ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

ПНСТ 43—

2015

(ИСО 9806-3: 1995)

Возобновляемая энергетика

УСТАНОВКИ СОЛНЕЧНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ И ИХ КОМПОНЕНТЫ

Методы испытаний солнечных коллекторов

Часть 3

Тепловые характеристики, включая перепад давления, неостекленных коллекторов с жидким теплоносителем (передача только значимых количеств тепла)

ISO 9806-3:1995 Test methods for solar collectors — Part 3:

Thermal performance of unglazed liquid heating collectors (sensible heat transfer only) including pressure drop (MOD)

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 международного 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 № 18-лнст

4    Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту ИСО 9806-3:1995 «Методы испытаний солнечных коллекторов. Часть 3. Тепловые характеристики. включая перепад давления, неостекленных коллекторов с жидким теплоносителем (передача только значимых количеств тепла)» (ISO 9806-3:1995 «Test methods for solarcollectors — Part 3: Thermal performance of unglazed liquid heating collectors (sensible heat transfer only) including pressure drop») путем изменения отдельных фраз (слов, значений показателей), которые выделены в тексте курсивом.

В настоящий стандарт не включена библиография ИСО 9806-3:1995 в соответствии с ГОСТ Р 1.7-2008. ссылки на соответствующие документы в тексте отсутствуют.

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

5    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила 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 43—2015

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.

Цифровая техника и электронные интеграторы должны иметь стандартную погрешность, равную или меньшую чем 1.0 % от измеряемой величины.

Полное входное сопротивление регистраторов должно превышать сопротивление датчика в 1000 раз или быть равным или выше 10 МОм.

Интервал выборки должен быть больше 30 с.

6.9    Площадь коллектора

Площадь коллектора (общая или ПП) 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 выполнены взвешиванием коллектора (пустого и наполненного жидкостью).

7 Испытательная установка

7.1 Общие положения

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

1 — датчик температуры окружающего воздуха, 2 — датчик температуры окружающей среды (1J, 3 — вентиляционное отверстие. 4 — труба с двойными стенками. 5 — солнечный коллектор. 6 — нагревателыохпадитель для первичного регулирования температуры. 7 — манометр; в — 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 жидкости на входе в коллектор (Г10); 19 — пиргеометр; 20 — пиранометр. 21 — анемометр

Рисунок 2 — Пример замкнутого испытательного контура

7

ПНСТ 43—2015

1 — датчик температуры окружающего воздуха, 2 — датчик температуры окружающей среды (у; 3 — вентиляционное отверстие, 4 — труба с двойными стенками. 5 — солнечный коллектор; б — иагревательохладитель для первичного регулирования температуры, 7 — манометр. 8 — резервуар. 9 — взвешивающий бак, 10 — насос. 11 — весы 12 — клапан-регулятор потока; 13 — фильтр (200 мкм); 14 — смотровое стекло. 15 — расходомер. 16 — вторичный регулятор температуры. 17—вентилятор 18 — датчик температуры жидкости на входе в коллектор ((„); 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 для воды приведены в приложении Г.

Массовый расход жидкости теплоносителя должен быть постоянным 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. Если используются неводные жидкости, то должна быть подтвермадена их совместимость с материалами системы. Участки труб следует изготовлять максимально короткими. В частности, участок трубы между выходом регулятора температуры жидкости и входом коллектора должен быть минимизирован 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 должен быть 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 так. чтобы во время испытаний увеличение или уменьшение температуры в любом участке

ПНСТ 43—2015

трубопровода не превышало 0.01 К. Конструкции для перемешивания потока, такие как изгиб трубопровода. должны быть установлены непосредственно перед температурными датчиками (с*и, 6.3).

Должен быть установлен короткий отрезок прозрачной трубки в контуре циркуляции жидкости так, 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 на температурные измерения. Для этой цели весьма удобны расходомеры переменного сечения, так как позволяют набтедать 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 близости от измерительных приборов и насоса в соответствии с существующей практикой (фильтра 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 впияло 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 жидкости. При необходимости можно добавить дополнительные устройства регулирования потока, чтобы стабилизировать массовый расход.

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

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 определяется измерением мгновенных значений входной и выходной температур жидкости, даже небольшие изменения входной температуры могут привести к ошибкам в определении накопленной энергии. Очень важно избегать любых колебаний температуры на входе в коллектор. Допустимые колебания составляют менее 0.1 К за время испытания.

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 в коллектор. Этот вторичный регулятор обычно регулирует температуру жидкости не более чем ± 2 К.

8 Испытание на производительность в установившемся режиме на открытом воздухе

8.1    Испытательная установка

Коллектор должен быть установлен в соответствии требованиям раздела 5 и соединен с испытательным контуром в соответствии требованиям раздела 7. Жидкость теплоносителя должна течь от основания до вершины коллектора или в соответствии с рекомендациям изготовителя.

8.2    Предварительная подготовка коллектора

Коллектор должен быть осмотрен и любое повреждение должно быть зарегистрировано. Поверхность ПП коллектора должна быть полностью очищена.

Трубопровод коллектора должен вентилироваться воздухом через воздушный клапан или жидкостью с большим расходом и высокой температурой, если необходимо.

Наличие в жидкости воздуха или частиц контролируется посредством прозрачной трубки, встроенной в трубопроводный контур. Любые загрязнители должны быть удалены.

8.3    Условия проведения испытаний

Во время испытаний полезное солнечное излучение G' на плоскости ПП коллектора должно быть больше 650 Вт/м².

9

Угол падения прямого солнечного излучения на апертуру коллектора должен находиться в диапазоне, в котором угловой коэффициент для коллектора изменяется не более чем на ± 2 % от значения при вертикальном падении. Угловой коэффициент рассчитывают таким образом, чтобы можно было оценить производительность коллектора под другими углами падения (см. приложение Б).

Если не определено иначе, расход жидкости должен быть приблизительно равен 0,04 кг/с на квадратный метр площади коллектора. Он поддерживается в пределах ± 1 % от установленного значения в течение каждого периода испытаний и не должен изменяться больше чем на 10 % от установленного значения в разные периоды испытаний.

Измерения изменений температуры жидкости меньше чем на 1 К не включаются в протокол испытаний из-за недостаточной точности прибора.

8.4 Методика испытаний

Для определения производительности коллектор должен быть испытан в рабочем диапазоне изменения температуры в условиях чистого неба. Если коллектор испытывают при входной температуре меньшей, чем температура окружающего воздуха, то поверхность ПП должна наблюдаться в течение всего испытания, чтобы быть уверенным в отсутствии появившегося конденсата на ПП.

Тепловая характеристика коллектора должна быть рассчитана для ряда условий, указанных в таблице 1.

Для каждого рабочего условия должно быть проведено не менее четырех независимых измерений, чтобы минимальное число измеренных точек было равно 32. Если используют фиксированную установку коллектора, то должно быть получено равное количество точек данных до и после полудня для каждого рабочего условия.

В течение испытания должны быть зарегистрированы измерения, указанные в 8.5. В этом случае можно определить такие периоды испытаний, в которых получены удовлетворительные измерения.

Таблица 1 — Минимальный ряд условий испытаний тепловой характеристики

Контрольная тонка Полезная радиация. Вт/м* Скорость движения воздуха, м/с ъхг- кпд 1 >650 2-3 <0,002 По 2 >650 2-3 о.8п0—0.6п0 3 >650 2-3 0.6п0 —0.4п0 4 >650 2-3 < 0.4г|0 5 >650 <1.5 <0,002 6 >650 <1.5 < 0.5п0 7 >650 3-4 <0,002 8 >650 3-4 < 0.5по

8.5    Измерения

Должны быть измерены следующие данные:

-    общая площадь коллектора А_с. площадь ПП коллектора А_а,

-    объем жидкости т:

-    солнечное излучение на плоскость коллектора G:

-    тепловая длинноволновая радиация на поверхности коллектора E_L (или температура точки росы t_aр);

-    скорость движения окружающего воздуха и,

* температура окружающего воздуха /_а;

-    температура жидкости теплоносителя на входе коллектора /_(П;

-    температура жидкости теплоносителя на выходе коллектора t₀.

8.6    Продолжительность испытаний

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

Ю

ПНСТ 43—2015

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

Считается, 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 2 значения. 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 2 — Разрешенное отклонение измеренных параметров в течение периода измерения

Параметр Обозначение Отклонение от среднего значения Суммарное коротковолновое солнечное излучение G ± 50 Вт/м2 Длинноволновое солнечное излучение £l ± 20 Вт/м2 Температура окружающего воздуха ± 1 К Температура точки росы {<и> ± 1 К Массовый расход жидкого теплоносителя т ± 1 % Температура на входе коллектора ±0.1 к Скорость воздушного потока и ± 10%

8.7 Представление результатов

Измерения должны быть сопоставлены для выделения группы данных, удовлетворяющих требуемым условиям, включая установившийся режим работы. Измерения должны быть запротоколированы в формате, приведенном в приложении А.

8.8 Вычисление производительности коллектора

КПД п коллектора по результатам испытаний вычисляют по следующей формуле:

О

^П " А_рСГ'

где А_р — полная площадь коллектора или площадь ПП;

G"— полезная радиация, определенная по формуле

G' = G + |(f_t-_<rr_a⁴).

где E_l — измеренная длина волны солнечного излучения в плоскости коллектора. Значение da должно быть принято равным 1. пока изготовитель не предоставит измеренное значение;

Q — полезная выходная мощность, определенная по формуле

Q = mc,(t_e-t,„).    (3)

При обеспечении того, что угол падения 0 менее, чем 30°. использование углового коэффициента, как описано в приложении Б. не требуется.

Следует использовать значение с, (удельная теплоемкость теплоносителя), соответствующее средней температуре жидкости.

Если массовый расход жидкого теплоносителя т получен объемными измерениями расхода, то плотность жидкости должна быть определена по температуре в расходомере.

Данные испытаний должны быть аппроксимированы методом наименьших квадратов, чтобы получить зависимость КПД в следующем виде:

7 =    (4)

где п₀- Ь,, Ь₂ — коэффициенты, которые определяются при аппроксимации.

11

8.9 Вычисление длинноволнового излучения на открытом воздухе

Если для измерения длинноволнового излучения E_L отсутствуют необходимые устройства, то может быть использована следующая модель определения длины волны солнечного излучения из измеренной атмосферной температуры точки росы t_dp:

c_s =0.711 + 0.56-^- +0.73| -^-1 ,    (5)

⁵    100    [iooJI

где атмосферная температура точки росы t_dp измерена с точностью, указанной в 6.3.3.1.

Длина волны солнечного излучения на горизонтальную поверхность вычисляют по формуле

E_s = c_soT_a^A.    (б)

Если коллектор наклонен, то он будет обмениваться теплом с небом и землей.

Длину волны излучения Е_р на коллекторе, наклоненном под углом 0. вычисляют по формуле

_т 4 1 + cos/* _т 4 1 - cos/*    _п.

Ер =    ^    ⁺    W-2    ⁷

Температура земли будет иметь небольшое влияние на длинноволновое излучение, падающее на коллектор с углом наклона менее 45°. так как коэффициент формы излучения между коллектором и землей составляет 0,15 при р = 45^е.

В этом случае формула (7) может быть записана как

Таким образом, в формуле (2) длина волны солнечного излучения E_L в плоскости коллектора равна Ер. когда коллектор расположен на открытом воздухе.

9 Испытание на определение КПД в установившемся режиме с искусственным источником излучения

9.1    Общие положения

Работа большинства коллекторов лучше при прямом солнечном излучении, чем при рассеянном, и в настоящее время есть небольшой опыт работы коллекторов с искусственным источником рассеянного солнечного излучения. Поэтому этот метод испытаний разработан для использования только при искусственных источниках излучения, где луч искусственного солнечного излучения может быть направлен почти нормально к коллектору.

Так как на практике трудно получить однородный луч искусственного солнечного излучения, должен быть измерен средний уровень радиации по апертуре коллектора

9.2    Искусственный источник излучения для испытания на определение КПД

в установившемся режиме

Искусственный источник излучения для испытания на определение КПД в установившемся режиме должен иметь следующие характеристики:

-    лампы должны создавать среднее излучение по апертуре коллектора не менее 650 Вт/м²;

-    среднее значение излучения по апертуре коллектора не должно меняться более чем на ± 50 Вт/м² в течение испытания В любое время излучение в любой точке апертуры коллектора не должно отличаться от среднего излучения по апертуре больше чем на ± 15 %;

-    спектральное распределение искусственного солнечного излучения должно быть эквивалентно солнечному спектру при оптической массе воздуха 1.5 (см. [3], [4J).

Для ламп определенных типов, например для металлогалогеновых ламп, рекомендуется выполнять определение начального спектра после того, как лампы прошли отбраковочные испытания

Длинноволновое излучение на коллекторе не должно превышать излучение абсолютно черного тела при температуре окружающей среды более чем на 50 Вт/м². Данное условие может потребовать специальных мер предосторожности в некоторых симуляторах солнечного излучения.

ПНСТ 43—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    Размеры модулей испытуемого коллектора............................................2

5.4    Угол наклона.....................................................................2

5.5    Расположение коллектора на открытом воздухе .......................................3

5.6    Затенение от прямого солнечного излучения..........................................3

5.7    Рассеянная и отраженная солнечная радиация........................................3

5.8    Длинноволновое излучение.........................................................3

5.9    Скорость воздушного потока........................................................3

6    Оборудование.......................................................................4

6.1    Измерение солнечного излучения....................................................4

6.2    Измерение длинноволнового излучения..............................................4

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

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

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

6.6    Измерение давления..............................................................6

6.7    Время испытаний.................................................................6

6.8    Оборудование/регистратор данных..................................................6

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...........................................................8

7.3    Трубопровод и водопроводная арматура..............................................8

7.4    Насос и устройства управления расходом жидкости....................................9

7.5    Регулирование температуры жидкости теплоносителя...................................9

8    Испытание на производительность в установившемся режиме на открытом воздухе.............9

8.1    Испытательная установка..........................................................9

8.2    Предварительная подготовка коллектора.............................................9

8.3    Условия проведения испытаний.....................................................9

8.4    Методика испытаний.............................................................10

8.5    Измерения......................................................................10

8.6    Продолжительность испытаний....................................................10

8.7    Представление результатов.......................................................11

8.8    Вычисление производительности коллектора.........................................11

8.9    Вычисление длинноволнового излучения на открытом воздухе..........................12

9    Испытание на определение КПД в установившемся режиме

с искусственным источником излучения.................................................12

9.1 Общие положения...............................................................12

III

ПНСТ 43—2015

9.2    Искусственный источник излучения для испытания на определение КПД

в установившемся режиме.........................................................12

9.3    Испытательная установка .........................................................13

9 4 Предварительная подготовка коллектора............................................13

9.5 Условия испытания...............................................................13

9 6 Длительность испытания..........................................................13

9.7    Методика испытаний.............................................................13

9.8    Измерения при испытаниях с искусственными источниками излучения....................13

9.9    Обработка и представление результатов.............................................14

10    Определение эффективной теплоемкости и постоянной времени коллектора.................14

10.1    Общие положения..............................................................14

10.2    Определение эффективной теплоемкости коллектора.................................14

10.3    Методика испытаний постоянной времени коллектора................................14

10.4    Расчет постоянной времени коллектора............................................15

11    Определение перепада давления в поперечном сечении коллектора........................15

11.1    Общие положения ................................................................................15

11.2    Испытательная установка........................................................15

11.3    Методика испытаний.............................................................15

11.4    Условия испытаний..............................................................15

11.5    Измерения ....................................................................15

11.6    Перепад давления, вызванный фитингами..........................................16

11.7    Вычисление и представление результатов...........................................16

Приложение А (обязательное) Форма протокола испытаний..................................17

Приложение Б (справочное) Угловой коэффициент коллектора...............................24

Приложение В (справочное) Характеристики неостекленных солнечных коллекторов.............26

Приложение Г (справочное) Свойства воды...............................................28

Библиография .......................................................................29

IV

ПНСТ 43—2015 (ИСО 9806-3:1995)

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ

Возобновляемая энергетика УСТАНОВКИ СОЛНЕЧНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ И ИХ КОМПОНЕНТЫ Методы испытаний солнечных коллекторов Часть 3

Тепловые характеристики, включая перепад давления, неостекленных коллекторов с жидким теплоносителем (передача только значимых количеств тепла)

Renewable power engineering Thermal solar systems and their components Test methods for solar collectors Part 3 Thermal performance of unglazed liquid heating collectors (sensible heat transfer only) including pressure drop

Срок действия — с 2016—07—01 no 2019—07—01

1    Область применения

Настоящий стандарт устанавливает методы определения тепловых характеристик неостекленных коллекторов с жидким теплоносителем. Описанные в настоящем стандарте испытания являются частью последовательности испытаний, изложенных в [1].

В настоящем стандарте описаны методы проведения испытаний на открытом воздухе под воздействием естественного солнечного излучения и симулируемого ветра и проведения испытаний внутри помещения под воздействием источника искусственного солнечного излучения и ветра.

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

Настоящий стандарт не применим к коллекторам, в которых теплоноситель может менять фазу, и к коллекторам, зависимым от конденсации водяных паров из окружающего воздуха.

2    Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использована нормативная ссылка на следующий стандарт:

ГОСТ Р 5159-2000 Нетрадиционная энергетика. Солнечная энергетика. Термины и определения (ISO 9488 1999. NEQ)

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проеврить 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 хНациональнь1е стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя в 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 применены термины по 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

Испытуемые коллекторы должны быть установлены в соответствии с 5.2-5 9. Способ установки коллектора должен быть запротоколирован вместе с результатами испытаний.

Следует испытывать коллекторы реальных размеров, так как краевые потери небольших коллекторов могут значительно уменьшить их производительность. Минимальная рекомендуемая полная площадь коллектора составляет 3 м¹.

5.2    Монтажная рама коллектора

Коллектор должен быть укреплен так. как определено изготовителем. Рама коллектора не должна перекрывать апертуру коллектора и не должна значительно влиять на изоляцию тыльной или боковых сторон. если не определено иначе (например, если коллектор является частью крыши). Коллектор должен быть укреплен так, чтобы его нижняя часть находилась не менее чем на 0.5 м выше поверхности земли.

Если инструкциями по монтажу не определен способ размещения коллектора для испытаний, коллектор должен быть смонтирован на теплоизоляционном покрытии с коэффициентом теплопроводности (2 ± 0.5) Вт/(м¹ К). его верхняя поверхность должна быть окрашена в матовый белый цвет, а задняя часть должна хорошо вентилироваться. Коллекторы, предназначенные для монтажа непосредственно на крыше, могут быть установлены для испытаний на модели участка крыши.

Коллектор из труб или полос должен быть собран с наименьшим расстоянием мееду трубами (или полосами) 10 мм или один диаметр (ширина полосы). Если в инструкции изготовителя по установке указано другое расстояние между трубами или полосами, то следует применять расстояние. рекомендованное изготовителя. Если коллектор поставляется с монтажными прокладками или иными устройствами, фиксирующими расстояние между трубами (или полосами), коллектор должен быть испытан в виде, в котором он поставлен, а его геометрия должна быть указана в протоколе испытаний.

Потоки теплого воздуха, которые поднимаются вверх по стенам здания, не должны проходить через коллектор. В случае установки коллектора на крыше здания, он должен быть установлен не менее чем на расстоянии 2 м от края крыши.

5.3    Размеры модулей испытуемого коллектора

Работа неостекленных солнечных коллекторов некоторых типов зависит от размеров модуля. Если коллектор поставляется модулями площадью от 1 м¹. для испытаний модули следует соединить друг с другом так. чтобы апертура испытуемого коллектора была не менее 3 м¹. Если коллектор поставляется в форме полос, то минимальная площадь составного модуля также должна иметь общую площадь не менее 3 м¹.

5.4    Угол наклона

Коллектор должен быть испытан под углом меньшим 30° по отношению к углу о падения прямой солнечной радиации или так, чтобы угловой коэффициент был менее чем ± 2 % его значения при вертикальном падении. Перед выбором угла наклона для испытаний необходимо до начала испытаний проверить значение углового коэффициента под двумя различными углами (см. приложение В).

Примечание — Для большинства неостекленных коллекторов влияние угла наклона и угла падения излучения на эффективность коллектора незначительно, и неостекленные коллекторы обычно устанавливают с малым наклоном Однако необходимо предпринять меры, чтобы при такой установке избежать воздушных пробок Поглощающие поверхности (ПП), изготовленные из отдельных параллельных трубок, имеют угол падения, который может увеличить общий угол падения

ПНСТ 43—2015

5.5    Расположение коллектора на открытом воздухе

Коллектор может быть установлен на открытом воздухе лицевой стороной к экватору, но это ограничит диапазон углов падения солнечного излучения (см. 8.6). Более эффективный метод — это установка коллектора с устройством (ручным или автоматическим) слежения за солнцем в азимутальной плоскости.

5.6    Затенение от прямого солнечного излучения

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

5.7    Рассеянная и отраженная солнечная радиация

5.7.1    Размещение на открытом воздухе

В целях анализа результатов наружных испытаний считается, что солнечная радиация, не поступающая непосредственно от солнечного диска, изотропна в полусфере ориентации коллектора. Чтобы минимизировать ошибки, следующие 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. Затенено может быть не более 5 % площади коллектора. Особенно важно избежать перед коллектором зданий или больших преград с углом к горизонту более чем приблизительно 15^е. Отражательная способность большинства грубых поверхностей типа травы, подвергшихся атмосферному влиянию бетона или щебенки, обычно достаточно низка, что не создает препятствий при испытаниях коллекторов. Следует избегать мест, в которых перед коллектором расположены большие поверхности стекла, металла или воды.

5.7.2    Источник искусственного солнечного излучения

В большинстве источников искусственного солнечного излучения прямую солнечную радиацию можно получить только приблизительно. 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).

5.8    Длинноволновое излучение

5.8.1    Размещение на открытом воздухе

Чтобы минимизировать влияние длинноволнового 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.

5.8.2    Источник искусственного солнечного излучения

Для внутренних и модельных испытаний коллектор должен быть огражден от горячих поверхностей типа радиаторов, каналов и машин кондиционирования воздуха и от холодных поверхностей типа окон и внешних стен. Экранирование важно и спереди, и сзади коллектора. Основное различие меэду внутренними и наружными испытаниями неостекленных коллекторов — длина волны теплового излучения При испытаниях с источником искусственного солнечного излучения соответствующая радиация не должна быть выше значений, указанных в 9.2.

5.9    Скорость воздушного потока

Неостекленные коллекторы чувствительны к скорости воздушного потока, окружающего коллектор.

Чтобы повысить точность результатов, неостекленные коллекторы должны быть закреплены таким образом, чтобы воздух мог свободно обтекать переднюю и незащищенную заднюю части коллектора. Коллекторы, встраиваемые в крышу, имеют закрытые от воздуха задние части.

Средняя скорость воздушного потока, параллельного апертуре коллектора, на расстоянии 100 мм должна изменяться от 1,5 до 4 м/с при выполнении условий, приведенных в таблице 2 (см. 8 6). Если используется вентилятор, уровень турбулентности для моделирования естественного состояния ветра должен изменяться в диапазоне от 20 % до 40 %. Уровень турбулентности измеряется у переднего края коллектора на расстоянии 100 мм над его поверхностью Уровень турбулентности измеряется с помощью линеаризованного термоанемометра с частотной характеристикой не менее 100 Гц. Если ПП не будет укреплена непосредственно на крыше, то скорость воздушного потока будет проверяться на передней и задней частях ПП.

6 Оборудование

6.1    Измерение солнечного излучения

6.1.1    Пиранометр

Для измерения суммарной коротковолновой радиации солнца и неба используют пира но метры класса I или лучше (в соответствии с [2]). Должны соблюдаться практические рекомендации по их использованию.

6.1.2    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.

6.1.3    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), который может быть осмотрен при необходимости. Состояние диссикатора необходимо контролировать регулярно.

6.1.4    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 инфракрасной радиации с длиной волны выше 3 мкм от моделируемого источника света.

6.1.5    Установка пиранометра

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 то же количество прямого, рассеянного и отраженного излучения, как коллектор.

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

Для испытаний внутри помещения лиранометры могут быть использованы для измерения распределения искусственного солнечного излучения по апертуре коллектора с использованием сетки с максимальным шагом в 150 мм. Пиранометр должен быть установлен и защищен так же. как и для испытаний на открытом воздухе Могут также быть использованы другие типы радиационного детектора при условии, что они были откалиброваны для рассматриваемого искусственного солнечного излучения.

6.1.6    Калибровочный интервал пиранометра

Пиранометр должен быть откалиброван для измерения солнечной радиации в течение 12 мес перед проведением испытаний коллектора. 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.

6.2 Измерение длинноволнового излучения

6.2.1    Пиргеометр

Измерение суммарного длинноволнового излучения проводят пиргеометром. укрепленным в плоскости коллектора.

6.2.2    Меры предосторожности против воздействия градиента температуры

Пиргеометр. используемый в течение испытаний, должен быть размещен в плоскости ПП коллектора по крайней мере за 30 мин до начала измерений.

6.2.3    Меры предосторожности против влияния влаги и сырости

Пиргеометр 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. Состояние диссикатора необходимо контролировать регулярно.

6.2.4    Меры предосторожности против влияния солнечного нагрева

Колпак пиргеометра. используемого для измерения длинноволнового излучения, должен хорошо вентилироваться, чтобы минимизировать влияние солнечного нагрева.

6.2.5    Калибровочный интервал пиргеометра

Пиргеометр должен быть откалиброван для измерения в течение 12 мес перед проведением испытаний коллектора Любое изменение более чем ± 5 % в течение года требует проведения более 4

ПНСТ 43—2015

тщательной калибровки или замены прибора. Если прибор поврежден в значительной степени, то он должен быть откалиброван заново или заменен.

6.3 Измерение температуры

При испытании солнечного коллектора необходимо проводить измерения температуры в трех точках: температуры жидкости на входе коллектора, температуры жидкости на выходе коллектора и температуры окружающей среды. Точность измерения температуры жидкости и окружающего воздуха различны. Поэтому необходимо применять различные датчики для измерения температуры и связанное с ними оборудование.

6.3.1    Измерение температуры теплоносителя на входе в коллектор t_ln

6.3.1.1    Необходимая точность

Температура жидкого теплоносителя на входе в коллектор t_m 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.

6.3.1.2    Монтаж датчиков

Датчик для измерения температуры должен быть укреплен не далее чем в 200 мм от входа коллектора и теплоизолирован. Если необходимо поместить датчик на расстоянии более 200 мм от коллектора, то следует убедиться, 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 должен быть установлен против потока жидкости в той части трубопровода, где поток поднимается (чтобы предотвратить застой воздуха вблизи датчика), как показано на рисунке 1.

1 — датчик температуры (Г^Д 7) ма выходе коллекторе. 2 — отвод трубопровода игм устройства перемеимвания. 3 — солнечный юллегтор -4 — отвод трубопровода или устройства перемеихва^я 5—датчи» температуры (Г^ДТ) на входе кстекторэ Рисунок 1 — Рекомендованные положения датчиков для измерения температуры жидкого теплоносителя на входе и выходе

6.3.2    Определение разности температур теплоносителя А Г

6.3.2.1    Необходимая точность

Разность температур на входе и выходе АТ должна быть определена со стандартной погрешностью < 0.1 К. Стандартные погрешности, приближающиеся к ± 0.02 К. могут быть достигнуты с помощью использования современных хорошо откалиброванных датчиков, которые позволяют измерить разность температур жидкого теплоносителя 1 К с приемлемой точностью. Однако для минимизации ошибки следует избегать разности температур менее 2 К.

6.3.3    Измерение температуры окружающего воздуха t_a

6.3.3.1    Требуемая точность

Температура окружающего воздуха t_g должна быть измерена со стандартной погрешностью ±0.1 °С. Температура точки росы должна быть определена с точностью ± 0.5 °С.

5

6.3.3.2 Монтаж датчиков

Датчик измерения температуры окружающего воздуха должен быть установлен на выходе вентилятора. Датчик должен быть экранирован от прямого и отраженного солнечного излучения. Должен быть использован дополнительный сенсор для измерения температуры окружающего воздуха позади коллектора, для того чтобы гарантировать равномерность температуры воздуха вокруг коллектора и определить ее среднее значение.

Температура воздуха на выходе вентилятора не должна отличаться от температуры окружающей среды более чем на ± 1 °С.

6.4    Измерение расхода жидкости в коллекторе

Массовый расход жидкости может быть измерен непосредственно или может быть 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

Направление потока жидкости через расходомер должно быть горизонтальным или по восходящему направлению, чтобы избежать накопления воздуха

6.5    Измерение скорости воздушного потока

Тепловые потери коллектора увеличиваются с увеличением скорости воздушного потока через коллектор. Контролируя скорость воздушного потока от вентилятора, как указано в 5.9. можно четко определить условия, при которых выполняется испытание

6.5.1    Требуемая точность

Скорость окружающего потока воздуха на лицевой поверхности коллектора следует измерять со стандартной погрешностью ± 10 %.

При наружных испытаниях скорость окружающего воздушного потока редко постоянна, ветер может быть порывистым. Поэтому спорости воздушного потопа усредняют за период испытаний (применяют среднеарифметичеспое или сред не интегральное 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. Измерения должны быть проведены в девяти точках, равноотстоящих друг от друга по площади коллектора, и усреднены. Для коллектора, который не имеет изоляции задней части или не укреплен на поверхности крыши, скорость воздушного потока должна быть измерена по передней и задней поверхностям. Средняя скорость воздушного потока на передней и задней поверхностях должна коррелироваться.

В ходе испытаний скорость воздушного потока должна быть проверена в точке, которая была откалибрована относительно средней скорости воздушного потока по коллектору. Анемометр не должен отбрасывать тень на коллектор в течение испытаний.

6.6    Измерение давления

Давление на входе в коллектор и перепад давления поперек коллектора должны быть измерены устройством, имеющим точность ± 3.5 кПа. Если коллектор поставляется в модулях, то перепад давления должен быть определен для модуля. Для ПП. поставляемых полосами, давление должно быть определено на погонный метр полосы.

6.7    Время испытаний

Фактическое время испытания должно быть измерено со стандартной погрешностью ± 0,2 %.

6.8    Оборудование/регистратор данных

Наименьшее деление шкалы инструментов и измерительных приборов не должно быть более удвоенной величины указанной стандартной погрешности измерения. Например, если указанная стандартная погрешность ± 0.1 °С. то наименьшее деление шкалы не должно превышать ± 0.2 °С.

6

1