GB T 18974-2003 太阳集热器热性能室内试验方法.pdf

GB/T 18974-2003前言本标准参考了ISO 9806-1:1994(太阳集热器试验方法第1部分:装有玻璃盖板带压降的液体集热器热性能和EN 12975-2:2001太阳热利用系统与部件太阳集热器第2部分:测试方法的相关内容。本标准的附录A是规范性附录。本标准由国家经济贸易委员会资源节约与综合利用司、国家科技部高新技术司提出。本标准由全国能源基础与管理标准化技术委员会新能源和可再生能源分委会归口。本标准起草单位:中国科学院工程热物理研究所、中国标准研究中心、中国气象科学研究院、清华大学建筑学院，山东皇明太阳能有限公司。本标准主要起草人:王志峰、赵跃进、王炳忠、张寅平、黄鸣。GB/T 18974-2003太阳集热器热性能室内试验方法1范围本标准规定了太阳集热器稳态和准稳态热性能在室内模拟太阳辐射下的试验方法。本标准适用于带压力降、有透明盖板、传热工质为液体的平板型太阳集热器。本标准也适合于真空管太阳集热器。本标准不适用于聚光型集热器、储热器与集热器为一体的储热式太阳集热器，也不适用于跟踪的和无盖板太阳集热器。2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/T 4271-2000平板型太阳集热器热性能试验方法GB/T 12936. 1太阳能热利用术语第一部分GB/T 12936.2太阳能热利用术语第二部分GB/T 17683. 1太阳能在地面不同接受条件下的太阳光谱辐照度标准第1部分:大气质量1.5的法向直接式日射辐照度和半球向日射辐照度(GB/T 17683.1-1999,egv ISO 9845-1;1992)ISO 906。太阳能测量半球向日射与直接式日射的仪表技术条件与分级ISO 9846太阳能利用标准直接式日射表校准总日射表术语和定义本标准除采用GB/T 12936. 1和GB/T 12936. 2中的相关术语和定义外，还采用下列术语和定义集热器倾角collector tilt angle太阳集热器采光面与水平面之间的锐角。3.2标准空气standard air:密度为1. 024 kg/m、气压为101. 325 kPa,温度为20条件下的干空气。符号和单位E:热辐射，W/m;凡:波长A处的光谱辐照度，W/m ;F,z:角系数，无量纲;n:波段数目;P:光谱加权值，无量纲;P(AJ:波段内的平均光学性质;T,:环境空气温度，;Tz:表面2温度，;:2:表面2的发射率;无量纲;GB/T 18974-2003几:波长，m;ox;:波段，m;P:反射率，无量纲;。:斯帝芬一波尔兹曼常数5.67X 10-,W/(mK“);(ra):集热器的透射比与吸收比的乘积，无量纲。5环境参数测量5.1辐照度太阳模拟器中的短波辐射用总日射表测量。该总日射表应符合ISO 906。规定的一级表标准，其校准应按照ISO 9846的有关规定进行。如果仪器的显示值在一年内变化超过士1%，应增加校准次数或更换仪器。如果仪器受损，应重新校准，以检查校准因子及时间常数的稳定性。若更换了仪器的玻璃罩，仪器的余弦响应也应进行检查总日射表的安装应当与集热器的采光口平行，平行度相差应小于士I.通常，太阳模拟器辐射中的热辐射成分要比室外自然光条件下的高，应专门对其进行测量，以保证该部分的辐照度不超过7.1.5所规定的值，否则应当对模拟器所发射热辐射量进行重新标定，并在测试报告上注明该集热器最后一次标定时的热辐照度。注:太阳模拟器的辐照度在试验期间随空间和时间的变化而变化。因此应当在采光口上对辐射进行积分以得到采光口上的总辐照度.辐照度随时间的变化是由电路电压、环境温度和灯的使用时间长短等所引起的。灯从启动到稳态愉出前需预热，时间一般不少于30 micro5.2环境气温用太阳模拟器试验期间，一个试验周期内，环境气温的变化不应超过设定值的士2C .环境气温测点应在距地面大于1.2 m，距集热器不小于1.5 m处，并用防辐射罩屏蔽直射辐射。若用风机产生气流进行不同风速条件下的试验时，应以风机出口的空气温度作为环境空气温度。5.3长波(热)辐射可用地球辐射表测量长波辐射。为了减少太阳模拟器的影响，应对地球辐射表进行通风。长波辐照度测量的准确度应为士10 W/m2 e5.4长波辐射计算当集热器视场内的所有热辐射和吸热体都确定后，集热器采光口上的热辐射可由温度、表面发射率和辐射角系数进行计算。从一个热表面(由2表示)投射到集热器表面(由1表示)的热辐射E由式(1)给出。E=as 2 F12欢. ( 1)集热器吸收的净热辐射可以用式(2)计算:E一12(E272一r)。.(2)式中的辐射角系数可由传热学书中查得。6集热器参数测量6. 1工质流量流量计的准确度应为士1.0%e6.2风速风速仪测量的准确度应为士。. 5 m/s,6.3压力按照GB/T 4271的有关规定执行。6.4时间间隔zGB/T 18974-2003试验时间间隔测量的准确度应为士0.2%o6.5测量仪器及数据记录仪所用的模拟量和数据记录仪的准确度应等于或优于读数满量程士0. 5%和is以内的时间常数。所测量的峰值信号应处于满量程的50%到100%之间。所用的数据记录仪和电子积分器的准确度应在士1.0%范围内。数据记录仪的输人阻抗应大于传感器阻抗的1 000倍或10 MQ，取两者之中较大者。仪表或仪表系统的最小刻度不应超出要求精密度的2倍。例如，如果规定精密度是士。. 1 0C，仪表的最小刻度不应超过0. 2 0C o6.6温度用于测量集热器传热工质温度和工质进出口温差的传感器及其读数装置的准确度及精密度应为士。.1“C,用于测量环境空气温度的传感器及其读数装置的准确度及精密度应为士。50C,6.7集热器面积测量按照GB/T 4271的有关规定执行。6.8集热器工质容量测量测量工质容量由试验中所用传热工质的相同质量来表示，测量的准确度应为士10%.6.9电能测量电能所用的仪表及相关的读数装置，应准确到读数的士1%或15W“h，取二者之中较大者。7试验要求7. 1太阳模拟器试验中所用的太阳模拟器应按照规定的指南和限制使用，并且至少应具备下列特性。7.1.1光谱测f模拟太阳辐射的光谱分布应近似等于大气质量为1. 5条件下的太阳光谱分布，具体数据应按GB/T 17683. 1的规定。集热器平面上辐射光谱质量应在0. 3 pm-3. 0 pm的波长范围内，测量的频带带宽不大于0. 1 pm,用太阳模拟器测得的垂直人射条件下的吸收比与透射比乘积与用标准光谱计算所得到的差别不应大于3%。集热器的有关光学性质应由集热器制造商提供。在报告中，应给出集热器在该太阳模拟器光谱条件下的光谱加权值。计算光谱加权值的方法见附录A,对于安装新灯的太阳模拟器，均应进行光谱测量。对某些类型的灯，如以灯丝为发光体的灯，其光谱特征在使用过程中会发生显著的变化。因此，对其更应经常进行测量，以确保试验中集热器的吸收比与透射比乘积与用标准光谱计算的值相差不大于3%7. 1.2辐照度及其均匀度太阳模拟器辐照度的测量是在太阳集热器采光口平面上进行的。对于平板集热器，试验平面即该集热器的透光板。由于模拟器的辐照度在集热器采光口上是不均匀的，试验平面上的辐照度由在该平面上以最大间距为15 cm的均匀方形网格上所测辐照度的平均值来表示。用于测量试验平面上辐照度的仪器应与室外试验所用的仪器相同。均匀辐照度应满足:集热器采光口上任一点的辐照度不超过采光口上平均辐照度的士15%0试验期间辐照度的变化也可能是由于电力供应不稳定、温度变化和灯的寿命影响所造成的。在整个试验周期内，集热器采光口平面上平均辐照度的变化不应超过士3%。采光面上任一时刻，任一点的辐照度变化不超过整个采光面上平均辐照度的士15 0a。用于计算热性能报告所用的辐照度应是本试验阶段的平均值。如果集热器中有光谱选择性吸热层或盖板，应当检验光谱对(。)的影响;如果在太阳模GB/T 18974-2003拟器下测得的有效(ra)与大气质量为1.5时测得的(ra)相差大于1%，则应当对(。)的值进行修正。7.1.3准直度辐射的准直度应能保证在集热器采光口上任一点所接收到的辐射至少80%来自以该点为顶点的正立体角小于或等于600的区域。7.1.4太阳辐模拟器的输出太阳模拟器应能在集热器采光口平面上产生至少800 W/ma的辐照度，且其平均辐照度能在300 W/m2到1 100 W/m“范围内调节。太阳模拟器输出值的脉动应在试验所规定辐照度的士50 W/m以内。7. 1.5对长波辐射的限制应在集热器采光口的平面上用地球辐射表测量3 pm-50 pm之间的长波(热)辐射。试验期间集热器采光口上测得的长波辐照度不应超过环境气温下黑体总辐照度的5%.在试验期间，靠近集热器表面的物体表面温度应尽量与环境空气温度一致，以避免周围物体热辐射对集热器的影响。在室内试验时，集热器应与周围冷、热物体的表面相隔离。7.2试验台架集热器的安装与场所应当按照GB/T 4271中的有关规定执行。试验期间集热器与水平面的夹角应在450士50之间，或按照制造商的规定设置。所设定的倾角在整个试验期间应保持恒定。7.3试验条件7.3.1风速试验过程中，应使用风机或其他方式模拟均匀气流掠过集热器表面。掠过集热器表面的气流温度与环境空气温度之差不应超过士1. 00c。风机吹风口纵向中心线与被测集热器纵向中心线的夹角不应超过300，且气流应为水平方向，平均风速应保持在2 m/s-4 m/s的范围内。测点布置在平行于集热器采光口，距集热器外盖板5 cm至15 cm间的平面处。空气速度应是集热器采光口上风速的平均值，该范围内任一点的值不应超过平均值的士。. 5 m/s,7.3.2工质流量在试验周期内流过集热器总面积上工质流量的设定值为。.02 kg/ms左右。在整个试验期间，流量平均值的变化不应大于设定值的士1%。在所有的试验周期中，该值的变化不超过设定值的士10%0对某些集热器，该推荐值可能会使集热器内的工质流动处于层流和湍流之间的过渡区。这会导致集热器器内对流换热系数的不稳定，进而引起集热效率的不稳定。为了消除这一现象，可以采取增大流量的办法，但须在试验报告中注明。受测量仪器精密度的限制，若工质流过集热器时的进出口温差小于1. 50C，则该组测量数据无效。7.4试验周期由于试验是在室内进行，试验可从一天中的任意时刻开始。室内试验周期的确定方法与GB/T 4271规定的室外试验周期的确定方法相同。试验程序集热器在其工作温度范围的室内试验过程应按GB/T 4271相关规定。其中:在至少4种不同进口温度条件下，应当有16个试验结果数据点，即每个工况条件有4个试验点。应当有足够的时间使集热器出口温度达到稳态。应当有一个进口温度与环境空气温度之差在士3以内。试验报告按照GB/T 4271-2000附录A规定的试验结果报告单记录和描述试验过程。GB/T 18974-2003附录A(规范性附录)光学性质的光谱加权值计算一种光学性质的光谱加权值尸可用下式计算:艺 P(x)E，0A;.(A.1)醉 瓦咋艺1=1波段由下式给出:AA:几汗1一几。1第一个和最后一个波段用下式计算:AA,二A2一x,及几二二又，一入十1标准大气质量为1.5时太阳光谱的A及E,.的值列在GB/T 17683.1的表中。模拟器的E值应按7.1.1条的规定测量。本光谱加权法适用于处理与光谱光学性质有关的乘积(如。,Pra),GB/T 18974-2003参考文献1 ASHRAE Handbook of applications, Atlanta (GA):American Society of heating, Refrigeratingand Air-Conditioning Engineers, 1978.仁2 AASTM Standard E 892-87, Terrestrial direct normal solar spectral irradiance at air mass 1. 5 fora 370 tilted surface. 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