全玻璃太陽能集熱器熱性能實(shí)驗(yàn)研究

1、 本科畢業(yè)論文題 目：全玻璃太陽能集熱器熱性能實(shí)驗(yàn)研究學(xué)生姓名：學(xué) 院：系 別：專 業(yè)：班 級(jí)：指導(dǎo)教師： 二 一年 四 月 六 日 摘 要太陽能熱利用是可再生能源技術(shù)領(lǐng)域商業(yè)化程度最高、推廣應(yīng)用最普遍的技術(shù)之一。太陽能熱水器在我國得到了快速發(fā)展和推廣應(yīng)用，而太陽能集熱器是太陽能熱水器接收太陽能量并轉(zhuǎn)換為熱能的核心部件和技術(shù)關(guān)鍵，因此研究集熱器熱性能也成為極其重要的工作。本文對(duì)國內(nèi)外太陽集熱器熱性能穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)的測(cè)試方法及測(cè)試的國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了概述，詳細(xì)介紹了太陽能集熱器測(cè)試的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及儀器，對(duì)集熱器性能參數(shù)的測(cè)試條件、測(cè)試步驟和數(shù)據(jù)處理方法等進(jìn)行了論述，并針對(duì)全玻璃真空管式太陽能集熱器的非穩(wěn)態(tài)效

2、率、時(shí)間常數(shù)和集熱器入射角修正系數(shù)提出了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法及測(cè)試步驟。論文對(duì)全玻璃真空管集熱器的非穩(wěn)態(tài)效率、太陽輻射隨時(shí)間變化的曲線、水箱溫度變化進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，得出了全玻璃真空集熱器的非穩(wěn)態(tài)效率隨時(shí)間變化的趨勢(shì)，太陽輻射和水箱溫度隨時(shí)間變化的趨勢(shì)，并做了詳細(xì)的分析，為后續(xù)研究奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞：太陽集熱器；測(cè)試；熱性能；實(shí)驗(yàn)AbstractThe solar energy heat utilization is one of the technologies marketed and used universally, which is the highest in commercia

3、lization degree in renewable energy source area. The solar water heaters have the fast development and get the promoted application in our country. The solar energy collector is the core and the technical key of solar water heater which receives the solar energy and transforms into the heat energy,

4、therefore researching collector thermal properties is a very important work.This article has described the testing methods for the thermal performances of solar collector under steady-state and quasi-dynamic conditions between our country and the world and the test of the national standards, introdu

5、ced the solar energy collector test's experiment system and the instrument in detail. Meanwhile, the collector test's condition, step and the method of handling data also have been introduced .And this paper proposed the detailed experiment test method and the test step regarding of all-glas

6、s evacuated tube solar collector's unsteady-state efficiency, the time-constant and the collector incidence angle correction coefficient .Papers obtained the trend of non-steady-state efficiency of the all-glass vacuum collector over time and, tend of solar radiation and water temperature over t

7、ime and done a detailed analysis, which laid a experimental foundation for follow-up study.Keywords: solar collector; test; heat properties; experiment目 錄第一章 緒 論11.1 概述11.1.1 能源概述11.1.2 太陽能11.1.3 太陽能熱水系統(tǒng)21.2 太陽集熱器熱性能測(cè)試的研究現(xiàn)狀41.3 主要研究內(nèi)容及目的5第二章 太陽集熱器熱性能測(cè)試的理論基礎(chǔ)72.1 熱性能測(cè)試方法72.1.1熱性能穩(wěn)態(tài)測(cè)試方法72.1.2 熱性能動(dòng)態(tài)測(cè)試方法

8、102.2熱性能試驗(yàn)?zāi)康募皣覙?biāo)準(zhǔn)132.2 太陽能集熱器的熱性能152.2.1 非穩(wěn)態(tài)效率152.2.2 日平均效率152.3 影響太陽集熱器熱性能的因素15第三章 太陽能集熱器熱性能測(cè)試系統(tǒng)173.1 試驗(yàn)要求173.1.1 集熱器的安裝173.1.2 測(cè)量要求173.2 測(cè)試系統(tǒng)及設(shè)備183.2.1 PC-2-T太陽能輻射標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)站介紹183.2.2 TRM-2型太陽能熱水器熱性能測(cè)試系統(tǒng)213.2.3 TRM-PD人工太陽模擬發(fā)射器223.2.4 TBQ-2總輻射表24第四章 太陽能集熱器的熱性能試驗(yàn)264.1 集熱器效率試驗(yàn)264.1.1集熱器效率試驗(yàn)步驟264.1.2集熱器效率計(jì)算

9、274.2集熱器時(shí)間常數(shù)試驗(yàn)274.2.1 集熱器時(shí)間常數(shù)計(jì)算274.2.2 集熱器時(shí)間常數(shù)試驗(yàn)步驟284.3 集熱器入射角修正系數(shù)284.3.1 集熱器入射角修正系數(shù)計(jì)算294.3.2 集熱器入射角修正系數(shù)試驗(yàn)步驟294.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析294.4.1 非穩(wěn)態(tài)效率實(shí)驗(yàn)曲線分析294.4.2 水箱溫度隨時(shí)間的變化曲線314.4.3 太陽輻射隨時(shí)間的變化曲線33結(jié) 論34參考文獻(xiàn)36 第一章 緒 論1.1 概述1.1.1 能源概述 不論是從經(jīng)濟(jì)社會(huì)走可持續(xù)發(fā)展之路和保護(hù)人類賴以生存的地球生態(tài)環(huán)境的高度來審視，還是從為世界上20多億無電人口和一些特殊用途解決現(xiàn)實(shí)的能源供應(yīng)出發(fā)，發(fā)展新能源和可再生能

10、源均具有重大戰(zhàn)略意義。在人類開發(fā)利用能源的歷史長河中，以石油、天然氣和煤炭等化石能源為主的時(shí)期，僅是一個(gè)不太長的階段，它們終將走向枯竭，而被新能源所取代。人類必須未雨綢繆，及早尋求新的替代能源。研究和實(shí)踐表明，新能源和可再生能源，資源豐富、分布廣泛、可以再生、不污染環(huán)境，是國際社會(huì)公認(rèn)的理想替代能源。根據(jù)國際權(quán)威單位的預(yù)測(cè)，到21世紀(jì)60年代，即2060年，全球新能源和可再生能源的比例，將會(huì)發(fā)展到占世界能源構(gòu)成的50% 以上，成為人類社會(huì)未來能源的基石，世界能源舞臺(tái)的主角，目前大量燃用的化石能源的替代能源。新能源和可再生能源清潔干凈、污染物排放很少，是與人類賴以生存的地球生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)的清潔能

11、源。化石能源的大量開發(fā)和利用，是造成大氣和其他類型環(huán)境污染與生態(tài)破壞的主要原因之一。如何在開發(fā)和使用能源的同時(shí)，保護(hù)好人類賴以生存的地球生態(tài)環(huán)境，已經(jīng)成為一個(gè)全球性的重大問題。目前，世界各國都在紛紛采取提高能源效率和改善能源結(jié)構(gòu)的措施，以解決這一與能源消費(fèi)密切相關(guān)的重大環(huán)境問題。即所謂的能源效率革命和清潔能源革命，也就是我們通常所說的節(jié)約能源和發(fā)展清潔干凈的新能源和可再生能源。而新能源和可再生能源污染物排放很少。目前各種發(fā)電方式的碳排放率(g碳/kWh)：常規(guī)燃煤發(fā)電為304 g /kWh，煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電為270 g /kWh，燃?xì)饴?lián)合循環(huán)發(fā)電為118 g /kWh，帶燒天然氣備用機(jī)組的太

12、陽能熱發(fā)電為47 g /kWh，地?zé)岚l(fā)電為2.5 g /kWh，光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電則為0。由上述分析可見，新能源和可再生能源是保護(hù)生態(tài)環(huán)境的清潔能源，采用新能源和可再生能源以逐漸減少和替代化石能源的使用，是保護(hù)生態(tài)環(huán)境、走經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展之路的重大措施1。1.1.2 太陽能太陽能是新能源和可再生能源中最引人注目、開發(fā)研究最多、應(yīng)用最廣的清潔能源,可以說,未來全球能源的主流將是太陽能。中國自20世紀(jì)70年代以來,太陽能利用有了較大的發(fā)展,太陽能利用技術(shù)的研究列入國家“六五”、“七五”、“八五”科技攻關(guān)計(jì)劃,獲得了一批研究成果并進(jìn)行了不同程度的推廣應(yīng)用,太陽能工業(yè)已初步形成。太陽能利用技術(shù)主要指

13、太陽能轉(zhuǎn)換為熱能、機(jī)械能、電能、化學(xué)能等技術(shù),其中太陽能-熱能轉(zhuǎn)換歷史最久遠(yuǎn)、開發(fā)最普遍。中國的太陽能熱利用有太陽能集熱器、太陽能溫室、太陽能干燥、太陽能制冷等。1.太陽能的優(yōu)點(diǎn)與常規(guī)能源相比較，太陽能有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，概括起來可以歸納為四個(gè)方面：數(shù)量巨大。每年到達(dá)地球表面的太陽輻射能約為130Tt標(biāo)準(zhǔn)煤，即約為目前全世界所消費(fèi)的各種能量總和的倍。時(shí)間長久。根據(jù)天文學(xué)的研究結(jié)果，太陽系還可繼續(xù)存在年之久。普照大地。輻射能無需開采和運(yùn)輸，開發(fā)和利用都極為方便。清潔安全。2.太陽能的缺點(diǎn)太陽能缺點(diǎn)概括起來為三個(gè)方面：分散性。太陽輻射的能流密度低。間斷性和不穩(wěn)定性。由于受到晝夜、季節(jié)、氣候、地理緯度和

14、海拔高度等影響，太陽輻射是間斷而不穩(wěn)定的。效率低而成本高2。1.1.3 太陽能熱水系統(tǒng)太陽能熱水是太陽熱利用中技術(shù)最成熟應(yīng)用最廣泛、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最快的領(lǐng)域。目前我國的太陽能熱水系統(tǒng)擁有量已占世界總量的四分之一。我國的太陽能熱水技術(shù)主要是開發(fā)家用太陽能熱水器，分為悶曬式和循環(huán)式兩大類，其中循環(huán)式家用太陽能熱水器有平板集熱器和真空管集熱器兩類。我國現(xiàn)有上千個(gè)太陽熱水器企業(yè)，并逐步與ISO國際標(biāo)準(zhǔn)接軌，把產(chǎn)品推向國際市場(chǎng)2。太陽熱水器產(chǎn)業(yè)發(fā)展基本狀況:1.產(chǎn)業(yè)規(guī)模繼續(xù)擴(kuò)大，生產(chǎn)能力快速提高。我國太陽熱水器產(chǎn)業(yè)在20世紀(jì)90年代得到迅速發(fā)展，生產(chǎn)量由1991年50萬增長到2001年的820萬，年平均增長

15、30%以上。其近年總產(chǎn)量和保有量見表1-1和表1-2。表1-1 1998-2001年太陽熱水器總產(chǎn)量（萬）年份產(chǎn)量（萬）比上年增長（%）1998340199948041200061027200182034表1-2 太陽熱水器總保有量（萬）年份19911998199920002001保有量15015002000260032002.企業(yè)規(guī)模、數(shù)量不斷擴(kuò)大。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全國太陽熱水器生產(chǎn)廠家已逾千家，還有不少企業(yè)欲加入太陽熱水器產(chǎn)業(yè)行列。以山東皇明公司、清華陽光公司為代表，年產(chǎn)量超過10萬，產(chǎn)值億元以上的510家具有國際競爭力和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型骨干企業(yè)主導(dǎo)我國太陽熱水器市場(chǎng)，市場(chǎng)占有率達(dá)20

16、%。一些中等企業(yè)2001年的產(chǎn)銷量也急驟增長，呈現(xiàn)出快速發(fā)展勢(shì)頭。3.體系初步形成。太陽熱水器已初步形成原材料加工、產(chǎn)品開發(fā)與加工制造、工程設(shè)計(jì)與營銷服務(wù)的產(chǎn)業(yè)體系，為社會(huì)提供了17萬個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)。全玻璃真空集熱管目前仍是太陽熱水器重要部件，到2001年全國集熱管生產(chǎn)線已達(dá)389條（不含云南），年生產(chǎn)8000萬支（見表1-3），創(chuàng)產(chǎn)值12億元，與2000年比較有了大幅度增長。4.技術(shù)不斷進(jìn)步。通過企業(yè)不懈努力，加之宏觀管理的強(qiáng)化，太陽熱水器產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)水平有了明顯的提高。2002年5月中國農(nóng)村能源行業(yè)協(xié)會(huì)組織國內(nèi)專家對(duì)國內(nèi)71家主要太陽熱水器企業(yè)的產(chǎn)品進(jìn)行了技術(shù)審核和認(rèn)定。專家一致認(rèn)為這些產(chǎn)品

17、質(zhì)量和性能全部符合國家標(biāo)準(zhǔn)。一些產(chǎn)品，如清華陽光真空管太陽熱水器，桑普平板太陽熱水器，山東皇明三高管太陽熱水器等已達(dá)到國際先進(jìn)水平。表1-3 1999-2001年真空集熱管生產(chǎn)線與生產(chǎn)能力總量年份生產(chǎn)線數(shù)量（條）生產(chǎn)能力（萬支）1999200330020003025400200138980005.加快走向國際市場(chǎng)。2000年我國太陽熱水器出口額為640萬美元，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2001年出口總額約1000萬美元，出口額上升56%。出口產(chǎn)品主要是全玻璃真空集熱管、熱管式真空集熱管和真空管熱水器， 平板式太陽熱水器亦有一定量的出口， 主要銷往歐洲、東南亞、非洲等30多個(gè)國家和地區(qū)。中國太陽熱水器價(jià)格低

18、廉， 質(zhì)量不斷提高， 在國際市場(chǎng)上有較強(qiáng)的競爭力。隨著全球環(huán)境問題日益突出和環(huán)保措施的實(shí)施，我國太陽熱水器走向國際市場(chǎng)的環(huán)境和空間會(huì)逐步擴(kuò)大。我國太陽熱水器產(chǎn)業(yè)規(guī)模之所以不斷擴(kuò)大，主要有以下幾個(gè)因素：我國常規(guī)能源短缺，太陽能資源豐富，利用條件優(yōu)越。傳統(tǒng)能源價(jià)格上漲為太陽熱水器創(chuàng)造了市場(chǎng)機(jī)會(huì)。經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城鎮(zhèn)居民家庭收入的提高。太陽熱水器與建筑相結(jié)合的指導(dǎo)戰(zhàn)略，提高了建筑行業(yè)利用太陽能的積極性。環(huán)保意識(shí)增強(qiáng)利于清潔無污染的太陽熱水器產(chǎn)業(yè)發(fā)展。目前太陽能熱水器是太陽能市場(chǎng)中最主要的產(chǎn)品。我國的太陽能熱水器擁有量已占世界總量的四分之一。太陽能熱水器從最初的悶曬式，到第二代平板集熱器，再至第三代全玻璃真

19、空管式集熱器， 至目前最先進(jìn)的熱管真空集熱管太陽能熱水器，太陽能熱水器的利用率逐代提高3。1.2 太陽集熱器熱性能測(cè)試的研究現(xiàn)狀太陽熱水器要想成為有競爭力的節(jié)能產(chǎn)品，重要的一條是必須能有效而可靠地工作。所謂“有效”是指具有良好的熱性能，最大限度地把太陽輻射能轉(zhuǎn)換成水的熱能。所謂“可靠”是指具有優(yōu)良的質(zhì)量，經(jīng)得起風(fēng)吹、日曬和雨淋等惡劣氣候條件的考驗(yàn)，年復(fù)一年地正常運(yùn)行。為此，世界各國先后制定多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)作為全面評(píng)價(jià)集熱器各項(xiàng)指標(biāo)及性能的依據(jù)4。以色列在1966年針對(duì)太陽集熱器和太陽能貯存裝置(如貯水箱等)核心部件制定了標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，是世界上最早對(duì)太陽熱水器熱性能提出標(biāo)準(zhǔn)的國家。隨后美國(ASHRAE-

20、95 1987)、澳大利(Australian Standard 2813-1985 Solar Water Heaters-Method of test thermal performance-Simulator Method)、德國(等同采用IS09459-2標(biāo)準(zhǔn))、加拿大等國家也都有了本國的標(biāo)準(zhǔn)。從20世紀(jì)80年代初開始，國際上開始了對(duì)透明隔熱材料的研究和測(cè)試。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織也制定家用太陽能熱水系統(tǒng)熱性能測(cè)試方法太陽加熱-家用熱水系統(tǒng)-第二部分：僅太陽能系統(tǒng)的熱性能測(cè)試（ISO/DIS 9459-2:94）。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織太陽能技術(shù)委員會(huì)（ISO/TC 180）先后頒布了太陽集熱器測(cè)試方

21、法 第一部分：裝玻璃蓋板的帶有壓差的集熱器的熱性能（ISO9806-1:1994）、太陽集熱器測(cè)試方法 第二部分：合格測(cè)試程序（ISO9806-2:1995）和太陽集熱器測(cè)試方法 第三部分：無玻璃蓋板的帶有壓差的集熱器的熱性能（ISO9806-3:1995）等幾部標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)規(guī)定了太陽集熱器的測(cè)試條件和方法。歐洲是世界上太陽集熱器技術(shù)水平和普及化程度都較高的地區(qū)。至今為止，歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)太陽能技術(shù)委員會(huì)（TC312/CEN）已經(jīng)制定并發(fā)布了太陽熱水系統(tǒng)及部件太陽集熱器第二部分：測(cè)試方法（EN12975-2：2001）和太陽熱水系統(tǒng)及部件工廠制造的系統(tǒng)第二部分測(cè)試方法（EN12976-2:200

22、1）等多部標(biāo)準(zhǔn)。2001年4月，歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)太陽能技術(shù)委員會(huì)（TC312/CEN）在制定的標(biāo)準(zhǔn)EN 12975-2:2001中，規(guī)定了在太陽集熱器測(cè)試中，既可以使用眾所周知的穩(wěn)態(tài)測(cè)試方法，也可以使用另一種新的太陽集熱器測(cè)試方法動(dòng)態(tài)測(cè)試方法。在動(dòng)態(tài)測(cè)試方法的條件中，對(duì)風(fēng)速和太陽總?cè)蛰椛涠鹊葏?shù)的約束也放寬很多。這些都極大地增加了太陽集熱器的有效測(cè)試時(shí)間，有效的利用了設(shè)備，降低了測(cè)試的成本和費(fèi)用。ISO標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容側(cè)重于太陽集熱器和熱水系統(tǒng)質(zhì)量和性能的評(píng)價(jià)。其中也對(duì)熱利用產(chǎn)品所用材料的性質(zhì)、設(shè)備的設(shè)計(jì)和安裝以及測(cè)量儀器的精度等都做了規(guī)定。我國首個(gè)太陽集熱器熱性能試驗(yàn)方法的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4271

23、-84于1984年12月1日正式實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了所試驗(yàn)的熱性能包括穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)瞬時(shí)效率、時(shí)間常數(shù)、入射角修正系數(shù)和壓力降等，隨后不斷的補(bǔ)充完善5。1.3 主要研究內(nèi)容及目的 太陽能是新能源和可再生能源中最引人注目、開發(fā)研究最多、應(yīng)用最廣的清潔能源,可以說,未來全球能源的主流將是太陽能。全玻璃真空管太陽能集熱器也受到重視，但是全玻璃真空管太陽能集熱器還有缺點(diǎn)和不足，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)全玻璃真空管太陽能集熱器性能參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，分析全玻璃真空管太陽能集熱器的熱性能，為分析和比較玻璃真空管技術(shù)和熱管技術(shù)相結(jié)合制成玻璃真空管熱管式太陽能集熱器二者的熱性能做基礎(chǔ)。第二章 太陽集熱器熱性能測(cè)試的理論基礎(chǔ)2.1 熱

24、性能測(cè)試方法2.1.1熱性能穩(wěn)態(tài)測(cè)試方法 在國際標(biāo)準(zhǔn)太陽集熱器測(cè)試方法 第一部分：裝玻璃蓋板的帶有壓差的集熱器的熱性能（ISO9806-1:1994）和歐洲標(biāo)準(zhǔn)太陽熱水系統(tǒng)及部件太陽集熱器第二部分：測(cè)試方法（EN12975-2：2001）中，都推薦使用太陽集熱器穩(wěn)態(tài)測(cè)試方法。而且在我國的國家標(biāo)準(zhǔn)真空管太陽集熱器（GB/T17581-1998）和平板型太陽集熱器熱性能試驗(yàn)方法（GB/T4271-2000）中，基本上是參照了以上的兩部標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了在太陽集熱器的測(cè)試中使用穩(wěn)態(tài)測(cè)試方法。穩(wěn)態(tài)測(cè)試方法至今為止得到了絕大多數(shù)人的認(rèn)同和認(rèn)可。世界上很多的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)定都采用了該方法。如ISO9806-1，3

25、、ASHRAE93-77和EN12975等都推薦使用這種方法。這種方法也得到了全世界很多著名實(shí)驗(yàn)室和權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)的驗(yàn)證和認(rèn)可。穩(wěn)態(tài)測(cè)試方法是一個(gè)成熟的太陽集熱器測(cè)試方法5。2.1.1.1試驗(yàn)條件以液體作為傳熱工質(zhì)的真空管太陽集熱器熱性能試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-1 所示。圖2- 工質(zhì)為液體的真空管太陽集熱器試驗(yàn)裝置1工質(zhì)觀察口；2流量計(jì)；3彎頭或混流瓶；4環(huán)境溫度計(jì)；5進(jìn)口溫度測(cè)點(diǎn)；6風(fēng)速儀；7總?cè)丈浔恚?真空管太陽集熱器；9出露溫度測(cè)點(diǎn)；10排氣閥；11渠岸頭或混流器；12換熱器；13旁路閥；14泵；15恒壓水箱；16流量控制閥；17過濾器（200m）；18調(diào)溫水箱在試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)集熱器進(jìn)行外

26、觀檢查，并記錄損壞程度。還應(yīng)徹底清潔集熱器采光口的蓋板。如果集熱器部件上有水汽，應(yīng)使用80左右的傳熱工質(zhì)在集熱器中循環(huán)一段時(shí)間，以便烘干隔熱材料和集熱器外殼。如果進(jìn)行該項(xiàng)處理，應(yīng)在試驗(yàn)報(bào)告中加以說明。必要時(shí)，應(yīng)使用排氣閥或使工質(zhì)在管道中高速循環(huán)，以排出集熱器管道中聚積的氣體?？梢酝ㄟ^回路中的透明管來觀察工質(zhì)中是否混有氣體或雜質(zhì)，若有應(yīng)排凈，以免影響工質(zhì)在管路中流動(dòng)的穩(wěn)定。有些集熱器的推薦流量可能靠近層流和紊流之間的過渡區(qū)，這種情況會(huì)造成內(nèi)部傳熱系統(tǒng)的不穩(wěn)定和所測(cè)試的集熱器的熱效率變化。因此，為復(fù)現(xiàn)集熱器熱性能，應(yīng)提高所推薦的流量。處在過渡區(qū)時(shí)，首先應(yīng)將流量設(shè)為高值（紊流區(qū)）然后再逐漸減小到設(shè)定

27、值。這樣就可以在測(cè)試中避免從層流過渡到紊流的現(xiàn)象。集熱器穩(wěn)態(tài)測(cè)試方法要求測(cè)試在集熱器臺(tái)架上進(jìn)行。該臺(tái)架要求不能影響集熱器的采光，也不能影響集熱器的正常散熱。集熱器臺(tái)架的最底邊距測(cè)試臺(tái)所處地面不得低于0.5 米，以防止地面附近企穩(wěn)對(duì)集熱器的影響。不得使測(cè)試臺(tái)架周圍有上升或下降的氣流對(duì)集熱器產(chǎn)生影響。為了對(duì)室外測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行分析，可以假定來自集熱器前方整個(gè)半球方向上的散射輻射為各向同性。因此，為了盡量減少由于該項(xiàng)近似考慮所導(dǎo)致的誤差，在測(cè)試期間不得有從周圍物體或表面反射到集熱器上明顯的太陽輻射。集熱器所面對(duì)的天空視域內(nèi)應(yīng)避免大面積的玻璃面、金屬面和水面;也不應(yīng)在該半球域內(nèi)有明顯的遮擋，集熱器前方半

28、球域內(nèi)的遮擋不應(yīng)大于5%，應(yīng)盡量避免該半球域內(nèi)有可能大于15度視角的建筑或大型的遮擋物。系統(tǒng)附近物體的表面溫度應(yīng)盡可能接近環(huán)境溫度。例如，在系統(tǒng)附近不應(yīng)有煙囪、冷卻塔或熱氣排風(fēng)扇等。部分集熱器的性能在風(fēng)速為03m/s時(shí)易受影響。為使測(cè)量結(jié)果有最大的可再現(xiàn)性，對(duì)風(fēng)速敏感的集熱器應(yīng)安裝在空氣速度為3m/s5m/s的位置上，應(yīng)保證空氣能夠自然通過集熱器采光口的上方、背面和側(cè)面。人工風(fēng)力發(fā)生器也應(yīng)盡可能達(dá)到上述風(fēng)速。當(dāng)在距離蓋板表面50mm處的集熱器平面上測(cè)量時(shí)，空氣流動(dòng)的平均速率在3m/s5m/s之間。在整個(gè)集熱器采光面上各點(diǎn)的空氣速率偏離平均值不得超過±25。集熱器采光面上任一點(diǎn)的速度保

29、持穩(wěn)定，且從人工風(fēng)力發(fā)生器出來的空氣溫度應(yīng)不超過環(huán)境空氣溫度的±1。不應(yīng)有諸如沿建筑物墻面上升的暖空氣流過系統(tǒng)。在屋頂上進(jìn)行試驗(yàn)的系統(tǒng)應(yīng)遠(yuǎn)離房頂邊緣至少2m。設(shè)計(jì)成與房頂構(gòu)成一體的集熱器，應(yīng)使其背面防風(fēng)，但此種情況應(yīng)隨同試驗(yàn)結(jié)果一并報(bào)告。在回路中使用的管道材料應(yīng)耐腐蝕并能承受95的運(yùn)行溫度。管道應(yīng)盡量短，特別是溫度調(diào)節(jié)器冷水出口到貯熱水箱進(jìn)口之間的管道應(yīng)減到最短，以減小環(huán)境對(duì)水溫的影響。這段管道應(yīng)加保溫并包覆耐老化的反射材料，保證熱量損失率小于0.2W/K。溫度傳感器到水箱（包括入口和出口）之間的管路應(yīng)保溫并包覆耐老化的反射材料，并將溫度傳感器包覆在內(nèi)，以保證在管路上由于熱量的獲取或

30、損失而導(dǎo)致的溫差不超過0.01K，工質(zhì)混合裝置（如彎頭）應(yīng)安裝在溫度傳感器的前端。利用恒壓水箱、泵和流量控制閥等調(diào)節(jié)控制工質(zhì)流量，并保證流量穩(wěn)定性在±1%以內(nèi)。在真空管太陽集熱器出口處和其他可能積聚空氣的地方應(yīng)設(shè)置放氣閥。在試驗(yàn)期間，集熱器采光面上的總?cè)丈漭椪斩葢?yīng)不小于800W /集熱器采光口上的直接射入射角應(yīng)在垂直入射時(shí)入射角修正系數(shù)值±2%的角度范圍之內(nèi)。集熱器周圍環(huán)境的平均風(fēng)速應(yīng)在24m /s之間。工質(zhì)流量應(yīng)根據(jù)集熱器總面積設(shè)定在0.02kg/s左右。在每個(gè)試驗(yàn)周期內(nèi)，流量應(yīng)穩(wěn)定在設(shè)定值的±1%以內(nèi)。不同試驗(yàn)周期的流量變化應(yīng)不超過設(shè)定值的10%。由于儀器準(zhǔn)確

31、度的問題，小于1.5K的工質(zhì)溫差測(cè)量結(jié)果可不予記錄。2.1.1.2 穩(wěn)態(tài)測(cè)試步驟為了測(cè)定集熱器的效率特性，集熱器試驗(yàn)應(yīng)在晴朗天氣所有的上述條件都得到滿足的條件下，進(jìn)行太陽集熱器熱性能的測(cè)試。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)間隔均勻的工質(zhì)進(jìn)口溫度。為了獲得，其中一個(gè)進(jìn)口溫度應(yīng)使平均工質(zhì)溫度與環(huán)境空氣溫度之差在3K之內(nèi)(如果傳熱工質(zhì)為水，一般最高溫度為70)。中間的兩個(gè)工質(zhì)進(jìn)口溫度均勻地取在上述低溫與高溫之間。對(duì)每個(gè)工質(zhì)進(jìn)口溫度，至少取四個(gè)獨(dú)立的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)，總共給出16個(gè)穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)。穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)的測(cè)試周期應(yīng)包括至少15分鐘的預(yù)備期和至少15分鐘的穩(wěn)態(tài)測(cè)量期。對(duì)于每個(gè)工質(zhì)進(jìn)口溫度，

32、要取四個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)點(diǎn)。每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)都應(yīng)進(jìn)行以下測(cè)量： a) 集熱器總面積、吸熱體面積和采光面積；b) 工質(zhì)容量；c) 集熱器采光口上的總?cè)丈漭椪斩?；d) 集熱器采光口上的漫射日射輻照度；e) 直接日射入射角；f) 環(huán)境空氣速度；g) 環(huán)境空氣溫度；h) 集熱器進(jìn)口工質(zhì)溫度；i) 集熱器出口工質(zhì)溫度；j) 工質(zhì)流量。穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)的試驗(yàn)周期應(yīng)包括至少15min的預(yù)備期和至少15min的穩(wěn)態(tài)測(cè)量期。在任何情況下，穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)周期應(yīng)大于集熱器有效熱容量C與工質(zhì)熱流量，之比的4倍。如果試驗(yàn)參數(shù)偏離它們?cè)谠囼?yàn)周期內(nèi)的平均值若不超過表2-1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5。表2-1 試驗(yàn)周期

33、內(nèi)測(cè)量參數(shù)的允許偏離范圍參數(shù)平均值允許范圍日輻射強(qiáng)度環(huán)境空氣溫度工質(zhì)質(zhì)量流量%集熱器進(jìn)口工質(zhì)溫度 應(yīng)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行處理，從而產(chǎn)生一組滿足穩(wěn)態(tài)運(yùn)行測(cè)試的條件的數(shù)據(jù)點(diǎn)。2.1.2 熱性能動(dòng)態(tài)測(cè)試方法2001年4月，頒布實(shí)施的歐洲標(biāo)準(zhǔn)太陽熱水系統(tǒng)及部件太陽集熱器第二部分：測(cè)試方法（ EN 12975-2:2001）中，除了對(duì)液體工質(zhì)太陽集熱器的耐久性、可靠性和安全性的測(cè)試方法做出規(guī)定外，還給出了太陽集熱器熱性能測(cè)試的兩種方法：一種是在ISO 9806-1、3和ASHRAE 93-77所描述過的眾所周知的穩(wěn)態(tài)測(cè)試方法；另一種測(cè)試方法就是比穩(wěn)態(tài)測(cè)試方法具有較寬測(cè)試條件的太陽集熱器熱性能動(dòng)態(tài)測(cè)試方法。由于

34、穩(wěn)態(tài)測(cè)試方法在測(cè)試過程中，對(duì)天氣、氣候等因素的限制條件很嚴(yán)格，給世界操作過程帶來一定難度，特別是在一些地區(qū)的一些季節(jié)里，滿足太陽總輻射度等必要條件的有效測(cè)試時(shí)間特別少，有時(shí)一連數(shù)天根本就找不到有效的測(cè)試條件。所以世界上的相關(guān)太陽能光熱研究機(jī)構(gòu)和科技工作者一直致力于研究太陽集熱器熱性能的動(dòng)態(tài)測(cè)試方法。2.1.2.1 動(dòng)態(tài)測(cè)試的使用條件動(dòng)態(tài)測(cè)試與被廣泛接受的穩(wěn)態(tài)測(cè)試的試驗(yàn)條件有很大的相似之處，但是也有不少的差別。下表給出了動(dòng)態(tài)測(cè)試與穩(wěn)態(tài)測(cè)試方法對(duì)使用條件要求的差別：表2-2 動(dòng)態(tài)測(cè)試和穩(wěn)態(tài)測(cè)試的試驗(yàn)條件要求參數(shù)穩(wěn)態(tài)動(dòng)態(tài)條件偏差范圍條件偏差范圍太陽總輻照度G>80050300<G<

35、1100×散射輻射的比例<20%×××環(huán)境溫度×1K××環(huán)境風(fēng)速31×××集熱器進(jìn)口溫度測(cè)試要求溫度0.1K測(cè)試要求溫度1K工質(zhì)流量0.021%0.021%×表示對(duì)此項(xiàng)條件無特殊要求。從表2-2中可以看出：1.動(dòng)態(tài)測(cè)試對(duì)太陽輻照度限制大大放寬。穩(wěn)態(tài)測(cè)試中要求太陽總輻照度G應(yīng)大于800（在歐洲該值為700），而在動(dòng)態(tài)測(cè)試中只要求大于300即可。并且沒有偏差范圍的限制，這就大大增加了有效測(cè)試時(shí)間，降低了測(cè)試難度。2.如果集熱器試驗(yàn)臺(tái)沒有設(shè)計(jì)可人工控制環(huán)境風(fēng)速的設(shè)施，測(cè)試條件會(huì)更為苛刻

36、：只能在自然風(fēng)滿足31條件下的數(shù)據(jù)才能有效。而在動(dòng)態(tài)測(cè)試方法中就不存在這個(gè)問題，太陽集熱器熱性能的動(dòng)態(tài)測(cè)試方法對(duì)環(huán)境風(fēng)速?zèng)]有特殊要求。3.穩(wěn)態(tài)測(cè)試中，對(duì)集熱器工質(zhì)進(jìn)口溫度的要求十分嚴(yán)格，必須控制在0.1K的范圍內(nèi)。在實(shí)際的測(cè)試過程中，集熱器工質(zhì)進(jìn)口溫度的控制是技術(shù)難度較高的一項(xiàng)，需要設(shè)置復(fù)雜的控溫設(shè)備。若有一個(gè)溫度數(shù)據(jù)偏離，就會(huì)導(dǎo)致一組測(cè)試數(shù)據(jù)無效。但在動(dòng)態(tài)測(cè)試中對(duì)此項(xiàng)要求大大降低，只要求集熱器工質(zhì)進(jìn)口溫度控制在1K即可。因此，將供水箱中的水制備到需要的溫度，直接供水，不需要控溫設(shè)備即可滿足要求。4.不論穩(wěn)態(tài)測(cè)試還是動(dòng)態(tài)測(cè)試，對(duì)集熱器工質(zhì)流量的要求是一樣的。這是因?yàn)閮煞N測(cè)試方法的基本數(shù)學(xué)模型是

37、一樣的，都要保證有一定的量的工質(zhì)流量來確定集熱器得到的有效熱量。2.1.2.2 動(dòng)態(tài)測(cè)試步驟動(dòng)態(tài)測(cè)試步驟與穩(wěn)態(tài)測(cè)試步驟大體相同，但是也有很多的不同點(diǎn)，簡單敘述如下：1.應(yīng)在上述動(dòng)態(tài)測(cè)試要求的試驗(yàn)條件都滿足的情況下，進(jìn)行太陽集熱器的熱性能試驗(yàn)測(cè)試。2.應(yīng)在集熱器的正常工作溫度范圍內(nèi)，至少取四個(gè)間隔均勻的工質(zhì)進(jìn)口溫度。最低點(diǎn)溫度的選取應(yīng)與環(huán)境溫度之差在3K以內(nèi)。3.對(duì)于每個(gè)工質(zhì)進(jìn)口溫度，至少取四個(gè)獨(dú)立的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)，總共給出20個(gè)穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)。穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)的測(cè)試時(shí)間周期應(yīng)包括至少15分鐘的預(yù)備期和至少15分鐘的穩(wěn)態(tài)測(cè)量期。4.對(duì)于每個(gè)工質(zhì)進(jìn)口溫度，至少取四個(gè)獨(dú)立的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)。每個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)點(diǎn)都要進(jìn)行以下

38、數(shù)據(jù)的測(cè)量：a) 集熱器總面積、吸熱體面積和采光面積；b) 工質(zhì)容量；c) 集熱器采光口上的總?cè)丈漭椪斩?；d) 集熱器采光口上的漫射日射輻照度；e) 直接日射入射角（此值可由測(cè)量日晷投影，計(jì)算得出）；f) 集熱器環(huán)境空氣速度；g) 環(huán)境空氣溫度；h) 集熱器進(jìn)口工質(zhì)溫度；i) 集熱器出口工質(zhì)溫度；j) 工質(zhì)流量?？偣步o出20組數(shù)據(jù)。5.測(cè)試可在45天內(nèi)完成，考慮到室外測(cè)試需要依靠天氣等因素，實(shí)際需要的時(shí)間根據(jù)測(cè)試地點(diǎn)的天氣狀況而定。在晴天和有云的天氣條件下按照要求分別進(jìn)行第一工況的測(cè)試：在晴天或有云的天氣條件下進(jìn)行第二、三、四工況的測(cè)試。具體測(cè)試情況的描述如下：典型日1測(cè)試集熱器效率曲線的截距

39、，取集熱器低溫工況的運(yùn)行溫度，滿足測(cè)試條件并且在晴朗的天氣下進(jìn)行。典型日2測(cè)試集熱器效率曲線的截距，取集熱器低溫工況的運(yùn)行溫度，滿足測(cè)試條件并且在有云（包括多云）的天氣下進(jìn)行。典型日3在以下條件測(cè)試：取集熱器中溫工況的運(yùn)行溫度，多云或晴天的天氣狀況。典型日4在以下條件測(cè)試：取集熱器高溫工況的運(yùn)行溫度，多云或晴天的天氣狀況。并且規(guī)定了集熱器高溫工況的運(yùn)行溫度：家用熱水的集熱器為+60； 用于區(qū)域供熱的集熱器為+70；加熱游泳用水的集熱器為+15；用于加熱烘干作用的集熱器為+90。不同測(cè)試天的相互順序不時(shí)關(guān)鍵，關(guān)鍵是測(cè)試點(diǎn)的實(shí)際天氣情況應(yīng)符合規(guī)定5。2.2熱性能試驗(yàn)?zāi)康募皣覙?biāo)準(zhǔn)運(yùn)用太陽集熱器熱性

40、能試驗(yàn)系統(tǒng)依據(jù)GB/T42712000和GB/T175812005中規(guī)定，對(duì)全玻璃真空管太陽集熱器進(jìn)行測(cè)試,得出熱性能并進(jìn)行分析。找出全玻璃真空管太陽能集熱器的缺點(diǎn)和不足并提出方案進(jìn)行解決。為分析和比較玻璃真空管技術(shù)和熱管技術(shù)相結(jié)合制成玻璃真空管熱管式太陽能集熱器二者的熱性能做基礎(chǔ)。太陽集熱器熱性能試驗(yàn)包括:（1）室外穩(wěn)態(tài)效率試驗(yàn)；（2）集熱器時(shí)間常數(shù)試驗(yàn)；（3）入射角修正系數(shù)試驗(yàn)。我國從 1984-2005年共制定與發(fā)布了九項(xiàng)項(xiàng)有關(guān)太陽集熱器和熱水器試驗(yàn)方法和技術(shù)條件的國家標(biāo)準(zhǔn)及農(nóng)業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)，它們對(duì)于規(guī)范太陽集熱器市場(chǎng)，提高產(chǎn)品質(zhì)量具有重要的作用。國家標(biāo)準(zhǔn)有:1 平板型太陽集熱器熱性能試驗(yàn)方法

41、（GB/T4271-2000）：該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了平板型太陽集熱器穩(wěn)態(tài)和準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)熱性能的試驗(yàn)方法及計(jì)算程序。試驗(yàn)方法包括在室外自然太陽輻照下的試驗(yàn)和在室內(nèi)模擬太陽輻照下的試驗(yàn)。適用于帶壓力降、有玻璃蓋板、傳熱工質(zhì)為液體的平板型太陽集熱器，不適用于儲(chǔ)熱器與集熱器為一體的儲(chǔ)熱式太陽集熱器，也不適用于未裝有玻璃蓋板的和跟蹤聚焦的太陽集熱器6。2 家用太陽熱水器熱性能測(cè)試方法（GB/T12915-1991）：規(guī)定了家用太陽熱水器在室外太陽輻照下的熱性能試驗(yàn)方法，試驗(yàn)的熱性能為:平均日效率、平均熱損系數(shù)和非穩(wěn)態(tài)效率方程。適用于非聚光、無輔助熱源的自然循環(huán)式和悶曬式家用太陽熱水器，熱管式、真空管式、相變式、雙回路

42、式和直流式等家用太陽熱水器亦應(yīng)參照使用7。3 平板太陽集熱器技術(shù)條件（GB/T6424-1997）：規(guī)定了平板型太陽集熱器的定義、分類與命名、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則以及標(biāo)志、包裝等技術(shù)條件。適用于利用太陽輻射加熱且傳熱工質(zhì)為液體的平板型太陽集熱器。不適用于悶曬式熱水器、熱管式和真空管式集熱器8。4 全玻璃真空太陽集熱管測(cè)試方法（GB/T17049-2005）：規(guī)定了全玻璃真空太陽集熱管產(chǎn)品的定義、分類、技術(shù)要求、檢測(cè)方法、檢驗(yàn)規(guī)則以及標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸和貯存。適用于接收太陽輻射并轉(zhuǎn)換成熱能的全玻璃真空太陽集熱管9。5 真空管太陽集熱器（GB/T17581-1998）：規(guī)定了真空管太陽集熱器

43、的定義、產(chǎn)品分類、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸和貯存。適用于利用太陽輻射加熱，傳熱工質(zhì)為液體的非聚光型全玻璃真空管太陽集熱器、玻璃-金屬結(jié)構(gòu)真空管太陽集熱器和熱管式真空管太陽集熱器10。6 家用太陽熱水系統(tǒng)熱性能試驗(yàn)方法（GB/T18708-2002）：規(guī)定了家用太陽熱水系統(tǒng)在沒有輔助加熱時(shí)的熱性能測(cè)試步驟。適用于貯熱水箱容積在0.6m3以下，僅用太陽能的家用熱水系統(tǒng)。不適用于同時(shí)進(jìn)行輔助加熱的太陽熱水系統(tǒng)的試驗(yàn)11。7 太陽集熱器熱性能室內(nèi)試驗(yàn)方法（GB/T18974-2003）：規(guī)定了太陽集熱器穩(wěn)態(tài)和準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)熱性能在室內(nèi)模擬太陽輻射下的試驗(yàn)方法。適用于帶壓力降、有透明蓋板、

44、傳熱工質(zhì)為液體的平板型太陽集熱器，也適合于真空管太陽集熱器。不適用于聚光型集熱器、儲(chǔ)熱器與集熱器為一體的儲(chǔ)熱式太陽集熱器，也不適用于跟蹤的和無蓋板太陽集熱器12。8 家用太陽熱水系統(tǒng)技術(shù)條件（GB/T19141-2003）：規(guī)定了家用太陽熱水系統(tǒng)的定義、分類與命名、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、文件編制、檢驗(yàn)規(guī)則以及標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸、貯存等技術(shù)條件。適用于貯熱水箱容積在0.6m3 以下的家用太陽熱水系統(tǒng)13。農(nóng)業(yè)部標(biāo)準(zhǔn):家用太陽熱水器技術(shù)條件NY/T343-1998。其中家用太陽熱水器熱性能試驗(yàn)方法(GB/T12915-91)是應(yīng)用最廣的一個(gè)方法之一。目前我國所用各類熱水器的熱性能均按照此標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行測(cè)試

45、。國內(nèi)太陽集熱器的熱性能測(cè)試則根據(jù)集熱器的不同類型應(yīng)用平板型太陽集熱器熱性能試驗(yàn)方法(GB/T4271-2000)或真空太陽集熱器(GB/T17049-1997)來進(jìn)行。2.2 太陽能集熱器的熱性能2.2.1 非穩(wěn)態(tài)效率非穩(wěn)態(tài)效率是集熱系統(tǒng)熱轉(zhuǎn)換效率在不同時(shí)刻的體現(xiàn)，非穩(wěn)態(tài)效率方程則是非穩(wěn)態(tài)效率隨貯水溫度、環(huán)境溫度和太陽能輻射等狀態(tài)量變化的關(guān)系。 （2-1）式中：非穩(wěn)態(tài)效率，無因次； 水箱中水的質(zhì)量；集熱器的采光面積；水的比熱；，為測(cè)試時(shí)間間隔的初、末貯水水溫，是測(cè)試時(shí)間間隔的初、末太陽輻射量，W。2.2.2 日平均效率 集熱器熱性能測(cè)試中的一個(gè)重要的熱性能指標(biāo)集熱器的日平均效率，其公式為14

46、： （2-2）式中，、初始水箱均溫和終了水箱均溫，；A采光面積，；H一日內(nèi)采光面得到的的曝輻量，W。2.3 影響太陽集熱器熱性能的因素 影響太陽集熱器熱性能的原因很多，有外部的也有內(nèi)部的。如：外部條件 ：1.氣象條件和輻射條件；2.地理位置；內(nèi)部條件 ：l.要求的熱水使用的溫度；2.要求的熱水的使用時(shí)間；3.要求的熱水的使用水量；4.有無輔助熱源等；5.與集熱器本身也有關(guān)。實(shí)際上，不可能就所有影響因素對(duì)太陽集熱器做出評(píng)價(jià)，在太陽集熱器測(cè)試方法中需要選擇有代表性工況來制定測(cè)試條件，并制定相應(yīng)的測(cè)試方法。在諸多測(cè)試方法中，根據(jù)測(cè)試環(huán)境，分為模擬器法和真實(shí)氣象法兩種。模擬器法就是指在室內(nèi)環(huán)境中，用特

47、定的燈光模擬太陽輻照，用空調(diào)手段控制室內(nèi)溫度、風(fēng)速等氣象參數(shù)來進(jìn)行試驗(yàn)。真實(shí)氣象法就是選擇特定的天氣，在室外對(duì)集熱器進(jìn)行實(shí)測(cè)。兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。模擬器法是一種理想方法，它可以分別獨(dú)立的改變各個(gè)參數(shù)來得到系統(tǒng)性能的全面反映。并且，試驗(yàn)可重復(fù)性好，可以在1.5%的精度范圍內(nèi)重現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果。但是，模擬器系統(tǒng)價(jià)格昂貴試驗(yàn)費(fèi)用高，不可能廣泛的應(yīng)用它對(duì)太陽集熱器及熱水器進(jìn)行性能試驗(yàn)。Gillett(1980)比較了室內(nèi)試驗(yàn)與室外試驗(yàn)的結(jié)果，認(rèn)為模擬器法得到的結(jié)果通常與真實(shí)氣象法的結(jié)果有一定的偏差，這是由于在室內(nèi)環(huán)境中，散熱輻射分量不同及長波輻射熱交換量不同造成的。AMERE.H(1997)也指出用室內(nèi)空氣

48、溫度模擬實(shí)際天空溫度后，會(huì)引起誤差。真實(shí)氣象法由于室外氣象參數(shù)經(jīng)常變化，盡管規(guī)定了一定的控制條件，但是試驗(yàn)結(jié)果不可重復(fù)，對(duì)比性差一些。由于這種方法設(shè)備簡單，因而絕大部分的測(cè)試都是采用真實(shí)氣象法4。第三章 太陽能集熱器熱性能測(cè)試系統(tǒng)3.1 試驗(yàn)要求3.1.1 集熱器的安裝集熱器試驗(yàn)臺(tái)架不應(yīng)遮擋集熱器的采光面，不應(yīng)明顯影響集熱器背面和側(cè)面的隔熱保溫。臺(tái)架應(yīng)采用開放式結(jié)構(gòu)，集熱器前后的空氣可自由流動(dòng)。集熱器的最低邊離地面不應(yīng)小于0.5m。為了使試驗(yàn)結(jié)果在國際上具有可比性，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?，但不?yīng)小于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)。應(yīng)通過手

49、動(dòng)或自動(dòng)的方法使集熱器跟蹤太陽的方位角。在試驗(yàn)期間，不應(yīng)有任何陰影投射在集熱器上。在試驗(yàn)期間，不應(yīng)有從周圍物體表面反射到集熱器上明顯的太陽輻射，在使用太陽輻射模擬器時(shí)，可將試驗(yàn)室內(nèi)的所有表面都涂成深色，以盡量減少反射輻射?？拷療崞鞯奈矬w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(duì)集熱器的影響。在室內(nèi)試驗(yàn)時(shí)，集熱器應(yīng)與周圍冷、熱物體的表面相隔離6。3.1.2 測(cè)量要求根據(jù)GB/T 4271-2000的規(guī)定，使用一級(jí)總?cè)丈浔頊y(cè)量太陽總輻射。應(yīng)按國家規(guī)定進(jìn)行校準(zhǔn)。 溫度測(cè)量儀器以及與它們相關(guān)的讀取儀表的精度和準(zhǔn)確度應(yīng)在表3-1給出的限度之內(nèi)，響應(yīng)時(shí)間須小于5s。表3-1 溫度測(cè)量儀器的

50、準(zhǔn)確度和精度參數(shù)儀器準(zhǔn)確度儀器精度環(huán)境空氣溫度±0.5±0.2冷水入口溫度±0.2±0.1水箱內(nèi)的溫度±0.2±0.1通過熱水系統(tǒng)的溫差（冷水入口到熱水出口）±0.1K±0.1K液體流量的測(cè)量準(zhǔn)確度應(yīng)等于或小于測(cè)量值的±1.0，該測(cè)量值的單位為kg/h或Lh。當(dāng)試驗(yàn)系統(tǒng)用泵循環(huán)時(shí)，流量計(jì)應(yīng)安裝在集熱器回路中測(cè)量流量的準(zhǔn)確度為±5處。質(zhì)量測(cè)量的準(zhǔn)確度應(yīng)為在±1。計(jì)時(shí)測(cè)量的準(zhǔn)確度應(yīng)為±0.2。對(duì)每個(gè)試驗(yàn)期，使用風(fēng)速測(cè)量儀及附帶的讀取儀表測(cè)量周圍空氣的速率，準(zhǔn)確度應(yīng)達(dá)±0

51、.5m/s。使用的模擬或數(shù)字記錄儀的準(zhǔn)確度應(yīng)等于或小于滿量程的±0.5。其時(shí)間常數(shù)應(yīng)等于或短于1s。信號(hào)的峰值指示應(yīng)在滿量程的50100之間。使用的數(shù)字技術(shù)和電子積分器的準(zhǔn)確度應(yīng)等于或小于測(cè)量值的1.0。記錄儀的輸入阻抗應(yīng)大于傳感器阻抗的1000倍或10M，二者取其高值。在任何情況下，儀器或儀表系統(tǒng)的最小分度都不應(yīng)超過規(guī)定精度的兩倍。例如，如果規(guī)定的精度是±0.1，則最小分度不應(yīng)超過0.26。3.2 測(cè)試系統(tǒng)及設(shè)備 3.2.1 PC-2-T太陽能輻射標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)站介紹如圖3-1所示為錦州市322研究所研制PC-2-T太陽能輻射標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)站，觀測(cè)站四周沒有遮掩，整個(gè)觀測(cè)站由9部分組

52、成(如表3-2所示)。表3-2 PC-2-T太陽能輻射標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)站序號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量單位1太陽輻射記錄儀PC-21臺(tái)2總輻射表TBQ-21臺(tái)3散射輻射表TBD-11套4自動(dòng)跟蹤直射輻射表TBS-2-21臺(tái)5凈輻射表TBB-11臺(tái)6反射輻射表TBQ-21臺(tái)7輻射觀測(cè)臺(tái)架PC-2-TJ1套8太陽輻射站觀測(cè)軟件(光盤)PC-21張9輻射表電纜(100米/條)5條圖3-1 PC-2-T型太陽能輻射標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)站實(shí)測(cè)圖3.2.1.1 TBQ-2總輻射表水平表面上，在2立體角內(nèi)所接收到的太陽直接輻射和散射太陽輻射之和稱為總輻射(短波)。總輻射是輻射觀測(cè)最基本的項(xiàng)目，總輻射用總輻射表(亦稱天空輻射表)測(cè)量。TBQ-

53、2總輻射表技術(shù)參數(shù)如表3-3所示： 表3-3 TBQ-2總輻射表技術(shù)參數(shù)序號(hào)技術(shù)指標(biāo)技術(shù)參數(shù)1通道數(shù)第1路2光譜范圍2803000nm3靈敏度714Vw.m-24響應(yīng)時(shí)間30秒(99%)5顯示分辨率1W6精度<5%7測(cè)試范圍04000W/m28信號(hào)輸出020mV3.2.1.2 TBS-2-2自動(dòng)跟蹤直射輻射表3-4 TBS-2-2自動(dòng)跟蹤直射輻射表技術(shù)參數(shù)序號(hào)技術(shù)指標(biāo)技術(shù)參數(shù)1通道數(shù)第3路2光譜范圍2803000nm3靈敏度714Vw.m-24響應(yīng)時(shí)間30秒(99%)5顯示分辨率1W6精度±2%7測(cè)試范圍04000W/m28跟蹤精度24小時(shí)小于±1°測(cè)量垂直

54、太陽表面(視角約0.5°)的輻射和太陽周圍很窄的環(huán)形天空的散射輻射稱為太陽直接輻射。太陽直接輻射是用太陽直接輻射表(簡稱直接輻射表或直射表)測(cè)量。TBS-2-2自動(dòng)跟蹤直射輻射技術(shù)參數(shù)(如表3-4)所示。3.2.1.3 PC-2型太陽輻射記錄儀PC-2型太陽輻射記錄儀是新一代的太陽輻射記錄儀，它與通用的PC電腦配合使用，外接各種輻射傳感器，自動(dòng)觀測(cè)記錄太陽的總輻射、散射、直輻射、反射、凈輻射等各種輻射數(shù)據(jù)，能顯示各種輻射瞬時(shí)值、小時(shí)累計(jì)量及最大值、日累計(jì)量及最大值，具有測(cè)試精度高、人工干預(yù)少等特點(diǎn)。其技術(shù)參數(shù)如表3-5所示：表3-5 PC2型太陽輻射記錄儀技術(shù)參數(shù) 序號(hào)技術(shù)指標(biāo)技術(shù)參

55、數(shù)1輸入通道數(shù)5路2輸入范圍±25mV3準(zhǔn) 確 度0.5%4儀器分辨率±1V5顯示精度1W6工作溫度10+70圖3-2 PC2型太陽輻射記錄儀系統(tǒng)組成圖3.2.2 TRM-2型太陽能熱水器熱性能測(cè)試系統(tǒng)1產(chǎn)品測(cè)試范圍(1)家用太陽能熱水器；(2)太陽能集熱工程；(3)太陽能集熱器(真空管等)；(4)太陽能產(chǎn)品(太陽灶，太陽能空調(diào))；(5)太陽能建筑(太陽房)；2產(chǎn)品運(yùn)行環(huán)境(1)環(huán)境溫度 -4060；(2)相對(duì)濕度 90%；(3)適用電源 220V(±10%)，50HZ(±2%)，或無電源地區(qū)(內(nèi)配充電電池DC12V)；3TRM2型太陽熱水器測(cè)試系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)及特點(diǎn)表3-6 TRM2型太陽熱水器測(cè)試系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)及特點(diǎn)太陽輻射1通道數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)5通道（總輻射）同時(shí)測(cè)量5種不同太陽能熱水器2測(cè)量范圍