Енергозбереження. Нетрадиційні та поновлювані джерела енергії. Колектори сонячні плоскі. Методи випробування

ДЕРЖАВНИЙ СТАНДАРТ УКРАЇНИ

Енергозбереження

НЕТРАДИЦІЙНІ ТА ПОНОВЛЮВАНІ

ДЖЕРЕЛА ЕНЕРГІЇ

КОЛЕКТОРИ СОНЯЧНІ ПЛОСКІ

Методи випробування

ДСТУ 4034-2001

Київ

ДЕРЖСТАНДАРТ УКРАЇНИ

2001

ПЕРЕДМОВА

1 РОЗРОБЛЕНО І ВНЕСЕНО Міждержавним технічним комітетом зі стандартизації № 111, Проб­лемним інститутом нетрадиційних енерготехнологій та інженерингу Академії будівництва України, AT «Енергетичний інститут ім. Кржижановського» РАТ «ЄЕС Росії», Інститутом високих темпера­тур Російської Академії наук
2 ЗАТВЕРДЖЕНО І ВВЕДЕНО В ДІЮ наказом Держстандарту України від 27 червня 2001 р. № 317

З ВВЕДЕНО ВПЕРШЕ

4 РОЗРОБНИКИ: М. Рабінович, канд. техн, наук; А. Ферт, канд. техн, наук; Б. Тарніжевський, д-р техн, наук; С. Фрід; В. Хаванський, канд. техн, наук; І. Стоянова

ЗМІСТ

с.
1 Сфера застосування 1
2 Нормативні посилання 1
3 Визначення 2
4 Позначення 2
5 Номенклатура, мета й порядок перевірок З
6 Оцінювані показники та розрахункові співвідношення З
7 Методи випробування 4
7.1 Випробування на граничне нагрівання 4
7.2 Випробування на зовнішній тепловий удар 5
7.3 Випробування на внутрішній тепловий удар 5
7.4 Випробування на внутрішній тиск (опресування) 5
7.5 Випробування на вологонепроникність 6
7.6 Динамічне теплове випробування 7
7.7 Випробування для визначення теплової ефективності 8
7.8 Гідравлічне випробування 9
7.9 Випробування на заморожування 10

Додаток А Вимоги до енергетичних характеристик імітатора сонячного випромінювання 11

Додаток Б Схеми підключення сонячного колектора до випробувальних стендів 11

Додаток В Типова форма протоколу випробування 14

Додаток Г Визначення сталої часу сонячного колектора 26

ДСТУ 4034-2001 (ГОСТ 30757-2001)

Поправка (ШС 2-2002) внесена в текст

ДЕРЖАВНИЙ СТАНДАРТ УКРАЇНИ

ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ

НЕТРАДИЦІЙНІ ТА ПОНОВЛЮВАНІ

ДЖЕРЕЛА ЕНЕРГІЇ

КОЛЕКТОРИ СОНЯЧНІ ПЛОСКІ

Методи випробування

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ

НЕТРАДИЦИОННЫЕ И ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

КОЛЛЕКТОРЫ СОЛНЕЧНЫЕ ПЛОСКИЕ

Методы испытаний

ENERGY SAVING

NONTRADICIONAL AND RENEWABLE

ENERGY SOURCES

FLAT-PLATE SOLAR COLLECTORS

Methods of testing
Чинний від 2002-01-01

1 СФЕРА ЗАСТОСУВАННЯ

Цей стандарт поширюється на не сполучені з акумуляторами тепла плоскі сонячні колектори (далі — СК) з металевою поминальною панеллю, світлопрозорою верхньою теплоізоляцією чи без неї та рідинним теплоносієм, які використовують у системах з природньою чи примусовою циркуляцією теплоносія для гарячого водопостачання, тепло- чи холодопостачання комунально- побутових, промислових і сільськогосподарських об'єктів.
Цей стандарт установлює номенклатуру та порядок перевірок, яким піддають СК під час прий­мальних, типових і сертифікаційних випробувань у натурних або лабораторних умовах за допо­могою імітатора сонячного випромінення (далі — ІСВ). Вимоги до енергетичних характеристик ІСВ наведено в додатку А.

2 НОРМАТИВНІ ПОСИЛАННЯ

У цьому стандарті є посилання на такі стандарти:
ДСТУ 3193-95 Метрологія. Державна повірочна схема для засобів вимірювань енергетичної освітленості некогерентним випроміненням
ГОСТ 8.207-76 Государственная система обеспечения единства измерений. Прямые изме­рения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения
ГОСТ 28310-89 Коллекторы солнечные. Общие технические условия

З ВИЗНАЧЕННЯ

У цьому стандарті, крім наведених у ГОСТ 28310, використовують такі терміни та визначення:
• стала часу СК — проміжок часу, протягом якого температура теплоносія на виході з СК після стрибкоподібної зміни густини сонячного випромінення, що падає на СК, чи температури теплоносія на вході досягне 0,632 від різниці її стаціонарних значень до та після дії.
• коефіцієнт гідравлічного опору СК — параметр, що визначає втрати напору в частках від гідродинамічного тиску, віднесені до швидкості теплоносія в підвідному патрубку СК.
• приведена теплоємність СК — кількість теплоти, необхідна для нагрівання заповненого теплоносієм СК на один градус, віднесена до 1м2 його габаритної площі.
• імітатор сонячного випромінення (ІСВ) — джерело випромінення, спектр якого подібний до сонячного.

4 ПОЗНАЧЕННЯ

У цьому стандарті використовують умовні позначення, наведені в таблиці 1.
Таблиця 1 —Умовні позначення та назви величин
Умовне позначення
Назва величини
Одиниця величини
Д
Габаритна площа СК
м2
Ср
Масова теплоємність теплоносія
Дж/(кг • К)
ск
Приведена теплоємність СК
Дж/(м2 • К)
Сі
Масова теплоємність /-го елемента СК
Дж/(кг • К)
F'
Коефіцієнт ефективності поглинальної панелі

G
Приведена масова витрата теплоносія
кг/(с • м2)
АР
Втрати напору в СК
Па
Е
Густина потоку сумарної сонячної радіації в площині СК
Вт/м2
t.
Температура навколишнього повітря
°С
Іеи.
Температура теплоносія на вході СК
°С
4их
Температура на виході СК
°С
^ВИХ (ї)
Температура теплоносія на виході СК у момент часу Т
°С
їср
Середня температура теплоносія в СК
°С
UL
Загальний коефіцієнт теплових втрат
Вт/(м2 • К)
Мі
Приведена маса /-го елемента СК
кг/м2
d
Внутрішній діаметр підвідного патрубка
м
V
Швидкість вітру
м/с
т
Час
с
п
ККД сонячного колектора

ц
Динамічна в’язкість теплоносія
Па • с
р
Густина теплоносія
кг/м3
(та)
Оптичний ККД СК

т
Стала часу СК
с
£
Коефіцієнт гідравлічного опору

5 НОМЕНКЛАТУРА, МЕТА Й ПОРЯДОК ПЕРЕВІРОК

5.1 Випробування на граничне нагрівання
Мета випробування — перевірка спроможності СК витримувати без пошкоджень граничні температури, яких він досягає в разі експозиції на сонце без циркуляції теплоносія.
5.2 Випробування на зовнішній тепловий удар
Мета випробування — перевірка спроможності СК витримувати без пошкоджень дію холод­ної води на розігрітий до граничної температури СК (наприклад, дощ у ясний сонячний день або миття прозорої ізоляції).
5.3 Випробування на внутрішній тепловий удар
Мета випробування — перевірка спроможності СК витримувати без пошкоджень заповнен­ня холодним теплоносієм розігрітої до граничної температури поглинальної панелі (далі - ПП).
5.4 Випробування на внутрішній тиск
Мета випробування — перевірка спроможності ПП протистояти без зруйнування дії тиску тепло­носія, що трапляється в практиці експлуатації та який зазначено в паспорті (формулярі, ТУ) на СК.
5.5 Випробування на вологонепроникність
Мета випробування — перевірка захищеності СК від проникнення дощової води всередину.
5.6 Динамічне теплове випробування
Мета випробування — визначення сталої часу СК.
5.7 Випробування для визначення теплової ефективності СК
Мета випробування — визначення основних теплотехнічних характеристик СК:
• добутку оптичного ККД сонячного колектора та коефіцієнта ефективності ПП;
• добутку загального коефіцієнта теплових втрат СК та коефіцієнта ефективності ПП.
5.8 Гідравлічне випробування
Мета випробування — визначення значення гідравлічного опору СК.
5.9 Випробування СК на заморожування
Мета випробування — перевірка спроможності СК витримувати без пошкоджень багаторазове заморожування та відтавання в зимовий період (наприклад, замерзання вночі та прогрівання в сонячний день).

6 ОЦІНЮВАНІ ПОКАЗНИКИ ТА РОЗРАХУНКОВІ СПІВВІДНОШЕННЯ

6.1 Добутки оптичного ККД і загального коефіцієнта теплових втрат на коефіцієнт ефективності ПП (F'- (та) і F'-Ul) обчислюють за результатами випробувань визначенням коефіцієнтів з рівнян­ня для ККД сонячного колектора
<! = < (ta)-F' Ut у. (1)
де Af = 0,5 (fBMX + fBX) - t0 за умови додержання нерівності G • ср > 2UL.
6.2 ККД сонячного колектора обчислюють за формулою:
_ G gp^Bwx ~kx)
6.3 Сталу часу СК т визначають часом Т = т , необхідним для досягнення умови:
t (T)-tn
-0.632. (3)
‘вих ‘вих
де — температура теплоносія на виході СК до зміни густини потоку сонячної радіації чи його температури на вході СК, °С;
^их — температура теплоносія на виході СК у стаціонарному стані після зміни густини по­току сонячної радіації чи його температури на вході СК, °С.
6.4 Коефіцієнт гідравлічного опору СК обчислюють за рівнянням:
Ч-е+к- <4>
де Re = ^;
тсор.
Ь '\ к — коефіцієнти, які визначають за результатами випробувань.
6.5 Коефіцієнт гідравлічного опору обчислюють за результатами вимірювання втрат напору в колекторі за різних витрат і температур теплоносія за формулою:
$ = 1,234 (5)
(GA)2

7 МЕТОДИ ВИПРОБУВАННЯ

7.1 Випробування на граничне нагрівання
7.1.1 Засоби контролю та допоміжне обладнання
Під час випробування СК на граничне нагрівання використовують такі прилади:
• піранометр типу М-80 у парі з вторинним приладом;
• термометр із шкалою 0—50 °С з ціною поділки 1 °С;
• анемометр будь-якого типу.
Піранометр разом із вторинним приладом повинно бути проградуйовано згідно з ДСТУ 3193.
Допоміжним пристроєм для проведення випробування є випробувальний стенд, обладнаний опорною рамою для закріплення СК і піранометра. Під час випробування в лабораторних умо­вах використовують ІСВ.
7.1.2 Порядок підготовлення до проведення випробування
Перед початком випробування поминальну панель СК слід ретельно промити зсередини. Підвідні та відвідні штуцери треба перевірити на відсутність задирок і вм'ятин на різьбі. Прозору ізоляцію слід промити та насухо витерти зовні, після чого СК закріплюють на опорній рамі лицьо­вою поверхнею до джерела випромінення перпендикулярно до напрямку випромінювання з можливим відхиленням до 30° і теплоносієм не заповнюють. Нижні патрубки СК закривають для запобігання циркуляції повітря в ПП, а верхні патрубки залишають відкритими для вільного роз­ширення повітря під час нагрівання ПП.
7.1.3 Порядок проведення випробування
Підготовлений до випробування СК піддають протягом 2 год дії сонячної радіації, сумарна густина якої повинна бути від 900 до 1000 Вт/м2 за температури навколишнього повітря не ниж­че 25 °С та за швидкості вітру не більше 2 м/с.
У процесі випробування вимірюють густину потоку сонячної радіації в площині СК, темпе­ратуру навколишнього повітря, швидкість вітру, а також ведуть візуальне спостереження за станом СК.
СК вважають таким, що витримав випробування, якщо на випробуваному зразку не виявле­но деформації ПП і корпусу СК, тріщин на склі, облущування зовнішнього декоративного покрит­тя, виділення газу з ущільнень і теплоізоляції, відшарувань та інших зм