ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

Возобновляемая энергетика

УСТАНОВКИ СОЛНЕЧНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ И ИХ КОМПОНЕНТЫ

Методы испытаний солнечных коллекторов

Часть 1

Тепловые характеристики, включая перепад давления, остекленных коллекторов с жидким теплоносителем

ISO 9806-1:1994

Test methods for solar collectors. Part 1. Thermal performance of glazed liquid heating collectors including pressure drop (MOD)

Издание официальное

Москва

Стандартинформ

2016

Предисловие

1    ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным унитарным предприятием «Всероссийский научно-исследовательский институт стандартизации и сертификации в машиностроении» (ВНИИНМАШ) и Открытым акционерным обществом «Научно-исследовательский институт энергетических сооружений» (ОАО «НИИЭС») на основе собственного аутентичного перевода на русский язык межаународного стандарта, указанного в пункте 4

2    ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации 330 «Процессы, оборудование и энергетические системы на основе возобновляемых источников энергии»

3    УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 23 июня 2015 г № 16-пнст

4    Настоящий стандарт модифицирован по отношению к международному стандарту ИСО 9806-1:1994 «Методы испытаний солнечных коллекторов. Часть 1. Тепловые характеристики, включая перепад давления, остекленных коллекторов с жидким теплоносителем» (ISO 9806-1:1994 «Test methods for solar collectors. Part 1. Thermal performance of glazed liquid heating collectors including pressure drop») путем изменения отдельных фраз (слов, значений показателей), которые выделены в тексте курсивом.

В настоящий стандарт не включена библиография ИСО 9806-1:1994 в соответствии с ГОСТ Р 1.7-2008. ссылки на соответствующие документы 8 тексте отсутствуют.

Внесение указанных технических отклонений направлено на учет особенностей объекта и аспекта стандартизации, характерных для Российской Федерации

5    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правипа применения настоящего стандарта и проведения его мониторинга установлены в ГОСТ Р 1.16-2011 (разделы 5 и 6).

Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии собирает сведения о практическом применении настоящего стандарта Данные сведения, а также замечания и предложения по содержанию стандарта можно направить не позднее, чем за девять месяцев до истечения срока его действия, разработчику настоящего стандарта по адресу: 123007, г. Москва, ул. Шеногина, д. 4 и в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии по адресу: Ленинский проспект, д. 9. Москва В-49. ГСП-1, 119991.

В случае отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты» и журнале «Вестник технического регулирования». Уведомление будет размещено также на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

© Стандартинформ. 2016

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

II

ПНСТ 41—2015

6.7    Время испытаний

Время должно быть измерено со стандартной погрешностью 0.2 %.

6.8    Оборудование/регистратор данных

Наименьшее деление шкалы инструментов и измерительных приборов не должно быть больше удвоенной величины указанной стандартной погрешности измерения. Например, если указанная стандартная погрешность будет 0.1 ^вС. то наименьшее деление шкалы не должно превышать 0,2 °С. Цифровая техника и электронные интеграторы должны иметь стандартную погрешность, равную или меньшую, чем 1,0 % от измеряемой величины.

Аналоговый и цифровой регистраторы должны иметь ошибку, равную или меньшую, чем 0.5 % от полной шкалы прибора и иметь постоянную времени 1 с или меньше Максимальное значение измеряемого показателя должно находиться между 50 % и 100 % полной шкалы прибора. Полное входное сопротивление регистраторов должно превышать сопротивление датчика в 1000 раз или быть равным либо выше 10 МОм

6.9    Площадь коллектора

Площадь коллектора (поглощающей поверхности (ПП). общая или апертуры] измеряют со стандартной погрешностью ± 0.1 %.

6.10    Объем жидкого теплоносителя коллектора

Объем теплоносителя коллектора, выраженного как эквивалентная масса жидкого теплоносителя. используемого для испытания, должен быть измерен со стандартной погрешностью не больше ± 10 %. Измерения могут быть сделаны взвешиванием коллектора (пустого и наполненного жидкостью) или определением массы жидкости, которую извлекают из заполненного коллектора. Температуру жидкости следует поддерживать в пределах 20 °С температуры окружающей среды.

7 Испытательная установка

7.1 Общие положения

Примеры схем стендов для испытаний жидкостных солнечных коллекторов приведены на рисунках 2 и 3.

7

ПНСТ 41—2015

1 — датчик температуры окружающего воздуха; 2 — температурный датчик (#. 3— вентиляционное отверстие. 4 — труба с двойными стенками, 5 —солнечный коллектор. 6 — нагревательохладитель для первичного регулирования температуры. 7 — манометр; 8 — предохранительный клапан; 9 — расширительный бак. 10 — насос; 11 — перепускной клапан; 12 — клапан-регулятор потока; 13 — фильтр (200 мкм); 14 — смотровое стекло; 15 — расходомер; 16 — вторичный регулятор температуры, 17 — вентилятор; 18 — датчик температуры 19 — пиргеометр. 20 — пиранометр. 21 — анемометр

Рисунок 2 — Пример замкнутого испытательного контура

8

ПНСТ 41—2015

1 — датчик температуры окружающего воздуха; 2 — температурный датчик t_& 3 — вентиляционное отверстие. 4 — труба с двойными стенками. 5 — солнечный коллектор. 6 — нагревателыохладитель для первичного регулирования температуры. 7 — манометр; 8 — резервуар, 9 — взвешивающий бак; 10 — насос. 11 — весы; 12 — клапан-регулятор потока; 13 — фильтр (200 мкм); Я —смотровое стекло, 13 — расходомер. 16 — вторичный регулятор температуры; 17— вентилятор. 18 — температурный датчик 19 — пиргеометр. 20 — пиранометр. 21 — анемометр, 22 — бак постоянного уровня

Рисунок 3 — Пример открытого (разомкнутого) испытательного контура

7.2 Жидкость теплоносителя

Жидкость теплоносителя, используемая для испытания коллектора, может быть водой или иной жидкостью, рекомендованной изготовителем. Удельная теплоемкость и плотность жидкости должны быть известны с точностью до ± 1% во всем диапазоне изменения температуры жидкости во время испытаний. Эти значения приведены для воды в приложении Г. Некоторые жидкости необходимо периодически заменять, чтобы их свойства оставались хорошо выраженными.

9

Массовый расход жидкости теплоносителя должны быть постоянными в течение всех испытаний, проводимых для определения кривой теплового КПД, постоянной времени и углового коэффициента для данного коллектора.

7.3    Трубопровод и водопроводная арматура

Трубопровод, используемый в контуре коллектора, должен быть стойким к коррозии и допускающим работу при температуре свыше 95 °С. Если используют неводные жидкости, то должна быть подтверждена их совместимость с материалами системы. Участки труб должны быть максимально короткими. В частности, участок трубы между выходом регулятора температуры жидкости и входом коллектора следует минимизировать для уменьшения воздействия окружающей среды на входную температуру жидкости.

Этот участок трубопровода должен быть изолирован для обеспечения величины тепловых потерь не более 0.2 Вт/К и защищен отражающим погодостойким покрытием. Трубопровод между термочувствительным датчиком и коллектором (входное и выходное отверстия) должен быть изолирован и покрыт отражающим (для наружных измерений также защищенным от непогоды) покрытием до мест установки температурных датчиков таким образом, чтобы во время испытаний увеличение или уменьшение температуры в любом участке трубопровода не превышало ± 0.01 К. Конструкции для перемешивания потока, такие как изгиб трубопровода, должны устанавливать непосредственно перед температурными датчиками (см. 6.3).

Должен быть установлен короткий кусок прозрачной трубки в контуре циркуляции жидкости таким образом, чтобы можно было обнаружить воздушные пузыри и любые другие загрязняющие примеси, если они присутствуют. Прозрачная трубка должна быть помещена близко к входному отверстию коллектора. но не должна влиять на регулирование температуры жидкости на входе или температурные измерения.

Для этой цели весьма удобны расходомеры переменного сечения, так как позволяют наблюдать течение жидкости. Воздушный сепаратор и вентиляционное отверстие должны быть помещены в выходное отверстие коллектора и в другие точки в системе, где может скапливаться воздух.

Фильтры должны быть размещены в непосредственной близи от измерительных приборов и насоса в соответствии с существующей практикой (фильтр с номинальным размером 200 мкм обычно достаточно).

7.4    Насос и устройства управления расходом жидкости

Гидравлический насос должен быть расположен в испытательном контуре коллектора в таком месте, чтобы тепло, передаваемое им жидкости, не влияло бы ни на температуру на входе коллектора, ни на температуру жидкости внутри коллектора. Насосы с простым байпасным контуром и игольчатым клапаном с ручным управлением обеспечивают удовлетворительное управление расходом. При необходимости можно добавить дополнительные устройства регулирования потока, чтобы стабилизировать массовый расход.

Насос и регулятор расхода должны быть способны поддерживать в пределах рабочего диапазона постоянный (в пределах 1 %) массовый и объемный расход в коллекторе при любой температуре на входе коллектора.

7.5    Регулирование температуры жидкости теплоносителя

Испытательный контур коллектора должен поддерживать постоянную температуру на входе коллектора при любой температуре в пределах рабочего диапазона. Так как накопление энергии в коллекторе определяют измерением мгновенных значений входной и выходной температуры жидкости, даже небольшие изменения входной температуры могут привести к ошибкам в определении накопленной энергии. Очень важно избегать любых колебаний температуры на входе в коллектор.

Испытательные контуры могут состоять из двух ступеней регулирования входной температуры жидкости, как показано на рисунках 2 и 3. Первичный регулятор температуры размещают перед входом расходомера и регулятора потока. Вторичный регулятор температуры используют для коррекции температуры жидкости непосредственно перед входом коллектора. Этот вторичный регулятор обычно регулирует температуру жидкости не больше, чем ± 2 К.

Ю

ПНСТ 41—2015

8 Испытание на производительность в установившемся режиме

на открытом воздухе

8.1    Испытательная установка

Коллектор должен быть установлен в соответствии с указаниями, данными в 6.1.1. и соединен с испытательным контуром, как описано в 6.1.3. Жидкость теплоносителя должна течь от основания до вершины коллектора или в соответствии с рекомендациями изготовителя.

8.2    Предварительная подготовка коллектора

Коллектор должен пройти ряд приемочных испытаний в соответствии с [1]. прежде чем будет испытан на производительность.

Коллектор должен быть осмотрен, и любое повреждение должно быть зарегистрировано. Поверхность апертуры коллектора должна быть полностью очищена. При наличии признаков влажности на компонентах коллектора, жидкость теплоносителя при температуре приблизительно 80 °С должна подаваться в контур до тех пор, пока изоляция и корпус коллектора не высохнут.

Выполнение предварительной подготовки коллектора должно быть отмечено в протоколе испытаний. Трубопровод коллектора следует вентилировать воздухом через воздушный клапан или жидкостью с большим расходом. Наличие в жидкости воздуха или частиц следует контролировать посредством прозрачной трубки, встроенной в трубопроводный контур. Любые загрязнители должны быть удалены.

8.3    Условия проведения испытаний

Во время испытаний солнечное излучение на плоскости апертуры коллектора должна быть больше 800 Вт/м².

Угол падения прямого солнечного излучения на апертуру коллектора должен находиться в диапазоне, в котором угловой коэффициент для коллектора изменяется не больше, чем на ± 2 % от значения при вертикальном падении Для отдельных остекленных плоских коллекторов это условие удовлетворяется. если угол падения прямого солнечного излучения на апертуру коллектора меньше 30°.

Однако для специальных условий могут быть нужны меньшие значения угла падения. Для того чтобы оценить работу коллектора при других углах, необходимо определить угловой коэффициент (см. 11).

Среднее значение скорости воздушного потока, параллельного апертуре коллектора, должно быть в диапазоне от 2 до 4 м/с, принимая во внимание пространственные вариации по коллектору и временные изменения в течение испытания.

Расход жидкости должен быть установлен приблизительно в 0.02 кг/с на м² области апертуры коллектора. Он должен сохраняться в пределах ± 1 % от установленного значения в течение всего испытания и не изменяться больше, чем на ± 10 % от установленного значения в каждом следующем испытании.

В некоторых коллекторах рекомендованный расход жидкости может быть близким к переходной области между ламинарным и турбулентным течением. Это может вызвать нестабильность внутреннего коэффициента теплопередачи и ошибки в измерениях КПД коллектора. Для того чтобы проверить коллектор приведенным способом, может понадобиться больший расход, что должно быть четко сформулировано в отчете об испытаниях

Перепады температуры жидкости меньше 1.5 К не следует включать в отчет испытаний из-за того, что они сравнимы с ошибкой в измерениях.

8.4    Методика испытаний

Для определения производительности коллектор должен быть испытан в рабочем диапазоне изменения температуры в условиях чистого неба. Измеренные значения, удовлетворяющие приведенным ниже условиям, должны быть получены не менее чем для четырех значений входной температуры жидкости, охватывающих рабочий диапазон изменений температуры коллектора. Для максимально точного определения ц₀, если это возможно, одно из значений входной температуры должно соответствовать средней температуре жидкости в коллекторе, равной температуре окружающей среды ± 3 К. Если теплоносителем является вода, то максимальная температура должна быть около 70 °С.

Для каждой входной температуры жидкости должны быть проведены не менее четырех независимых измерений, для того чтобы общее число измеренных точек было равно 16. Если позволяют усло-

11

вия испытаний, то для каждой входной температуры жидкости должно быть получено равное число тачек до и после солнечного полудня (не требуется, если коллекторы снабжены автоматической системой слежения за солнцем). Во время испытаний измерения проводят в соответствии с 8.5. В дальнейшем это может быть использовано для определения периодов испытаний, из которых потом могут быть получены удовлетворительные точки данных.

8.5    Измерения

Должны быть измерены следующие данные:

-    общая площадь коллектора А_с. площадь ПП коллектора А_а, апертурная площадь коллектора

-    объем жидкости:

-    солнечное излучение на апертуру коллектора;

-    рассеянное солнечное излучение на апертуру коллектора (только на открытом воздухе);

-    угол падения прямого солнечного излучения (угол может быть определен расчетом);

-    скорость воздушного потока, параллельного апертуре коллектора;

-    температура окружающего воздуха;

-    температура жидкости теплоносителя на входе коллектора;

-    температура жидкости теплоносителя на выходе коллектора;

-    расход теплоносителя.

8.6    Продолжительность испытаний (установившийся режим)

Продолжительность измерения одной точки установившегося режима должна включать период предварительной стабилизации не меньше 15 мин. с заданной температурой жидкости на входе, и период измерений установившегося режима, не меньший 15 мин.

Во всех случаях длительность периода измерения установившегося режима должна быть больше. чем четырехкратное отношение эффективной теплоемкости С коллектора к теплотворному расходу жидкости через коллектор (см. 10).

Считают, что во время измерения коллектор работал в установившихся условиях, если ни один из экспериментальных параметров не отклонялся от среднего значения за весь период измерений больше. чем на приведенные в таблице 1 величины. Состояние можно считать установившимся, если средние значения каждого параметра, измеренные в последовательные периоды времени продолжительностью 30 с. сравнимы со средним значением параметра за время измерения.

Таблица 1 — Разрешенное отклонение измеренных параметров в течение периода измерения

Параметр Разрешенное отклонение от среднего значения Проверочная солнечная радиация ± 50 Вт/м2 Температура окружающего воздуха (внутренняя) ± 1 К Температура окружающего воздуха (наружная) ± 1.5 К Массовый расход жидкости ± 1 % Температура жидкости во входном отверстии коллектора ±0.1 К

8.7    Представление результатов

Измерения должны быть сопоставлены для выделения группы данных, удовлетворяющих требуемым условиям, включая установившийся режим работы. Измерения должны быть оформлены протоколом испытаний (см. приложение А).

8.8    Вычисление производительности коллектора

Мгновенное значение КПД коллектора t\, работающего при установившемся режиме, определяют как отношение фактической извлеченной полезной мощности к солнечной энергии, принятой коллектором.

Фактическую извлеченную полезную мощность О определяют по формуле

6 = mc_fAT.

ПНСТ 41—2015

Содержание

1    Область применения..................................................................1

2    Нормативные ссылки..................................................................1

3    Термины и определения...............................................................2

4    Символы и единицы измерения.........................................................2

5    Установка и размещение коллектора.....................................................2

5.1    Общие положения................................................................2

5.2    Монтажная рама коллектора........................................................2

5.3    Угол наклона.....................................................................2

5.4    Расположение коллектора..........................................................2

5.5    Затенение от прямого солнечного излучения...........................................2

5.6    Рассеянная и отраженная солнечная радиация........................................2

5.7    Тепловая радиация................................................................3

5.8    Скорость воздушного потока........................................................3

6    Оборудование.......................................................................3

6.1    Измерение солнечного излучения....................................................3

6.2    Измерение теплового излучения.....................................................4

6.3    Измерение температуры...........................................................5

6.4    Измерение расхода жидкости в коллекторе............................................6

6.5    Измерение скорости воздушного потока...............................................6

6.6    Измерения давления..............................................................6

6.7    Время испытаний.................................................................7

6.8    Оборудование/регистратор данных ..................................................7

6.9    Площадь коллектора..............................................................7

6.10    Объем жидкого теплоносителя коллектора...........................................7

7    Испытательная установка..............................................................7

7.1    Общие положения................................................................7

7.2    Жидкость теплоносителя...........................................................9

7.3    Трубопровод и водопроводная арматура.............................................10

7.4    Насос и устройства управления расходом жидкости....................................10

7.5    Регулирование температуры жидкости теплоносителя..................................10

8    Испытание на производительность в установившемся режиме на открытом воздухе............11

8.1    Испытательная установка.........................................................11

8.2    Предварительная подготовка коллектора............................................11

8.3    Условия проведения испытаний....................................................11

8 4 Методика испытаний.............................................................11

8.5    Измерения......................................................................12

8.6    Продолжительность испытаний (установившейся режим)...............................12

8.7    Представление результатов........................................................12

8.8    Вычисление производительности коллектора.........................................12

9    Испытание на определение КПД в установившемся режиме с источником искусственного

солнечного излучения................................................................15

9.1    Общие положения...............................................................15

9.2    Искусственный источник радиации для испытания на определение КПД в установившемся

режиме........................................................................16

ПНСТ 41—2015

9.3    Испытательная установка.........................................................17

9.4    Предварительная подготовка коллектора............................................17

9.5    Методика испытаний.............................................................17

9.6    Измерения при испытаниях с источниками искусственного солнечного излучения...........17

9.7    Длительность испытаний..........................................................17

9.8    Условия проведения испытаний....................................................18

9.9    Обработка и представление результатов.............................................18

10    Определение эффективной теплоемкости и постоянной времени коллектора.................18

10.1    Общие положения..............................................................18

10.2    Определение эффективной теплоемкости коллектора................................18

10.3    Методика испытаний постоянной времени коллектора................................19

10.4    Расчет постоянной времени коллектора............................................19

11    Угловой коэффициент коллектора.....................................................20

11.1    Общие положения..............................................................20

11.2    Измерение углового коэффициента в условиях искусственного источника радиации.......20

11.3    Методика испытаний............................................................21

11.4    Расчет углового коэффициента коллектора.........................................21

12    Определение перепада давления поперек коллектора....................................22

12.1    Общие положения..............................................................22

12.2    Испытательная установка........................................................22

12.3    Подготовка коллектора..........................................................22

12.4    Методика испытаний............................................................22

12.5    Измерения....................................................................22

12.6    Перепад давления, вызванный фитингами..........................................22

12.7    Условия испытаний.............................................................22

12.8    Вычисление и представление результатов..........................................23

Приложение А (обязательное) Форма протокола испытаний..................................24

Приложение Б (справочное) Характеристики солнечного коллектора..........................35

Приложение В (справочное) Солнечный спектр............................................39

Припожение Г (справочное) Свойства воды...............................................40

Приложение Д (справочное) Измерение эффективной теплоемкости..........................41

Приложение Е (справочное) Двухосный угловой коэффициент...............................43

Библиография........................................................................44

IV

ПНСТ 41—2015 (ИСО 9806-1:1994)

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ

Возобновляемая энергетика УСТАНОВКИ СОЛНЕЧНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ И ИХ КОМПОНЕНТЫ Методы испытаний солнечных коллекторов Часть 1

Тепловые характеристики, включая перепад давления, остекленных коллекторов с жидким

теплоносителем

Renewable power engmeenng Thermal solar systems and their components Test methods for solar collectors Part 1 Thermal performance of glazed liquid heating collectors including pressure drop

Срок действия — с 2016—07—01 по 2019-07-01

1    Область применения

Настоящий стандарт устанавливает методы испытаний для определения тепловых характеристик остекленных солнечных коллекторов с жидким теплоносителем. Данные испытания являются частью последовательности испытаний, описанных в [1].

Настоящий стандарт определяет методы испытаний и вычислений для определения стационарных и квазистационарных тепловых характеристик солнечных коллекторов. В нем описаны методы для проведения испытаний на открытом воздухе под воздействием естественного солнечного излучения и для проведения испытаний внутри помещения под воздействием источника искусственного солнечного излучения.

Настоящий стандарт не применим к тем коллекторам, в которых аккумулятор тепла конструктивно включен в коллектор таким образом, что измерения характеристик процесса поглощения и аккумуляции тепла не могут быть проведены отдельно друг от друга

Настоящий стандарт не применим ни к неостекленным коллекторам, ни к коллекторам с концентраторами и системой слежения за солнцем (см. [2] для методов испытаний неостекленных коллекторов).

2    Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использована нормативная ссылка на следующий стандарт:

ГОСТ Р 51594-2000 Нетрадиционная энергетика Солнечная энергетика. Термины и определения (ISO 9488:1999. NEQ)

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты*, который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты* за текущий год Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия) Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку

Издание официальное

3    Термины и определения

В настоящем стандарте использованы термины и определения в соответствии с ГОСТ Р 51594.

4    Символы и единицы измерения

Символы и единицы измерения, используемые в настоящем стандарте, приведены в приложении А.

5    Установка и размещение коллектора

5.1    Общие положения

Способ установки коллектора будет влиять на результаты испытаний на теплопроизводитель-ность. Испытуемые коллекторы должны быть установлены в соответствии с 5.2—5.8.

Необходимо испытывать коллекторы реального размера, так как краевые потери маленьких коллекторов могут значительно уменьшить их производительность.

5.2    Монтажная рама коллектора

Монтажная рама коллектора не должна перекрывать апертуру коллектора и нарушать изоляцию боковой или задней части коллектора. Если не определено иначе (например, когда коллектор встроен в крышу), монтажная рама должна быть открытой, для того чтобы воздух мог свободно циркулировать вокруг боковой и задней части коллектора Коллектор должен быть укреплен таким образом, чтобы его нижний край был не меньше, чем на 0.5 м выше поверхности земли. Потоки теплого воздуха, которые поднимаются вдоль стен здания, не должны проходить через коллектор. Если коллекторы испытывают на крыше здания, они должны быть расположены не менее чем в 2 м от края крыши.

5.3    Угол наклона

Коллектор должен быть установлен таким образом, чтобы угол наклона апертуры коллектора относительно горизонта составлял: широта местности, где проводят испытания. ± 5 °. но не менее чем 30 °.

Коллекторы могут быть испытаны при других углах наклона, которые рекомендованы производителями или указаны для действующей установки.

Примечание — Для многих коллекторов влияние угла наклона является несущественным, но это может стать важным для специализированных коллекторов, например обьедииенных тепловых труб

5.4    Расположение коллектора

Коллектор может быть установлен на открытом воздухе в положении лицом к экватору, но это ограничит диапазон углов падения солнечного излучения. Более эффективной является установка коллектора с устройством (ручным или автоматическим) слежения за солнцем в азимутальной плоскости.

5.5    Затенение от прямого солнечного излучения

Расположение испытательного стенда должно быть таким, чтобы на коллектор в течение всего испытания не падала тень.

5.6    Рассеянная и отраженная солнечная радиация

В целях анализа результатов наружных испытаний принято считать, что солнечная радиация, не поступающая непосредственно от солнечного диска, изотропна в полусфере ориентации коллектора. Для того чтобы минимизировать ошибки, вытекающие из этого предположения, коллектор должен быть размещен таким образом, чтобы на него во время испытаний не падали солнечное излучение, отраженное от окружающих зданий или поверхностей, и тень от других предметов. С некоторыми типами коллекторов, в частности вакуумированных трубчатых коллекторов, важно минимизировать отражение как на переднюю, так и на заднюю части коллектора. Затенено может быть не более 5 % площади коллектора Особенно важно учесть следующее: перед коллектором не должно быть зданий или больших преград с углом к горизонту больше чем приблизительно 15*. Отражательная способность большинства грубых поверхностей, например травы, подвергшихся атмосферному влиянию бетона или щебенки, обычно достаточно низка, что не создает препятствий при испытаниях коллекторов. Следует

ПНСТ 41—2015

избегать мест, в которых перед коллектором расположены большие поверхности стекла, металла или воды. В большинстве искусственных источников солнечного излучения прямую солнечную радиацию можно получить только приблизительно. Для того чтобы упростить измерение искусственной радиации, необходимо минимизировать отраженное излучение. Это может быть достигнуто за счет покраски всех поверхностей в испытательной камере в темный цвет (низкая отражательная способность).

5.7    Тепловая радиация

Некоторые коллекторы особенно чувствительны к тепловому излучению. Для того чтобы минимизировать влияние теплового излучения, температура поверхностей, смежных с коллектором, должна быть как можно ближе к температуре окружающего воздуха. Например, в поле зрение коллектора не должно быть дымоходов, градирен или источников горячих выхлопных газов. Для внутренних и модельных испытаний коллектор должен быть огранщен от горячих поверхностей, в частности радиаторов, каналов и машин кондиционирования воздуха, и от холодных поверхностей, например окон и внешних стен. Экранирование важно как перед, так и позади коллектора.

5.8    Скорость воздушного потока

Многие коллекторы весьма чувствительны к скорости воздушного потока. Для того чтобы получить максимально точные результаты, коллекторы должны быть укреплены таким образом, чтобы воздух мог свободно проходить по всей апертуре, позади и по боковым сторонам коллектора. Средняя скорость воздушного потока, параллельного апертуре коллектора, должна быть в пределах, определенных в 8.3. При необходимости должны быть использованы искусственные вентиляторы, для того чтобы создать поток с требуемой скоростью. Коллекторы, разработанные для встраивания в крышу, могут иметь заднюю часть, защищенную от ветра, что также следует отметить в результатах испытаний.

6 Оборудование

6.1    Измерение солнечного излучения

6.1.1    Пиранометр

Для того чтобы измерять суммарную коротковолновую радиацию солнца и неба, нужно использовать пиранометр класса I или выше. Следует соблюдать практические рекомендации по их использованию

6.1.1.1    Меры предосторожности против воздействия градиента температуры

Пиранометр, используемый в ходе испытаний, для стабилизации измерений должен быть установлен на испытательном стенде по крайней мере за 30 мин до начала получения данных.

6.1.1.2    Меры предосторожности против влияния влаги и сырости

Пиранометр должен быть снабжен средствами предотвращения накопления влаги, которая может конденсироваться на поверхностях, где снимают показания измерительного прибора. Предпочтительны измерительные приборы с диссикатором (сушильным устройством), которое может быть осмотрено при необходимости. За состоянием диссикатора необходимо следить регулярно.

6.1.1.3    Меры предосторожности против влияния инфракрасного излучения на точность пиранометра

Пиранометр, используемый для измерения излучения солнечной радиации искусственного источника, должен быть укреплен таким способом, чтобы минимизировать влияние на его показания действие инфракрасной радиации с длиной волны выше 3 мкм от моделируемого источника света.

6.1.1.4    Установка пиранометра на открытом воздухе

Пиранометр должен быть укреплен таким образом, чтобы его датчик находился в одной плоскости (в пределах допуска ± 1°) с плоскостью апертуры коллектора. Он не должен бросать тень на апертуру коллектора в любое время в течение испытаний. Пиранометр должен быть укреплен таким образом, чтобы получить аналогичное количество прямого, рассеянного и отраженного излучения, которое получает коллектор.

Для наружного испытания пиранометр должен быть укреплен на половине высоты коллектора. Корпус пиранометра и выходящие электропровода должны быть экранированы, для того чтобы минимизировать нагрев электропроводов под солнцем. Также необходимо минимизировать энергию, отраженную и повторно излученную от солнечного коллектора на пиранометр.

3

6.1.1.5    Использование пиранометров в искусственных источниках солнечного излучения

Пиранометры могут использовать, для того чтобы измерять распределение искусственного солнечного излучения по апертуре коллектора и временные колебания искусственного излучения (см. 9.6.1). Могут также применять другие типы радиационного детектора при условии, что они были откалиброваны для рассматриваемого искусственного солнечного излучения.

6.1.1.6    Калибровочный интервал

Пиранометр должен быть откалиброван для измерения солнечной радиации в течение 12 мес перед проведением испытаний коллектора 8 соответствии с методикой, приведенной в [3] или [4J. Любое изменение более чем ± 1 % в течение года требует проведения более тщательной калибровки или замены прибора. Если прибор поврежден в значительной степени, то он должен быть откалиброван заново или заменен. Все калибровки должны быть произведены в соответствии с шкалой мирового радиометрического эталона.

6.1.2    Измерение угла падения прямого солнечного излучения

Простое устройство для измерения угла падения прямого солнечного излучения может состоять из указателя типа стрелки, перпендикулярного плоской пластине, на которой отмечены градуированные концентрические кольца. Длину тени, брошенную указателем, измеряют с помощью градуированных концентрических колец и используют для определения угла падения. Устройство должно быть размещено в плоскости коллектора и с одной стороны коллектора.

Примечание — УГол падения прямого солнечного излучения 0 может быть подсчитан через часовой угол солнца <о, угол наклона коллектора р, угол азимута коллектора у и широту места испытания ф. используя следующие выражения

cos = (sin 6 Sin ф cos (t) - (Sin 6 COS ф Sin P cos y) ♦ (cos 6 COS Ф COS P COS <•)) ♦ (COS 6 Sin Ф sin p cos у cos) ♦

+ (cos S sin p sin у sin 0)).

где солнечное наклонение о для п номера дня года: 6 = 23.45 sin (360(284+г>у365]

6.2    Измерение теплового излучения

6.2.1    Измерение теплового излучения на открытом воздухе

Обычно виды теплового излучения не принимают во внимание при испытании коллектора на открытом воздухе. Однако для определения тепловой радиации в апертуре коллектора может быть укреплен пиргеометр на плоскости апертуры коллектора и к одной стороне в середине высоты.

6.2.2    Определение теплового излучения в закрытом помещении и в искусственных солнечных источниках

6.2.2.1 Измерение

Тепловая радиация может быть измерена, используя пиргеометр. как отмечено в 6.2.1. для наружных измерений. Пиргеометр должен быть хорошо вентилируемым, чтобы минимизировать влияние солнечной или искусственной солнечной радиации. Для испытаний внутри помещения тепловая радиация должна быть определена со стандартной погрешностью в ±10 Вт/м².

6.2.2    2 Вычисление

При условии, что могут быть определены все источники и приемники тепловой радиации в области наблюдения коллектора, тепловая радиация в апертуре коллектора может быть вычислена, используя измерения температуры, измерения излучающей способности поверхности и коэффициента формы излучения.

Приход тепловой радиации на поверхность коллектора (индекс 1) от более горячей поверхности (индекс 2) имеет вид    .

Однако удобнее использовать значение дополнительной тепловой радиации (по сравнению стой, которая наблюдалась бы. если бы поверхность 2 была бы абсолютно черным телом), которая выражается как

^оР\&2^Т2~ V)-    О)

В приложении А приведены обозначения символов. Коэффициенты формы излучения приведены в учебниках по радиационному теплообмену Тепловая радиация в апертуре коллектора может также быть вычислена по ряду измерений, сделанных для маленьких пространственных углов в области наблюдения. Такие измерения могут быть сделаны, используя пиргелиометр с применением и без стеклянного фильтра для определения тепловой составляющей суммарной радиации.

4

ПНСТ 41—2015

6.3 Измерение температуры

При испытании солнечного коллектора должны быть проведены измерения температуры в трех точках: температуры жидкости на входе коллектора, температуры жидкости на выходе коллектора и температуры окружающей среды. Необходимая точность измерения для температуры жидкости и для окружающего воздуха отличается. Это значит, что датчики для температуры и связанное с ними оборудование для этих измерений будут различными.

6.3.1    Измерение температуры теплоносителя на входе в коллектор t_tn

6.3.1.1    Необходимая точность

Температура жидкого теплоносителя на входе в коллектор должна быть измерена со стандартной погрешностью 0.1 К. Но для проверки колебаний температуры со временем требуется улучшенное разрешение сигнала датчика температуры — порядка ± 0.02 К.

Примечание — Это разрешение необходимо для всего диапазона значений температуры, используемых при испытании коллектора (то есть от 0 *С до 100 'С), которые требуют особенной точности для записи данных

6.3.1.2    Монтаж датчиков

Датчик для измерения температуры должен быть укреплен не дальше, чем в 200 мм от входа коллектора, и теплоизолирован. Если необходимо поместить датчик на расстоянии более 200 мм от коллектора, то нужно проверить, что на измерение температуры жидкости не оказывается постороннее воздействие. Для перемешивания жидкости при измерении температуры в трубопроводе должен быть сделан изгиб против потока жидкости, зонд датчика также должен быть установлен против потока жидкости в той части трубопровода, где поток поднимается (для того чтобы предотвращать застой воздуха вблизи датчика), как показано на рисунке 1.

1 —датчик температуры (t9 Л Г) на выходе коллектора. 2 — отвод трубопровода или устройства перемешивания 3 — солнечный коллектор. 4 — отвод трубопровода или устройства перемешивания. 5 — датчик температуры ЛТ) на входе коллектора Рисунок 1 — Рекомендованные положения датчиков для измерения температуры жидкого теплоносителя на входе и выходе

6.3.2    Определение разности температур теплоносителя ЛГ

Разность температуры на входе и выходе А7 должна быть определена со стандартной погрешностью < 0,05 К. Стандартные погрешности, приближающиеся к 0.02 °С. могут быть достигнуты с помощью использования современных хорошо откалиброванных датчиков, которые позволяют измерить разность температуры жидкого теплоносителя в 1 °С или 2 °С с приемлемой точностью. Датчики разности температуры должны быть откалиброваны в необходимом температурном диапазоне.

6.3.3    Измерение температуры окружающего воздуха t_a

6.3.3.1 Требуемая точность

Температура окружающего воздуха должна быть измерена со стандартной погрешностью 0.5 К.

5

6.3.3.2 Монтаж датчиков

Для наружных измерений датчик должен быть экранирован от прямого и отраженного солнечного излучения посредством окрашенного в белый цвет проветриваемого кожуха, предпочтительно с принудительной вентиляцией. Кожух должен быть экранирован и помещен на середине высоты коллектора по крайней мере на 1 м выше поверхности земли, для того чтобы исключить влияние тепла земли.

Кожух должен быть размещен с одной стороны коллектора и не больше, чем в 10 м от него. Если вентиляция коллектора осуществлена с помощью вентилятора, то температура воздуха должна быть измерена на выходе вентилятора, а также следует проверить, что эта температура не отличается от температуры окружающей среды больше, чем на ± 1 К.

6.4    Измерение расхода жидкости в коллекторе

Массовый расход жидкости может быть измерен напрямую или определен на основе измерения объемного расхода и температуры Стандартная погрешность измерения расхода жидкости в коллекторе должна быть в пределах ± 1 % от значения измеряемой величины по массе в единицу времени. Расходомер должен быть откалиброван в диапазоне расходов и температур жидкости, которые заданы для испытания коллектора.

Примечание — Температура жидкости в объемных расходомерах должна быть известна с достаточной точностью, чтобы определить массовый расход в пределах точности, заданной изготовителем

6.5    Измерение скорости воздушного потока

Тепловые потери коллектора возрастают с увеличением скорости воздушного потока через коллектор. но влияние направления вектора скорости воздушного потока еще не вполне понятно. Поэтому направление скорости воздушного потока при испытании коллектора не измеряют.

Соотношение между метеорологической скоростью ветра и скоростью воздушного потока через коллектор зависит от расположения испытательного оборудования, поэтому метеорологическая скорость ветра не является полезным параметром для испытания коллектора. При измерении скорости воздушного потока через коллектор нужно как можно четче определить состояния, в которых были выполнены измерения.

6.5.1    Требуемая точность

Скорость окружающего потока воздуха на лицевой поверхности коллектора должна быть измерена со стандартной погрешностью 0.5 м/с для испытаний как с расположением испытательного оборудования на открытом воздухе (наружное испытание), так и для испытаний, проводимых в помещении (внутренних испытаний). При наружных испытаниях скорость окружающего воздушного потока часто изменяется, ветер может быть порывистым. Поэтому скорости воздушного потока усредняют за период испытаний (применяют среднеарифметическое или среднеинтегральное усреднение).

6.5.2    Монтаж датчиков

При внутренних испытаниях скорость воздушного потока на разных частях коллектора может быть различной. Серия измерений скорости воздушного потока должна быть выполнена на расстоянии 100 мм от апертуры коллектора, через равные промежутки по площади коллектора.

Полученные измерения усредняют. Измерения скорости воздушного потока в закрытом помещении в стабильном состоянии должны быть проведены до и после испытаний на производительность, для того чтобы избежать затенения апертуры коллектора.

Во время испытаний на открытом воздухе в тех местах, где средняя скорость ветра ниже 3 м/с. нужно использовать вентилятор, и измерения анемометром должны быть сделаны аналогично испытанию внутри помещения В ветреных местах измерение скорости ветра должно быть сделано близко к коллектору на середине высоты коллектора. Датчик не должен быть огражден от ветра и не должен отбрасывать тень на коллектор во время испытаний.

6.5.3    Калибровка

Анемометр должен проходить процедуру калибровки один раз в год.

6.6    Измерения давления

Перепад давления теплоносителя в коллекторе должен быть измерен устройством с точностью ± 3.5 кПа.

6