家用太陽熱水系統檢測方法探討

李彬 周義國 周志軍 江蘇省淮安市產品質量監督檢驗所

家用太陽熱水系統檢測方法探討

李彬 周義國 周志軍 江蘇省淮安市產品質量監督檢驗所

國標GB/T19141-2003《家用太陽熱水系統技術條件》第6章對緊湊式家用太陽熱水系統的熱性能提出了具體的要求：當日太陽輻照量為17MJ/m2,貯熱水箱內集熱結束時水的溫度≥45℃，緊湊式太陽熱水系統單位輪廓采光面積貯熱水箱內水的日有用得熱量≥7.5 MJ/m2。標準第7. 1.1.2款對于熱性能試驗條件作出規定：試驗應至少包括1整天滿足以下條件的試驗：A.日太陽輻照量H≥17MJ/m2;B.集熱試驗開始時貯熱水箱內的水溫tb=20℃; C.集熱試驗期間日平均環境溫度15℃≤tad≤30℃;環境空氣的流動速率≤4m/s。國標所規定的實驗條件在實際檢驗工作中是必須要達到的，但是由于實際情況與國標要求總有偏離的情況，或是由于標準制定的不合理、不完善，使試驗難以達到國標要求。那么在正常的檢驗工作中為了達到試驗目的，使檢驗數據具有可比性，則須對非標準條件下獲得的數據進行修約或讓步放行。本文謹對在水溫明顯偏離及日太陽輻照量不足的情況下的試驗數據進行探討、總結，以期對今后的試驗給予指導、提高。

我們檢測家用太陽能熱水系統的熱性能采用了GB/T18708-2002《家用太陽熱水系統熱性能試驗方法》第7.6.1款規定的混水法，系統工作8h,從太陽正午時前4h到太陽正午后4h。集熱器應在太陽正午后4h時遮擋起來，啟動混水泵，以400L/ h～600L/h的流量，將貯熱水箱底部的水抽到頂部進行循環來混合貯熱水箱中的水，使貯熱水箱內的水溫均勻化，至少5min內貯熱水箱入口溫度T1的變化不大于±0.2℃，記錄水箱內的三個測溫點的溫度，取三個測溫點的平均值即為集熱試驗結束時貯熱水箱內的水溫te。為防止熱量散發混水泵與太陽熱水系統得連接管路均用絕熱材料保溫。貯熱水箱內水體積V中所含的得熱量Qs，應用下式計算：

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為集熱試驗開始時貯熱水箱內的水溫，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月期間內的家用太陽能熱水系統的檢驗數據，試驗樣品均為緊湊式太陽能熱水系統，吸熱部件為玻璃真空管，其中1、2、3、7號樣品為不同企業的生產樣品，4～6號為同一生產企業生產的不同規格的產品。

表1中的1～3號3臺熱水器在一段較長的時間進行了3次試驗，主要目的是考核在太陽輻照量達標的前提下，試驗開始水溫在20℃～27℃范圍內變化，對試驗最終結果的影響；表2、表3中4～7號4臺熱水器在9月底的一周時間內檢測，試驗開始水溫穩定在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，太陽輻照量變化對試驗結果的影響。

研究表1中1、2、3號樣品的檢驗數據，我們可以發現，在太陽輻照達標的情況下，起始水溫對試驗結果具有決定作用。1、2、3號樣品的第1、第2次試驗的起始水溫均遠高于20℃，范圍在25℃～27℃，第3次試驗起始水溫接近20℃。試驗結果表明，第1、第2次的日有用得熱量均低于國標要求的7.50 MJ/ m2，而第3次試驗日有用得熱量均高于國標要求，得出的結論是不一致的。表1中3臺樣品的第1次、第2次試驗是在夏季檢測，水溫均高于25℃甚至達到了27℃。通過在夏季的頻繁檢測工作，我們發現在夏季無論環境溫度多高，自來水水溫能穩定在27℃左右，不會再高,即使光照量遠超標準要求。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，甚至低于國標要求的7.5 MJ/m2，檢測結果無法真實地反映被檢樣品的質量水平，使我們得出了錯誤的結論。這提醒我們若在夏季檢測熱水系統，則必須采取必要的降溫措施，使得進水水溫盡可能接近于20℃，方能嚴格、科學地進行試驗，取得精確的數據，得出可靠的結論。

觀察表1中3臺樣品的第3次試驗數據，起始水溫接近20℃，其余條件均滿足國標要求。在8小時的試驗中，吸熱管在吸熱，水箱中的水溫在平穩上升。同時由于水溫上升，逐漸高出環境溫度，水在吸熱的同時，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試驗結束時，水溫達到60℃左右，真空管被遮蓋不再吸熱，水溫穩定下來。水溫最終在什么溫度穩定下來，主要由該熱水器的真空管吸熱能力、絕熱保溫層決定，環境溫度及平均風速對其有輕微的影響。這樣的條件下進行試驗是可靠的，測試結果可信。

觀察表2、表3中4、5、6、7號樣品的檢驗數據，起始水溫tb變化范圍：21. 8～23.7℃，變化不大，而太陽輻照則出現了很大的波動，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了劇烈波動。同一臺熱水器的日有用的熱量：太陽輻照量的值k較為穩定，4、5、6、7號樣品該值分別穩定在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系，輻照強則得熱量多一些，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量水平的高低。同一臺熱水k值的穩定為我們在不利天氣下尤其是輻照量不足的情況下進行太陽能熱水系統的檢測提供了可能，即使日照不足，我們也可以根據實測得到的k值，進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。

對比表2中4號與5號樣品的數據，5號樣品較4號的增加了2支真空管，輪廓采光面積增加了，但水箱容量L并未增加。在同等的試驗條件下，5號樣品的結束水溫高于4號，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號樣品的水箱容量適當，而5號樣品的水箱容量小了，與輪廓采光面積配置不當。觀察表3中6號與7號樣品的數據，7號樣品的輪廓采光面積較6號大了15%，而水箱容量反而減小，結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、7號樣品出現的情況不符合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。

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.16.078