非洲太阳能热水：设计优化工程创业的机会与挑战

工程科学与技术，国际期刊23（2020）345完整文章非洲工程创业问题：太阳能热工程康德·卡尼亚鲁索克开普敦半岛科技大学，交响乐路，关闭罗伯特索布克韦路，邮政编码。Box 1906，Bellville，Cape Town 7535，南非阿提奇莱因福奥文章历史记录：2019年1月3日收到2019年4月17日修订2019年5月1日接受在线发售2019年保留字：非洲设计优化工程创业PESTLE分析太阳能热水A B S T R A C T本文讨论了非洲根据标准PESTLE分析进行业务焦点指向太阳能热水的机会，在环境保护意识中，电力供应不足与丰富的太阳能资源相结合，使投资具有潜在价值。确定了三个家庭层面的细分市场PESTLE扫描中的关键问题与可用材料相关联，以制定和解决这些部分的设计一种竞争力较低的产品出现在农村家庭中。另一种- - 针对 小 城 市 家 庭 - - 可 以 以 当 前 等 效 系 统 价 格 的 5 0 % 零 售 ， 但 仍 然 为 企 业 家 赚 取 利 润 。这两个系统的平均温度都超过57 °C，这是大多数致病细菌的致命水平。第三个和更大的系统用于富裕的城市家庭，包括一个可编程的电加热器，如果太阳能不能将水温保持在60 °C以上，则该电加热器可编程为在取水前半小时启动。如果产品的零售价格是竞争对手价格的52%，企业家仍然可以获利。©2019 Karabuk University. Elsevier B.V.的出版服务。这是CCBY-NC-ND许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍非洲是地球上拥有丰富的原材料和多样的生物资源，全方位的地理特征以及丰富的可再生能源和化石能源供应[3从基本的生活维持活动，如食品加工（农业），水，能源和药品采购这并不是说他们一定喜欢这样，而是说，改善生活的机会和手段是有限的，并受到社会中一系列挑战的限制。这对工程师来说既是一个挑战，也是一个机遇，因为工程知识、技能和能力是将丰富的自然资源转化为这些社会迫切需要的产品和服务所必需的工程师们被要求创造和增加有形财富，政府领导层希望通过征税来改善大多数人的生活。电子邮件地址：kanyarusokek@cput.ac.za但也存在挑战。它们是什么本文首先调查了与非洲大陆工程企业形成和维持有关的一般问题。然后，它假设“资源”的形式创新和创造力需要导航，并解决欠发达的问题。如果足智多谋与管理和领导技能相结合，工程师可以将其转化为企业家精神，使原始问题及其解决方案成为商机。这一假设如图所示。1.一、作为第二步，本文提出了上述假设适用于太阳能热水领域。我们注意到，非洲大陆大部分地区的太阳能资源非常丰富，在水平面上超过1500 kWh/m2.年[7]。还观察到的事实是，利用它的新生努力倾向于集中在用于照明的光伏发电上[8然而，它在取暖方面有更有效的用途，这可能有助于缓解非洲大陆的木材燃料和环境退化问题[11因此，工程学在假设中的重要性导致对影响非洲大陆工程创业发展的因素进行文献检索，其形式是政治、经济、社会、技术、法律和环境（PESTLE）扫描。在本文后面的章节中，对那些起着重要作用的人进行了阐述，而对那些起着次要作用的人则只进行了引用。https://doi.org/10.1016/j.jestch.2019.05.0022215-0986/©2019 Karabuk University.出版社：Elsevier B.V.这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程科学与技术国际期刊杂志主页：www.elsevier.com/locate/jestch346K。Kanyarusoke/工程科学与技术，国际期刊23（2020）345图1.一、假设：工程，资源和企业家精神以及他们如何推动基于技术的财富创造。其次是第3节太阳能热水设计优化建模，其中照顾到扫描的关键问题。在解决了优化问题后，设计解决方案的原型构造和测试。第4节给出了其中一个的样本性能测试结果。这项工作的独创性在于它与社会资本、政治解体等“软”问题的联系，到温度、产品质量等“硬”科学变量，做一个合理的商业案例这项工作的最大价值是对竞争对手尚未完成的产品的综合-即使在这些后一部分，本文因此，这项工作的全部是强调新产品/服务与特定市场的客观条件相匹配的重要性。2. 非洲工程创业PESTLE分析是对组织外部商业环境的调查基本上，这种环境是在政治，经济，社会学，技术，法律和环境的6个关键领域扫描。因此，首字母缩写：在非洲开办和经营任何企业都有许多图2仅示出了相应扫描类别中的20个这样的问题。有关这些问题的详细情况可在所述文献本节的其余部分仅关注图二、一些非洲通用的[14K. Kanyarusoke /工程科学与技术，国际期刊23（2020）345-356347对第3的优化模型有更直接影响的那些领域。2.1. 政治扫描如图2所示，非洲被分割成54个政治国家，大小从非常小到中等地区不等。加蓬、莱索托、斯威士兰等国的人口也各不相同，最少不到200万人，尼日利亚高达近2亿美元。这意味着一些国家必然缺乏足够数量的创业工程师，如Magagula为斯威士兰所做的说明[18]，而其他国家如北苏丹，刚果民主共和国等，由于人口分布稀疏，需要长距离运输产品才能进入国内市场。在许多情况下，殖民地语言和教育制度的差异阻碍了市场一体化。例如，斯瓦蒂/讲英语的斯威士兰被讲葡萄牙语的莫桑比克和讲多种语言的南非所包围。新近受到限制的南苏丹北部与讲阿拉伯语的苏丹接壤，西部与讲法语的刚果民主共和国接壤，东部与讲阿姆哈拉语的埃塞俄比亚接壤，南部与讲英语的乌干达接壤。这些因素和其他因素对非洲大部分地区的工程创业构成了政治障碍。因此，我们面临的挑战是，在某些国家生产，但最终在其他几个国家销售，而不违反任何一个社区的任何法规或社会文化习俗2.2. 经济扫描在经济上，每个非洲国家的特点都是在普遍的生存状态中进行孤立的商业活动。只有南非和最北部的国家有大量的城市人口，占66%。但即便如此，城市中心--就像其他非洲国家一样--的人口主要是居住在中心商业区周围卫星定居点的农村移民。这些移民的工资和其他收入很低。这就给那些为这些人寻找产品和服务的工程企业家带来了市场增长问题。在大多数国家，85%的人口生活在农村地区，下文所述的社会文化问题与生计问题结合在一起，限制了工程创业。无论是在农村还是在城市地区，最大的经济障碍是缺乏低成本融资[14，17，18]。低收入和储蓄、有限的银行设施、缺乏银行担保、高通胀和高利率、不稳定的货币等--所有这些都限制了未来工程企业家的投资和营运资本。这方面的挑战是：勇于“从小处做起，以大为目标;勤俭节约，不吝啬;注重成本，不牺牲品质和服务。2.3. 社会文化扫描传统上，非洲人以部落的形式与她/他的人民的文化和习俗密切相关。土地和任何其他自然资源为部落共有。在稍微有组织的情况下，产生了以国王或酋长为形式的一个全面统治者的封建主义。即使在个人主义资本主义占主导地位的现代，这种公社主义和封建主义的混合物仍然存在于农村地区。另一方面，工程创业与资本主义密切相关。因此，农村地区的首要障碍之一是克服对资本主义作为一种社会经济制度的抵制。许多文化习俗和规范不容易与商业竞争力和效率的文化习俗和规范相融合。例如，典型的传统环境中的时间管理与现代高生产力的要求不一致许多传统仪式（如双胞胎出生、结婚和在村庄举行葬礼）往往由社会来进行，好像其他事情都不重要。对于一个工程企业家来说，这会在劳动力管理、社会责任和公共关系方面产生问题，最终导致他们倾向于在城市地区更国际化的环境中经营。但是，随后出现的进入壁垒和经营问题也显现出来：城市地区工业用地成本和费率更高;市场比农村地区更复杂，要求更高;竞争更激烈，包括来自进口、寡头垄断和模仿者的竞争，如2.5下面这些社会文化问题结合在一起，扼杀了非洲2.4. 技术扫描非洲大陆的工程企业家必须应对无数的技术和技术挑战。事实上，可以说，驾驭其中一些很容易成为对企业家的最大召唤。这篇论文对太阳能热水的研究就是对能源挑战的贡献。它们可以按材料、技术、服务和管理等副标题进行分组。2.4.1. 材料大多数经济转型的材料在非洲大陆只以最原始的形式存在。大多数工程企业家在使用它们之前需要提取和加工。因此，许多初创企业需要进口已加工的中间材料，这一问题在[23]中得到了很好的说明。2.4.2. 技术如果我们把技术看作是一种需要科学知识的做事方式，那么三个子问题就出现了：要做的事情（企业家的技术活动），做这些事情所需的工具和设备，以及人们使用这些工具的技能。太阳能热技术活动包括本文中的太阳能热水、太阳能烹饪、太阳能水净化、太阳能作物和肉类干燥等。农村地区的企业家面临的挑战是说服一个基本上保守的市场放弃他们的传统方法，并采用以成本为代价引入的新方法。在城市地区也是如此，但这一次，其他技术的存在带来了额外的复杂性，使用进口的可能更好看的产品提供类似的好处。在“工具和设备”方面，挑战在于解决机械化连续体规模上的选择的基本争论，从使用简单工具的纯手动到使用最少但高度熟练的劳动力的全自动系统。在太阳能热工程创业的情况下，图3显示了制造和客户服务观点的连续体的示例-这些观点必须与之竞争。也许非洲大陆最大的工程创业问题是技能差距。首先，在南非和埃及以外，工程师的可用性约为每6000人1人。这与中国、巴西、马来西亚和南非的1：200、1：221、1：543和1：3166相比最为不利[27]。这意味着有一个非常小的人才库，从他们的消息灵通的工程企业可以出现。此外，由于[22]中给出的原因，技术人员和工匠级别的相对差距甚至更大。因此，非洲大陆为数不多的工程企业家面临着双重挑战。一–348K。Kanyarusoke/工程科学与技术，国际期刊23（2020）345图3.第三章。工程企业家太阳能热制造与许多其他竞争和非竞争企业的吸引力相比。2.4.3. 基础设施服务能源、运输、电信和供水服务是许多非洲国家缺乏的基础设施服务即使有，它们也不充分或不可靠或使用成本高，使当地提供的产品和服务相对于进口产品和服务昂贵，同时也使这些国家的大多数人无法获得/无法获得这里对工程企业家的挑战是引入产品/服务，其总供应链成本，交付时间和客户服务可以最好地应对这些限制。2.4.4. 管理和领导第2.4.2节的挑战需要企业家自身的领导能力和人力资源/关系管理技能的结合。但目前非洲的大学和大学工程课程对发展和传授这些技能几乎没有帮助[26]。第2.4.3节的目标需要熟练的财务和业务管理技能。同样，许多工程课程倾向于将这些视为可选模块。因此，工程企业家面临的挑战是在毕业后寻求这些技能-作为一种终身学习活动。这也是很多人只有在为别人工作之后才能创业。2.5. 法律扫描据报告，最大的法律问题似乎是许多非洲国家对合同法执行不力[14]。薄弱的机构能力导致小企业无法履行合同义务，往往不受惩罚。除了合同法执行机制薄弱外，知识产权法也很薄弱[27，33，29]。当地商人伪造产品的情况很普遍。这使得建立一个长期的企业变得困难，结果是90%以上的初创企业在运营的第一年就失败了。因此，在工程创业中，挑战在于通过引入复杂的技术（例如人工智能）来提高进入门槛。基本产品，而不会使产品成本和复杂性超出预期细分市场的范围。2.6. 环境扫描工程创业的发展往往会造成环境退化，因为倾倒固体和液体废物在太阳能热工程中，挑战是通过最大限度地减少废料来降低固体废物的产生原材料，但仍保持成品的重量低。3. 非洲家庭市场的太阳能热水设计优化本节以太阳能热水器为例，阐述了上述工程创业问题的一些导航。首先，我们展示了加热和存储系统的基本部分。早期出版物[34，35]中介绍了详细的传热和流体流动建模。在这里，重点是企业的机械设计决策和优化建模的约束PESTLE扫描。本节最后介绍了针对不同细分市场的最佳解决方案3.1. 太阳能热水器的基本原理及其优化图4示出了最简单的太阳能热水系统，其中在收集器处接收的辐射被转换成循环水的热能，循环水将其传递到存储在水箱中的水。本节中的问题是对图4所示的部件选择进行建模，以进行最佳设计，从而满足技术和PESTLE施加的约束条件下的不同细分市场3.1.1. 优化中的设计决策变量工程设计决策受到预期服务的市场细分以及可用于制造太阳能热水系统的可用材料和工艺的限制peS不LenK. Kanyarusoke /工程科学与技术，国际期刊23（2020）345-356349见图4。 简单的太阳能虹吸系统。tems.这些决定可以分为4个方面：尺寸和形状;材料;制造工艺;和一般问题。图5总结了这些变量。3.1.2. 南非某些设计变量的可用“值”示例和3.1.3。将多个目标组合成单个成本目标函数的单位产品成本惩罚函数被公式化用于最小化，如在等式（1）中。（一）.CcpCp ceCecs Cs ctCtcl Cl lcen Cen 1a其中系数总计为1：在这里，我们提出了识别字符的范围的例子可以在南非境内获得的变量的控制点表1C 布拉奇 布拉奇 布拉奇 þcþc¼1ð1bÞ分别给出了收集器和储罐的最重要变量。3.1.3. 其他约束除了可用材料、制造方法和成本之外，所需的温度和能量增益是在优化中要考虑的其他制造受到所选材料的影响，而收集器几何形状决定能量和温度增益[35，45，46]。3.2. 优化目标函数优化问题是一个多目标问题，考虑到PESTLE扫描中的关键元素和第3.1.2的约束表2中描述的PESTLE惩罚成本目标（Cp，Ce，Cs，-）是非线性的。使用这种方法的关键问题是能够确定线性系数cp，ce的相对权重-对于给定的产品尽可能真实对于新产品和/或细分市场，这些可以通过直觉或针对细分市场的初步市场对于其他人，库马尔和穆尔蒂[47]建议的“调查”或“德尔菲”方法将是合适的3.2.1. 单个目标成本惩罚的估计Cp，Ce，本文将期权或产品的成本惩罚定义为完全满足特定目标的最小成本期权的材料成本偏差。所以图五. 家用太阳能热水系统优化的决策变量。GzGGG g35万Kanyarusoke/工程科学与技术，国际期刊23（2020）345表1南非太阳能热水集热器设计变量的一些22F× 5500× 0.619F× 6000×1.22 9.41镀锌钢15.8F ×6000 ×1.6 10.63 Tubecon[40]20F× 6000×1.6 27.04HDPE 16F× 6000× 2 8.47马利管道系统[41]22F× 6000×2.9 23.22绝缘E/聚苯乙烯2400× 1200× 25 11.90 Isover[42]E/氨基甲酸乙酯26.67盖板铝2500× 1250× 0.9 31.13有色金属[43]镀锌钢2450× 1200× 0.5 13 Mac钢[44]PVC 3000× 76× 38 12Maizey塑料主罐焊接SS 300成品100 L产品焊接GS 200成品100 LPVC管道1 400× 6000× 7.90 72 Marley Pipe SystemsPVC管道2 315× 6000× 6.2 45 Marley管道系统PVC管道3 450× 6000× 9.6 92 Marley管道系统端板PVC 1000× 2000× 8 40 Maizey塑料储罐保温玻璃棉1200× 5000× 50 26.67Isover E/聚氨酯表2从PESTLE分析中得到了一些多目标优化问题。解决的主要制约/挑战由于非洲大陆的过度分裂和许多非洲国家的土地锁定，内部市场很小最大限度地减少重量和体积，使产品可以陆路运输和处理很容易跨越长距离，甚至在邻国的地区。大多数人的低收入最大限度地降低单位产品的制造成本，以便降低价格，使人们能够负担得起。S-社会文化需要增加国家社会和健康资本，同时考虑到各国社区的文化习俗。T-技术用最少的技术劳动和服务投入提供足够的供暖。L-法律上的必要性，以推出具有独特功能的产品，不容易复制或复制En-环境在制造过程中对环境的影响最小使用和退役最大限度地提高可达到的温度，最好高于57°C的霍乱菌死亡水平，以确保产品的最大卫生潜力。最大限度地减少与Elhabish-Gryzagorkes方形收集器配置的偏差，以获得单位收集器面积的最大能量输出[45]在不影响技术操作简单性的情况下，最大限度地提高产品中的知识产权含量最大限度地减少生产材料浪费针对特定细分市场的产品的优化过程包括三个步骤：第一第二，对于每个（1）最小化。关于如何阻止-如果尺寸调整导致切管，则浪费成本为：Ctubewaste¼ctubewaste● 集热器玻璃● 然后：收集器中玻璃的质量：我的目标如下。对收藏家的处罚，坦克分别计算，并添加到系统总数。M1/4qwl2003年这些总数将针对特定目标进行次优化。3.2.1.1. 征收罚款-。● 收集器管材料密度为qt，单位长度的购买成本为玻璃的成本C玻璃杯装玻璃杯装玻璃杯● 为了不浪费：3d开奖结果管是C管。LgWgLgWg然后：收集器中管的质量：mt<$qt zt lt;m 2a2Lg 和WG ¼N或wg和Lg n;n管的成本：C管¼ c管 nt Lt2b1; 2; 3;-3c部分'Value'尺寸（mm）成本美元/单位典型源玻璃聚碳酸酯有机玻璃2000×1000 × 33050×2050 × 1.53050×2050 × 1.585.7192.8574.28PG玻璃Maizey塑料管普通玻璃铜2000×1000 × 315F× 5500× 0.526.6711.8720.20PG玻璃[37][38]第38话铝16F× 6000× 1.226.67欧洲钢铁公司[39]ztk！pdzizti2：板zplate-gGÞ端部质量：m端部1/4端部tk;m 9 bk-ziTKK. Kanyarusoke /工程科学与技术，国际期刊23（2020）345-356351如果有玻璃切割，浪费的成本将是：为了美观和整齐的管道连接，水箱长度约为Cg-废物LgWgzg-lgw g3d开奖结果匹配集电极宽度。如果它是z tk-由长度为L tk和宽度为W tk的材料片制成，厚度为t tk ，密度为（kg/m3 ）q tk ，成本为c tk 美元/m2，则：收集器外壳ltk≤wg;ltk≤Wtk;ztkpdtk0：02≤Ltk8b约束：Lm≥lg 2dWm≥wg 2d400储罐材料质量：mtk<$qtkpdtkttkltk888体育外壳质量：mcase<$qcas e。lg2d2lf. wg2d2lf4b外壳成本：C箱1/4c箱 L箱 W箱400加元油箱材料成本：ctk中国 LtkWtk¼ztk2018- 08 -28废物成本CC. L W.l2个d2升。W2d2l双排材料浪费罚款：Ctk浪费1/4ctk。LtkWtk-pdtkltk8e：每立方米Mm-gfgF联系我们-ztk● 集电板：约束-：L板≥lg且W板≥wg≥50 ℃罐端因此，如果由合适的片材L端×W端制成，我们有：板质量：m板/1/4 q板lg wg;l/5bg表中的储罐数量为：z端板材成本：C板 1/4c板W板L板500万1/4圆倒;我在外面等你。2019年10月9日废弃物CzplateC. L板W板lw二维tk5dqpd2tend2z端dtk● 绝缘废料：限制-：Li≥lg<$2d且Wi≥wg<$2d<$6a每罐端部成本：C端¼c端L端W端Z端99cqq收集器中的绝缘质量：mi¼qilgwg6b材料浪费罚款为：C端-浪费¼c端L端W端2z端-2绝缘成本：Ci¼ ciWiLi16ckw99999999废物：Ci废物李威。lg102d. wg2d6d我们现在可以获得制造单个太阳能收集器的总材料、其成本和浪费的指示性措施，以便计算出各自对所考虑的系统目标的贡献。如果我们包括制造过程成本Ccoll-man，我们可以写：质量和重量的度量：m收集器或者：Ltii≥ztipdtk ltk和Wti≥ltk10 a或Wti≥pdtk且Lti≥ztiltk<$10bits绝缘质量：mti<$qt ipdt k。ltkdtk10c1/4mtm gm casem platemi 7a钛2开销衡量：C收集器¼ C型管 CgCcaseC型钢板CiC科曼17bbn绝缘成本：Cti¼ctiLtiWti绝缘材料浪费的处罚则是：C钛-废物1000日元废料计量：Ccoll-废料¼Ct-废料Cg-废料CcC板-废料1/4c.LtiWti-pdl102007年1月1日至2009年1月30日蒂兹蒂tk tk3.2.1.2. 坦克处罚-。本文中的储罐尺寸和形状取决于现行市场惯例，其中圆柱形和50 L尺寸的倍数是常见的。这通过以下方式简化了市场准入外箱盖板-限制：L至≥z至pdtk2tti11 a罐盖质量：m至.●●.●废版ð隔热层对于给定的厚度：我们有：-企业家● 罐体1/4q至我不想让你失望。ltk2ttidtk2tti1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111Vtk¼ pd2 t24ltk<$40： 05N，N<$41; 2; 3- -油箱盖费用：C至¼ c至L到W到z为11世纪ltk-ztk不Lg：如果不是，--zm理想352K。Kanyarusoke/工程科学与技术，国际期刊23（2020）345材料浪费罚款：C到浪费的1/4c到0。LtoWto-pltkdtk2tti1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111等式（8a）-（8 e）仅适用于内部用购买的板材制造的储罐。有时候，寻找合适的管道并简单地关闭它（如果有的话）可能更有商业意义。在这种情况下，约束和惩罚简化为：圆形的;圆形的;圆形的L型管接头12aCeCcollCtak-Ce-ideal14 bCen¼Ccoll-wasteCtak -waste-Cen-ideal14 c对于扫描的其他元素，我们可以有：在阳光明媚的日子里，坦克里可达到的社会文化使用温度。这是一个质量指标，因为57 °C标志着大多数病原菌的死亡点[48]。.ToC罐体质量：mtkqtkpdtkttkltk¼ztk;12bnCs¼Cs-理想1-57oC14d罐体成本：CtkCtkL管¼ztk12世纪技术：使用Elhabish-Gryzagorzio[45]从给定的集热器玻璃窗面积获得最大能量的“比率材料浪费罚款：Ctkwaste¼cpipe e。L型管-Ltk型管12 dC1/4C.1-wg14e总的单个油箱目标函数最终可以写成：质量的度量（因此也是重量）：合法的C2000年获得专利Ce14fmtak¼m tkmend m timto13 a成本计量：Ctak¼CtkCendCtkCtoCtak-man13billion废物计量：Ctak-废物1/4 Ctk-废物1/4Cend-废物1/4Cti-废物废碳13厘泊参考表2，上述方程组响应于政治、经济和环境扫描。这意味着：在Eq。（1）、理想的。m收集器mtak-114a这完成了用于优化方程（1）中的函数的建模。（一）.通过适当选择表1中的材料和相应的制造方法，将其降至最低。3.3. 优化过程图6给出了方程中的目标函数的优化过程的总结。（1）当受到等式中（2）至（14）。它用于编写MATLAB®程序，以解决第3.4中的三个国内市场细分下面t-理想l¼Þ图六、家用太阳能虹吸系统设计优化图--左块K. Kanyarusoke /工程科学与技术，国际期刊23（2020）345-356353见图7。 3个细分市场的最佳解决方案的插图：作者的设计和照片。表3最佳解决方案的关键规格。项目农村创业者Urban-starter城市非零优化系数cp =0.1; ce = 0.8; cs = 0.1cp =0.1; ce = 0.7; cs = 0.1; ct = 0.1cp = 0.3; ct = 0.1; cl = 0.3; cen =0.3能力50 L100 L150 L集热器尺寸管玻璃绝缘板壳体制造-收集器收集器物料制造商小计收集器重量（公斤）主油箱材质1米×1米8号Al16£× 1.22有机玻璃1.5毫米EPS 25毫米铝0.9毫米GS 0.5毫米20美元72.50美元12.5PVC管315£ × 6.21.5米×1米8 No.铜15磅×0.5PC 1.5毫米EPS 25毫米铝0.9毫米GS 0.5毫米10美元98.40美元17.7美元PVC管400£ × 7.92米×1米8 No.铜15磅×0.5PC 1.5毫米EPS 25毫米铝0.9毫米GS 0.5毫米10美元133.90美元26.5PVC管450磅× 8.9罐端油箱保温油箱盖板配件制造小计储罐制造空罐重量（kgf）系统Mtls制造商总数成本系统总重量（kgf）材料废料总重量（边角料）（kgf）废弃原材料总成本（美元）建议零售价目前竞争对手的同等零售价格PVC 8 mm玻璃棉50 mm GS 0.5mm30美元54.40美元17.7126.90美元30.215.2*22.50美元 **255.00美元没有竞争对手PVC 8 mm玻璃棉50 mm GS 0.5mm40美元82.00美元25.7180.40美元43.414.0*34.47**365.00美元733美元*PVC 8 mm玻璃棉50 mm GS 0.5mmUS $107157.40美元34.9291.30美元61.411.18*29.80美元 **585.00美元1133美元建议%年龄价格差异无限51.348.4*最小的系统浪费最多的材料重量，因为它的GS板在其最佳设计的大边角料。然而，从价值上讲，它浪费最少，因为其他系统尺寸浪费更多的铝，这是一种更轻，但更昂贵的材料。**这一废弃物成本已包括在上述材料和制造成本总额中。如果一些下脚料可以用于其他产品，总成本就可以降低，增加利润的前景甚至更好。*有易碎的真空玻璃管装置，零售价最好为367.00美元，但由于其维护要求增加，因此在此优化中不将其视为××354K。Kanyarusoke/工程科学与技术，国际期刊23（2020）345图8.第八条。城市起动式太阳能热水器系统及晴天试验结果。见图9。后来设置的太阳跟踪太阳能虹吸管及其水温变化[35]。3.4. 基于南非材料图7示出了针对3个国内细分市场的优化过程的结果。由于缺乏电力，农村起动机系统中的油箱加注是手动的。因此，它是地面安装的。另外两个是屋顶安装的。更大的系统有一个辅助的电加热和控制系统，以确保温度总是至少60 °C，就像在正常的电间歇泉系统。表3列出了这些系统的详细规格和指示性零售价格。它还给出了最优解中产生的废物的总重量和成本。此外，还提供了同等竞争产品4. 性能实施例在本节中，我们给出了一个系统性能的示例，以说明晴天的一般行为。该系统对应于最佳的1 m 1.5 m 100 L城市启动器，在大学车间制造 ， 并 在 大 学 大 院 中 进 行 了 与 许 多 其 他 系 统 （ 例 如 ， 参 见Kanyarusoke[35]）相同的测试。天气数据来自Campbell Scientific气象站，水温由安装在水箱两端的2个直接浸入式温度计测量。图8中的结果显示了在这个阳光明媚的日子里，在下午2点到下午6点之间，平均温度在61-66 °C范围内的稳定实现和维持到了晚上7点，平均坦克温度-温度降到了58.5 °C。 这些温度对于正常的淋浴/沐浴条件来说足够好-因为它们与60 °C的正常家用电间歇泉输出相当。它们的趋势也与[35]中报道的跟踪太阳的太阳虹吸管的后期结果一致，图9中部分再现了这些结果。如在引用的参考文献中所解释的，温度在白天的某个时间达到峰值，并且此后停止上升，因为在下午晚些时候/晚上的入射辐射水平不能维持收集器-水箱回路中的现在是热水的自然循环在此期间，水箱水温的轻微下降是由于通过水箱隔热层的正常传导，然后是水箱盖表面的对流传递。5. 结论本文通过PESTLE分析研究了非洲它确定了20个一般性问题，其中一些被纳入一个优化模型，以设计家用太阳能热水器。有人指出，根据有关国家的不同，可能还有其他办法。从市场营销的角度来看，PESTLE分析得出了任何一个国家的三个家庭市场部分：农村家庭，没有电力供应，城市小型启动家庭和较大的城市家庭。优化模型解决了这些部分，原型构建和测试在大学校园。这项工作有两个主要发现。第一，农村部分在这个时候没有合适的太阳能热水系统。因此，工程或其他K. Kanyarusoke /工程科学与技术，国际期刊23（2020）345-356355企业家有机会进入一个绿色领域的设计在本文中。第二所提出的工作与这些系统之间的关键区别在于，这里的设计是基于目标市场内的客观条件。结果表明，使用这种方法的企业家可以将当前价格降低50%，并且仍然可以做好生意。虽然这两个可能是这项工作的最大贡献，但优化过程本身也可以扩展到商业和工业部门的设计。这是未来调查的工作。致谢这项研究部分由开普敦半岛科技大学通过研究补助金账户RU63资助引用[1] 第7大洲，按土地面积和人口划分- 信息图表列表，（未注明日期）。https://www.whatarethe7continents.com/biggest-largest-smallest-continents/（2018年6月16日访问）。[2] AfDB，The High 5，Industrialize Africa，（n.d.）。https://www.afdb.org/fileadmin/uploads/afdb/Documents/Generic-Documents/Brochure_Industrialiser_l_Afrique-En.pdf（2018年6月16日访问）。[3] P. Arthur，《非洲自然资源管理的治理：当代观点》，载于：Manag。非洲的自然资 源 ，PalgraveMacmillan ， UK ， London ， 2014 ， pp.39 比 6510 . 1 0 5 7 /9781137365613_3。[4] J. Ayee ， Managing Africa's Natural Resources ， Palgrave Macmillan ， UK ，London，2014，pp. 15-38. 10.1057/9781137365613。[5] K. Thorup，A.P. Tøttrup，M. Willemoes，R.H.G.克拉森河马里兰州斯特兰德伯格Vega，H. P. Dasari，M. 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