GB/T 18974-2003前言本標準參考了ISO 9806-1:1994(太陽集熱器試驗方法第1部分:裝有玻璃蓋板帶壓降的液體集熱器熱性能和EN 12975-2:2001太陽熱利用系統(tǒng)與部件太陽集熱器第2部分:測試方法的相關(guān)內(nèi)容。本標準的附錄A是規(guī)范性附錄。本標準由國家經(jīng)濟貿(mào)易委員會資源節(jié)約與綜合利用司、國家科技部高新技術(shù)司提出。本標準由全國能源基礎(chǔ)與管理標準化技術(shù)委員會新能源和可再生能源分委會歸口。本標準起草單位:中國科學(xué)院工程熱物理研究所、中國標準研究中心、中國氣象科學(xué)研究院、清華大學(xué)建筑學(xué)院，山東皇明太陽能有限公司。本標準主要起草人:王志峰、趙躍進、王炳忠、張寅平、黃鳴。GB/T 18974-2003太陽集熱器熱性能室內(nèi)試驗方法1范圍本標準規(guī)定了太陽集熱器穩(wěn)態(tài)和準穩(wěn)態(tài)熱性能在室內(nèi)模擬太陽輻射下的試驗方法。本標準適用于帶壓力降、有透明蓋板、傳熱工質(zhì)為液體的平板型太陽集熱器。本標準也適合于真空管太陽集熱器。本標準不適用于聚光型集熱器、儲熱器與集熱器為一體的儲熱式太陽集熱器，也不適用于跟蹤的和無蓋板太陽集熱器。2規(guī)范性引用文件下列文件中的條款通過本標準的引用而成為本標準的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單(不包括勘誤的內(nèi)容)或修訂版均不適用于本標準，然而，鼓勵根據(jù)本標準達成協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本標準。GB/T 4271-2000平板型太陽集熱器熱性能試驗方法GB/T 12936. 1太陽能熱利用術(shù)語第一部分GB/T 12936.2太陽能熱利用術(shù)語第二部分GB/T 17683. 1太陽能在地面不同接受條件下的太陽光譜輻照度標準第1部分:大氣質(zhì)量1.5的法向直接式日射輻照度和半球向日射輻照度(GB/T 17683.1-1999,egv ISO 9845-1;1992)ISO 906。太陽能測量半球向日射與直接式日射的儀表技術(shù)條件與分級ISO 9846太陽能利用標準直接式日射表校準總?cè)丈浔硇g(shù)語和定義本標準除采用GB/T 12936. 1和GB/T 12936. 2中的相關(guān)術(shù)語和定義外，還采用下列術(shù)語和定義集熱器傾角collector tilt angle太陽集熱器采光面與水平面之間的銳角。3.2標準空氣standard air:密度為1. 024 kg/m'、氣壓為101. 325 kPa,溫度為20條件下的干空氣。符號和單位E:熱輻射，W/m'凡:波長A處的光譜輻照度，W/m' ;F,z:角系數(shù)，無量綱;n:波段數(shù)目;P:光譜加權(quán)值，無量綱;P(AJ:波段內(nèi)的平均光學(xué)性質(zhì);T,:環(huán)境空氣溫度，;Tz:表面2溫度，;:2:表面2的發(fā)射率;無量綱;GB/T 18974-2003幾:波長，m;ox;:波段，m;P:反射率，無量綱;。:斯帝芬一波爾茲曼常數(shù)5.67X 10-',W/(m'·K“);(ra):集熱器的透射比與吸收比的乘積，無量綱。5環(huán)境參數(shù)測量5.1輻照度太陽模擬器中的短波輻射用總?cè)丈浔頊y量。該總?cè)丈浔響?yīng)符合ISO 906。規(guī)定的一級表標準，其校準應(yīng)按照ISO 9846的有關(guān)規(guī)定進行。如果儀器的顯示值在一年內(nèi)變化超過士1%，應(yīng)增加校準次數(shù)或更換儀器。如果儀器受損，應(yīng)重新校準，以檢查校準因子及時間常數(shù)的穩(wěn)定性。若更換了儀器的玻璃罩，儀器的余弦響應(yīng)也應(yīng)進行檢查總?cè)丈浔淼陌惭b應(yīng)當(dāng)與集熱器的采光口平行，平行度相差應(yīng)小于士I.通常，太陽模擬器輻射中的熱輻射成分要比室外自然光條件下的高，應(yīng)專門對其進行測量，以保證該部分的輻照度不超過7.1.5所規(guī)定的值，否則應(yīng)當(dāng)對模擬器所發(fā)射熱輻射量進行重新標定，并在測試報告上注明該集熱器最后一次標定時的熱輻照度。注:太陽模擬器的輻照度在試驗期間隨空間和時間的變化而變化。因此應(yīng)當(dāng)在采光口上對輻射進行積分以得到采光口上的總輻照度.輻照度隨時間的變化是由電路電壓、環(huán)境溫度和燈的使用時間長短等所引起的。燈從啟動到穩(wěn)態(tài)愉出前需預(yù)熱，時間一般不少于30 micro5.2環(huán)境氣溫用太陽模擬器試驗期間，一個試驗周期內(nèi)，環(huán)境氣溫的變化不應(yīng)超過設(shè)定值的士2'C .環(huán)境氣溫測點應(yīng)在距地面大于1.2 m，距集熱器不小于1.5 m處，并用防輻射罩屏蔽直射輻射。若用風(fēng)機產(chǎn)生氣流進行不同風(fēng)速條件下的試驗時，應(yīng)以風(fēng)機出口的空氣溫度作為環(huán)境空氣溫度。5.3長波(熱)輻射可用地球輻射表測量長波輻射。為了減少太陽模擬器的影響，應(yīng)對地球輻射表進行通風(fēng)。長波輻照度測量的準確度應(yīng)為士10 W/m2 e5.4長波輻射計算當(dāng)集熱器視場內(nèi)的所有熱輻射和吸熱體都確定后，集熱器采光口上的熱輻射可由溫度、表面發(fā)射率和輻射角系數(shù)進行計算。從一個熱表面(由2表示)投射到集熱器表面(由1表示)的熱輻射E由式(1)給出。E=as 2 F12歡. ( 1)集熱器吸收的凈熱輻射可以用式(2)計算:E一12(E272一r)···········。·.·.(2)式中的輻射角系數(shù)可由傳熱學(xué)書中查得。6集熱器參數(shù)測量6. 1工質(zhì)流量流量計的準確度應(yīng)為士1.0%e6.2風(fēng)速風(fēng)速儀測量的準確度應(yīng)為士。. 5 m/s,6.3壓力按照GB/T 4271的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。6.4時間間隔zGB/T 18974-2003試驗時間間隔測量的準確度應(yīng)為士0.2%o6.5測量儀器及數(shù)據(jù)記錄儀所用的模擬量和數(shù)據(jù)記錄儀的準確度應(yīng)等于或優(yōu)于讀數(shù)滿量程士0. 5%和is以內(nèi)的時間常數(shù)。所測量的峰值信號應(yīng)處于滿量程的50%到100%之間。所用的數(shù)據(jù)記錄儀和電子積分器的準確度應(yīng)在士1.0%范圍內(nèi)。數(shù)據(jù)記錄儀的輸人阻抗應(yīng)大于傳感器阻抗的1 000倍或10 MQ，取兩者之中較大者。儀表或儀表系統(tǒng)的最小刻度不應(yīng)超出要求精密度的2倍。例如，如果規(guī)定精密度是士。. 1 0C，儀表的最小刻度不應(yīng)超過0. 2 0C o6.6溫度用于測量集熱器傳熱工質(zhì)溫度和工質(zhì)進出口溫差的傳感器及其讀數(shù)裝置的準確度及精密度應(yīng)為士。.1“C,用于測量環(huán)境空氣溫度的傳感器及其讀數(shù)裝置的準確度及精密度應(yīng)為士。50C,6.7集熱器面積測量按照GB/T 4271的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。6.8集熱器工質(zhì)容量測量測量工質(zhì)容量由試驗中所用傳熱工質(zhì)的相同質(zhì)量來表示，測量的準確度應(yīng)為士10%.6.9電能測量電能所用的儀表及相關(guān)的讀數(shù)裝置，應(yīng)準確到讀數(shù)的士1%或15W“h，取二者之中較大者。7試驗要求7. 1太陽模擬器試驗中所用的太陽模擬器應(yīng)按照規(guī)定的指南和限制使用，并且至少應(yīng)具備下列特性。7.1.1光譜測f模擬太陽輻射的光譜分布應(yīng)近似等于大氣質(zhì)量為1. 5條件下的太陽光譜分布，具體數(shù)據(jù)應(yīng)按GB/T 17683. 1的規(guī)定。集熱器平面上輻射光譜質(zhì)量應(yīng)在0. 3 pm-3. 0 pm的波長范圍內(nèi)，測量的頻帶帶寬不大于0. 1 pm,用太陽模擬器測得的垂直人射條件下的吸收比與透射比乘積與用標準光譜計算所得到的差別不應(yīng)大于3%。集熱器的有關(guān)光學(xué)性質(zhì)應(yīng)由集熱器制造商提供。在報告中，應(yīng)給出集熱器在該太陽模擬器光譜條件下的光譜加權(quán)值。計算光譜加權(quán)值的方法見附錄A,對于安裝新燈的太陽模擬器，均應(yīng)進行光譜測量。對某些類型的燈，如以燈絲為發(fā)光體的燈，其光譜特征在使用過程中會發(fā)生顯著的變化。因此，對其更應(yīng)經(jīng)常進行測量，以確保試驗中集熱器的吸收比與透射比乘積與用標準光譜計算的值相差不大于3%7. 1.2輻照度及其均勻度太陽模擬器輻照度的測量是在太陽集熱器采光口平面上進行的。對于平板集熱器，試驗平面即該集熱器的透光板。由于模擬器的輻照度在集熱器采光口上是不均勻的，試驗平面上的輻照度由在該平面上以最大間距為15 cm的均勻方形網(wǎng)格上所測輻照度的平均值來表示。用于測量試驗平面上輻照度的儀器應(yīng)與室外試驗所用的儀器相同。均勻輻照度應(yīng)滿足:集熱器采光口上任一點的輻照度不超過采光口上平均輻照度的士15%0試驗期間輻照度的變化也可能是由于電力供應(yīng)不穩(wěn)定、溫度變化和燈的壽命影響所造成的。在整個試驗周期內(nèi)，集熱器采光口平面上平均輻照度的變化不應(yīng)超過士3%。采光面上任一時刻，任一點的輻照度變化不超過整個采光面上平均輻照度的士15 0a。用于計算熱性能報告所用的輻照度應(yīng)是本試驗階段的平均值。如果集熱器中有光譜選擇性吸熱層或蓋板，應(yīng)當(dāng)檢驗光譜對(。)的影響;如果在太陽模GB/T 18974-2003擬器下測得的有效(ra)與大氣質(zhì)量為1.5時測得的(ra)相差大于1%，則應(yīng)當(dāng)對(。)的值進行修正。7.1.3準直度輻射的準直度應(yīng)能保證在集熱器采光口上任一點所接收到的輻射至少80%來自以該點為頂點的正立體角小于或等于600的區(qū)域。7.1.4太陽輻模擬器的輸出太陽模擬器應(yīng)能在集熱器采光口平面上產(chǎn)生至少800 W/ma的輻照度，且其平均輻照度能在300 W/m2到1 100 W/m“范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。太陽模擬器輸出值的脈動應(yīng)在試驗所規(guī)定輻照度的士50 W/m'以內(nèi)。7. 1.5對長波輻射的限制應(yīng)在集熱器采光口的平面上用地球輻射表測量3 pm-50 pm之間的長波(熱)輻射。試驗期間集熱器采光口上測得的長波輻照度不應(yīng)超過環(huán)境氣溫下黑體總輻照度的5%.在試驗期間，靠近集熱器表面的物體表面溫度應(yīng)盡量與環(huán)境空氣溫度一致，以避免周圍物體熱輻射對集熱器的影響。在室內(nèi)試驗時，集熱器應(yīng)與周圍冷、熱物體的表面相隔離。7.2試驗臺架集熱器的安裝與場所應(yīng)當(dāng)按照GB/T 4271中的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。試驗期間集熱器與水平面的夾角應(yīng)在450士50之間，或按照制造商的規(guī)定設(shè)置。所設(shè)定的傾角在整個試驗期間應(yīng)保持恒定。7.3試驗條件7.3.1風(fēng)速試驗過程中，應(yīng)使用風(fēng)機或其他方式模擬均勻氣流掠過集熱器表面。掠過集熱器表面的氣流溫度與環(huán)境空氣溫度之差不應(yīng)超過士1. 00c。風(fēng)機吹風(fēng)口縱向中心線與被測集熱器縱向中心線的夾角不應(yīng)超過300，且氣流應(yīng)為水平方向，平均風(fēng)速應(yīng)保持在2 m/s-4 m/s的范圍內(nèi)。測點布置在平行于集熱器采光口，距集熱器外蓋板5 cm至15 cm間的平面處?？諝馑俣葢?yīng)是集熱器采光口上風(fēng)速的平均值，該范圍內(nèi)任一點的值不應(yīng)超過平均值的士。. 5 m/s,7.3.2工質(zhì)流量在試驗周期內(nèi)流過集熱器總面積上工質(zhì)流量的設(shè)定值為。.02 kg/m's左右。在整個試驗期間，流量平均值的變化不應(yīng)大于設(shè)定值的士1%。在所有的試驗周期中，該值的變化不超過設(shè)定值的士10%0對某些集熱器，該推薦值可能會使集熱器內(nèi)的工質(zhì)流動處于層流和湍流之間的過渡區(qū)。這會導(dǎo)致集熱器器內(nèi)對流換熱系數(shù)的不穩(wěn)定，進而引起集熱效率的不穩(wěn)定。為了消除這一現(xiàn)象，可以采取增大流量的辦法，但須在試驗報告中注明。受測量儀器精密度的限制，若工質(zhì)流過集熱器時的進出口溫差小于1. 50C，則該組測量數(shù)據(jù)無效。7.4試驗周期由于試驗是在室內(nèi)進行，試驗可從一天中的任意時刻開始。室內(nèi)試驗周期的確定方法與GB/T 4271規(guī)定的室外試驗周期的確定方法相同。試驗程序集熱器在其工作溫度范圍的室內(nèi)試驗過程應(yīng)按GB/T 4271相關(guān)規(guī)定。其中:在至少4種不同進口溫度條件下，應(yīng)當(dāng)有16個試驗結(jié)果數(shù)據(jù)點，即每個工況條件有4個試驗點。應(yīng)當(dāng)有足夠的時間使集熱器出口溫度達到穩(wěn)態(tài)。應(yīng)當(dāng)有一個進口溫度與環(huán)境空氣溫度之差在士3以內(nèi)。試驗報告按照GB/T 4271-2000附錄A規(guī)定的試驗結(jié)果報告單記錄和描述試驗過程。GB/T 18974-2003附錄A(規(guī)范性附錄)光學(xué)性質(zhì)的光譜加權(quán)值計算一種光學(xué)性質(zhì)的光譜加權(quán)值尸可用下式計算:藝 P(x)E，0A;.··(A.1)醉 瓦咋藝1=1波段由下式給出:AA:幾汗1一幾。1第一個和最后一個波段用下式計算:AA,二A2一x,及幾二二又，一入十1標準大氣質(zhì)量為1.5時太陽光譜的A及E,.的值列在GB/T 17683.1的表中。模擬器的E值應(yīng)按7.1.1條的規(guī)定測量。本光譜加權(quán)法適用于處理與光譜光學(xué)性質(zhì)有關(guān)的乘積(如。,Pra),GB/T 18974-2003參考文獻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. Philadelphia (PA):American Society of Testing and Materials, 1987.3 APANOVICH,A. And GILLETT,B. ,Proc. Workshop on solar simulators, 9-11 February 1982,Commission of the European Communities Joint Research Centre ISPRA, SA. Al. 0500. 83. 054 BENEDICT,RP. ,Fundamentals of temperature, pressure and flow measurements, New York: Wi-ley,1969.5 BERNIER,MA. ,Correcting for header heat losses when testing solar collectors. In Proc. Intersol85,ISES Congress,June 1985.6 BLISS,RW. ,The derivation of several “plate efficiency factors“ useful in the design of flat platesolar heat collectors. Sol. Energy, 1959,vol.3,No.4,p. 55.7 CHINNERY,DNW. ,Solar water heating in South Africa, Bulletin No. 44 (Report No. 248),Na-tional Building Research Institute. Pretoria: Council for Scientific and Industrial Research, 1971.8 COULSON,KL. ,Solar and terrestrial radiation, methods and measurements. New York: AcademicPress,1975.9 DUFFIE, JA. And BECKMAN, WA.，Solar engineering of thermal processes. New York;Wiley,1980.10 FANNEY,AH. ,An experimental technique for testing thermosyphon solar hot water systems,ASME Trans. J. Sol. Energy eng. ,1984,vol. 106, pp. 457-464.11 FANNEY,AH. And THOMAS, WC. ,Three experimental techniques to duplicate the net ther-mal output of an irradiated array. ASME Transactions,J. Sol. Energy eng. ,1983,vol. 105,pp. 92-100.12 GILLETT, WB. And MOON, JE.，Solar collectors: test methods and design guidelines. Dor-drecht:Reide1,1985.ISBN 90-277-2052-5.13 World Meteorological Organization, Guide to Meteorological Instrumentation and ObservingPractices. 4“ edn. Geneva; WMO,1971.14 World Meteorological Organization, Guide to Meteorological Instrumentation and Methods ofObservation. No. 8,5“ edn. Geneva: WMO,1198315 HARRISON, sj. , The effects of irradiance levels on thermal performance tests of solar collec-tors. In Proc. Intersol 85,ISES Congress,June 1985.16 HILL,JE. And FANNEY, AH. , A proposed procedure of testing for rating solar domestic hotwater systems. ASHRAE Trans. 1980,vol.86,Part 1.171 HILL, JE. , JENKINS, JP. And JONES, DE. , Testing of solar collectors according to ASHRAEStandard 93-77. ASHRAE Trans. ,1978,vol. 84,Part 11.18 HILL,JE. ,WOOD,BP. And REED,KA. ,Testing of solar collectors. Adv. Sol. Energy,1985.19 HOTTEL,HC. And WOERTZ,BB. ,The performance of flat-plate solar heat collectors. ASMETrans.,1942,vol.64,p.91.20 IGY instruction manual- Part UI: Radiation instruments and measurements, In Ann. Inst. Geo-phys. Year, vol.5,No.6,Oxford:Pergamon,1958,GB/T 18974-2003仁21 ASME Power Test Codes Suppl. Instruments and apparatus,Part 2,Pressure measurement. NewYork:American Society of Mechanical Engineers,July 1964.22 LIU,ST. And HILL,JE. ,A proposed technique for correlating the performance of solar domesticwater heating systems. ASHRAE Trans. ,vol. 85,Part 1,pp. 96-109,1979.23 MATHER,GR. ,Jr. ASHRAE 93-77 Instantaneous and all-day testing of the Sunpak evacuatedtube collector. ASME Trans. J. Sol. Energy sci. Eng. ,1980, vol. 102.24 ISO 5167-1:1991, Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices-Part 1:Orifice plates,nozzles and Venturi tubes inserted in circular cross-section conduits running full.25 PROCTOR, D. ,A generalized method for testing all classes of solar collector-1.Attainable ac-curacy; II.Evaluation of collector thermal constants;班.Linearized efficiency equations. Sol. En-ergy, 1984 , vol. 32, No. 3, pp. 377-399.26 PUTMAN, WJ. , EVANS, DL. And WOOD, BD. , The effect of different sky conditions on theoptical performance of flat-plate and stationary concentrating collectors. In Proc. ASME SolarEnergy Division 6h Annual Conf. ,April, 1984,pp.209-219.27 SIMON,FF. ,Flat-plate solar collector performance evaluation with a solar simulator as a basisfor collector selection and performance prediction. NASA TM X-71793, 1975, and Sol. Energy,1976 , vol. 18.28 SOUKA, AF. And SAFWAT, HH.，Optimum orientations for the double-exposure, flat-platecollector and its reflectors. Sol. Energy, 1966,vo1. 10.29 ASHRAE Standard 41;1974, Standard measurements guide. Atlanta (GA): American Society ofHeating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers,March 197430 WOOD, BD.，F(xiàn)IORE, PJ. And CHRISTOPHERSON, CR，Application of ASHRAE Standard93-77 for testing concentrating collectors for the purpose of predicting all-day performance. InProc. 1979 ISES Conf. ,May 1979.31 The world radiometric reference, known as the WRR, is realized by the World Standard Group(WSG) consisting of at least four absolute cavity pyrheliometers of different design maintained atthe World Radiation Centre,Davos,Switzerland Iand intercompared annally.32 FANNEY, AH. And THOMAS, WC. , Simulation of thermal performance of solar collector at-rays. ASME Trans. ,J. Sol. Energy sci. Eng. ,1981,vol. 103,pp. 258-267.33 FANNEY, AH.，THOMAS, WC.，SCARBROUGH, CA. And TERLIZZI, CP.，Analytical andexperimental analysis of procedures for testing solar domestic hot water systems. Building Sci-ence Set. No. 140,National Bureau of Standards, February 1982.34 ANSI/ASHRAE Standard 93:1986, Method of testing to determine the thermal performance ofsolar collectors. Atlanta (GA) :American Society of Heating, Refrigerating and Air-ConditioningEngineers, 1986.35 ASHRAE Standard 95:1987, Methods of testing to determine the thermal performance of solardomestic water heating systems. Atlanta (GA) : American Society of Heating, Refrigerating andAir-Conditioning Engineers, 1987.