解读《带电辅助能源的太阳能热水系统技术条件》

编者按：国家标准《带电辅助热源的太阳能热水系统技术条件》制定，在规范带电辅助能源的太阳能热水系统产品质量的同时，对推动系统技术广泛应用于各种生活和生产领域有积极作用，将会促进太阳能为国家节能减排做出更大贡献。 　　背景 　　1. 随着国家对节能减排的重视，太阳能热水器大面积使用。但是太阳能能量密度低，具有不稳定性、分散性，造成单位面积内的太阳能辐射量有限，太阳能容易受昼夜、季节、地理纬度、日照时间、日照强度、海拔高度等自然条件限制，特别在阴雨天必须使用辅助加热装置。 　　2.电能是常规的辅助能源，考虑我国目前带电辅助能源太阳能热水系统的生产能力、工程现状、应用和发展趋势，对国家标准《带电辅助能源的太阳能热水系统技术条件》解读。 　　标准主要内容 　　1. 研究内容 　　带电辅助能源的太阳能热水系统由太阳能集热器、储热水箱、管道、电辅助加热器及控制器等组成，用于加热储热水箱内水的装置，在住宅、小型商业建筑或公共建筑中使用。 　　本标准规定了带电辅助能源太阳能热水系统的术语和定义、产品分类与标记、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输以及储存。本标准适用于储热水箱容积0.6m3带电辅助能源的太阳能热水系统。 　　2. 技术要求 　　平板型太阳能集热器、真空管型太阳能集热器、全玻璃真空太阳集热管、控制器的外观均应符合相关要求。太阳能热水系统辅助电加热器功率配置合理。 　　辅助电加热器在使用前启动，在使用过程中切断电源。 　　1）储热水箱 　　封闭式储热水箱容水质量的铭牌显示值与测量值之差应≤3%，出口敞开式、开口式、水槽供水式储热水箱容水质量铭牌显示值与测量值之差应≤5%。 　　排污口设置在储热水箱的适当位置，便于充分排出水箱内的水；对于敞开和开口的太阳能热水系统，在储热水箱的适当位置设有溢流口，进水口和出水口应有清晰标志，标志不应标在可更换的部件上，如采用颜色作标志，则蓝色表示冷水进口，红色表示热水出口。进水口和出水口亦可用箭头表示水流方向。 　　2）耐压 　　太阳能热水系统的耐压是指储热水箱及设备管路系统承受一定压力的能力。太阳能热水系统应能承受10min试验压力。水槽供水式、出口敞开式和开口式系统的试验压力为0.065MPa。封闭式系统的额定工作压力应≥0.6 MPa，试验压力为额定工作压力1.5 倍。 　　3）热性能 　　辅助热源和太阳能联合工作时系统热性能应符合下列要求： 　　试验结束时储热水箱内水温度应≥45℃； 　　带辅助热源的太阳能热水系统的太阳能保证率应≥0.70。 　　4）耐真空冲击 　　封闭式系统应能承受在正常使用中出现的真空冲击，当出现真空冲击时，容器不应有影响安全的变形。 　　5）脉冲压力 　　封闭式太阳能热水系统在承受至少8 万次脉冲压力试验后，加热管和储热水箱焊缝应无渗漏，储热水箱应无明显变形和开裂。 　　6）耐撞击 　　平板型太阳能集热器、全玻璃真空太阳集热管、玻璃-金属封接式热管真空太阳集热管的耐撞击性能应分别满足相应的要求。太阳能热水系统的水质、过热保护、支架强度和刚度、空晒、外热冲击、淋雨、内热冲击、防倒流、耐冻等性能应满足GB/T19141要求。 　　3. 试验方法 　　1）耐压试验 　　对太阳能热水系统注水施压，检验热水系统是否损坏。将太阳能热水系统内注满水，通过放气阀排尽热水系统内的残留空气，关闭放气阀，用液压系统缓慢加压至试验压力，达到试验压力后维持10min，同时检查热水系统有无膨胀、变形、渗漏或破裂。试验期间环境温度应在0℃～39℃之间。应检查热水系统是否有渗漏，储热水箱、集热器、辅助热源和管道等设备和部件是否膨胀变形和破裂，集热管是否有纵向位移、变形和破裂。试验结果应注明试验压力值、环境温度、试验持续时间。 　　2）热性能试验 　　将太阳能热水系统辅助热源关闭，辅助热源工作时系统单天热性能试验条件：应至少包括1整天满足以下条件的试验： 　　试验期间的太阳辐照量H为12.0±0.1 MJ/m2； 　　集热试验开始时储热水箱内水温tb应满足tb = 20℃； 　　集热试验期间日平均环境温度0℃≤tad≤39℃； 　　周围环境风速v ≤ 4 m/s。 　　3）耐真空冲击试验 　　太阳能热水系统连接到真空试验装置上，确认系统处于封闭状态，将太阳能热水系统抽至33kPa真空度，并保持5min。 　　试验完成后目测太阳能热水系统的储热水箱、集热器、集热管、管路以及其他设备组件有无渗漏和明显变形。 　　4）脉冲压力试验 　　将太阳能热水系统连接到耐压试验装置上，对太阳能热水系统注水加压至额定工作压力100%±5%，保持5min，检查热水系统是否有渗漏等异常现象。 　　将太阳能热水系统连接到脉冲压力试验装置上，按如下要求进行试验： 　　脉动压力：容器内注入与环境温度相同温度的水；排空容器内空气，按额定工作压力的15%—（100%±5%）交替对容器加压。 　　频率：每min25次～60次。 　　循环次数：至少8 万次，每加压1万次结束时，将压力至少维持在额定工作压力10min，目测容器无明显变形，再进行下面循环试验。 　　脉冲压力试验完成后目测太阳能热水系统的储热水箱、辅助热源、集热器、集热管、管路以及其他设备组件有无渗漏和明显变形。 　　5）耐撞击试验 　　对于太阳能热水系统中的平板型太阳能集热器，采用直径为30mm、表面光滑的钢球进行撞击。钢球从0.5m高度、静止状态、并不施加外力的情况下自由落到透明盖板的中央部分，落点要落入距中心0.1m 的范围之内。对一个试件只做一次试验，检查透明盖板有无损坏。对于太阳能热水系统中的真空太阳集热管，拆下被检太阳能热水系统的的全部真空太阳能集热管，逐一检查真空太阳能集热管有无损坏。 　　重点解读 　　1. 工作温度下泄漏电流和电气强度试验 　　带辅助电加热器太阳能热水系统的水箱外壳和内水箱的进出水接头易触及辅助电加热器。因此需要测定它们与辅助电加热器间的泄漏电流和电气强度，图1 为泄漏电流试验电路原理，图2为电气强度试验电路原理。 　　2. 接地措施检查 　　接地电阻试验电路原理如图3所示。 　　带辅助电加热器的太阳能热水系统对触及带电部件的防护、内部布线、电器元件、电源连接和外部软线、外部导线用接线端子、电器间隙、爬电距离和固体绝缘等按照满足相关要求的方法进行检查和试验。 　　3. 安全泄压阀检查 　　检查太阳能热水系统，确认1）集热器组中每个可以关闭的回路至少安装一个安全阀； 　　2）安全阀的规格和性能符合本标准6.2.7规定的要求； 　　3）安全阀释放压力处的传热工质温度不会超过传热工质的最高允许温度。 　　4. 安全阀和膨胀箱连接管检查太阳能热水系统确认 　　1）安全阀和膨胀箱的连接管都不能关闭； 　　2）安全阀的连接管径符合本标准6.2.7规定的要求； 　　3）安全阀和膨胀箱的连接与管道铺设可以避免沉积任何污物、水垢、类似杂质。 　　5. 安全性能电击防护与防水等级 　　带辅助电加热器的太阳能热水器室外安装部分的防水等级至少是IPX4，室内安装部分的防水等级至少是IPX1，安装在淋浴场中的是IPX4。 　　太阳能热水系统的辅助电加热器在正常工作温度下，其输入功率对额定输入功率的偏离不应大于表1中所示的偏差。 　　工作温度下的泄漏电流和电气强度工作温度下，在至少连续正常工作1h后，辅助电加热器以额定输入功率1.15 倍工作，泄漏电流不应超过0.75mA或0.75mA/kW（额定输入功率），两者中选较大值，但是最大为5mA。 工作温度下，在至少连续正常工作1h后断开电源，辅助电加热器立即经受频率为50Hz 或60Hz 的1000V 电压，实验时间1min，在试验期间，不应出现击穿。 　　冷态泄漏电流和电气强度在室温且不连接电源的情况下，对辅助电加热器施加额定电压1.06 倍，辅助电加热器的泄漏电流不应超过0.75mA 或0.75mA/kW（额定输入功率），两者中选较大值，但是最大为5mA。 　　在冷态泄漏电流试验结束后，辅助电加热器的绝缘要立即经受频率为50Hz或60Hz的1250V 电压，实验时间1min，在试验期间，不应出现击穿。 　　6. 接地措施 　　辅助电加热器的易触及金属部件应永久并可靠地连接到辅助电加热器的一个接地端子，或辅助电加热器输入插口的接地触点。接地端子和接地触点不应连接到中性接线端子。 　　接地端子的夹紧装置应充分牢固，以防止意外松动。用于连接外部等电位导线的接线端子，应连接2.5mm2～6mm2标称横截面积的导线，并且它不应用来提供器具不同部件之间的接地连续性。 　　接地端子或接地触点与接地金属部件之间的连接，应具有地电阻值。从空载电压≤12V（交流或直流）的电源取得电流，并且该电流等于用电器额定电流1.5 倍或25 A（两者中取较大者），让该电流轮流在接地端子或接地触点与每个易触及金属部件之间通过。在辅助电加热接地端子或输入插口的接地触点与易触及金属部件之间测量电压降。由电流和该电压降计算电阻，该电阻≤0.1Ω。 　　7. 安全泄压阀 　　封闭式太阳能热水系统应安装安全泄压阀应能耐受传热工质，尺寸应能释放最大热水流量或可能出现的最大蒸汽流量，安全泄压阀与系统安装了连接管道，该管道不能关闭。 　　如果太阳能热水系统安装了安全泄压阀和膨胀箱的连接管，则安全泄压阀和膨胀箱的连接管尺寸应能保证即使对于最大热水流量或可能出现的最大蒸汽流量，集热器回路中的压力都不会因这些管路的压降而超过最大允许压力值。 　　安全泄压阀的出口应适当布置，保证从安全泄压阀喷出的蒸汽或传热工质不会对人或周围环境造成任何危险。 　　安全泄压阀和膨胀箱的连接与管道铺设，应避免沉积任何污物、水垢、类似的杂质。 　　8. 排空水管 　　如果家用太阳能热水系统安装了排空水管，则排空水管的铺设应保证管路不会冻结，不会在管路中积水。 　　带辅助电加热器的太阳能热水系统对触及带电部件的防护、发热、内部布线、电器元件、电源连接和外部软线、外部导线用接线端子、电器间隙、固体绝缘等项目均应满足相应要求。 　　结语 　　本标准由全国太阳能标准化技术委员会提出并归口，本标准的制定参考了欧洲标准EN12976-1：2006《太阳能热利用系统和部件－工厂制造的系统第1部分：总体要求》及EN12976-2：2006《太阳能热利用系统和部件－工厂制造的系统第2部分：试验方法》。本标准自实施以来旨在为更好保障带电辅助能源的太阳能热水系统质量，促进行业健康发展。 　　标准的制定规范带电辅助能源的太阳能热水系统安装与验收，达到环境效益和经济效益目的，将促进行业健康发展。 　　该标准有助于企业、工程商进一步自我规范，避免某些为了追求短期利益的不负责任企业作质量不合格的带电辅助能源的太阳能热水系统，对行业造成负面影响，通过提升带电辅助能源的太阳能热水系统，助行业健康发展。