家用太阳热水系统检测方法探讨

李彬 周义国 周志军 江苏省淮安市产品质量监督检验所

家用太阳热水系统检测方法探讨

李彬 周义国 周志军 江苏省淮安市产品质量监督检验所

国标GB/T19141-2003《家用太阳热水系统技术条件》第6章对紧凑式家用太阳热水系统的热性能提出了具体的要求：当日太阳辐照量为17MJ/m2,贮热水箱内集热结束时水的温度≥45℃，紧凑式太阳热水系统单位轮廓采光面积贮热水箱内水的日有用得热量≥7.5 MJ/m2。标准第7. 1.1.2款对于热性能试验条件作出规定：试验应至少包括1整天满足以下条件的试验：A.日太阳辐照量H≥17MJ/m2;B.集热试验开始时贮热水箱内的水温tb=20℃; C.集热试验期间日平均环境温度15℃≤tad≤30℃;环境空气的流动速率≤4m/s。国标所规定的实验条件在实际检验工作中是必须要达到的，但是由于实际情况与国标要求总有偏离的情况，或是由于标准制定的不合理、不完善，使试验难以达到国标要求。那么在正常的检验工作中为了达到试验目的，使检验数据具有可比性，则须对非标准条件下获得的数据进行修约或让步放行。本文谨对在水温明显偏离及日太阳辐照量不足的情况下的试验数据进行探讨、总结，以期对今后的试验给予指导、提高。

我们检测家用太阳能热水系统的热性能采用了GB/T18708-2002《家用太阳热水系统热性能试验方法》第7.6.1款规定的混水法，系统工作8h,从太阳正午时前4h到太阳正午后4h。集热器应在太阳正午后4h时遮挡起来，启动混水泵，以400L/ h～600L/h的流量，将贮热水箱底部的水抽到顶部进行循环来混合贮热水箱中的水，使贮热水箱内的水温均匀化，至少5min内贮热水箱入口温度T1的变化不大于±0.2℃，记录水箱内的三个测温点的温度，取三个测温点的平均值即为集热试验结束时贮热水箱内的水温te。为防止热量散发混水泵与太阳热水系统得连接管路均用绝热材料保温。贮热水箱内水体积V中所含的得热量Qs，应用下式计算：

上式中Ρw为水的密度,取值1000kg/m3；Cpw为水的比热容，取值4186J/(kg℃)；VS为贮热水箱中的流体容积，单位m3；tb为集热试验开始时贮热水箱内的水温，单位℃; q为日有用得热量，单位为 MJ/m2；S为轮廓采光面积，单位m2。

表1

表2

表3

本文采用了2008年5月至2009年9月期间内的家用太阳能热水系统的检验数据，试验样品均为紧凑式太阳能热水系统，吸热部件为玻璃真空管，其中1、2、3、7号样品为不同企业的生产样品，4～6号为同一生产企业生产的不同规格的产品。

表1中的1～3号3台热水器在一段较长的时间进行了3次试验，主要目的是考核在太阳辐照量达标的前提下，试验开始水温在20℃～27℃范围内变化，对试验最终结果的影响；表2、表3中4～7号4台热水器在9月底的一周时间内检测，试验开始水温稳定在23℃左右，而太阳辐照量变化较大，主要目的是考核在开始水温变化不大的前提下，太阳辐照量变化对试验结果的影响。

研究表1中1、2、3号样品的检验数据，我们可以发现，在太阳辐照达标的情况下，起始水温对试验结果具有决定作用。1、2、3号样品的第1、第2次试验的起始水温均远高于20℃，范围在25℃～27℃，第3次试验起始水温接近20℃。试验结果表明，第1、第2次的日有用得热量均低于国标要求的7.50 MJ/ m2，而第3次试验日有用得热量均高于国标要求，得出的结论是不一致的。表1中3台样品的第1次、第2次试验是在夏季检测，水温均高于25℃甚至达到了27℃。通过在夏季的频繁检测工作，我们发现在夏季无论环境温度多高，自来水水温能稳定在27℃左右，不会再高,即使光照量远超标准要求。由得热量公式（1）可知，由于起始水温tb高了，使得式中的温差(te-tb)值变小，得热量的值降低了，日有用得热量也降低了，甚至低于国标要求的7.5 MJ/m2，检测结果无法真实地反映被检样品的质量水平，使我们得出了错误的结论。这提醒我们若在夏季检测热水系统，则必须采取必要的降温措施，使得进水水温尽可能接近于20℃，方能严格、科学地进行试验，取得精确的数据，得出可靠的结论。

观察表1中3台样品的第3次试验数据，起始水温接近20℃，其余条件均满足国标要求。在8小时的试验中，吸热管在吸热，水箱中的水温在平稳上升。同时由于水温上升，逐渐高出环境温度，水在吸热的同时，也在向周围的接触物释放热量，水温越高，温差越大，放热也越快，在8h试验结束时，水温达到60℃左右，真空管被遮盖不再吸热，水温稳定下来。水温最终在什么温度稳定下来，主要由该热水器的真空管吸热能力、绝热保温层决定，环境温度及平均风速对其有轻微的影响。这样的条件下进行试验是可靠的，测试结果可信。

观察表2、表3中4、5、6、7号样品的检验数据，起始水温tb变化范围：21. 8～23.7℃，变化不大，而太阳辐照则出现了很大的波动，7.47～19.91 MJ/ m2，最大值是最小值的2.7倍，同一样品的日有用得热量也出现了剧烈波动。同一台热水器的日有用的热量：太阳辐照量的值k较为稳定，4、5、6、7号样品该值分别稳定在0.50、0.42、0.50、0.40附近，这表明日有用得热量与太阳辐照量基本呈正比关系，辐照强则得热量多一些，辐照弱则得热量少一些。k值反映了热水器的吸热能力，k值越高则热性能越佳，k值越低则热性能越差，k值的高低反映出了热水器质量水平的高低。同一台热水k值的稳定为我们在不利天气下尤其是辐照量不足的情况下进行太阳能热水系统的检测提供了可能，即使日照不足，我们也可以根据实测得到的k值，进而推算出在太阳辐照量充足情况下，该热水器的日有用得热量。

对比表2中4号与5号样品的数据，5号样品较4号的增加了2支真空管，轮廓采光面积增加了，但水箱容量L并未增加。在同等的试验条件下，5号样品的结束水温高于4号，但日有用得热量却下降了，k值由约0.50下降到了0.42，这说明4号样品的水箱容量适当，而5号样品的水箱容量小了，与轮廓采光面积配置不当。观察表3中6号与7号样品的数据，7号样品的轮廓采光面积较6号大了15%，而水箱容量反而减小，结果日有用的热量减少了20%以上，k值由约0.50下降到了0.40。5号、7号样品出现的情况不符合GB/T19141第6.3.7.1款的要求：贮热水箱的容水量应与家用太阳集热器/部件的轮廓采光面积及使用地方的太阳辐射与气象条件相适应。

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.16.078