重点分析《太阳能集热器热性能试验方法》标准

云南师范大学/谌学先

　　编者按：本标准代替GB/T6424-1997《平板型太阳能集热器技术条件》。对平板型太阳能集热器的外观要求和检测方法进行了整理；增加了平板型太阳能集热器吸热体涂层材料类型符号、耐冻试验、项目试验顺序要求；修改了平板型太阳能集热器耐压试验、检验规则以及闷晒、空晒、外热冲击、内热冲击试验对环境参数的要求；本标准于1986年首次发布，1997年第一次修订。本标准由全国能源基础与管理标准化技术委员会提出。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。

　　重点分析

　　1.范围

　　本标准规定了太阳能集热器（以下简称集热器）稳态和动态热性能的试验方法及计算程序。本标准适用于利用太阳辐射加热、有透明盖板、传热工质为液体的平板型太阳能集热器（以下简称平板型集热器），以及传热工质为液体的非聚光型全玻璃真空管型太阳能集热器、玻璃- 金属结构真空管型太阳能集热器和热管式真空管型太阳能集热器（以下简称真空管型集热器）。

　　本标准不适用于储热器与集热器为一体的储热式太阳能集热器，也不适用于无透明盖板的和跟踪聚焦的集热器。

　　2. 术语和定义

　　GB 3100、GB/T 12936、GB/T 19141、JJG 1032和ISO 9488：1999 确立的以及下列术语和定义适用于本标准。试验周期test period 对于每一个测定的效率点，维持准稳态的时间。轮廓采光面积contour aperture area 见GB / T 19141-2003 中的轮廓采光面积定义和计算方法示意图。真空管型太阳能集热器采光面积aperture area of evacuatedtube solar collector 太阳辐射进入真空管型太阳能集热器的最大投影面积。

　　3. 集热器的安装

　　1）集热器试验台架。集热器试验台架不应遮挡集热器的采光面，不应影响集热器背面、侧面和集热器进出口的隔热保温。台架应采用开放式结构，不影响空气沿集热器各个面的自由流动。集热器的最低边离地面不应小于0.5m。在屋顶上试验时，台架距屋顶边缘的距离应大于2m。集热器试验台架可手动或自动跟踪太阳方位角或高度角，也可采用固定朝向和倾角的试验台架。

　　2）倾角。对于仅跟踪太阳方位角的试验台架，安装集热器时应使采光面与水平面的倾角为当地纬度±5° ，但不应小于30° 。集热器也可以根据生产厂家的要求和实际安装的倾角进行试验。

　　3）集热器方位。可通过手动或自动的方法使集热器跟踪太阳的方位角。

　　4）直接辐射的遮挡。在试验期间，不应有任何阴影投射到集热器上。

　　5）散射辐射和反射辐射。试验场所周围应无反射比大于0.2的物体。试验期间，周围物体表面不应有明显的太阳辐射反射到集热器上，天空内不应有遮挡阳光直射集热器的物体。

　　6）风。集热器应安装在风能够自由通过其采光面、背面和侧面的地方，与采光面平行的平均风速应保证周围环境空气速度≤4m/s。必要时，可用风机达到这个风速。

　　温度传感器的安装位置距集热器进出口的距离应≤200mm，如果温度传感器的安装位置距集热器的距离超过200mm，应采取措施确保温度传感器与集热器的安装距离不影响工质温度的测量。可以通过加强传感器前、后的管道及传感器与集热器进出口之间的保温来实现。在传感器的前端应装一个弯头或混流器。为了避免工质中的气体在传感器周围聚集，传感器所处管道中的工质最佳流向为上升方向，传感器测头对着液体的流向，如图1所示。

　　4. 管道布置与组装

　　在集热器回路中使用的管道应耐腐蚀，并能在95℃下工作。若使用非水工质，应确保该工质与系统材料兼容。

　　从工质温度调节器出口到集热器进口之间的管道应保持最短，以减少环境对工质进口温度的影响。

　　在工质回路管道上安装一小段透明玻璃管，用来观察工质中的气泡和杂质。透明管应安装在靠近集热器的进口处，但不应影响工质进口处的温度控制或温度测量。

　　在集热器的出口及其它容易聚积空气的地方应安装空气分离器或排气装置。在流量计或泵的入口前安装过滤器。

　　5. 室外效率试验

　　从太阳辐照度、环境空气速度、工质质量流量等方面进行试验。

　　稳态数据点的试验周期应包括至少12分钟的预备期和至少12分钟的稳态测量期。

　　在任何情况下，稳态试验周期应大于集热器有效热容量与工质热流量m&cf之比的4 倍；如果试验参数不超过表1 规定的范围，则可认为在给定试验周期内集热器处于稳态工况。

　　对于单层玻璃平板型集热器，入射角≤30° ，不需使用入射角修正系数对集热器接收的太阳能进行修正；对于真空管型集热器，入射角≤10° ，无需使用入射角修正系数对集热器接收的太阳能进行修正。

　　6. 集热器两端压降的测定

　　集热器两端的压降是太阳能热利用系统设计的重要参数，测试使用的工质应同集热器正常使用时相同。

　　集热器应根据第5 章的规定进行安装，采用与第7章推荐大致相同的试验回路。传热工质应从集热器进口流向集热器出口，并应特别注意在集热器进、出口选择适当的管子来装配。

　　用来测量工质压力降落的装置自身可能引起压降。应将集热器从工质回路中取下，并将压力测量装置短接，进行压降的零点校准。

　　结束语

　　太阳能集热器热性能的试验方法是多样的，目的在于选择优质的太阳能集热器，同时根据不同地方的经纬度选择合适的安装角度，最大化地利用太阳能资源，同时也为各个厂家在选择测试角度时提供了参考依据。本标准的出台将继续为生产太阳能集热器的企业提供更为完善的测试标准。对太阳能行业也是一次以“质”正名的机会。