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編者按：太陽(yáng)能空氣集熱器在我國(guó)有廣泛的應(yīng)用前景，該標(biāo)準(zhǔn)的制定旨在推動(dòng)我國(guó)太陽(yáng)能空氣集熱器的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品質(zhì)量提高，為規(guī)范和推廣太陽(yáng)能空氣集熱器提供了參考。該標(biāo)準(zhǔn)在制定過(guò)程中考慮了我國(guó)太陽(yáng)能空氣集熱器產(chǎn)品現(xiàn)有的科研、設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)水平，進(jìn)行了測(cè)試及數(shù)據(jù)的收集、統(tǒng)計(jì)和分析，在行業(yè)內(nèi)廣泛征求了意見(jiàn)，并經(jīng)專家研討，使該標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)指標(biāo)和試驗(yàn)方法科學(xué)合理、可操作性強(qiáng)，達(dá)到了國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。

背景

目前，在太陽(yáng)能利用的諸多形式中，最成熟、最經(jīng)濟(jì)，與建筑關(guān)系最緊密的利用形式就是太陽(yáng)能熱利用。太陽(yáng)能空氣集熱器是太陽(yáng)能熱利用主要形式之一。我國(guó)開(kāi)展太陽(yáng)能空氣集熱器的研究較晚，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及國(guó)家對(duì)太陽(yáng)能熱利用政策的扶植，太陽(yáng)能空氣集熱器也開(kāi)始大量運(yùn)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(yīng)用，在工廠、學(xué)校等公共建筑的預(yù)熱通風(fēng)方面也有著廣闊的應(yīng)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(qiáng)化傳熱措施，由此帶來(lái)的是空氣集熱器形式多樣。本標(biāo)準(zhǔn)的制定，為相關(guān)政府部門規(guī)范市場(chǎng)管理提供依據(jù)，為太陽(yáng)能空氣集熱器的設(shè)計(jì)生產(chǎn)和產(chǎn)品的性能評(píng)價(jià)提供技術(shù)指導(dǎo)和檢測(cè)判定依據(jù)，為太陽(yáng)能空氣集熱器產(chǎn)品的推廣及產(chǎn)業(yè)化奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容

1.范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了太陽(yáng)能空氣集熱器熱性能的試驗(yàn)方法及計(jì)算程序。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于利用太陽(yáng)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(yáng)能空氣集熱器（以下簡(jiǎn)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(yáng)能空氣集熱器（以下簡(jiǎn)稱“真空管型集熱器”）。

2.集熱器的安裝及場(chǎng)所

集熱器試驗(yàn)臺(tái)架不應(yīng)遮擋集熱器的采光面，不應(yīng)影響集熱器背面、側(cè)面和集熱器進(jìn)出口的隔熱保溫。臺(tái)架應(yīng)采用開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，不影響空氣沿集熱器各個(gè)面的自由流動(dòng)。集熱器的最低邊離地面不應(yīng)＜0.5m。在屋頂上試驗(yàn)時(shí)，臺(tái)架距屋頂邊緣的距離應(yīng)＞2m。集熱器試驗(yàn)臺(tái)架應(yīng)能手動(dòng)或自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)方位角或高度角。對(duì)于僅跟蹤太陽(yáng)方位角的試驗(yàn)臺(tái)架，安裝集熱器時(shí)應(yīng)使采光面與水平面的傾角為當(dāng)?shù)鼐暥?plusmn;5°，但不應(yīng)＜30°。集熱器也可以根據(jù)生產(chǎn)廠家的要求和實(shí)際安裝的傾角進(jìn)行試驗(yàn)。

試驗(yàn)場(chǎng)所周圍應(yīng)無(wú)反射比＞0.2的物體。試驗(yàn)期間，周圍物體表面不應(yīng)有明顯的太陽(yáng)輻射反射到集熱器上，天空內(nèi)不應(yīng)有遮擋陽(yáng)光直射集熱器的物體。

重點(diǎn)解讀

1.儀器與測(cè)量

1）太陽(yáng)輻射測(cè)量

總輻射表在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集前應(yīng)放置于典型的試驗(yàn)位置至少30min，以使總輻射表與所處環(huán)境達(dá)到熱平衡。

總輻射表傳感器的安裝應(yīng)與集熱器采光口平行，兩平面平行度相差應(yīng)＜±1°。在試驗(yàn)期間，總輻射表不得遮擋集熱器采光口。總輻射表應(yīng)安裝在能夠接收到與集熱器相同直射、散射和反射太陽(yáng)輻射的地方。

在室外試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)將總輻射表座體及其外露導(dǎo)線保護(hù)起來(lái)，以防被太陽(yáng)曬熱。應(yīng)減少集熱器對(duì)總輻射表的反射和再輻射。

直接日射入射角可用日晷測(cè)量，日晷應(yīng)安裝在集熱器平面的一側(cè)。

2）溫度測(cè)量及安裝

空氣進(jìn)口溫度的測(cè)量準(zhǔn)確度應(yīng)為±0.2℃；集熱器進(jìn)出口溫度差的測(cè)量準(zhǔn)確度應(yīng)為±0.2℃；測(cè)量環(huán)境空氣溫度的準(zhǔn)確度為±0.5℃。

在測(cè)溫位置上，應(yīng)至少均勻安裝6 個(gè)溫度傳感器，并取平均溫度作為測(cè)量值。對(duì)如圖1 所示的圓形管道，在圓心位置布置1個(gè)點(diǎn)，在離圓心的位置均勻布置5個(gè)點(diǎn)。

在室外試驗(yàn)時(shí)，環(huán)境溫度傳感器應(yīng)安置在距被測(cè)集熱器10m以內(nèi)的白色百葉箱中。百葉箱安裝高度應(yīng)為集熱器中間的高度，但百葉箱距地面的高度不應(yīng)＜1m。

若使用風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)空氣流過(guò)集熱器時(shí)，風(fēng)機(jī)出口溫度與環(huán)境空氣溫度的差應(yīng)在±1℃以內(nèi)。

3）濕度、流量測(cè)量及安裝

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

為保證測(cè)量準(zhǔn)確度，其進(jìn)口段1和出口段1的長(zhǎng)度應(yīng)不＜5D，進(jìn)口段2和出口段2應(yīng)不＜3D。流量計(jì)的安裝、太陽(yáng)能空氣集熱器試驗(yàn)臺(tái)架示意如圖2所示。

 

4）環(huán)境空氣速度測(cè)量

隨著流經(jīng)集熱器的空氣流動(dòng)速度增加，集熱器的熱損失相應(yīng)增加，但是風(fēng)向?qū)τ跓釗p失的影響還不清楚，因此在集熱器效率測(cè)試中不測(cè)量風(fēng)向。

進(jìn)行室外集熱器試驗(yàn)時(shí)，空氣流速很少為常數(shù)，應(yīng)取試驗(yàn)期間的平均風(fēng)速，空氣流速測(cè)量的準(zhǔn)確度應(yīng)為±0.5m/s。

如果平均風(fēng)速＜2m/s，宜采用人工送風(fēng)，在集熱器上方距采光口100mm的若干均勻分布點(diǎn)上逐點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量并取它們的平均值。在風(fēng)速穩(wěn)定的條件下測(cè)量，應(yīng)在性能試驗(yàn)前后進(jìn)行。在有自然風(fēng)的場(chǎng)所，應(yīng)在靠近集熱器的5m 以內(nèi)的位置進(jìn)行風(fēng)速測(cè)量。試驗(yàn)期間，通過(guò)傳感器的風(fēng)不應(yīng)被阻擋，傳感器也不應(yīng)遮擋集熱器。

5）時(shí)間間隔、集熱器面積測(cè)量

時(shí)間間隔測(cè)量的準(zhǔn)確度應(yīng)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(cè)量準(zhǔn)確度應(yīng)為±0.1%。

2.試驗(yàn)臺(tái)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(jìn)口之間的管道應(yīng)保持最短，以減少環(huán)境對(duì)工質(zhì)進(jìn)口溫度的影響。但也應(yīng)充分考慮空氣進(jìn)口段及各種傳感器位置對(duì)流動(dòng)的影響。

溫度、壓力及流量的測(cè)量點(diǎn)和集熱器進(jìn)出口之間的管道應(yīng)采用隔熱和防曬反射涂層進(jìn)行保護(hù)，使管道內(nèi)的溫降不超過(guò)0.5℃。在流量計(jì)或風(fēng)機(jī)的入口前安裝空氣過(guò)濾器。空氣的泄漏對(duì)流量測(cè)量有很大影響，應(yīng)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(fēng)機(jī)及流量控制裝置

根據(jù)集熱器的工作特點(diǎn)，在測(cè)試臺(tái)架上設(shè)置兩個(gè)變頻風(fēng)機(jī)，當(dāng)集熱器在正壓下工作時(shí)，使用變頻風(fēng)機(jī)1提供氣流，當(dāng)集熱器在負(fù)壓下工作時(shí)，使用變頻風(fēng)機(jī)2提供氣流。

安裝在空氣集熱器試驗(yàn)回路中的風(fēng)機(jī)，應(yīng)不影響集熱器溫度控制或溫度測(cè)量。試驗(yàn)期間，在任何進(jìn)口溫度下，風(fēng)機(jī)及流量控制裝置應(yīng)能維持穩(wěn)定的流量，流量的變化范圍應(yīng)穩(wěn)定在±3%以內(nèi)。

3）空氣溫度調(diào)節(jié)

集熱器試驗(yàn)回路應(yīng)在集熱器工作的溫度范圍內(nèi)，具有保持集熱器進(jìn)口溫度恒定的能力，同時(shí)應(yīng)避免集熱器進(jìn)口溫度的漂移。

3.室外效率試驗(yàn)

試驗(yàn)前：

對(duì)集熱器進(jìn)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(jìn)行徹底清潔。如果集熱器部件上有水汽，應(yīng)使用熱空氣在集熱器中循環(huán)一段時(shí)間，烘干隔熱材料和集熱器外殼。如果進(jìn)行該項(xiàng)處理，應(yīng)在檢測(cè)報(bào)告中加以說(shuō)明。

試驗(yàn)期間：
集熱器采光面上的總太陽(yáng)輻照度應(yīng)不＜700W/m²，太陽(yáng)輻照度總的變化應(yīng)不＞±50W/m²。周圍環(huán)境空氣速度不應(yīng)高于4m/s。周圍環(huán)境空氣濕度不應(yīng)高于80%RH。

試驗(yàn)程序：

為了測(cè)定集熱器的效率特性，集熱器試驗(yàn)應(yīng)在晴朗天氣條件下進(jìn)行。對(duì)于數(shù)據(jù)點(diǎn)的選取，應(yīng)在集熱器工作溫度范圍內(nèi)至少取四個(gè)間隔均勻的空氣進(jìn)口溫度。

為了獲得η₀，其中一個(gè)進(jìn)口溫度應(yīng)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(yīng)根據(jù)集熱器的最高工作溫度確定最高空氣進(jìn)口溫度。

對(duì)每個(gè)空氣進(jìn)口溫度至少取四個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)點(diǎn)，每個(gè)瞬時(shí)效率點(diǎn)的測(cè)定時(shí)間間隔應(yīng)不少于3min。

在試驗(yàn)期間，應(yīng)按下列參數(shù)中所規(guī)定的項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)量。在上述時(shí)間間隔內(nèi)，每分鐘至少一次定時(shí)采集下列c、d、f、g、h、i、j

測(cè)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(cè)定值。

應(yīng)對(duì)以下參數(shù)進(jìn)行測(cè)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(yáng)能空氣集熱器采光面上太陽(yáng)輻照度G；

D：太陽(yáng)能空氣集熱器采光面上散射太陽(yáng)輻照度G_d；

E：直接日射入射角（通常由計(jì)算得出）；

F：環(huán)境空氣風(fēng)速u；

G：環(huán)境空氣溫度t_a；

H：空氣進(jìn)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(jìn)口空氣濕度。

試驗(yàn)周期（穩(wěn)態(tài)）：

穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)的試驗(yàn)周期應(yīng)包括至少12min的預(yù)備期和至少12min的穩(wěn)態(tài)測(cè)量期。

如果試驗(yàn)參數(shù)偏離它們?cè)谠囼?yàn)周期內(nèi)的平均值不超過(guò)表1規(guī)定的范圍，則可認(rèn)為在給定試驗(yàn)周期內(nèi)集熱器處于穩(wěn)態(tài)工況。

結(jié)語(yǔ)

本標(biāo)準(zhǔn)由全國(guó)太陽(yáng)能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)和中國(guó)農(nóng)村能源行業(yè)協(xié)會(huì)太陽(yáng)能熱利用專業(yè)委員會(huì)提出并歸口。依據(jù)GB/T1.1-2009規(guī)定的起草規(guī)則編制，標(biāo)準(zhǔn)制定過(guò)程中參考了GB/T 4271-2007《太陽(yáng)能集熱器熱性能試驗(yàn)方法》和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 12975-2-2006《熱太陽(yáng)能系統(tǒng)和部件太陽(yáng)能集熱器試驗(yàn)方法》。本標(biāo)準(zhǔn)的制定規(guī)范了太陽(yáng)能空氣集熱器的生產(chǎn)與檢驗(yàn)，以達(dá)到環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益的目的，提升太陽(yáng)能空氣集熱器的質(zhì)量，助行業(yè)健康發(fā)展。

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