【国家标准(GB)】 太阳能集热器热性能试验方法

ICS 27. 160
中华人民共和国国家标准
GB/T 4271—2007
代替 GB/T 427[--2000,GB/T 18974—2003太阳能集热器热性能试验方法
Test methods for the thernal performance of solar collectors080331000149
2007-11-08发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局数码防伪
中国国家标准化管理委员会
2008-06-01实施
2848月318
规范性引用文件
3术语和定义
符号与单位
集热器的安装及场所
仪器与测量
试验台架
室外效率试验
室内稳态效率试验
10集热器有效热容和时间常数的测定11
集热器人射角修正系数
12集热器两端压降的测定
13太阳能集热器热性能检测报告附录A（规范性附录）
附录B（规范性附录）
附录C（规范性附录）
附录L（范性附录)
附录E(规范性附录)
附录F(规范性附录)
附录G（规范性附录)
附录H(资料性附录)
参考文献
真空管型太阳能集热器采光面积计算方法符号和单位
太阳能集热器热性能检测报告格式集热器特性
水的热物性参数
有效热容测定…
室外动态效率试验··
室内稳态效率试验·
传热工质进口和出口温度传感器推荐安装位置示意图图2
闭式试验系统
图 3 开式试验系统
图4集热器时间常数
图5两种不同玻璃盖板的集热器人射角修正系数图6
压力降落试验装置示意图
试验周期内测量参数的允许偏离范围表1
表2加权因子的值
GB/T 4271--2007
GB/T 4271-2007
本标准代替GB/T4271—2000&平板型太阻集热器热性能试验方法》和1GB/T18974—2003&太阳集热器热性能室内试验方法》。本标准与GB/T4271—2000和GB/T18974—2003相比主要技术内容变化为：调整了GB/T18974—2003,GB/T 17681-1998中的部分技术要求中的相同部分（本版第8、9章);
修改了暴热器热性能测试时对环境条件的要求(本版8.1.3)；修改了对总辐射表的校准周期的规定（本版6.1.1.4)；..…-统一了稳态试验周期(本版8.1.6); …--统了入射角修正系数的试验程序(本版11,3);-增加了基于集热器轮廓采光面积的热器效率计算方法(本版8.1.8.3d))；一-增加了集热器热性能测试过程中集热器中工质流遵处于层流和察流过渡区的处理方法（本版8. 1. 3. 3) :
增加了集热器热性能的室外动态效率测试方法（本版8.2)。本标准的附录A、附录B、附录C、附录D、附录E、附录F、附录G为规范性附录，附录H为资料性渐录。
本标准由全国能源基础与管理标化技术委员会提出。本标准由全国能源基础与齋理标准化技术委员会新能源和可再生能源分委会归口。本标准负资起草单位：国家太阳能热水器质最监督检验中心（北京）)、中国标准化研究院，垦明太阳能集团有限公司.深圳市嘉普通太阳能有限公司、北京清华阳光能源开发有限资任公司。本标参加起草单位：北京市太阳能研究所有限公司、北京北方赛尔太阳能工程技术有限公司、江苏太阳雨太阳能有限公司，汀苏省华扬太阳能有限公司、山东力诺瑞特新能源有限公司、江苏桑夏太阳能产业有限公司，山东桑乐太阳能有限公司、浙江美大太阳能工汇业有限公阅、北京四季沐歌太阳能技术有限公司、北京恩派太阳能科技有限公阅、昆明新元阳光科有限公司、旭格幕墙门窗系统（北京）有限公司、江苏滩阴辉煤太阴能有限公司。本标谁主要起草人：何涛、贾铁鹰、徐志斌、刘学真、李春梅、张昕宇，郑瑞澄。本标雅中 GB/T 4271 于 1984 年首次发布,2000 年第次修订。本标准中 GB/T 18974 于 2003 年黄饮发布。
1范围
太阳能集热器热性能试验方法
GB/T 4271—2007
本标雅规定了太阳能集热器（以下简称集热器)稳态和动态热性的试验方法及计算程序。本标雅适用于利用太阳辑射加热，有透明盖板、传热工质为较体的平板型太阳能集热器（以下简称平板型集热器），以及传热工质为液体的非聚光型全玻璃真空管型太阳能案热器、玻璃·金属结构真空管型太阳能集热器和热管式真空管型太阳能集熟器（以下简称真空管型集热器）。本标谁不适用于储热器与集热器为一体的储热式太阳能集热器，也不适用于无透明盖板的利跟踪聚焦的太阳能集热器。
2规范性引用文件
下列文件中的条款过过本标准的引用而成为本标谁的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是苷可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标推，GB3100国际单位制及其应用(GB3100—1993，egvIS010001992)GB/T12936（所有部分）太阳能热利用术语GB/T19141--2003家用太阳热水系统技术条件（ISO9806-2:1995NEQ）GB/T19565总辐射表
JJG458总辐射表
JJG1032光学射计登名词及定义
ISO 9060太阳能用于测量总辑射和直接辐射的测量仪表技术要求与分类ISO 9488：1999太阴能术诺
EN12975-1：2002太阳热水系统及部件太阳能集热器第一部分：总则JISA4112太阳能集热器
3术语和定义
GB3100,GB/T12936.GB/T19141、JJG1032和ISO9488：1999确立的以及下列术语和定义适用于本标推。
试验周期tcst pcriod
对于衔个测定的效率点，维持准稳态的时间。3.2
轮廓采光面积cuntuur aptrturearea见GB/T19141--2003中的轮廓采光面积定义和计算方法示意图3.3
真空管型太阳能集热器采光面积aperture area of eracuated tube solar cnllector太附辐射进人真空型太阳能渠热器的最大投影面积，详细计算方法见附录A。4符号与单位
本标准使用的符号及单位见附录B。GB/T 4271-2007
5策热器的安装及场所
5.1集热器试验台架
集热器试验台架不应遮挡集热器的采光面，不应影响集热器背面、侧面和集热器进出口的隔热保温。台架应采用并放式结构，不影响空气沿集热器各个面的自由流动。集热器的最低边离地面不应小于0.5m。在屋顶试验时，台架距屋项边缘的距离应大于2mz集热器试验合架可手动或自动跟踪太阳方位角或高度角，也门采用固定和倾角的试验台架。5.2倾角
对于仅跟踪太阳方位角的试验台架，安装热器时应使采光商与水平面的倾角为当地纬度七5°，但不应小于30°。
集热器也可以根据生产，
5.3集热器方位
的要求和实际安装的倾角进行试验可道过手动或自动片法使集热器跟踪太阳的方位角5.4直接辐射的遮挡！
在试验期间，不度
5.5散射辐射和反射
任何阴影
试验场所周围应光发射比大于
到集热器上，天空膚不应有邀挡阳5.6热輪射
邻近集热器物
表面温度应
集热器应安能够自由通
8.1.3.2所规定的范围离，必要肘6仪器与测景
6.1太阳辐射测量
6.1.1总辐射表
试验期闻
器的物体。
九达康
面不应有明的太南辐射友射
籍射（红外)激集想器的影响，
周采光面平行的平购风速应保持在应使用符合ISO6就寒的一急辐射表对太阳和天空能圣部辑射进贫测量，6. 1. 1. 1防止温度梯度影响
总辐射表在进行数据来集前感置于典的试验位置至少30m减，以使息辐射表与所处环境达到热平衡。
6.1.1.2防止湿气影响
应采取适当措施防止湿气在总辐射表上避结而影响其读数，意辑射表应带有易于检验的干燥剂，在每次测盘前后都应对于燥剂进行观察，确认其存效6、1.1.3总辐射表的宝外安装
总辐射表传感器的安装应与集热器采光口乎行，两平面平行度相差应小于士1°。在试验期间，总辑射表不得遮挡集热器采光。总辐射表应安装在能够接受到与集热器相同直射、散射和反射太阳辐射的地方。
在室外试验附，应将总辐射表座体及其外露导线保护起米，以防被太阳脑热。应减少集热器对总辐射表的反射和再辐射。
6.1.1.4校准周期
总辐射表应根据 JG 458 的规定进行校推。在标定周期内总辐射表的年稳定性达不到GB/T19565的规定时，应增加总辑射表的校推次数或更换总辐射表。2
6. 1.2宣接日射入射角的测量
直接且射人射角可用日暑测量，月暑应安装在集热器平面的一侧。GB/T 4271—2007
直接日射人射角（）也可由太阳时角（）、集热器倾角（8）集热器方位角（）和试验地的纬度（）计算，按式(1)计算：
cast(singsindcasp)(singcuspsingcos)+(cuscusicospcosw)+(cssinpsingcosycosu)+(cosesingsinysina)中：
一年中第n天的太阳赤纬（α）计算如下：23,45sin[360(284+n)/365)
6,2热辐射测量
在热器试验中般不考虑室外热辐照度的变化对集热器测试的影响。可以在集热器采光口乎面一侧的中间位置安装地球辑射表以测定渠热器采光口上的热辑照度。6. 3温度测量
6.3.1传热工质进口温度(t）测量6,3.1.1测量准确度
传热工质进口温度的测量准确度应为士0.1℃。6.3.1.2传感器的安装
温度传感器的安装位置距集熟器进出口的距离应不火于200mⅢ，如果温度传感器的安装位置距集热器的距离超过200mm应采取措施确保温度传感器与集热器的安装距离不影响工质温度的测最。可以过加强传感器前后的管道及传感器与集热器进出口之间的保温来实现，在传感器的前端应装一个弯头或混流器。为了避免工质中的气体在传感帮周围象集，传感器所处管道中的工质最佳流向为上升方向，传感器测头对着液体的流向，如图工所求。度传悠器
温度传感器
太团能架热邀
李头或游流器
弯头或混流器
图1传热工质进口和出口温度传感器推荐安装位置示意圈6.3.2传热工质进出口温度差（AT)测量热器进出口温度差的叠推确度应为士0，1。6.3.3环境空气温度(t,)测量
6. 3. 3. 1 测壁准确度
测量环境空气温度的准确度为土0.5℃。中位为亲米
GB/T 4271--2007
6. 3.3,2传感器的安装
在室外试验时，环境温度传感器应安置在距被测集热器10以内的白色百叶箱中。宵叶箱安装度应为集热器中间的高度，但百叶箱的距地面度不应小于1m。著使用风机驱动空气流过集热器时，风机出口温度与环境空气温度的差应在土1℃以内。6.4工质质量流量（m)测量
工质质量流量可以直接测量，或通过所测量的体积流量和温度换算得出。工喷质量流量测量的确度应为土1.0%。6.5环境空气速度測量
随着流经集热器的空气流动速度增加，集热器的热损失相应增班，但是风向对于热损失的影响还不消楚，因此在集热器效率测试中不测量风向。6.5. 1测量准确度
逊行案外集热器试验时，空气流速很少为常数，应取试验期间的平均风速，空气流速测量的推确度应为士0. 5 m/s。
6.5.2传感器放暨
如果平均风速小于2m/s，宜采用人工送风，在集热器上方距采光口100mm的诺于均匀分布点.逐点进行测属并取它们的平均值。在风速稳定的条件下测量，应在性能试验前后进行。在有自然风的场所，应在靠近集热器的5m以内的位置进行风遵测最。试验期间，通过传感器的风不应被阻挡，传感器包不应遮挡集热器。
6. 6压力测量
传热工质通过集热器所产生压力的测量确度应为土50Pa。6.7时间间隔（At）谢量
时间间隔测量的准确度应为士0.2%。6.8测量仪器及数据记录仪
测量仪器及测量系统的最小刻度不应超出规定确度的两倍。数据处理技术或电子积分仪的推确度应等于或优下测量值的士1.0%。模拟和数字记录仪的推确度应等于或优于总量程的士0.5%，时间常数应等于或小于1s。峰值信号指示应在总量程的50%和100%之间。6.9集热器简积的测量
集热器面积（总面积、来光面积、吸热体面积或轮廊采光面积）的测量准确度应为士心.1%。6.10集热器工质容量的测量
集热器工质容量应国试验中所用的传热工质的质量来表示。测量准确度应为土10%。可通过分别测量集热器空时质和充满工质时的质量来求得，或通过测量装满空集热器所需工质的质量来求得。测量集热器工质容量吋工质温度应在10℃～25℃范函内。7试验台架
7.1总体结构
图2和图3给出了采用液体为传热工质的太阳能集热器试验台架结构示意图。图2为闭式试验系统示意图，图3为开式试验系统示意图。4
7.2传热工质
环境温度传感器(r）
风速仪
总疆射装
越球版射表
温度传感器
二次温度谢节器
筑设计
观奈玻璃
流盘控制陶www.bzxz.net
过滤器
(200gm)
温度传感馨（）
劳随闽
排气阀
一次温度控制器
图2闭式试验系统
环培温度传感器（）
滤度安感解）
风遵仪
总日射表
地球损时衰
温座传感器
二次温度调节器
蔬盘计
观察玻琦
流世控制阀
共气阀
乐力传感器
疏盘控制阀
秘盘格
过滤馨
(200 -m)
·改温度控制器
图3并式试验系统
GB/T 4271—2007
乐力传磁器
W安全间
恒压莊
集热器试验过程中使用的传热工质西以是水或集热器生产厂家实际使用的液体工质，值厂家需确认所使用的液体工质的相关物性参数。在试验期间传热工质工作的温度范围内，传热工质的比热容和密度的变化应在士1%以内。附录E给出水的比热容和密度值。
在确定集热器的热效率曲线、时间常数和入射角修正系数的试验过程中，传热工质的质量流量应保持一致。
GB/T 4271—2007
7.3管道布置与组装
在巢热器回路中使用的管道应谢腐蚀，并能在95%下工作。若使用非水工质，应确认该工质是否与系统材料兼容。
从工质温度调节器出口到集热器进口之间的管道应保持最短，以藏少环境对工质进口温度的影响。温度测量点和集热器进出口之间的管道应采用陋热和防晒反射涂层进行保护，使管道内的温降不超过0.1℃。混流器应安装在靠近温度传感器的液流上方（见图1）。可以在二工质回路管道安装一小段透明玻璃管，用来观察工质中的气泡和杂质。透明管应安装在靠近樂热器的进口处，但不应影响工质进口处的温度控制或温度测量。在集热器的出口及其他容易案积空气的地方应安装空气分离器或排气装置。在流量计或泵的入口前安装过滤器。7.4氯与流量控制装置
安装在集热器试验国路中的泵，应不影响集热器进口温度控制或温度测赢。宜装有旁通管路和手动调节阀，用于调节流鼠。也何使用流量控制装置来稳定流量。试验期间，在任何进口温度下，泵及流最控制装罩应能维持稳定的流量，流的变化范围应稳定在主1%以内。
7. 5传热工质温度调节
集热器试验回路应在集热器工作的温度范围内，具有保持桑热器进口温度恒定的能力，同时应避免集热器进口温度的漂移。
试验回路应具有两级工质进口温度控制的功能，如图2和图3所示。一次温度控制器应装在流量计和流意控制装置的上游处。二次温度调节器用于控制逊入集热器的工质温变，调节工质进口温度至设定值。二次温度调节器的温度调节范围应不超过士2它。8室外效率试验
8.1室外态效率试验
8. 1. 1 试验装置
集热器的安装应符合第5章的规定，试验间路的连接应符第7章的规定。传热工质一般应从集热器进口流到出口，也可以根据生产厂家的要求确定集热器中工质的流间。8.1.2集热器试验前处理
试验前应对策热器进行外观检查，并做好记录。试验前应对集热器采光口的盖板表面、真空管衰面或反射器表面进行彻底清洁。如果集热器部件上有水汽，应使用80℃左右的传热工质在集热器中循环段时间，烘干隔热材料和集热器外壳，如果逊行该项处理，应在检测报告中加以说明。必要时，而以使用排气阀或使工质在管道中快速循环，来排出集热器管道中豪积的气体。道过间路中的透明管米观察工质中是否混有气体或杂质。8.1.3试验条件
8.1.3, 1太阳辐照度
试验期间，集热器来光面，上的总太阳辐照度应不小于700W/㎡，试验期间总太阳辐照度的变化应不大于±50 W/m。
8. 1. 3.2环境空气速度
试验期间，周国环境空气速度不应商于4m/s。8.1.3.3工质质量流量
工质质量流量可以根据生产厂家推荐的流量值进行试验。当厂家没有声明时，工质质量流量可根据集热器总面积设定在0.02kg/(m2·s）。在每个试验期内，流量应稳定在设定值的士1%以内。不6
同试验周期的流量变化应不超过设定值的10%。GB/T 4271—2007
对于某监集热器，如果推等的流速有可能处于层流和豪流过渡区，可以采用EN12975-1规定的方法来处理：在过渡区，首先应将流量设为高值（察流区）然后再逐渐减小至设定值，避免流速处于从层流到案流过区。如果采用如上措施，应在测试结果中注明。8，1.3.4烹接日射入射角
集热器采光口上的直接日射人射角应保持在该入射角的土2.5°的范国之内。8. 1. 4试验程序
为了测定集热器的效率特性，集热器试验应在晴朗天气条件下集热器的工作攝度范国内进行。对于数据点的选取，应在靠热器工作温度范围内至少取四个间随均勾的工质进口温度。为了获得孕，其巾个进口温度应使集热器工质平均温度与环境空气温度之差在土3℃之内。应根据蒙热器的最高工作温度确定最高工质进口温度，对于平板型集熟器，集热器最高进口溢度不应超过70℃，对于真空管型集热器，最高进口温度与环境温度之差应火于40℃。对每个工质迹口温度至少取四个独文的数据点，每个瞬时效举点的测定时间闻陷应不少于3mi。在试验期间，应按8.1.5中所规定的项自进行测最。在上述时间间随内，每分钟至少一次定时采集8.1.5中c)、d)、f)、g)、h)、i)j)测量参数的数据，以其算术评-均值作为该参数的测定值。由于仪器准确度的间题，工质温差小于1.5℃的测量结果可不予记录。8. 1. 5测量
应对以下参数进行测量：
集热器总面积Ac、吸热体面积AA、采光面积A和轮廊采光面积A。：a)
b）工容量V
太阴能集热器来光面上太阳辐照度G;太阳能集热器采光面上散射太阳辐照度Ga：tl
直接H射入射角以通需由计算得出）；e)
环境空气风速u;
环境空气温度t
工质进口温度
），工质出口温度
j）工质质量流量m.
8.1.6试验周期(稳态）
稳态数据点的试验周期应包括至少12nin的预备期和至少 12 min的稳态测量期。在任何情说下，稳态试验周期应大于集热器有效热容量C与工质热流量mC之比的4倍（有效热容测定见第10 章）。
如果试验参数偏离它们在试验周期内的乎均值不超过表1规定的范画，则可认为在给定试验周期内集热器处于稳态工况，
表1试验期内测量参数的允许偏离范围参
太阴疆照度
环境察气温度
工质质盈流堡
崇热器进口工质
8.1.7试验结票的表示
平均值允许偏离范围
±50 W/m2
应对测置结果进行整理，形成-组满足稳态运行试验条件的数据点。这些数据点应使用附录C给7
GB/T 4271--2007
出的数据表格表示出来。
8. 1.8集热器效率的计算
在稳态条件下运行的太阳能集热器的瞬时效率刀（或刀）定义为在稳态条件下，集热器实际获得的有用功率与集热器衰面接收的太阻辐射功率之比。实际获得的有用功率Q由式(2)计算：Q-mAT
式中：
工质质量流量，单位为千克征秒（kGr
-对应于平均工质温度的传熟工质比热容，单位为耳每于克摄氏度[（I/(·℃)}-工质进出口漏度差二
t，单位为摄度ee
若m是由体积流量测得,测密度秘比热容应由流经流量计的质温度确定。8.1.8.1集热器接收的太阻能
对于单层玻璃平板型集器，人射角小于惑等于30°，不需使用入射痛修正亲数对集热器接收的太阳能进行修正；对于真量誉集热器续用入射角修定系数对集热器接收的太阳能进行修正。
测试时，可以根
面积或者几个面积
测数据用于国际交
測试：
以热器
厂家的要
考面积进
医来带总
积为参考
当以集热器总为参考时，
b）以集热器餐者
当以集热采
积为参考
为参考时
产厂家究
出面积或吸熟体
的太阻辐射功
钧太阳
面积和轮廓采面积其中的一个
室以根帮实情说确定：当检
在意个商积假为参考面积进行
，故式(3)为
G，故式（4克：
c）以集热器吸热体为套
当以集热器吸热体面税
考时,接收的太阳辐射功率为 AAG,故式诺
d）以集热器轮廓采光面秘幽参考TA
当以集热器轮廊采光面积为参考时,接收的太阳辐射功率为A好,故式(的为：e
8. 1.8.2 归一化温差
爵时效率或由归一化温差了的函数图形方式衰示出来。当使用传热下质平均温度地时：a=t+AT
归一化温差为：
当使用集热器避口温度时，归化温差为：T
8.1.8.3瞬时效率的结巢表示
GB/T 4271—2007
瞬时效率或7)的图形应利用最小二乘法进行曲线拟合得出，由下列式(10)或式(11)获得瞬时效率曲线：
=a aaG(T
应根据拟和的紧密程度来选择次或二次曲线。如果的计算值是负数，则不应选用二次拟合。试验条件应记录在附录 C 给出的数据表格内，利用二次拟合结果绘制线图时，G 应800w/m2。
对于平板型集热器，在散射太阳辐照度大于总辐照度30%条件下测得的数据点，应采用附录D中给出的方法修正到等效法向且射辐照度。若散射太阳辐照虔小于30%，则可以忽略其影响。对于真空管型集热器，则不必考虑散射太阳辐照对集热器效率的影。以下条款为集热器面积（总面积，采光面积、吸热休面积、轮廊采光面积）和归--化温差（T：、T）相组合的八种情况提供了瞬时效率的计算式。a）基于集热器总面积的既时效率若用归一化温差T可给出公式（12)（13)：一U
式中：
GαiG
若用与一化温差T：，瞬时效率公式（15）.（16)为：G
TG-U。至
式中：
G GG JG
b）基于集热器采光面积的瞬时效率以归一化温差T：为参考的瞬时效率公式(18)，(19)为： a
武中：
若用一化温差T，瞬时效率方程公式（21）、（22)为：-U
= 。—
式中：
（21)
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