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編者按：太陽能空氣集熱器在我國有廣泛的應用前景，該標準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。該標準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，使該標準的技術(shù)指標和試驗方法科學合理、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用，在工廠、學校等公共建筑的預熱通風方面也有著廣闊的應用空間。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。本標準的制定，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計生產(chǎn)和產(chǎn)品的性能評價提供技術(shù)指導和檢測判定依據(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。

標準主要內(nèi)容

1.范圍

本標準規(guī)定了太陽能空氣集熱器熱性能的試驗方法及計算程序。

本標準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遮擋集熱器的采光面，不應影響集熱器背面、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＜0.5m。在屋頂上試驗時，臺架距屋頂邊緣的距離應＞2m。集熱器試驗臺架應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，安裝集熱器時應使采光面與水平面的傾角為當?shù)鼐暥?plusmn;5°，但不應＜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。

試驗場所周圍應無反射比＞0.2的物體。試驗期間，周圍物體表面不應有明顯的太陽輻射反射到集熱器上，天空內(nèi)不應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與集熱器采光口平行，兩平面平行度相差應＜±1°。在試驗期間，總輻射表不得遮擋集熱器采光口?？傒椛浔響惭b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，應將總輻射表座體及其外露導線保護起來，以防被太陽曬熱。應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確度應為±0.2℃；集熱器進出口溫度差的測量準確度應為±0.2℃；測量環(huán)境空氣溫度的準確度為±0.5℃。

在測溫位置上，應至少均勻安裝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。百葉箱安裝高度應為集熱器中間的高度，但百葉箱距地面的高度不應＜1m。

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

3）濕度、流量測量及安裝

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

為保證測量準確度，其進口段1和出口段1的長度應不＜5D，進口段2和出口段2應不＜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增加，但是風向?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向。

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

如果平均風速＜2m/s，宜采用人工送風，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。在風速穩(wěn)定的條件下測量，應在性能試驗前后進行。在有自然風的場所，應在靠近集熱器的5m 以內(nèi)的位置進行風速測量。試驗期間，通過傳感器的風不應被阻擋，傳感器也不應遮擋集熱器。

5）時間間隔、集熱器面積測量

時間間隔測量的準確度應為±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）的測量準確度應為±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保持最短，以減少環(huán)境對工質(zhì)進口溫度的影響。但也應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℃。在流量計或風機的入口前安裝空氣過濾器?？諝獾男孤α髁繙y量有很大影響，應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，在測試臺架上設置兩個變頻風機，當集熱器在正壓下工作時，使用變頻風機1提供氣流，當集熱器在負壓下工作時，使用變頻風機2提供氣流。

安裝在空氣集熱器試驗回路中的風機，應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，風機及流量控制裝置應能維持穩(wěn)定的流量，流量的變化范圍應穩(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不＜700W/m²，太陽輻照度總的變化應不＞±50W/m²。周圍環(huán)境空氣速度不應高于4m/s。周圍環(huán)境空氣濕度不應高于80%RH。

試驗程序：

為了測定集熱器的效率特性，集熱器試驗應在晴朗天氣條件下進行。對于數(shù)據(jù)點的選取，應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不少于3min。

在試驗期間，應按下列參數(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)點的試驗周期應包括至少12min的預備期和至少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

本標準由全國太陽能標準化技術(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，標準制定過程中參考了GB/T 4271-2007《太陽能集熱器熱性能試驗方法》和歐洲標準EN 12975-2-2006《熱太陽能系統(tǒng)和部件太陽能集熱器試驗方法》。本標準的制定規(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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