太阳能是一种理想的绿色能源.现在我市许多小区和农村的住户都安装太阳能热水器.小华家最近安装了一台太阳能热水器,如图1为其室内进、出水管的安装示意图,Ⅰ为进水阀,Ⅱ为出水阀,Ⅲ为调温阀.在水箱接口处有一根进出水管,一根溢流管,一根排气管.给水箱上冷水或沐浴用热水时,均通过这根进出水管来完成.
请完成下列问题:
(1)给水箱上水时,阀门Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ应处于何种状态?洗澡时,阀门Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ应处于何种状态?
(2)若水箱安装在七楼楼顶上,且距楼顶地面高1米,小华家住二楼,进水阀距二楼地面高1米,每层楼高3米,则在进水阀处水压至少为多大,才能顺利上水?(g=10N/kg,p0=1.0×105pa)
(3)如图2所示为小华家太阳能热水器的室外安装图.其中A为集热器,B是水箱.产品说明书如表:
型号SQB~16/1.2/3外形尺寸mm1190×1250×1190集热管采光面积m21.5水箱容积L100每天输出热水(L)夏天70~100冬天50~100水温(℃)夏天55~90冬天40~55根据产品说明书中的参数和题给条件计算:
已知集热器接受的太阳能辐射约为4.0×106J/m2?h,如果每天日照时间按10h计算,该热水器在一天中接受的太阳能使一满箱20℃的水到傍晚时,水温达到70℃,那么该太阳能热水器的转化效率为多少?假设每天都可以得到这样一箱热水,使用这样的热水器,每月(按30天算)节省多少㎏的煤?(假设煤燃烧放出的热量有50%被水吸收,煤的热值约3.4×107J/㎏).(结果取整数)
网友回答
解:(1)如图1,阀门Ⅰ打开,阀门Ⅱ、Ⅲ关闭,给水箱上水;阀门Ⅰ关闭,阀门Ⅱ、Ⅲ打开,上面来的热水和下面来的冷水混合,供热洗澡用;
(2)排水阀到太阳能水面的高度:
h=3m×5-1m+1m=15m,
太阳能的水在排水阀处产生的压强:
p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×15m=1.5×105pa,
进水口处最小水压:
p小=p+p0=1.5×105pa+1×105pa=2.5×105pa;
(3)每天接受的太阳能辐射:
Q=4.0×106J/(m2?h)×1.5m2×10h=6×107J
水箱内水的质量:
m=ρv=1.0×103kg/m3×100×10-3m3=100kg,
一天中一满箱水吸收的热量为
Q吸=cm△t
=4.2×103J/(kg?℃)×100kg×(70℃-20℃)
=2.1×107J,
该太阳能热水器的转化效率:
η===35%,
每月水吸收的热量:
Q吸′=2.1×107J×30=6.3×108J,
由题知,Q吸′=qm×50%,
每月可节省的煤的质量:
m==≈37㎏.
答:(1)给水箱上水时,阀门Ⅰ打开,阀门Ⅱ、Ⅲ关闭;洗澡时,阀门Ⅰ关闭,阀门Ⅱ、Ⅲ打开;
(2)在进水阀处水压至少为2.5×105pa,才能顺利上水;
(3)该太阳能热水器的转化效率为35%,每月(按30天算)节省37㎏的煤.
解析分析:(1)分析图1,要上水,要闭合阀门Ⅱ、Ⅲ,打开阀门Ⅰ;洗澡时,热水从上面下来和冷水混合使用,要闭合阀门Ⅰ,打开阀门Ⅱ、Ⅲ;
(2)确定二楼进水阀处的深度,根据液体压强公式求此处水管内的水产生的压强,再加上大气压就是要求的在进水阀处的最小水压;
(3)求出热水器一天接收到的太阳能,再利用吸热公式求水吸收的热量,利用效率公式求该太阳能热水器的转化效率;求出每月太阳能的水吸收的热量,而Q吸=Q放×50%,然后利用燃料完全燃烧放热公式Q放=mq求每月节约煤的质量.
点评:太阳能具有取之不尽,用之不竭,清洁无污染等诸多优点,深受人们的青睐.在能源问题日益突出的今天,如何有效地利用太阳能自然成了中考关注的热点.