NB T 10785—2021 室内太阳模拟环境下家用太阳能热水系统性能测试方法.pdf

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1、ICS 27.160 CCS F 12 NB 中华人民共和国能源行业标准 NB/T 107852021 室内太阳 模拟环境 下家用太 阳能 热水系统 性能测试 方法 Performance test method for domestic solar water heating system by indoor solar irradiance simulator （发布稿） 2021-11-16 发布 2022-02-16 实施 国 家 能 源 局 发布 I 目 次 前言 . II 1 范围 . 1 2 规范性引 用文件 . 1 3 术语和定 义 . 1 4 符号与单 位 . 1 5 测量装

2、置 与设备 . 2 6 测试要求 . 4 7 热性能测 试 . 5 8 水质测试 . 6 9 过热保护 测试 . 7 10 空晒测试 . 7 11 外热冲击 测试 . 7 12 内热冲击 测试 . 8 参考文献 . 9 NB/T 10785-2021 II 前 言 本文件按照GB/T 1.1 2020 标准化工作导则 第1 部分： 标准化文件的结构和起草规则 的 规定起 草。 本文件由中国农村能源行业协会和农业农村部农业生态与资源保护总站 提出。 本文件由能源行业农村能源标准化 技 术委员会（NEA/TC8 ）归口。 本文件由中国农村能源行业协会太阳能热利用专业委员会负责组织起草。 本文件起草

3、单位： 中国建筑科学研究院有限公司、 江苏贝德莱特太阳能科技有限公司、 安徽春升新 能源科技有限公司、 芜湖贝斯特新能源开发有限公司、 铜陵市清华宝能源设备有限责任公司、 皇明太阳 能股份有限公司、桑普能源科技有限公司、河北道荣新能源科技有限公司、江苏迈能高科技有限公司。 本文件主要起草人： 王敏、 张同伟、 肖陶、 胡文广、 曾德林、 赵吉芳 、 孙守建、 薛道荣、 李杰、 贾 铁鹰、李博佳 、刘海波。 NB/T 10785-2021 1 室内太 阳模拟 环境下 家用太 阳能热 水系统 性能测 试方法 1 范围 本文件规定了家用太阳能热水系 统的热性能、 水质、 过热 保护、 空晒、 外热冲

4、击、 内热冲击 在室内 太 阳模拟环境下的试验方法。 本文件适用于容积不大于 0.6 m 3 的 家用太阳能热水系统。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构 成本文件必不可少的条款。 其中， 注日期的 引用文件， 仅该日期对应的版本适用于本文 件； 不注日期的引用文件， 其最新版本 （包括所有的修改单） 适用于本 文件。 GB/T 12936 太阳能热利用术语 GB/T 17683.1 太阳能 在 地面不同接收条件下的太阳光谱辐照度标准 第 1 部分： 大气质量 1.5 的法 向直接日射辐照度和半球 向日射辐照度 NB/T 34071-2018 家用太 阳能热水 系统测

5、试方法 3 术语和定义 GB/T 12936 确立的以及下列术语和定义适用于本文件 。 3.1 室内太阳模拟装置 indoor solar irradiance simulator 由模拟光源及附属装置组成， 所发出光谱与太阳光谱的匹配度 、 长波辐射及太阳辐照度的稳定性和 均匀性 能够满足试验要求的装置。 4 符号与单位 下列符号和单位适用于本文件。 c pW 水的比热容， 单位为焦耳每千克摄氏度（J/ （kg ） ） ； G a 待测样品表面平均太阳辐照度，单位为瓦 每平方米（W/m 2 ）； G i 待测样品表面第 i 个节点处 的太阳辐照度测量值，单位为瓦每平方米（W/m 2 ）； G

6、 t 待测样品表面长波辐照度，单位为瓦每平方米（W/m 2 ）； G ta 待测样品表面平均长波辐照度，单位为瓦每平方米（W/m 2 ）； H 集热器采光面 的太阳辐照量， 单位为兆焦每平方米（MJ/m 2 ） ； m 排出水的质量， 单位为千克（kg ） ； m i 第 i 时刻排出 水的质量， 单位为千克（kg ） ； NB/T 10785-2021 2 Q c 家用太阳能热水系统的集热量，单位为 兆焦（MJ ） ； Q p 家用太阳能热水系统循环泵所消耗的电能，单位 为兆焦（MJ ） ； Q s 储水箱中的水体积 V s 内 所含 的系统 得热量，单位为兆焦（MJ ） ； t a 环境或

7、周围空气的温度，单位为 摄氏度（） ； t ad 环境或周围空气温度 的平均 值 ，单位为摄氏度（） ； t as 热损 试验期间，储水箱附 近的空气温 度，单位为摄氏度（） ； t as(av) 热损试验期间，储水箱附近的平均空气温度，单位为摄氏度（ ）； t b 集热测试开始时储水箱内的水温，单位为 摄氏度（） ； t bi 第 i 时刻储水 箱内的水温 ，单位为摄氏度（） ； t d 排放的热水温度，单位为 摄氏度（ ） ； t di 第 i 时刻排放 的热水温度 ，单位为摄氏度（） ； t e 集热测试结束时储水箱内的水温，单位为 摄氏度（） ； t f 热损测试中储水 箱内的最终水温

8、，单位为 摄氏度（） ； t i 热损测试中储水箱内的初始水温，单 位为摄氏度（） ； U s 储水箱的热损系数，单位为 瓦每 开（W/K）； V s 储水箱中的流体体积，单位为 立方米（m 3 ） ； w 水的密度，单位为 千克每立方米（kg/m 3 ） ； 热损 测试中储水箱的降温 时间间隔，单位为 秒（s ） ； v 待测样品表面的 空气流动速 度 ，单位为米每秒（m/s）； v a 待测样品表面的平均 空气流动速 度，单位为米每秒（m/s ） 。 5 测试装置与设备 5.1 室内太阳模拟装置 5.1.1 室内太阳模拟装置应具备辐射调节功能， 辐照度调节范围为 500W/m 2 1000

9、W/m 2 。 5.1.2 室内太阳模拟装置的电器部件 应安全可靠。 5.1.3 室内太阳模拟装置应具备旋转 角度及高度调节功能，其机械传动装置应具有自锁功能。 5.1.4 模拟光源发出的光谱在 0. 3 m 3 m 波长范围内，波长宽度为 0. 1m 的 辐照度百分比与 GB/T 17683.1 规定 的太阳光谱辐照度百分比的比值应大于 0.4 且小 于 2 。 5.1.5 室内太阳模拟装置应能稳定产生至少 700W/m 2 的平均太阳辐照度， 在试验期间平均太阳辐照度 的变 化不应超过 50W/m 2 。 5.1.6 试验期间， 家用太阳能 热水系统采 光面上任意 一点的 太阳 辐照度 与

10、采 光面上平均 太阳辐照度 的 偏差不应超过 15% 。 5.1.7 室 内 太 阳 模 拟 装 置 所 产 出 的 平均长波辐照度 不 应 超 过 试 验 期 间 同 环 境 温度下黑 体 半 球 辐 射 力 5% ，且不大于 50W/m 2 。 长波辐射的波长范围宜从 2.5m 起 始，最大起始波长 不应超过 4 m 。 5.1.8 室内太阳模 拟装置应设 置自动扫描 装置（包含 总辐射表、 长波辐射表 和 风速仪等 ）测试待测 样 品表面的平均太阳辐照度、平均长波辐照度及平均风速。 5.2 热性能测试装置 NB/T 10785-2021 3 5.2.1 热性能的测试装置见图 1 和图 2

11、 。 图1 系统日 热性能测 试装置示意图 图2 储水箱 热损测试装置示意图 5.2.2 环境温度传感器应放置在高于地面 1m ， 与集热器和系统组件距离 大于 1.5m 小于 10m 的百叶箱 内。 NB/T 10785-2021 4 5.3 测试设备 5.3.1 测试设备在测量范围内的性能 应符合表 1 的规 定。 表 1 测试设 备性能 参数 最 大 允许 误差/ 准 确 度等 级 其他 太阳 辐照度 1 级 长波 辐照度 1 级 起始波长不超过 4m 环境温度 0.2 响应时间小于 5s 冷水入口温度 0.1 响应时间小于 5s 流体流量 1.0% 质量 1% 计时 0.2% 周围空气

12、 流动速率 0.5m/s 家用太阳能热水系统循环泵 耗电量 1.0 级 数据记录 模拟或数字 记录仪的准确度应不小于 满 量程的0 .5% 时间 常数应不小于1s ，信号的峰 值指 示应在满量程的50% 100% 之间 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% 5.3.2 测量结果应具备计量溯源性，测试设备应经 有资质的机构校准。 6 测试要求 6.1 测试样品安装 6.1.1 家用太阳能热水系统的各部件安装应 符合 NB/T 34071-2018 中 5.4 的规定 。 6.1.2 测试样品应放置在室内太阳模拟装置 的工作范围内且试验期间采光面完全不受遮挡。 6.2 室内太

13、阳模拟环境条件 6.2.1 测试环境应 挂窗帘避光 ，除室内太 阳模拟装置 外，试验期 间测试环境 内 不应有其 他光 源和热 源 干扰。 6.2.2 测试环境内应有空气调节装置控制环 境温度满足测试要求。 6.2.3 测试环境内应有人工风机控制待测样 品表面的空气流动速度满足测试要求 。 6.2.4 试验期间，扫描装置不应遮挡测试样品表面的太阳辐射。 6.3 室内太阳模拟环境的准备 6.3.1 测试前，应按如下步骤准备室内太阳模拟环境： a) 检查温度、流量和人工风机等 测量仪表 及装置工作状态； b) 开启室内太阳模拟装置； c) 开启空气调节装置与人工风机 ，并记录环境温度t a ； d

14、) 调节室内太阳模拟装置至合适位置，使模拟光源发出的光线与待测 样品集热表面垂直； NB/T 10785-2021 5 e) 将 待 测 样 品 集 热 产品 表 面 划 分 为 边 长 为150mm 的网格， 待模拟光 源 稳 定 后 ， 开 启 自 动 扫 描 装 置测量该 网 格 每 一节点的 太 阳 辐 照 度G i 、 长 波 辐 照 度G t 及 风 速v ， 并 计 算 该 表 面 的 平均太阳辐 照度G a 、平均长波辐照度G ta 及平均风速v a ； f) G a 满足测试要求，且试验期间G a 的变化不应超过50W/m 2 ； g) |G i - G a | 不应超过G

15、a 的15% ； h) G ta 不超过试验期间同环境温度t a 下黑 体半球辐射力5% ，且不 大于50W/m 2 ； i) t a 、v a 满足测 试要求 。 6.3.2 辐照度测量结束后，将自动扫描装置移动至不遮挡测试样品接受模拟光线的位置。 7 热性能测试 7.1 测试条件 7.1.1 系统日热性能 测试，敞开 式和开口式 太阳能热水 系统采用 混水法 ，封 闭 式太阳能 热水系统采用 混水 法或排水法。 7.1.2 系统日热性能的测试条件为： a) 测试开始时t b 应在t a 3 范围 内； b) 测试期间G a 600W/m 2 ； c) 测试期间v a 4m/s 。 7.1.

16、3 储水箱热损的测试条件为： a) 测试期间t as 15时，t i 应 在50 1 范围内； b) 测试期间t as 15时，t i 应 在(t as +35 ) 1 范围内 ； c) 测试期间v a 4m/s 。 7.2 测试步骤 7.2.1 按 6.3 的规定 进行室内太阳模拟环境 的准备。 7.2.2 测试期间记录 H 、Q p 、t a 、t as 、v a ，采 样间隔不大于 10min 。 7.2.3 按下列步骤进行系统日热性能 的测试准备： a) 彻底清洁集热器的采光面，检查系统的外观并记录 ； b) 开始测试前， 罩上集热器， 用温度 为 t a 3 的 冷水以 400L/h

17、 600L/h 的 流量进行循环， 以 使 整个系统的温度一致， 至少 5min 内储 水箱的进口温度变化不大于 0.1 ， 在这 5min 期 间的进 口平均温度即为该系统的 t b ； c) 记录过程中流量和温度； d) 在测试即将开始前停止通水循 环，并用阀门来截断旁通回路。 7.2.4 以混水法进行系统日热性能测试时， 按下列步骤进行： a) 集热器采光面接受到的 H 达 到 17MJ/m 2 0.1MJ/m 2 后关闭模拟 光源， 启 动混水泵， 以 400L/h 600L/h 的流 量，将储水箱底部的水抽到顶部进行循环来混合储水箱中的水 ； b) 至少 5min 内 储水箱进口水温

18、的变化不大于 0.1 ， 在这 5min 期间的进口平均温度即为即为该 系统的 t e 。 7.2.5 以排水法系统进行日热性能测试时， 按下列步骤进行： a) 集热器采光面接受到的 H 达到 17MJ/m 2 0.1MJ/m 2 后关闭模拟光源 ，在热水从系统中排放前 的 10min 20min 内， 需通 过泄水管将入口处 的部分冷水放掉， 在此期间，从 储水箱通过泄水 管的 流量应为零； NB/T 10785-2021 6 b) 以 400L/h 600L/h 的恒定 流量 补入冷水将储水箱中的热水排出， 补入冷水温度应为 t b ； c) 至少每 15s 应测量一次 t d 及 m ；

19、 d) 排出的水量应为 3V s ，如 果排出 3V s 后，储水箱进出口温差仍大于 1K ，则应继续排水直到储 水箱进出口温差不大于 1K 为止； e) 在排水期间，补入冷水的温度 波动不超过 0.2 ，漂移不超过 0.1 。 7.2.6 储水箱热损测试按下列步骤进行： a) 关闭模拟光源，对于实际使用中安装在室内的储水箱，测试中应关闭人工风机 ； b) 在测试开始以前， 关掉辅助加热器 ， 启动混水泵， 将储水箱底部 的水抽到顶部进行循环来混合 储水箱中预先准备的水； c) 至少 5min 内 储水箱进口水温的变化不大于 0.1 ， 在这 5min 期间的进口平均温度即为即为该 系统的 t

20、 i ； d) 然后停止循环，关断装有混水泵 管道的阀门，让储水箱降温 8h； e) 每小时测量一次环境温度，9 次测量 结果 的平均值即为 t as(av) ； f) 测试至 460min 时，启动 混水泵，运行 5min ，以 不低于 50 的水 使储水箱外管道内的水温达 到 t i ，并使储 水箱 进口水温在 1min 内 的变化不大于 0.1 ； g) 测试至 465min 时， 调整 阀门 ， 运用混水泵， 以 400L/h 600L/h 的流量， 将储水箱底部的水抽 到顶部进行循环来混合储水箱中的水 ； h) 至少 5min 内 储水箱进口水温的变化不大于 0.1 ， 在这 5mi

21、n 期间的进口平均温度即为即为该 系统的 t f 。 7.3 测试数据处理 7.3.1 以混水法进行系统日热性能测试时，储水箱内水体积 V s 中 所含得热量 Q s 的计算见公式（1 ）： s w w s e b () p Q c V t t = （1 ） 7.3.2 以排水法系统日热性能时，家用太阳能热水系统内所含得热量 Q c 的计算见公式（2 ）： c w d b 1 () n i p i i i Q m c t t = = （2 ） 7.3.3 储水箱的热损系数 U s 的计算见公式（3 ）： w w s as(av) s f as(av) ln pi c V t t U tt =

22、（3 ） 8 水质测试 8.1 测试条件 水质测试期间H 32MJ/m 2 。 8.2 测试步骤 8.2.1 按 6.3 的规定 进行室内太阳模拟环境 的准备。 8.2.2 将 家 用 太 阳 能 热 水 系 统 中 注 满 符 合 卫 生 标 准 的 水 后 ， 放 置 于 室 内 模 拟 太 阳 环 境 中 ， 当 H 达 到 16MJ/m 2 0.1MJ/m 2 后停 止照射并放置 24h 。 NB/T 10785-2021 7 8.2.3 继续将注满水的家用太阳能热 水系统置于室内太阳模拟环境中直至 H 32MJ/m 2 后关闭模拟光 源 ，排出的热水中应清澈、无铁锈、异味或其他有碍于

23、人体健康的物质。 9 过热保护测试 9.1 测试条件 9.1.1 过热保护测试可与水质测试同时进行。 9.1.2 对于使用防冻液的家用太阳热水系统， 除正常测试步骤外应检查防冻液是否因高温条件而变质。 如果在任 何一个回路中使用了非金属材料，在过程保护试验期间还应测量该回路中的最高温度。 9.1.3 测试期间的 H 32MJ/m 2 。 9.2 测试步骤 9.2.1 按 6.3 的规定 进行室内太阳模拟环境 的准备。 9.2.2 将家用太阳 能热水系统 中注满水并 维持 工作压 力 ，将被测 系 统断电， 放 置于室内 模拟太 阳环 境 中，当 H 达到 16MJ/m 2 0.1MJ/m 2

24、后停 止照射并放置 24h 。 9.2.3 继续将注满水的家用太阳能热 水系统置于室内太阳模拟环境中直至 H 32MJ/m 2 后或集热器环 路开始排气时， 关闭模拟光源并迅速排出系统中 的热水，排水容量应大于等于系统的水容量。 9.2.4 检查家用太阳能热水系统是否有 泄漏，管道是否有膨胀现象，记录 H 及检验结果。 10 空晒测试 10.1 测试条件 测试期间H 32MJ/m 2 。 10.2 测试步骤 10.2.1 按 6.3 的规定 进行室内太阳模拟环境 的准备。 10.2.2 家用太阳能热水系统不充液体， 除留下一个出口允许吸热体内的空气自由膨胀外， 堵住所有进 出口，以防空气自然流

25、动冷却。 10.2.3 记录 H 和 t a 。 10.2.4 当满足测试条件后进行肉眼检查，系统不应有裂纹、变形。 11 外热冲击测试 11.1 测试条件 外热冲击测试条件为： a) G a 600W/m 2 ； b) 喷水温度应小于 2 5 ，集热器部件和贮热水箱轮廓面积上每平方米的喷水量为 180L/h216L/h 。 11.2 测试步骤 11.2.1 按 6.3 的规定 进行室内太阳模拟环境 的准备。 NB/T 10785-2021 8 11.2.2 家用太阳能热水系统不充液体， 除留下一个出口允许 吸热体内的空气自由膨 胀外， 堵 住所有进 出口，以防空 气自然流动冷却。 11.2.

26、3 将家用太阳能热水系统置于室内太阳模拟环境中照射，当 H 达到 3.2MJ/m 2 0.1MJ/m 2 后可进 行第 1 次外 热冲 击，用喷水口向家用太阳能 热水系统均匀喷淋 15min ， 记录喷水水温及喷水流量。 11.2.4 检查热水系统是否有裂纹、变形、水凝结 和浸水，并记录检验结果。 11.2.5 按 11.2.311.2.4 进行第 2 次外热冲击。 11.2.6 外热冲击测试和空晒测试可以同时进行。 当测试同时进行时， 第 1 次 外热冲击应在 H20MJ/m 2 后进行。 12 内热冲击测试 12.1 测试条件 内热冲击测试条件为： a) G a 600W/m 2 ； b)

27、 充水温度应小于 2 5 ， 集热器部件轮廓采光面积每平方米的 注水量 不小于 72L/h 。 12.2 测试步骤 12.2.1 按 6.3 的规定 进行室内太阳模拟环境 的准备。 12.2.2 将家用太阳能热水系统置于室内太阳模拟环境中，不充水但将其入水口通过阀门与水 源相连， 保持溢水口畅通。 12.2.3 当 H 超过 3.2MJ/m 2 后关闭 模拟光源 并打开入水口处的阀门， 向 家用太阳能热水系统注冷水冷 却，并收集从溢水口流 出的热水，冷却时 间不小于 5min 。 12.2.4 每 5min 记录 一次 G a 、t a 、 进水水 温及流量，并记录测试期间的 H 。 12.2

28、.5 检验家用太阳能热水系统是否有裂纹、变形或毁坏，并记录检验结果 。 NB/T 10785-2021 9 参 考 文 献 1 GB/T 19141-2011 家用太 阳能热水系统技术条件 2 ISO 9459-2:1995 Solar heating-Domestic water heating systems-Part 2 Outdoor test methods for system performance characterization and yearly performance prediction of solar-only systems 3 ISO 9806:2017 Solar energy-Solar thermal collectors-Test methods _