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編者按：太陽能空氣集熱器在我國有廣泛的應(yīng)用前景，該標(biāo)準(zhǔn)的制定旨在推動我國太陽能空氣集熱器的技術(shù)進步和產(chǎn)品質(zhì)量提高，為規(guī)范和推廣太陽能空氣集熱器提供了參考。該標(biāo)準(zhǔn)在制定過程中考慮了我國太陽能空氣集熱器產(chǎn)品現(xiàn)有的科研、設(shè)計、制造、檢測水平，進行了測試及數(shù)據(jù)的收集、統(tǒng)計和分析，在行業(yè)內(nèi)廣泛征求了意見，并經(jīng)專家研討，使該標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)指標(biāo)和試驗方法科學(xué)合理、可操作性強，達到了國內(nèi)先進水平。

背景

目前，在太陽能利用的諸多形式中，最成熟、最經(jīng)濟，與建筑關(guān)系最緊密的利用形式就是太陽能熱利用。太陽能空氣集熱器是太陽能熱利用主要形式之一。我國開展太陽能空氣集熱器的研究較晚，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展以及國家對太陽能熱利用政策的扶植，太陽能空氣集熱器也開始大量運用，除了用于住宅的采暖和空調(diào)，目前也在農(nóng)作物干燥等方面廣泛應(yīng)用，在工廠、學(xué)校等公共建筑的預(yù)熱通風(fēng)方面也有著廣闊的應(yīng)用空間。但由于空氣的熱容及密度小，空氣集熱器中一般都要考慮強化傳熱措施，由此帶來的是空氣集熱器形式多樣。本標(biāo)準(zhǔn)的制定，為相關(guān)政府部門規(guī)范市場管理提供依據(jù)，為太陽能空氣集熱器的設(shè)計生產(chǎn)和產(chǎn)品的性能評價提供技術(shù)指導(dǎo)和檢測判定依據(jù)，為太陽能空氣集熱器產(chǎn)品的推廣及產(chǎn)業(yè)化奠定堅實的基礎(chǔ)。

標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容

1.范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了太陽能空氣集熱器熱性能的試驗方法及計算程序。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于利用太陽輻射加熱、有透明蓋板、傳熱工質(zhì)為空氣的只有單一入口和單一出口的平板型太陽能空氣集熱器（以下簡稱“平板型集熱器”），以及傳熱工質(zhì)為空氣的非聚光型全玻璃真空管型太陽能空氣集熱器（以下簡稱“真空管型集熱器”）。

2.集熱器的安裝及場所

集熱器試驗臺架不應(yīng)遮擋集熱器的采光面，不應(yīng)影響集熱器背面、側(cè)面和集熱器進出口的隔熱保溫。臺架應(yīng)采用開放式結(jié)構(gòu)，不影響空氣沿集熱器各個面的自由流動。集熱器的最低邊離地面不應(yīng)＜0.5m。在屋頂上試驗時，臺架距屋頂邊緣的距離應(yīng)＞2m。集熱器試驗臺架應(yīng)能手動或自動跟蹤太陽方位角或高度角。對于僅跟蹤太陽方位角的試驗臺架，安裝集熱器時應(yīng)使采光面與水平面的傾角為當(dāng)?shù)鼐暥?plusmn;5°，但不應(yīng)＜30°。集熱器也可以根據(jù)生產(chǎn)廠家的要求和實際安裝的傾角進行試驗。

試驗場所周圍應(yīng)無反射比＞0.2的物體。試驗期間，周圍物體表面不應(yīng)有明顯的太陽輻射反射到集熱器上，天空內(nèi)不應(yīng)有遮擋陽光直射集熱器的物體。

重點解讀

1.儀器與測量

1）太陽輻射測量

總輻射表在進行數(shù)據(jù)采集前應(yīng)放置于典型的試驗位置至少30min，以使總輻射表與所處環(huán)境達到熱平衡。

總輻射表傳感器的安裝應(yīng)與集熱器采光口平行，兩平面平行度相差應(yīng)＜±1°。在試驗期間，總輻射表不得遮擋集熱器采光口。總輻射表應(yīng)安裝在能夠接收到與集熱器相同直射、散射和反射太陽輻射的地方。

在室外試驗時，應(yīng)將總輻射表座體及其外露導(dǎo)線保護起來，以防被太陽曬熱。應(yīng)減少集熱器對總輻射表的反射和再輻射。

直接日射入射角可用日晷測量，日晷應(yīng)安裝在集熱器平面的一側(cè)。

2）溫度測量及安裝

空氣進口溫度的測量準(zhǔn)確度應(yīng)為±0.2℃；集熱器進出口溫度差的測量準(zhǔn)確度應(yīng)為±0.2℃；測量環(huán)境空氣溫度的準(zhǔn)確度為±0.5℃。

在測溫位置上，應(yīng)至少均勻安裝6 個溫度傳感器，并取平均溫度作為測量值。對如圖1 所示的圓形管道，在圓心位置布置1個點，在離圓心的位置均勻布置5個點。

在室外試驗時，環(huán)境溫度傳感器應(yīng)安置在距被測集熱器10m以內(nèi)的白色百葉箱中。百葉箱安裝高度應(yīng)為集熱器中間的高度，但百葉箱距地面的高度不應(yīng)＜1m。

若使用風(fēng)機驅(qū)動空氣流過集熱器時，風(fēng)機出口溫度與環(huán)境空氣溫度的差應(yīng)在±1℃以內(nèi)。

3）濕度、流量測量及安裝

空氣進口濕度的測量準(zhǔn)確度應(yīng)為±2%（10%-90%RH），濕度傳感器安裝在空氣進口處。空氣質(zhì)量流量測量的準(zhǔn)確度應(yīng)為±3%。

為保證測量準(zhǔn)確度，其進口段1和出口段1的長度應(yīng)不＜5D，進口段2和出口段2應(yīng)不＜3D。流量計的安裝、太陽能空氣集熱器試驗臺架示意如圖2所示。

 

4）環(huán)境空氣速度測量

隨著流經(jīng)集熱器的空氣流動速度增加，集熱器的熱損失相應(yīng)增加，但是風(fēng)向?qū)τ跓釗p失的影響還不清楚，因此在集熱器效率測試中不測量風(fēng)向。

進行室外集熱器試驗時，空氣流速很少為常數(shù)，應(yīng)取試驗期間的平均風(fēng)速，空氣流速測量的準(zhǔn)確度應(yīng)為±0.5m/s。

如果平均風(fēng)速＜2m/s，宜采用人工送風(fēng)，在集熱器上方距采光口100mm的若干均勻分布點上逐點進行測量并取它們的平均值。在風(fēng)速穩(wěn)定的條件下測量，應(yīng)在性能試驗前后進行。在有自然風(fēng)的場所，應(yīng)在靠近集熱器的5m 以內(nèi)的位置進行風(fēng)速測量。試驗期間，通過傳感器的風(fēng)不應(yīng)被阻擋，傳感器也不應(yīng)遮擋集熱器。

5）時間間隔、集熱器面積測量

時間間隔測量的準(zhǔn)確度應(yīng)為±0.2%，集熱器面積（總面積、采光面積、吸熱體面積或輪廓采光面積）的測量準(zhǔn)確度應(yīng)為±0.1%。

2.試驗臺架

1）管道布置與組裝

管道推薦為圓形，外層需作良好的保溫及防濕處理。從空氣溫度調(diào)節(jié)器出口到集熱器進口之間的管道應(yīng)保持最短，以減少環(huán)境對工質(zhì)進口溫度的影響。但也應(yīng)充分考慮空氣進口段及各種傳感器位置對流動的影響。

溫度、壓力及流量的測量點和集熱器進出口之間的管道應(yīng)采用隔熱和防曬反射涂層進行保護，使管道內(nèi)的溫降不超過0.5℃。在流量計或風(fēng)機的入口前安裝空氣過濾器。空氣的泄漏對流量測量有很大影響，應(yīng)密封除空氣集熱器外的所有聯(lián)接處，使空氣泄漏小于額定工作量的1%。

2）風(fēng)機及流量控制裝置

根據(jù)集熱器的工作特點，在測試臺架上設(shè)置兩個變頻風(fēng)機，當(dāng)集熱器在正壓下工作時，使用變頻風(fēng)機1提供氣流，當(dāng)集熱器在負(fù)壓下工作時，使用變頻風(fēng)機2提供氣流。

安裝在空氣集熱器試驗回路中的風(fēng)機，應(yīng)不影響集熱器溫度控制或溫度測量。試驗期間，在任何進口溫度下，風(fēng)機及流量控制裝置應(yīng)能維持穩(wěn)定的流量，流量的變化范圍應(yīng)穩(wěn)定在±3%以內(nèi)。

3）空氣溫度調(diào)節(jié)

集熱器試驗回路應(yīng)在集熱器工作的溫度范圍內(nèi)，具有保持集熱器進口溫度恒定的能力，同時應(yīng)避免集熱器進口溫度的漂移。

3.室外效率試驗

試驗前：

對集熱器進行外觀檢查，并做好記錄。集熱器采光口的蓋板表面、真空管表面或反射器表面進行徹底清潔。如果集熱器部件上有水汽，應(yīng)使用熱空氣在集熱器中循環(huán)一段時間，烘干隔熱材料和集熱器外殼。如果進行該項處理，應(yīng)在檢測報告中加以說明。

試驗期間：
集熱器采光面上的總太陽輻照度應(yīng)不＜700W/m²，太陽輻照度總的變化應(yīng)不＞±50W/m²。周圍環(huán)境空氣速度不應(yīng)高于4m/s。周圍環(huán)境空氣濕度不應(yīng)高于80%RH。

試驗程序：

為了測定集熱器的效率特性，集熱器試驗應(yīng)在晴朗天氣條件下進行。對于數(shù)據(jù)點的選取，應(yīng)在集熱器工作溫度范圍內(nèi)至少取四個間隔均勻的空氣進口溫度。

為了獲得η₀，其中一個進口溫度應(yīng)使集熱器空氣平均溫度與環(huán)境空氣溫度之差在±5℃之內(nèi)。應(yīng)根據(jù)集熱器的最高工作溫度確定最高空氣進口溫度。

對每個空氣進口溫度至少取四個獨立的數(shù)據(jù)點，每個瞬時效率點的測定時間間隔應(yīng)不少于3min。

在試驗期間，應(yīng)按下列參數(shù)中所規(guī)定的項目進行測量。在上述時間間隔內(nèi)，每分鐘至少一次定時采集下列c、d、f、g、h、i、j

測量參數(shù)的數(shù)據(jù)，取其算術(shù)平均值作為該參數(shù)的測定值。

應(yīng)對以下參數(shù)進行測量：

A：集熱器總面積A_G、吸熱體面積A_A、采光面積Aa和輪廓采光面積A_c；

B：空氣體積流量V_f；

C：太陽能空氣集熱器采光面上太陽輻照度G；

D：太陽能空氣集熱器采光面上散射太陽輻照度G_d；

E：直接日射入射角（通常由計算得出）；

F：環(huán)境空氣風(fēng)速u；

G：環(huán)境空氣溫度t_a；

H：空氣進口平均溫度t_i；

I：空氣出口平均溫度_te；

J：空氣質(zhì)量流量；

K：進口空氣濕度。

試驗周期（穩(wěn)態(tài)）：

穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)點的試驗周期應(yīng)包括至少12min的預(yù)備期和至少12min的穩(wěn)態(tài)測量期。

如果試驗參數(shù)偏離它們在試驗周期內(nèi)的平均值不超過表1規(guī)定的范圍，則可認(rèn)為在給定試驗周期內(nèi)集熱器處于穩(wěn)態(tài)工況。

結(jié)語

本標(biāo)準(zhǔn)由全國太陽能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會和中國農(nóng)村能源行業(yè)協(xié)會太陽能熱利用專業(yè)委員會提出并歸口。依據(jù)GB/T1.1-2009規(guī)定的起草規(guī)則編制，標(biāo)準(zhǔn)制定過程中參考了GB/T 4271-2007《太陽能集熱器熱性能試驗方法》和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 12975-2-2006《熱太陽能系統(tǒng)和部件太陽能集熱器試驗方法》。本標(biāo)準(zhǔn)的制定規(guī)范了太陽能空氣集熱器的生產(chǎn)與檢驗，以達到環(huán)境效益和經(jīng)濟效益的目的，提升太陽能空氣集熱器的質(zhì)量，助行業(yè)健康發(fā)展。

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