Opgave
Op het dak van een huis bevindt zich een zonnecollector. Hiermee wordt water uit een voorraadvat (boiler) verwarmd. Zie de figuur waarin een dergelijke installatie sterk vereenvoudigd is weergegeven. Het geheel is zo goed geïsoleerd dat de warmte die aan de omgeving wordt afgestaan te verwaarlozen is.
Het warmtetransport in het systeem vindt plaats ten gevolge van het stromen van het water. Op een bepaalde dag wordt gestart met koud water van 15 °C in collector en boiler. De zon schijnt die dag 5,5 uur, waarbij met een gemiddeld vermogen van 700 W warmte aan het water wordt overgedragen. In het systeem bevindt zich 80 liter.
a) Geef in de figuur met pijlen de stroomrichting van het water aan en verklaar je antwoord!
b) Bereken de eindtemperatuur van het water in de boiler.
Op een andere dag valt op de collector een hoeveelheid zonnestraling met een gemiddeld vermogen van 2,0 kW. Gedurende een periode van 30 minuten draagt de collector 1,4 MJ warmte aan het water over.
c) Bereken het rendement (nuttig effect) van de collector.
De zonnecollector is in essentie niet meer dan een zwart geschilderde radiator.
d) Leg uit op welke wijze jij de collector zou isoleren en waarom je dat zo zou doen.
Uitwerking vraag (a)
In de collector ontstaat warm water. Dat warme water heeft een kleinere dichtheid dan het koude en wordt door de 'opwaartse kracht' omhoog gedreven.
Uitwerking vraag (b)
• E = P • t en Q = m • c •ΔT
• E = 700 •5,5 • 3600 = 1,386•107 J
• 1,386•107 = 80 • 4180 • (T - 15) >>
• T eind = 56 °C
Uitwerking vraag (c)
• 30 minuten is 1800 seconden.
• E=P • t = 2,0 kW • 1800s = 3,6 MJ
Uitwerking vraag (d)
Het rendement is nuttig gebruikte energie gedeeld door de totale energie = 1,4 / 3,6 = 39%
De straling moet het werk doen, dus daartegen isoleren we niet.
Over golflengten weten we nog niets dus daar houden we geen rekening mee.
We moeten voorkomen dat door geleiding of stroming warmte verloren gaat.
Pak de collector in, in een dubbelglas doos. Het glas en de stilstaande lucht isoleren door voorkomen van geleiding. De dunne luchtlagen voorkomen stroming.
