國家太陽能光熱產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)

T/GRLM03-2015

非跟蹤型太陽能中溫集熱器

性能測試方法

Testmethodsfortheperformanceofmedium-temperature

non-trackingsolarcollectors

2015-01-12發(fā)布2015-02-01實施

國家太陽能光熱產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟發(fā)布

非跟蹤型太陽能中溫集熱器性能測試方法

1范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了非跟蹤型太陽能中溫集熱器（100-150℃）的技術(shù)要求、試驗順序和試驗方法。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于利用太陽輻射加熱的非跟蹤型太陽能中溫集熱器，包含以下幾種形式：傳熱工質(zhì)為

液體的非聚光型全玻璃真空管型太陽能集熱器、玻璃-金屬結(jié)構(gòu)真空管型太陽能集熱器和熱管式真空管

型太陽能集熱器（以下簡稱中溫集熱器）。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本

文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB3100國際單位制及其應(yīng)用

GB/T4271-2007太陽能集熱器熱性能試驗方法

GB/T12936太陽能熱利用術(shù)語

GB/T17581真空管型太陽能集熱器

JJF1032光學(xué)輻射計量名詞術(shù)語及定義

ISO9488:1999太陽能術(shù)語

3術(shù)語和定義

GB3100、GB/T4271-2007、GB/T12936、GB/T17581、JJG1032和ISO9488:1999確立的以及下

列術(shù)語和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

3.1

非跟蹤型太陽能中溫集熱器Medium-temperaturenon-trackingsolarcollectors

能夠在100-150℃以內(nèi)長期穩(wěn)定工作的無需跟蹤太陽的太陽能集熱器。

3.2

工作溫度Operatingtemperature

可以穩(wěn)定工作的溫度范圍。

4符號與單位

本標(biāo)準(zhǔn)使用的符號及單位見附錄A。

1

5技術(shù)要求

中溫集熱器應(yīng)符合GB/T17581的要求外，還應(yīng)符合表1的技術(shù)要求。

表1中溫集熱器技術(shù)要求

序號項目技術(shù)要求

1脈沖壓力中溫集熱器應(yīng)能承受0.10-0.75MPa的脈沖壓力10萬次，無明顯變形損壞及泄露。

在集熱器表面總輻射度G>850W/m2、環(huán)境溫度20-40℃、周圍空氣速度<4m/s的穩(wěn)態(tài)條件下，

2抗高溫

累計運行不低于50小時時中溫集熱器不應(yīng)有損壞。

*

a)有蓋板的中溫集熱器在歸一化溫差Tm=0.15時，瞬時效率η0.15a應(yīng)不低于0.38；

*

無蓋板，有鏡反射器的中溫集熱器在歸一化溫差Tm=0.15時，瞬時效率η0.15a應(yīng)不低于

0.42；

*

無蓋板，無鏡反射板或有漫反射板的中溫集熱器在歸一化溫差Tm=0.12時，瞬時效率

η0.12a應(yīng)不低于0.25；

其中η0.12a，η0.15a指中溫集熱器基于采光面積，歸一化溫差分別在0.12和0.15時的瞬時

3熱性能

效率；

b)應(yīng)作出（te-ta）隨時間變化的曲線(x軸)，并給出中溫集熱器的時間常數(shù)τc。

c)應(yīng)給出中溫集熱器南北向排列與東西向排列時的入射角修正系數(shù)Kθ，N-S與Kθ，W-E隨入射角

θ的變化曲線和θ=50°時的Kθ，N-S與Kθ，W-E值，熱管式真空管型太陽能集熱器只需給出真

空太陽集熱管南北向排列時的入射角修正系數(shù)Kθ，N-S隨入射角θ的變化曲線和θ=50°時

的Kθ，N-S值。

6試驗順序

中溫集熱器性能檢測應(yīng)按表2中的順序進行。

在各方均同意或?qū)嶒炇艺J為必要的情況下，可不按表2中的順序進行試驗。試驗順序的改變應(yīng)在檢

測結(jié)果中說明。

2

表2中溫集熱器試驗項目試驗順序

試驗順序試驗項目試驗方法

1脈沖壓力7.1

2抗高溫7.2

3熱性能7.3

7試驗方法

7.1脈沖壓力

7.1.1試驗裝置和儀器

脈沖壓力試驗機。壓力測量準(zhǔn)確度應(yīng)為±0.01MPa，計時器宜采用數(shù)字計時器，其精度在1秒內(nèi)。

7.1.2試驗條件

在常溫下進行。

7.1.3試驗方法

脈沖壓力的實驗方法見表3。

表3脈沖壓力實驗方法

項目要求試驗介質(zhì)承受脈沖壓力試驗次數(shù)t

脈沖頻率25-60次/分鐘t＞10萬次

水

脈沖壓力0.10-0.75MPa

注：每加壓10000次結(jié)束時，將壓力至少維持在最大工作壓力10分鐘，目測流道無明顯變形損壞及泄露，再進行下面

的循環(huán)試驗。

7.2抗高溫

7.2.1試驗設(shè)備和步驟

試驗應(yīng)在室外或在太陽輻射模擬器中進行。試驗連接見圖1。

3

1—總?cè)丈浔恚?—帶密封螺帽的管路；3—中溫集熱器；4—聯(lián)集箱內(nèi)的溫度傳感器；

5—左邊開路的液體管路；6—自然或者模擬的太陽輻照；7—環(huán)境溫度傳感器。

圖1抗高溫測試圖

用于抗高溫試驗的太陽輻射模擬器的性能和特征應(yīng)和用于液體傳熱中溫集熱器效率試驗的模擬器

相同。

中溫集熱器必須在室外或太陽輻射模擬器中安裝，且不允許注入流體。封閉其中的一個流體管，以

免因空氣自然循環(huán)而引發(fā)的冷卻，但應(yīng)保持其它管道的暢通，以便吸熱體內(nèi)空氣自由膨脹。

試驗過程中，可選擇在聯(lián)集箱內(nèi)安裝一個溫度傳感器，以監(jiān)控其溫度。此安裝位置應(yīng)為聯(lián)集箱中段，

為了保證測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，一定要保證安裝的牢固性。同時，應(yīng)避免傳感器受太陽輻射。

注：某些情況下，不易在聯(lián)集箱上安裝熱電偶，此時可在吸熱體內(nèi)加注特殊液體，密封并測量其內(nèi)部壓力，通過該種液

體的標(biāo)準(zhǔn)汽壓／溫度關(guān)系確定其溫度。

達到穩(wěn)態(tài)條件后，累計運行時間不小于50小時，隨后應(yīng)對中溫集熱器進行老化、收縮、漏氣和變

形檢驗，以檢測集熱器的損壞情況。

7.2.2試驗條件

試驗條件應(yīng)符合表4的要求。表中所給出的參考條件適用于所有氣候等級。

表4抗高溫試驗氣候參考條件

氣候參數(shù)可滿足所有氣候等級值

中溫集熱器表面總輻射度G>850W/m2

周圍空氣溫度ta20-40℃

周圍空氣速度<4m/s

7.2.3結(jié)果記錄

檢測結(jié)果應(yīng)隨中溫集熱器表面的平均太陽輻照度(自然或模擬的),周圍空氣溫度和速度,聯(lián)集箱溫

4

度(若采用特殊液體測其壓力的方法，應(yīng)包括聯(lián)集箱內(nèi)特殊液體的壓力)一起記入檢測報告。

7.3熱性能

7.3.1中溫集熱器的安裝及場所

中溫集熱器的安裝及場所應(yīng)符合GB/T4271-2007第5章的要求。

7.3.2儀器與測量

儀器與測量應(yīng)符合GB/T4271-2007第6章的要求。

7.3.3試驗臺架

7.3.3.1總體結(jié)構(gòu)

中溫集熱器試驗臺架閉式結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

7.3.3.2傳熱工質(zhì)

中溫集熱器試驗過程中使用的傳熱工質(zhì)可以是水或集熱器生產(chǎn)廠家實際使用的液體工質(zhì)，但廠家

需確認所使用液體工質(zhì)的相關(guān)物性參數(shù)。

在試驗期間傳熱工質(zhì)工作的溫度范圍內(nèi)，傳熱工質(zhì)的比熱容和密度的變化應(yīng)在±1％以內(nèi)。附錄B

給出了水的比熱容和密度值。

在確定中溫集熱器的熱效率曲線、時間常數(shù)和入射角修正系數(shù)的試驗過程中，傳熱工質(zhì)的質(zhì)量流

量應(yīng)保持一致。

圖2閉式試驗系統(tǒng)

7.3.3.3管道布置與組裝

在中溫集熱器回路中使用的管道應(yīng)耐腐蝕，并能在大于150℃下工作，推薦使用不銹鋼或者紫銅材

質(zhì)管道。若使用非水工質(zhì)，應(yīng)確認該工質(zhì)是否與系統(tǒng)材料兼容。

5

從工質(zhì)溫度調(diào)節(jié)器出口到中溫集熱器進口之間的管道應(yīng)保持最短，以減少環(huán)境對工質(zhì)進口溫度的

影響。

溫度測量點和中溫集熱器進出口之間的管道應(yīng)采用隔熱和防曬反射涂層進行保護，使管道內(nèi)的溫

降不超過0.1℃?；炝髌鲬?yīng)安裝在靠近溫度傳感器的液流上方（見圖3）。

可以在工質(zhì)回路管道上安裝一小段透明玻璃管，用來觀察工質(zhì)中的氣泡和雜質(zhì)。透明管應(yīng)安裝在

靠近中溫集熱器的進口處，但不應(yīng)影響工質(zhì)進口處的溫度控制或溫度測量。

在中溫集熱器的出口及其他容易聚積空氣的地方應(yīng)安裝空氣分離器或排氣裝置。

在流量計或泵的入口前安裝過濾器。

單位為毫米

溫度傳感器

(te,△T)

<200

<200

彎頭或混流器

溫度傳感器

(ti,△T)

太陽能集熱器

彎頭或混流器

圖3傳熱工質(zhì)進口和出口溫度傳感器推薦安裝位置示意圖

7.3.3.4泵與流量控制裝置

安裝在中溫集熱器試驗回路中的泵應(yīng)不影響集熱器進口溫度控制或溫度測量。

宜裝有旁通管路和手動調(diào)節(jié)閥，用于調(diào)節(jié)流量。也可使用流量控制裝置來穩(wěn)定流量。

試驗期間，在任何進口溫度下，泵及流量控制裝置應(yīng)能維持穩(wěn)定的流量，流量的變化范圍應(yīng)穩(wěn)定

在±1％以內(nèi)。

7.3.3.5傳熱工質(zhì)溫度調(diào)節(jié)

試驗回路應(yīng)在中溫集熱器工作的溫度范圍內(nèi)，具有保持中溫集熱器進口溫度恒定的能力，同時應(yīng)

6

避免中溫集熱器進口溫度的漂移。

試驗回路應(yīng)具有兩級工質(zhì)進口溫度控制的功能，如圖2所示。一次溫度控制器應(yīng)裝在流量計和流

量控制裝置的上游處。二次溫度調(diào)節(jié)器用于控制進入中溫集熱器的工質(zhì)溫度，調(diào)節(jié)工質(zhì)進口溫度至設(shè)定

值。二次溫度調(diào)節(jié)器的溫度調(diào)節(jié)范圍應(yīng)不超過±2℃。

7.3.4試驗方法

依據(jù)GB/T4271-2007中第8、10、11章進行熱性能試驗。

應(yīng)在中溫集熱器工作溫度范圍內(nèi)至少取5個間隔均勻的工質(zhì)進口溫度，5個溫度點中應(yīng)包括中溫集

熱器標(biāo)稱的最高溫度點。為了獲得η0，其中一個進口溫度應(yīng)使中溫集熱器工質(zhì)平均溫度與環(huán)境空氣溫

度之差在±3℃之內(nèi)。應(yīng)根據(jù)中溫集熱器的最高工作溫度確定最高工質(zhì)進口溫度。

對每個工質(zhì)進口溫度至少取5個獨立的數(shù)據(jù)點，每個瞬時效率點的測定時間間隔應(yīng)不少于3分鐘。

8熱性能檢測報告

中溫集熱器熱性能檢測報告格式見附錄C。

7

附錄A

（規(guī)范性附錄）

符號和單位

符號和單位見表A.1和A.2

表A.1符號和單位

符號意義單位

*2

a1以Tm為參考的系數(shù)W/(m·℃)

*2

a2以Tm為參考的系數(shù)W/(m·℃)

A太陽能集熱器的面積m2

cf傳熱工質(zhì)比熱容J/(kg·℃)

G總太陽輻照度W/m2

m傳熱工質(zhì)質(zhì)量流量kg/s

ta環(huán)境或周圍空氣溫度℃

te太陽能集熱器工質(zhì)出口溫度℃

ti太陽能集熱器工質(zhì)進口溫度℃

tm太陽能集熱器工質(zhì)平均溫度℃

K絕對溫度K

*2

Tm歸一化溫差＝(tmta)/G(m·℃)/W

p工質(zhì)進、出口壓降Pa

T工質(zhì)進、出口溫差（teti）℃

入射角度（o）

*

以Tm為參考的太陽能集熱器熱效率1

*

0Tm＝0時的1

傳熱工質(zhì)的密度kg/m3

c太陽能集熱器時間常數(shù)s

表A.2集熱器面積A和對應(yīng)效率的下腳標(biāo)

符號意義

a以采光面積為參考

G以集熱器總面積為參考

8

附錄B

（規(guī)范性附錄）

水的熱物性參數(shù)

表B1水的熱物性參數(shù)

溫度密度比熱容cf運動粘度動力粘度

℃103kg/m3kJ/kg·K10-6m2/s10-6N·s/m2

50.99994.2041.50101501

100.99974.1931.30001300

150.99904.1861.13701136

200.99824.1831.00401002

250.99704.1810.8927890

300.99564.1790.8005797

350.99404.1780.7223718

400.99224.1790.6561651

450.99024.1810.5999594

500.98814.1820.5505544

550.98524.1830.5085501

600.98334.1850.4709463

650.98044.1880.4386430

700.97754.1910.4092400

750.97474.1940.3837374

800.97184.1980.3612351

850.96904.2030.3406330

900.96534.2080.3222311

950.96154.2130.3058294

1000.95844.2200.2950282

1050.95474.2270.2835270

1100.95104.2330.2720259

1150.94714.2420.2620248

1200.94314.2500.2520237

1250.93904.2580.2452227

1300.93484.2660.2330217

1350.93054.2770.2250209

1400.92614.2870.2170201

1450.92164.3000.2100193

1500.91704.3130.2030186

1550.91204.3300.1970180

1600.90704.3460.1910173

9

表B2水在不同溫度下的飽和蒸氣壓表（101-160℃）

溫度飽和蒸氣壓溫度飽和蒸氣壓

℃103Pa℃103Pa

101104.99131278.20

102108.77132286.57

103112.66133295.15

104116.67134303.93

105120.79135312.93

106125.03136322.14

107129.39137331.57

108133.88138341.22

109138.50139351.09

110143.24140361.19

111148.12141371.53

112153.13142382.11

113158.29143392.92

114163.58144403.98

115169.02145415.29

116174.61146426.85

117180.34147438.67

118186.23148450.75

119192.28149463.10

120198.48150475.72

121204.85151488.61

122211.38152501.78

123218.09153515.23

124224.96154528.96

125232.01155542.99

126239.24156557.32

127246.66157571.94

128254.25158586.87

129262.04159602.11

130270.02160617.66

10

附錄C

（規(guī)范性附錄）

中溫集熱器熱性能檢測報告格式

11

檢測報告

（報告編號）

產(chǎn)品名稱：

委托單位：

生產(chǎn)單位：

檢測類別：

XXXXXXXXXXXXXXXXXX實驗室

XXXX年XXX月XXX日

12

注意事項

1.報告無“檢測報告專用章”或檢驗單位公章無效。

2.未經(jīng)本中心書面批準(zhǔn)不得復(fù)制本檢測報告（完整復(fù)制除外）。

3.檢測報告無主檢、審核、批準(zhǔn)人簽字無效。

4.檢測報告涂改無效。

5.對檢測報告若有異議，應(yīng)于收到報告之日起十五日內(nèi)向檢測單位提出。

6.檢測報告僅對委托檢驗樣品負責(zé)。

XXXXXXXXXXXXXXXXXX實驗室

13

檢測報告

報告編號：

樣品編號：檢測地點：

出廠編號：

產(chǎn)品名稱：

生產(chǎn)日期：

型號規(guī)格：

委托單位：

商標(biāo)：

送樣數(shù)量：

生產(chǎn)單位：

送樣日期：

檢測類別：檢測時間：

檢測依據(jù)：

委托單位地址：

檢測用

儀器、裝置：

檢測項目：

檢

測

結(jié)

（以下空白）

論

檢測單位公章

簽發(fā)日期：年月日

批準(zhǔn)：審核：主檢：

14

XXXXXXXXXXXXXXXXXX實驗室

檢測報告

報告編號：

樣品編號：檢測地點：

檢測項目：瞬時效率曲線（基于采光面積，平均溫度）

基于采光面積Aa和集熱器平均溫度tm的瞬時效率曲線(線性擬合)

70

60

50

）

%

（

,

a40

η

30

瞬時效率

20

10

0

0.000.010.020.030.040.050.060.070.080.090.10

*2

基于平均溫度的歸一化溫差Tm=(tm-ta)/G,(m.K)/W

**2

該集熱器瞬時效率曲線方程為:ηa=η0a-a1Tm-a2G（Tm）

*

式中：Tm＝（tm－ta）/G；

Tm：工質(zhì)平均溫度，℃；

ta：環(huán)境溫度，℃；

G：集熱器采光面上總?cè)丈漭椪斩?，W/m2。

15

XXXXXXXXXXXXXXXXXX實驗室

檢測報告

報告編號：

樣品編號：檢測地點：

檢測項目：瞬時效率曲線（基于總面積，平均溫度）

基于總面積AG和集熱器平均溫度tm的瞬時效率曲線(線性擬合)

70

60

50

）

%

（

,

G40

η

30

瞬時效率

20

10

0

0.000.010.020.030.040.050.060.070.080.090.10

*2

基于平均溫度的歸一化溫差Tm=(tm-ta)/G,(m.K)/W

**2

該集熱器瞬時效率曲線方程為:ηG=η0G-a1Tm-a2G（Tm）

*

式中：Tm＝（tm－ta）/G；

Tm：工質(zhì)平均溫度，℃；

ta：環(huán)境溫度，℃；

G：集熱器采光面上總?cè)丈漭椪斩?，W/m2。

16

XXXXXXXXXXXXXXXXXX實驗室

檢測報告

報告編號：

樣品編號：檢測地點：

檢測項目：入射角修正系數(shù)

入射角θ0o15o30o45o60o

修正系數(shù)Kθ,N-S1

修正系數(shù)Kθ,W-E1

入射角修正系數(shù)曲線

1.6

1.5

θ,N-S

K1.4

θ,N-S

K

1.3

1.2

1.1

入射角修正系數(shù)

1

IncidenceangleIncidencemodifierangle

0.9

015304560

入射角θ,（o）

Angleofincidence(degrees)

南北向排列時入射角為50度時的入射角修正系數(shù)K50,N-S=

1.2

θ,W-E

1.1

θ,W-E

K

1

0.9

入射角修正系數(shù)

IncidenceanglemodifierKmodifierangleIncidence

0.8

015304560

入射角θ,（o）

Angleofincidence(degrees)

東西向排列時入射角為50度時的入射角修正系數(shù)K50,W-E=

17

XXXXXXXXXXXXXXXXXX實驗室

檢測報告

報告編號：

樣品編號：檢測地點：

檢測項目：時間常數(shù)

時間常數(shù)τc單位

s

集熱器出口溫度te與環(huán)境溫度ta之差（te-ta）與時間的關(guān)系曲線

10.00

9.00

8.00

7.00

）

K6.00

（5.00

4.00

(te-ta),3.00

2.00

1.00

集熱器出口溫度與環(huán)境溫度之差0.00

060120180240300360420480540600660720780840900

時間(Time),（s）

兩端壓降p與質(zhì)量流量m的關(guān)系曲線

70.00

60.00

）

50.00

kPa

（40.00

P,

Δ30.00

20.00

兩端壓降10.00

0.00

0.00000.02000.03000.04000.50000.6000

工質(zhì)質(zhì)量流量m,（kg/s）

18

XXXXXXXXXXXXXXXXXX實驗室

檢測報告

報告編號：