李彬 周義國 周志軍 江蘇省淮安市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所

家用太陽熱水系統(tǒng)檢測方法探討

李彬 周義國 周志軍 江蘇省淮安市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所

國標(biāo)GB/T19141-2003《家用太陽熱水系統(tǒng)技術(shù)條件》第6章對(duì)緊湊式家用太陽熱水系統(tǒng)的熱性能提出了具體的要求：當(dāng)日太陽輻照量為17MJ/m2,貯熱水箱內(nèi)集熱結(jié)束時(shí)水的溫度≥45℃，緊湊式太陽熱水系統(tǒng)單位輪廓采光面積貯熱水箱內(nèi)水的日有用得熱量≥7.5 MJ/m2。標(biāo)準(zhǔn)第7. 1.1.2款對(duì)于熱性能試驗(yàn)條件作出規(guī)定：試驗(yàn)應(yīng)至少包括1整天滿足以下條件的試驗(yàn)：A.日太陽輻照量H≥17MJ/m2;B.集熱試驗(yàn)開始時(shí)貯熱水箱內(nèi)的水溫tb=20℃; C.集熱試驗(yàn)期間日平均環(huán)境溫度15℃≤tad≤30℃;環(huán)境空氣的流動(dòng)速率≤4m/s。國標(biāo)所規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件在實(shí)際檢驗(yàn)工作中是必須要達(dá)到的，但是由于實(shí)際情況與國標(biāo)要求總有偏離的情況，或是由于標(biāo)準(zhǔn)制定的不合理、不完善，使試驗(yàn)難以達(dá)到國標(biāo)要求。那么在正常的檢驗(yàn)工作中為了達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康?，使檢驗(yàn)數(shù)據(jù)具有可比性，則須對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)條件下獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行修約或讓步放行。本文謹(jǐn)對(duì)在水溫明顯偏離及日太陽輻照量不足的情況下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行探討、總結(jié)，以期對(duì)今后的試驗(yàn)給予指導(dǎo)、提高。

我們檢測家用太陽能熱水系統(tǒng)的熱性能采用了GB/T18708-2002《家用太陽熱水系統(tǒng)熱性能試驗(yàn)方法》第7.6.1款規(guī)定的混水法，系統(tǒng)工作8h,從太陽正午時(shí)前4h到太陽正午后4h。集熱器應(yīng)在太陽正午后4h時(shí)遮擋起來，啟動(dòng)混水泵，以400L/ h～600L/h的流量，將貯熱水箱底部的水抽到頂部進(jìn)行循環(huán)來混合貯熱水箱中的水，使貯熱水箱內(nèi)的水溫均勻化，至少5min內(nèi)貯熱水箱入口溫度T1的變化不大于±0.2℃，記錄水箱內(nèi)的三個(gè)測溫點(diǎn)的溫度，取三個(gè)測溫點(diǎn)的平均值即為集熱試驗(yàn)結(jié)束時(shí)貯熱水箱內(nèi)的水溫te。為防止熱量散發(fā)混水泵與太陽熱水系統(tǒng)得連接管路均用絕熱材料保溫。貯熱水箱內(nèi)水體積V中所含的得熱量Qs，應(yīng)用下式計(jì)算：

上式中Ρw為水的密度,取值1000kg/m3；Cpw為水的比熱容，取值4186J/(kg℃)；VS為貯熱水箱中的流體容積，單位m3；tb為集熱試驗(yàn)開始時(shí)貯熱水箱內(nèi)的水溫，單位℃; q為日有用得熱量，單位為 MJ/m2；S為輪廓采光面積，單位m2。

表1

表2

表3

本文采用了2008年5月至2009年9月期間內(nèi)的家用太陽能熱水系統(tǒng)的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)樣品均為緊湊式太陽能熱水系統(tǒng)，吸熱部件為玻璃真空管，其中1、2、3、7號(hào)樣品為不同企業(yè)的生產(chǎn)樣品，4～6號(hào)為同一生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的不同規(guī)格的產(chǎn)品。

表1中的1～3號(hào)3臺(tái)熱水器在一段較長的時(shí)間進(jìn)行了3次試驗(yàn)，主要目的是考核在太陽輻照量達(dá)標(biāo)的前提下，試驗(yàn)開始水溫在20℃～27℃范圍內(nèi)變化，對(duì)試驗(yàn)最終結(jié)果的影響；表2、表3中4～7號(hào)4臺(tái)熱水器在9月底的一周時(shí)間內(nèi)檢測，試驗(yàn)開始水溫穩(wěn)定在23℃左右，而太陽輻照量變化較大，主要目的是考核在開始水溫變化不大的前提下，太陽輻照量變化對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。

研究表1中1、2、3號(hào)樣品的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們可以發(fā)現(xiàn)，在太陽輻照達(dá)標(biāo)的情況下，起始水溫對(duì)試驗(yàn)結(jié)果具有決定作用。1、2、3號(hào)樣品的第1、第2次試驗(yàn)的起始水溫均遠(yuǎn)高于20℃，范圍在25℃～27℃，第3次試驗(yàn)起始水溫接近20℃。試驗(yàn)結(jié)果表明，第1、第2次的日有用得熱量均低于國標(biāo)要求的7.50 MJ/ m2，而第3次試驗(yàn)日有用得熱量均高于國標(biāo)要求，得出的結(jié)論是不一致的。表1中3臺(tái)樣品的第1次、第2次試驗(yàn)是在夏季檢測，水溫均高于25℃甚至達(dá)到了27℃。通過在夏季的頻繁檢測工作，我們發(fā)現(xiàn)在夏季無論環(huán)境溫度多高，自來水水溫能穩(wěn)定在27℃左右，不會(huì)再高,即使光照量遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn)要求。由得熱量公式（1）可知，由于起始水溫tb高了，使得式中的溫差(te-tb)值變小，得熱量的值降低了，日有用得熱量也降低了，甚至低于國標(biāo)要求的7.5 MJ/m2，檢測結(jié)果無法真實(shí)地反映被檢樣品的質(zhì)量水平，使我們得出了錯(cuò)誤的結(jié)論。這提醒我們?nèi)粼谙募緳z測熱水系統(tǒng)，則必須采取必要的降溫措施，使得進(jìn)水水溫盡可能接近于20℃，方能嚴(yán)格、科學(xué)地進(jìn)行試驗(yàn)，取得精確的數(shù)據(jù)，得出可靠的結(jié)論。

觀察表1中3臺(tái)樣品的第3次試驗(yàn)數(shù)據(jù)，起始水溫接近20℃，其余條件均滿足國標(biāo)要求。在8小時(shí)的試驗(yàn)中，吸熱管在吸熱，水箱中的水溫在平穩(wěn)上升。同時(shí)由于水溫上升，逐漸高出環(huán)境溫度，水在吸熱的同時(shí)，也在向周圍的接觸物釋放熱量，水溫越高，溫差越大，放熱也越快，在8h試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，水溫達(dá)到60℃左右，真空管被遮蓋不再吸熱，水溫穩(wěn)定下來。水溫最終在什么溫度穩(wěn)定下來，主要由該熱水器的真空管吸熱能力、絕熱保溫層決定，環(huán)境溫度及平均風(fēng)速對(duì)其有輕微的影響。這樣的條件下進(jìn)行試驗(yàn)是可靠的，測試結(jié)果可信。

觀察表2、表3中4、5、6、7號(hào)樣品的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，起始水溫tb變化范圍：21. 8～23.7℃，變化不大，而太陽輻照則出現(xiàn)了很大的波動(dòng)，7.47～19.91 MJ/ m2，最大值是最小值的2.7倍，同一樣品的日有用得熱量也出現(xiàn)了劇烈波動(dòng)。同一臺(tái)熱水器的日有用的熱量：太陽輻照量的值k較為穩(wěn)定，4、5、6、7號(hào)樣品該值分別穩(wěn)定在0.50、0.42、0.50、0.40附近，這表明日有用得熱量與太陽輻照量基本呈正比關(guān)系，輻照強(qiáng)則得熱量多一些，輻照弱則得熱量少一些。k值反映了熱水器的吸熱能力，k值越高則熱性能越佳，k值越低則熱性能越差，k值的高低反映出了熱水器質(zhì)量水平的高低。同一臺(tái)熱水k值的穩(wěn)定為我們?cè)诓焕鞖庀掠绕涫禽椪樟坎蛔愕那闆r下進(jìn)行太陽能熱水系統(tǒng)的檢測提供了可能，即使日照不足，我們也可以根據(jù)實(shí)測得到的k值，進(jìn)而推算出在太陽輻照量充足情況下，該熱水器的日有用得熱量。

對(duì)比表2中4號(hào)與5號(hào)樣品的數(shù)據(jù)，5號(hào)樣品較4號(hào)的增加了2支真空管，輪廓采光面積增加了，但水箱容量L并未增加。在同等的試驗(yàn)條件下，5號(hào)樣品的結(jié)束水溫高于4號(hào)，但日有用得熱量卻下降了，k值由約0.50下降到了0.42，這說明4號(hào)樣品的水箱容量適當(dāng)，而5號(hào)樣品的水箱容量小了，與輪廓采光面積配置不當(dāng)。觀察表3中6號(hào)與7號(hào)樣品的數(shù)據(jù)，7號(hào)樣品的輪廓采光面積較6號(hào)大了15%，而水箱容量反而減小，結(jié)果日有用的熱量減少了20%以上，k值由約0.50下降到了0.40。5號(hào)、7號(hào)樣品出現(xiàn)的情況不符合GB/T19141第6.3.7.1款的要求：貯熱水箱的容水量應(yīng)與家用太陽集熱器/部件的輪廓采光面積及使用地方的太陽輻射與氣象條件相適應(yīng)。

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.16.078