opwarming van een zwarte poly-ethyleen buis berekenen aan de hand van de zoninstraling.
Nu heb ik de volgende gegevens verzamelt:
Instraling in J/cm2
Omgerekend is dit *10000/3600= Wh/cm2
 
Formule temperatuur straling:
W/m2 = sigma * T^4
sigma = stefan boltzmannconstante
 
Aan de hand van bovenstaande formule kan men de straling van een voorwerp berekenen, maar kan ik het ook andersom doen?
Ik bedoel dus aan de hand van de instraling mijn temperatuur bepalen (wet van behoud van energie)

[Pinokkio]

 
Instraling in J/cm2
Omgerekend is dit *10000/3600= Wh/cm2

Zonnestraling wordt uitgedrukt in W/m² of als je wilt W/cm² niet in J/cm² of Wh/cm².
 
Een voorwerp in de zon neemt uiteindelijk een zodanige temperatuur aan zodat het even veel warmte verliest door uitstraling, convectie en eventueel geleiding, als het aan zonnestraling opneemt.
 
Je was beter verder gegaan in je topic van een maand geleden.
https://www.wetenschapsforum.nl/index.php/topic/205598-zonne-instraling-op-een-pe-buis/?view=findpost&p=1098870
Lees nog eens wat ik daar schreef en beantwoord ook de vraag waarom je aan dit avontuur wilt beginnen.
 
 

[Jan van de Velde]

Opmerking moderator

Je was beter verder gegaan in je topic van een maand geleden.

beide topics samengevoegd

[mischke13]

Vorige maand ben ik er inderdaad ook niet uitgekomen. Maar voor een onderzoek voor school wil ik graag weten wanneer ik passief (warmtewisselaar) en actief (warmtepomp) mijn woning kan verwarmen (vloerverwarming dus lage aanvoertemperatuur) via de collectoren op het dak. De collectoren zijn van het materiaal polyethyleen. 
 
Vandaar mijn vraag om de collectortemperatuur te berekenen aan de hand van de zoninstraling. Dit wil ik op elk moment van de dag berekenen en de gegevens van buitentemperatuur met de zoninstraling op dat moment heb ik verzameld (KNMI). De zoninstraling is daar gegeven in J/cm2 maar dit kan omgerekend worden naar W/m2 in een uur. 
 
De buitentemperatuur is bijna nooit hoog genoeg voor de aanvoertemperatuur van de vloerverwarming dus daarom is de opwarming door de zon belangrijk om te berekenen.

[Pinokkio]

De collectoren zijn van het materiaal polyethyleen.

Is dat een zelfgemaakt ding?
 
Als het gaat over een collector waar water doorheen stroomt dan zal de temperatuur van die collector mede bepaald worden door de temperatuur en het debiet van dat circulerende water.

heb ik verzameld (KNMI). De zoninstraling is daar gegeven in J/cm2 maar dit kan omgerekend worden naar W/m2 in een uur.

Welke KNMI webpagina is dat?
 
De zonnestraling in Nederland (of België) is in de winter bedroevend laag en 's nachts, wanneer het het koudst is, natuurlijk helemaal nul.
 
Het idee dat men met een zonnecollector in de winter z'n vloerverwarming zou kunnen voorzien is belachelijk.
Hooguit kan zo'n collector het gasverbruik van de CV-ketel een ietsje pietsje verlagen.

[mischke13]

http://projects.knmi.nl/klimatologie/uurgegevens/selectie.cgi
Dit is de webpagina van het KNMI.
 
Het gaat er ook niet om dat de collector volledig gaat leveren maar alleen wanneer mogelijk. 
De collectoren zijn niet zelf gemaakt dus daar heb ik ook geen keuzevrijheid in. 
 
Enig idee hoe ik de opwarming kan bepalen/benaderen/beredeneren?

[Pinokkio]

De collectoren zijn niet zelf gemaakt dus daar heb ik ook geen keuzevrijheid in.

Wie heeft ze dan gemaakt? Een knutselaar? Of een fabrikant? Welke? Typenummer? Foto?
Ik kan me nu geen beeld vormen hoe die polyethyleen collector er uitziet.
 
Die KNMI website geeft de instraling in J/cm² per uur.
 
 
Als ik data van Schiphol over heel februari 2018 download dan levert dat een totale instraling van
19300 J/cm² per maand = 6900 kJ/m² gemiddeld per dag.
Dat is 80 W/m² gemiddeld over dag en nacht.
Als die collectoren een rendement van (ik noem maar wat) 70 % zouden hebben dan was dat in februari gemiddeld zo'n 55 W/m²warmte-opbrengst. Als ik soms een woonhuis met zo'n zonnecollector van pakweg 2 m² grootte op het dak zie dan leverde dat in de koude februari-maand gemiddeld 110 W warmte, een fractie van de werkelijke warmtebehoefte van een woonhuis in de winter..
 
Een zonnecollector heeft wellicht nut om in de zomer douchewater et cetera te verwarmen, maar denk niet dat je er je huis 's winters mee kunt verwarmen.

[mischke13]

Fabrikant Viessmann type SLK: https://www.alternative-haustechnik.de/viessmann-solar-luftabsorber-typ-slk-fuer-schraegdachmontage
 
Ik kan de instraling toch omrekenen van J/cm2 naar W/m2?
*10^6 geeft J/m2 per uur
/3600 geeft J/m2 per seconde dus W/m2
 
Ik ben zojuist de volgende pagina tegengekomen: http://www.ahafysica.nl/praktijk/verwarmenkoelen/meer%20tempverloopdranken.html#_ftn1
In het stukje over straling staat het volgende gegeven:
Aangezien een voorwerp zich in een omgeving  bevindt zal er ook warmtestraling plaats vinden vanuit de omgeving naar  het voorwerp. Dit resulteert dus in een warmtestroom:
q =  q_voorwerp   - q_omg.  = e σ ( T⁴ - T_omg.⁴)                       (3) toelichting note [1]
 
Kan ik met behulp van deze formule de T berekenen?

[Pinokkio]

Ik kan de instraling toch omrekenen van J/cm2 naar W/m2

Je kunt J/cm² per uur omrekenen naar W/m²
J en W zijn twee verschillende dingen: J is een energiehoeveelheid, W is een vermogen (= energie per tijdseenheid).

In het stukje over straling staat het volgende gegeven:

Dat stukje gaat alleen over een afkoelend voorwerp, zonder zonnestraling.
Bij een zonnecollector is het wat ingewikkelder omdat de energiebalans bestaat uit geabsorbeerde zonnestraling, verlies door uitgezonden straling, verlies door convectie, en warmte die wordt opgenomen door het water dat er doorheen stroomt. Bovendien heb je voor de invallende zonnestraling te maken met een absorptiecoefficient, en bij de uitgestraalde warmte met een emissiecoefficient. Die twee zijn bij een professionele collector gewoonlijk verschillend, maar wat de emissiecoefficient van die Viessmann SLK is weten we niet.
 
De temperatuur van de collector zal sterk afhangen van de temperatuur van het water dat er doorheen loopt en die is weer afhankelijk van het waterdebiet.