GB T 18708-2002 家用太阳热水系统热性能试验方法.pdf

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1、ICS 27. 160 F 12 =lI二-、G/T 18708 2002 能Test methods for thermal performance of domestic solar water heating systems 2002-04同28发布2002-10-01实中华人国家质量监国总局发布一一一一-一一一-，G/T 18708-2002 目次前言. . . . .,. . . . . . . . .,. . . . . .,. . . . ., . . . . . E 1 范围. . . . . ., . . .,. .,. . l 2 引用标准. . . ., . . ., .

2、 . .,. . .,. . . 1 3 定义. .,. . . . . 1 4 符号. . . .,. . . . . . . ., . . . . . 2 5 系统分类 . . . . . . . . . . .,. . . 3 6 试验要求 . . . . . . . ., . . . . . . . 4 6. 1 系统要求. .,. . . . . . . 4 6. 2 求. .,. . . . ., .,. . .,. . . . 5 7 试验方法与结果. .,. . . . . ., . . . .,. ., . . 6 7. 1 试验内容. . .,., . . . ., . .

3、 . . . 6 7. 2 试验条件的范围. . . . . . . 6 7. 3 试验系统的预定条件. . . . . .,. . . . . . 6 7. 4 周围空气的速率. . . . . ., . . . ., . . 7 7. 5 试验期间的测量. . . . . ., . . . 7 7. 6 系统日热性能的确定. . . . ., . 7 7. 7 贮热水箱热损的确定. . . ., . . . . . ., . . B 8 结果的分析和说明. .,. . . . ., . . . . . .,. . . 9 8 1 说明. . . . . . . . . . . . . .

4、. . . . 9 8. 2 输人-输出图. . . . . . . . . . . . . . . . . 9 4 GB/T 18708-2002 前) J 仨二本标准是根据我国当前太阳集热器与太阳热水系统产品及发展的实际状况编写的。本标准的制定参考了国际标准1509459-2，1995太阳加热家用热水系统-第二部分z系统特性的室外检测方法和仅太阳系统年性能的预测。本标准由国家经贸委、科技部提出。本标准由全国能源基础与管理标准化技术委员会新能源和可再生能源分技术委员会归口。本标准由清华大学、中国标准研究中心负责起草。本标准主要起草人:殷志强、陆维德、李申生、张剑、贾铁鹰、吴锦发、陶祯、郑瑞澄

5、。、E 厂2 范围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Test methods for thermal performance of domestic solar water heating systems GB/T 18708 -2002 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0.6m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.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

6、本的可能性。GB/T 4271-2000 平板型太阳集热器热性能试验方法GB/T 12936.1-1991太阳能热利用术语第一部分GB/T 12936.2-1991 太阳能热利用术语第二部分GB/T 17049-1997 全玻璃真空太阳集热管GB/T 17581-1998 真空管太阳集热器ISO 9459-2 ,1995 太阳加热一家用热水系统第二部分z系统特性的室外检测方法和仅太阳系统年性能的预测ISO 9488 ,1999 太阳能一词汇3 定义本标准除引用GB/T12936.1、GB/T12936.2和ISO9488外，采用下列定义z3. 1 准确度accuracy 仪器指示被测物理量真实

7、值的能力。3.2精度preClSlon 同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 太阳辐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/m203.4 太阳辐j照最solar irradiation 单位面积上人射的太阳能量，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(Ml/m勺。同义词:曝辐量。3. 5 平板太阳热水系统flat plate solar wat盯heatingsystem 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栓验检疫总局22-04-28批准2002

8、 -10 -01实施1 L一一一一一一一一二一一一一一一GB!T 18708-2002 3.6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maniold 传输集热器件所获热能的部件。3.9 真空集热管的反射器reflector or eva

9、cuated 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1.5 h.属于非聚光型。3.11 采光面积ap盯turearea 非聚光的太阳辐射进入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.

10、15部ftcomponents 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。3. 16换热器heat exchang盯专门用来为两种物理上分开的流体间传热的部件。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 在住宅或小型商业建筑中使用的。3. 19 太阳热水系统solar wat盯heatingsystem 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g可以包括辅助热源.3. 20 紧凑式close-coupled col1ect

11、or 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load 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.1!(kgC) Cpw H 2 集热器采光面的日太阳辐照量.MJ!m GB/T

12、 18708-2002 太阳热水系统的集热量.MJ贮热水箱中水体积V.内所含的系统得热量.MJ环境或周围空气的温度.C 日平均环境或周围空气的温度.C 贮热箱附近的空气温度.C 集热试验开始时贮热水箱内的水湿.C 集热试验结束时贮热水箱内的水温.C 排放的热水温度.C 热损试验中贮热水箱内的初始水温.C 热损试验中贮热水箱内的最终水温.C 周围空气的流动速率.m/5贮热水箱中的流体容积.m时间间隔.5水的密度.kg/m水箱的热损系数.W/K, 参数平均值Q飞Q. -ETA uVA 向认陈t. t.d ， tb t, td ti h 系统分类5 家用太阳热水系统按7种特征进行分类，每种特征又分成

13、2-3种型式.各种特征的分类如表1所示。表1家用太阳热水系统分类特征类型b a c 1 只有太阳能式太阳能预热式太阳能加辅助能源式2 直接式问按式3 敞开式开口式封闭式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 分离式紧凑式问晒式特征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。c)太阳能加辅助能源式一-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)直接式一一耗用的热水流经集热器的系统。b)间接式(热交换一一非耗

14、用的传热流体工质流经集热器的系统。5.3 特征3a)敞开式一一传热流体与大气广泛接触的系统。b)开口式系统内的传热流体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。c)封闭式(密封的或不通大气的)一-系统中的传热流体完全和大气分隔开的系统。5.4 特征45. 1 3 GB/T 8708-2002 a)充满式系统内集热器始终充满传热流体的系统。b)回流式作为正常工作循环的一部分，传热流体从集热器中排人贮热水箱中便于以后再使用的系统。c)排放式传热流体可以从集热器内i世放的系统。5.5 特征5a)自然循环式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

15、热虹吸系统。b)强迫式一一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76 a)分离式热水系统一一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)闷晒式热水系统一一集热器与贮热水箱是同一个器具的系统。试验要求6. , 系统要求6. ,. , 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 带分离的辅助加热器的系统只有系统的太阳能部分应用

16、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。6.2 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，且所提供的辅助加热器仅用于不规则的问歇性工作(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。6.3 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

17、. .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)，应使用敞开式的安装系统。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(例如闷响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

18、的最低位置a对于分离式热水系统，集热器与贮热水箱问(泵循环系统)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. .3 集热器的安装集热器应安装在面向赤道倾角为纬度士100内的固定位置。4 , GB/T 18708-2002 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建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。不允许诸如沿建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e

19、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95C的运行温度。管道应尽量短，特别是冷水人口(出口处的温度传感器与贮热水箱进口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口前的管道上。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告。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，集热器入口与水箱间安置循环泵，试验流量由制造商推荐。如果所设汁的

20、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。d 6.2 测量要求6.2.1 太阳辐射应用热水系统荫凉址的环温传感器靠近辈热器)/.1l._ al 巳3保温层温度传感器三遇问门J!箱水箱泪水泵温度传感器三边阀门三理阀门温度传感器洒水管图l系统日性能的试验装置示意热水出口排水入口根据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 0 参数环境空气温度冷水人口温度水箱内的温度通过热水

21、系统的温差(冷水人口到热水出口准确度士O.SC :l: 0.2C 土0.2C土0，1K 仪器精度士O.21: 士0.1c :l: O.l C 土0.1K 5 伞，GB/T 18708一20026.2.2.2 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10 m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、冷却塔或热气排风扇等。6.2.2.3 进水温度如果在贮热水箱入口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

22、节温度，两个水池都保持恒定的温度。当流量为400L/h-600 L/h时，在试验开始至结束期间温度控制器或混水阀要能将人口流体的温度漂移控制在:cO.2 K以内。如果入口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土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土1.0%.该测量值的单位为kg/h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土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士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

23、气的速率，准确度应达:cO.5m/s 0 6.2.7 数据记录仪使用的模拟或数字记录仪的准确度应等于或好于满量程的土0.5%0其时间常数应等于或短于1s。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10MO.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，如果规定的精度是土O.1 C 0则最小分度不应超过O.ZC 0 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

24、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(tod-Ib)值的变化范围，以便建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(t，d-t，)值且太阳辐照量平均分布在8MJ/m-Z5 MJ/m范围内。环混在SCt，39C0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

25、u不大于4m/s.用温度不低于t，的冷水以400L/h - 600 L/h的流量进行循环，以使整个系统的温度一致，至少5min内贮热水箱的入口温度T1的变化不大于士lC时，即认为该系统达到均匀的预定温度h。在试验即将开始前停6 一一一一一 J GB/T 18708-2002 止通水循环，并用节门来截断旁通回路以防止自然循环。当系统达到均匀沮度时，停止通水循环P但就强迫循环系统而言，应让太阳集热器回路的泵继续延行。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

26、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t8.; c)周围空气的速率u;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 系统日热佳能的确定7. 6. 1 t昆水法系统工作8h，从太阳正午时前4h J1J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400L/h600 L/h的流量，将贮热水箱底部的水拍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内贮热水箱人口温度孔的变化不大于土0.2C，记录水箱内三个测温点的温度，T1或三个测

27、温点的平均值即为集热试验结束时贮热水箱内的水温t. 贮热水箱内水体积V.中所含的得热量毡，应用式(1)进行计算gQ. = PwcpwV.(t, - tb) . . . . . . . .( 1 ) 集热器内贮存的热量不计人在内。7.6.2 排水法系统工作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，在热水从系统中排放前的一个短时间内(10min-20 min)，需通过泄水管将入口处的部分冷水放掠，以确保冷水入口处的温度控制器到贮热水箱人口之间的管道内的水温为儿。从贮热水箱通过泄水管的流量应为零。以400L/h-600 L/h的恒定流量将贮热水箱中的热水排出。

28、补入冷水温度应为儿，fb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td至少每放出贮热水箱容积的1/10时记录-个平均值e应利用所ll!tl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沮。PEh皑踞3V 2V V 。t, 排水量民1m3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7 GB/T 18708-2002 人贮热水箱的温差仍大于士1K.则必须继续排水直到温差土lK为止。此时，太阳热水器中所采集和贮存的热量均已由排出的水带走。在排水期间，进入贮热水箱的冷水温度的波动不超过士O.2

29、5 K.漂移不超过0.2K. 从贮热水箱排放热水时的流量是非常重要的，它能显著地影响排水温度曲线。因此流量控制器必须将通过贮热水箱的流量保持在预定值(400L/h-600 L/h)的土50L/h范围内。太阳热水系统内所含的得热量Q，与排出水温td曲线和进口水温th曲线之间的面积成正比，应用式(2)进行计算g. ( 2 ) Q，二三JmhCJUZM) ?7贮热水箱热损的确定7.7.1 总述除集热系统的热性能试验之外，还应进行本项试验。应按照第6节的规定装配和安装系统以便确定贮热水箱的热损系数。这样可以确定用于系统性能计算中适当的热损值，包括例如在集热器回路中的倒流所引起的热损。系统安装在室内或室

30、外进行试验，将集热器暴露在晴朗的天空下。如果在室内进行试验，根据ISO 9459-2的规定，应在集热器上丽有一个低于环温20C的辐射挡板。贮热水箱中的水应预先均匀加热到50C以上。7.7.2 试验方法在试验开始以前，关掉辅助加热器，并用混水泵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预先准备的水。当贮热水箱的入口水温只在5mm内变化不大于士1C时，认为贮热水箱中的水温已达到均匀。贮热水箱内的平均水温就作为贮热水箱的初始沮度，初始温度ti不得低于50C士1C。然后停止循环，关掉装有混水泵的管道的阀门，让水箱降温8h。在冷却期间，如果系统安装在室外，空气平均速率不大于4m/s。在试验期间，

31、在贮热水箱所在处的附近每小时测量一次环境温度，共9次，得出平均贮热水箱附近的空气温度ta.(av)0 试验至460mn时，启动如图3所示的小泵，运行5min，以不低于50C的水温使贮热水箱外管道内的水温达到ti，并使贮热水箱人口的水温T，在1min内变化不大于土1C;试验至465min时，调整阀门，运用小泵，使贮热水箱中的水循环以使它温度均匀。当贮热水箱人口的水温T，在5min内变化不大于士1C时，即认为温度均匀。在这5min期间的平均温度即为贮热水箱的最终温度tl.Ill- -被测贮抽水箱测点担度T，辅助水箱热损系数测定示意图图38 GB/T 18708-2002 7.7.3 水箱热损系数的

32、计算水箱的热损系数U.的单位为W/K，应用式(3)进行计算zU=气;EE吨7号:J其中f).r为降温时间(以s为单位)，是从水箱的水循环停止的时刻，即贮热水箱初始水温民到重新启动混水泵后达到贮热水箱最终温度1，之间的时间。. ( 3 ) 结果的分析和说明8 8. 1 说明试验结果由在不同H值下的输入-输出图表示。家用单一太阳热水系统的性能可曲式(4)表示2Q. = ajH十向(t，d-t，)十a，. . . . . . . ( 4 ) 式中系统的系数肉、肉和a，由试验结果用最小二乘法确定。Q.就是贮热水箱在一天中所获得的净太阳能，即集热量.8.2输入输出图实验结果应以图4所示的图形给出。应将实

33、验点和由式(4)预示的在(t.d-t，)=-10K.O K、10K、20 K时的系统性能特性进行标绘。若这些(t.d-t，)值未能包括(I.，-Ib)试验值的范围，贝rJ应标绘出附加的特征线。30.00 1234 25.00 10.00 0.00 0.00 mMW 05 21 同E飞口回菲黯MEMm5.00 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 4一-1.，-1，=-10 K 集热黯平面上的太阳辐照量H/(MJ.ni2-t.,-t, = 10 K; 3-t.,-t,=0 K; 系统得热量Q矗与太阳辐照量的关系1一-tad-tb=20K; 图4叫、NOON-ghH筒。华人民共和国家标准家用太阳热水系统热性能试验方法GB/T 18708-2002 国中* 中国标准出版社出版北京复兴门外三里河北街16号邮政编码，100045电话，6852394668517548 中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷新华书店北京发行所发行各地新华书店经售电房印张1字数22千字2002年9月第一次印刷开本880X 1230 1/16 2002年9月第一版印数1一1500 将书号，155066 1-18716 网址* 616-427 版权专有侵权必究举报电话，(010)68533533科目