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中华人民共和国国家标准家用太阳热水系统热性能试验方法GB/T18708-2002Test methods for thermal performance of domesticsolar water heating systems1范围本标准规定了家用太阳热水系统在没有辅助加热时的热性能测试步骤。本标准适用于贮热水箱容积在0.6m3以下,仅用太阳能的家用热水系统。本标准不适用于同时进行辅助加热的太阳热水系统的试验。2引用标准下列标准所包含的条文,通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时,所示版本均为有效。所有标准都会被修订,使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB/T427120001平板型太阳集热器热性能试验方法GBT12036是阿续能热利用术倍第-部分.JGB/T12936.2一1991太阳能热利用术语第二部分GB/T17049一1997全玻璃真空太阳集热管GB/T17581一1998真空管太阳集热器IS09459-2:1995太阳加热一家用热水系统一第二部分:系统特性的室外检测方法和仅太阳系统年性能的预测1S()9488:1999太阳能一词汇3定义本标准除引用GB/T12936.1、GB/T12936.2和1S09488外,采用下列定义:3.1准确度accuracy仪器指示被测物理量真实值的能力。3.2精度precision问一个物理量重复测量趋于一致的量度范围。3.3太阳辐照度solar irradiance太阳稻射到一个表面的功率密度,即单位面积上接受的辐射功率。太阳辐照度单位为W/?。3.4太阳辐照量solar irradiation单位面积上入射的太阳能量,是在指定的时间间隔内太阳辐照度的积分,太阳辐照量的单位为兆焦每平方米(M)/m2)。同义词:曝辐量。3.5平板太阳热水系统flat plate solar water heating system平板集热器与贮热水箱组成的太阳热水系统。中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局2002-04-28批准2002-10-01实施1筑素荷网Z.ZC.EI
GB/T18708-20023.6全玻璃真空集热管太阳热水系统all-glass evacuated tubular solar water heating system全玻璃真空管集热器与贮热水箱组成的太阳热水系统。3.7玻璃-金属真空集热管太阳热水系统glass-metal evacuated tubular solar water heating system玻璃-金属真空管集热器与贮热水箱组成的太阳热水系统。3.8联集管manifold传输集热器件所获热能的部件。3.9其空集热管的反射器reflector for evacuated collector tube为提高集热的性能,在真空集热管的背后设置的一定形状的漫反射器或镜反射器。3.10曲面反射器curved specular reflector折平面、圆柱面或复合抛物面等形状的镜反射器,聚光比不大于1.5h,属于非聚光型。3.11采光面积aperture area非聚光的太阳辐射进人集热器的最大投影面积3.12集热器倾角collector tilt angle太阳集热器采光平面与水平面之间的夹角。3.13贮热水箱storage tank用于贮存热能的容器。3.14箱体容量tank capacity箱体充满流体时测得的体积」3.15部件components太阳热水系统的组成部分,包括集热器、贮热水箱、泵、换热器和控制器等。316养德乘为物器并钩我衣两名热件.。J.NE丁3.17温差控制器differential temperature controller能测量出小温差,并用此小温差来控制泵及其他的电气部件。3.18家用的domestic在住宅或小型商业筑中使用的。3.19太阳热水系统solar water heating system由装配成的完整系统将太阳能转换为加热水的热能的系统;可以包括辅助热源。3.20紧凑式close-coupled collector storage贮热水箱邻近集热器,包括集热部件插入贮热水箱中的热水系统。3.21分离式remote storage贮热水箱离开集热器较远的热水系统。3.22闷晒式integral collector storage贮热水箱与集热器是同一器具的热水系统。3.23周围空气的速率surrounding air speed在集热器或系统附近指定地点所测得的空气流动速率。3.24负荷1oad提供给用户的热能(例如以热水的形式)。4符号al,az,a3公式(4)中描述系统性能的系数水的比热容,J/(kg℃)H集热器采光面的日太阳辐照量,M们/m2運蜀素村网Z.JZC.ET
GB/T18708-2002Q:太阳热水系统的集热量,M)Q.贮热水箱中水体积V,内所含的系统得热量,M)4环境或周围空气的温度,Ctud日平均环境或周围空气的温度,Clu贮热箱附近的空气温度,C6集热试验开始时贮热水箱内的水温,Cbe集热试验结束时贮热水箱内的水温,℃w排放的热水温度,℃4热损试验中贮热水箱内的初始水温,C4热损试验中贮热水箱内的最终水温,℃u周围空气的流动速率,m/sV.贮热水箱中的流体容积,m△x时间间隔,sPw水的密度,kg/m3U水箱的热损系数,W/K下标(av)参数平均值5系统分类家用太阳热水系统按7种特征进行分类,每种特征又分成2~3种型式。各种特征的分类如表1所示。興表气家用太阳热水系统分类SC.NE特征类型b1只有太阳能式太阳能预热式太阳能加辅助能源式2直接式间接式3敞开式开式封闭式4充满式回流式排放式5自然循环式强迫式6循环式直流式7分离式紧凑式闷晒式5.1特征1a)只有太阳能式一除了流体传输和控制目的所需能源外,不用辅助能源的系统。b)太阳能预热式一不包括任何形式辅助能源,只为进入任何一种其他类型的家用热水系统的冷水进行预热的系统。?)太阳能加辅助能源式一一利用太阳能和辅助能源相结合的系统,并可以独立提供热水的系统。5.2特征2a)直接式一耗用的热水流经集热器的系统。b)间接式(热交换)一非耗用的传热流体工质流经集热器的系统。5.3特征3a)散开式一传热流体与大气广泛接触的系统。b)开式一系统内的传热流休和大气间的接触限于补给和膨胀箱的自由表面或排气管的系统。?)封闭式(密封的或不通大气的)一一系统中的传热流体完全和大气分隔开的系统。5.4特征43理闐Z..WE1
GB/T18708-2002)充满式一系统内集热器始终充满传热流体的系统。b)回流式一作为正常工作循环的一部分,传热流体从集热器中排入贮热水箱中便于以后再使用的系统。℃)排放式一传热流体可以从集热器内泄放的系统。5.5特征5ā)自然循环式一仅利用传热流体的密度变化来得到集热器与贮热水箱内流体循环的系统。自然循环系统也称为热虹吸系统。b)强迫式一通过机械方法或外部产生的压力强制传热流体通过集热器的系统。5.6特征6a)循环式一在运行过程中,传热流体在集热器和贮热水箱或热交换器内循环流动的系统.b)直流式一将被加热的水由供水点直接流经集热器至贮热水箱或用水点的系统。5.7特征7a)分离式热水系统一-集热器与贮热水箱分开放置的系统。b)紧凑式热水系统一一集热器与贮热水箱直接相连或相邻的系统。c)闷晒式热水系统一集热器与贮热水箱是同一个器具的系统。6试验要求6.1系统要求6.1.1系统类型对带辅助加热器的系统进行试验前,必须注意下列事项。6.1.1.1带分离的辅助如热器的统害木,7,179C只有系统的太阳能部分应用此试验步骤。对带有与太阳能贮热水箱分离的辅助加热器的系统,其太阳能部分的性能将不受到辅助加热器的影响,然而,日负荷的大小将受到辅助加热器存在的影响。因此,如果进行试验的系统带有太阳能预热器和分离的辅助加热器,则需另行制定包括试验步骤的标准。6.1.1.2带有手动控制的辅助加热器的系统系统带有与太阳能贮热水箱结合成一体的辅助加热器,且所提供的相助加热器仅用于不规则的间歇性工作(手动或设定时间的操作开关),则系统试验时应将辅助加热器关闭。6.1.1.3带有整体辅助加热器的系统此试验步骤不适用于连续的或与太阳能贮热水箱一体化的夜间使用的辅助加热器系统。这类系统应采用其他合适的标准中所规定的试验步骤来进行评价。6.1.2试验系统的安装系统的各个部件应按制造商的说明书安装后才能进行试验。系统内的任何控制器均应按制造商的说明书来布置。在没有制造商的专门说明书的情况下,系统将如下安装。系统的安装要考虑到玻璃可能破裂和热流体的泄漏,以确保人身安全。安装牢固,应能抵抗住阵风。系统尽可能安装在制造商提供的安装支架上。如未提供支架,则除非特别指明(例如系统是屋顶整体布置的一部分),应使用傲开式的安装系统。系统的安装不能阻挡集热器的采光面,安装支架不应影响集热器或贮热水箱的保温,除了有些情况(例如闷晒式热水系统和紧凑式热虹吸系统)贮热水箱以某种方法固定到集热器上的系统外,贮热水箱均应安装在制造商的安装说明书中所允许的最低位置。对于分离式热水系统,集热器与贮热水箱间(泉循环系统)的连接管道的总长度应为15m。管道的直径和保温应与制造商的安装指南一致。6.1.3集热器的安装集热器应安装在面向赤道倾角为纬度土10°内的固定位置。理闐Z..WE]
GB/T18708-2002集热器安装的地点应满足在试验期间没有阴影投射到集热器上。集热器所在的位置应在试验期间从周围的筑或物体表面没有明显的太阳光反射到集热器上,且在视野内没有明显的障碍物。不允许诸如沿筑物墙面上升的暖空气流过系统。在屋顶上进行试验的系统应放置在离开房顶边缘至少2m以外。设计成与房顶构成一体的集热器,其背部可以防风,但此种情况应随同试验结果一并报告。6.1.4液体流动系统应该采用图1所示的试验回路。在回路中使用的管道材料应适用于系统中使用的工质并能承受高达95℃的运行温度。管道应尽量短,特别是冷水入(出)处的温度传感器与贮热水箱进处之间和混水泵与贮热水箱之间的管道应减到最短,以减小环境对水温的影响。这段管道应加保温,并且包覆具有反射性能的材料。泄水管应安装在水箱冷水人前的管道上。家用太阳热水系统的集热器应按特定的倾斜角度安装,试验时所用的倾角应和试验结果一并报台。在整个试验中该倾角应保持不变。在试验期间系统中使用的传热工质应是制造商推荐的工质。当试验强迫循环系统时,集热器入与水箱间安置循环泵,试验流量由制造商推荐。如果所设计的太阳集热器回路使用防冻液,则在本标准中所列的试验步骤必须根据制造商的要求使用那些液体。荫凉处的环温传感器有遵挡的(靠近集热器)总日射表总日射表J保层E温度传感器三通阀门一热水出风速仪水箱T应用热水系统个水箱泥水湿度传思器火?一-冷水入三通阁行三通阀门温度传感器沿水管图1系统日性能的试验装置示意6.2测量要求6.2.1太阳辐射根据(GB/T4271的规定,使用一级总日射表测量太阳总辐射。应按国家规定进行校准。6.2.2温度6.2.2.1准确度、精度和响应时间温度测量仪器以及与它们相关的读取仪表的精度和准确度应在表2给出的限度之内。响应时间须小于5s。表2源度测量仪器的准确度和精度参数仪器准确度仪器精度环境空气温度±0.5C±0.2C冷水人温度±0.2C±0.1C水箱内的温度士0.2C±0.1℃通过热水系统的温差(冷水入到热水出)±0.1K±0.1K5筑素村网Z.ZC.E]
GB/T18708-20026.2.2.2环境温度使用遮阳而通风的采样器件在约高于地面1m处及离集热器和系统组件不近于1.5m但不超过10m处的百叶箱内测量环境空气温度。在系统附近的物体表面温度应尽量接近环温。例如,在系统附近不应有烟囱、冷却塔或热气排凤扇等。6.2.2.3进水温度如果在贮热水箱入处串接一个温度控制器,则由于试验期间流量较高,要求其功率较大以便保持温度。作为替换的方法,也可以通过控制对热水池和冷水池的混水来调节温度,两个水池都保持恒定的温度。当流量为400L/h~600L/h时,在试验开始至结束期间温度控制器或混水阀要能将入流体的温度漂移控制在士0.2K以内。如果入处流体温度的波动是由于温度控制器内的滞后所形成的,则其允许的波动值为±0.25K。6.2.3液体流量液体流量的测量准确度应等于或好于测量值的士1.O%,该测量值的单位为kgh或Lh。当试验系统用泵循环时,流量计应安装在集热器回路中测量流量的准确度为士5%处。6.2.4质量质量测量的准确度应为士1%。6.2.5计时计时测量的准确度应为土0.2%。6.2.6周围空气速率对每个试验期,使用风速测量仪及附带的读取仪表测量周围空气的速率,准确度应达士0.5m/s。6.2,7数据记录仪使用的模拟或数字记录仪的准确度应第于或好于满量程的七05%其时间常数应等于或短于1“。信号的峰值指示应在满量程的50%~100%之间。使用的数字技术和电子积分器的准确度应等于或好于测量值的1.0%。记录仪的输入阻抗应大于传感器阻抗的1000倍或10MQ,二者取其高值。在任何情况下,仪器或仪表系统的最小分度都不应超过规定精度的两倍。例如,如果规定的精度是±0.1C,则最小分度不应超过0.2℃。7试验方法与结果7.1试验内容本试验至少包括4整天对整个系统的全天室外试验,以及一次确定贮热水箱的热损系数的过夜热损试验。试验过程由若干互相独立的全天试验组成。每一天系统的试验在室外运行。每天试验测得的输入(即照射到系统上的太阳辐射)和输出(取出的热水所含的能量)均标绘在输人/输出图上。这些试验天内应包括太阳辐照量和(:一t)值的变化范围,以便立系统性能与这些参数的关系。7.2试验条件的范围至少应有4天试验结果具有相近的(ta一t)值且太阳辐照量平均分布在8MJ/m2~25MJ/m2范围内。环温在8℃≤1,≤39℃,环温的低温限按GB/T17049的规定。7.3试验系统的预定条件检查系统的外观并记录任何损坏情况。彻底清洁集热器的采光面。每天开始试验前,罩上集热器以避免太阳直射,按GB/T17581规定,风速“不大于4m/s,用温度不低于4的冷水以400L/h~600L/h的流量进行循环,以使整个系统的温度一致,至少5min内贮热水箱的人温度T:的变化不大于士1C时,即认为该系统达到均匀的预定温度。在试验即将开始前停運蜀素前网Z.ZS沁.ET
GB/T18708-2002止通水循环,并用节门来截断旁通回路以防止自然循环。当系统达到均匀温度时,停止通水循环:但就强迫循环系统而言,应让太阳集热器回路的泵继续运行。7.4周围空气的速率当在距离盖板表面50mm处的集热器平面上测量时,空气流动的平均速率不大于4m/s,在整个集热器采光面上各点的空气速率偏离平均值不得超过士25%。7.5试验期间的测量应从太阳正午时前4h到太阳正午时后4h的试验期间按小时平均值进行记录。a)在集热器采光面上的太阳辐照量H:b)临近集热器的环境空气温度t,:c)周围空气的速率;d)系统循环和控制装置(泵、控制器、电磁阀等)所消耗的电能。7.6系统日热性能的确定7.6.1混水法系统工作8h,从太阳正午时前4h到太阳正午时后4h。集热器应在太阳正午时后4h时遮挡起来,启动混水泵,以400Lh一600L/h的流量,将贮热水箱底部的水抽到顶部进行循环来混合贮热水箱中的水,使贮热水箱内的水温均匀化,至少5min内贮热水箱人温度T,的变化不大于士0.2C,记录水箱内三个测温点的温度,T,或三个测温点的平均值即为集热试验结束时贮热水箱内的水温。贮热水箱内水体积V,中所含的得热量Q,应用式(1)进行计算:Q,=p.coV,(te -t)…(1)6餐忙奥筑J.NE可系统工作8h,从太阳正午时前4h到太阳正午时后4h。集热器应在太阳正午时后4h时遮挡起来,在热水从系统中排放前的一个短时间内(10min~20min),需通过泄水管将人处的部分冷水放掉,以确保冷水入处的温度控制器到贮热水箱入之间的管道内的水温为。从贮热水箱通过泄水管的流量应为零。以400L/h~600Lh的恒定流量将贮热水箱中的热水排出。补入冷水温度应为t,t。即在系统预定条件时的温度。至少每15s应测量一次正在排出的水温t,至少每放出贮热水箱容积的1/10时记录一个平均值。应利用所测得的温度作一个像图2所示的排水温度图。测量进入贮热水箱的水温和从贮热水箱排出的水温。LLLL1LLLLL1LL1LL110y2V3V排水量V/m图2排水曲线图排出的水应为贮热水箱容积的三倍。如果排出三倍于贮热水箱的容积后,贮热水箱排出的水温与进筑素荷网Z.ZC.EI
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