本标准规定了平板型太阳集热器稳态和准稳态热性能的试验方法及计算程序。试验方法包括在室外自然太阳辐照下的试验和在室内模拟太阳辐照下的试验。本标准适用于带压力降、有玻璃盖板、传热工质为液体的平板型太阳集热器。本标准不适用于储热器与集热器为一体的储热式太阳集热器，也不适用于未装有玻璃盖板的和跟踪聚焦的太阳集热器。 GB/T 4271-2000 平板型太阳集热器热性能试验方法 GB/T4271-2000 标准下载解压密码：www.bzxz.net

ICS27.160
中华人民共和国国家标准
GB/T4271—2000
平板型太阳集热器热性能试验方法Test methods for the thermal performance offlatplatesolarcollectors
2000-02-16发布
2000-08-01实施
宝家质量技术监督局发布
GB/T4271—2000
本标准是参考国际标准化组织发布的国际标准ISO9806-1：1994《太阳集热器试验方法一第一部分：带压力降的有玻璃盖板的液体集热器热性能》中的平板型集热器部分，对GB/T4271一1984进行修改的。在结构、试验方法、公式表达、参数符号、规定的参数数据和表格形式上尽量与ISO9806-1：1994保持一致。
本标准与GB/T4271-1984的主要技术差异如下：a）1984年版标准主要参考的是美国标准ASHRAE93：1977，本标准参考的是ISO9806-1：1994。b）根据我国实际情况，在ISO9806-1：1994的基础上对一些技术要求的内容和参数进行了适当的调整和修改。
c）本标准对仪器的准确度、试验方法、试验条件和试验设备的规定比GB/T4271一1984更严格、更具体。
本标准附录A、附录B、附录D为标准的附录，附录C为提示的附录。本标准自实施之日起，代替GB/T4271-1984。本标准由国家经济贸易委员会、中国标准化与信息分类编码研究所提出。本标准由全国能源基础与管理标准化技术委员会新能源和可再生能源分委会归口。本标准由中国标准化与信息分类编码研究所、北京市太阳能研究所、中国科学院电工研究所负责起草。
本标准主要起草人：赵跃进、何梓年、付向东、米耀伟。本标准于1984年首次发布，1999年第一次修订。1范围
中华人民共和国国家标准
平板型太阳集热器热性能试验方法Test methods for the thermal performance offlat plate solar collectors
GB/T4271—2000
代替GB/T4271—1984
本标准规定了平板型太阳集热器稳态和准稳态热性能的试验方法及计算程序。试验方法包括在室外自然太阳辐照下的试验和在室内模拟太阳辐照下的试验。本标准适用于带压力降、有玻璃盖板、传热工质为液体的平板型太阳集热器（以下简称太阳集热器或集热器）。
本标准不适用于储热器与集热器为一体的储热式太阳集热器，也不适用于未装有玻璃盖板的和跟踪聚焦的太阳集热器。
2引用标准
下列标准所包括的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效，所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB/T12936.1—1991太阳能热利用术语第1部分GB/T12936.2—1991太阳能热利用术语第2部分GB/T17683.1—1999太阳能在地面不同接收条件下的太阳光谱辐照度标准第1部分：大气质量1.5的法向直接日射辐照度和半球向日射辐照度(eqvISO9845-11992)
3定义
本标准除采用GB/T12936.1和GB/T12936.2中的相关定义外，还采用下列定义。3.1吸热体面积absorberarea
吸热体的最大投影面积。
3.2采光面积aperturearea
未聚焦太阳辐射进人集热器采光口的最大投影面积。3.3集热器总面积grosscollectorarea完整太阳集热器的最大投影面积，不包括任何固定和连接工质管路的部分。3.4集热器效率collectorefficiency在稳态条件下，特定时间间隔内由传热工质从一特定的集热器面积（总面积、采光面积或吸热体面积）上带走的能量与同一时间间隔内人射在该集热器面积上的太阳能之比。3.5太阳辐射模拟器solarirradiancesimulator模拟太阳辐射的人工辐射能量源，通常由一叠或一组灯构成。国家质盘技术监督局2000-02-16批准2000-08-01实施
4符号与单位
GB/T42712000
本标准使用的符号及单位列于附录A(标准的附录)中。5集热器的安装及场所
5.1概述
集热器的安装方式将会影响热性能的试验结果。集热器应根据5.2～5.8的规定进行安装。应使用实际尺寸的集热器进行试验，因为小尺寸集热器的边缘热损失会严重降低集热器热性能。5.2集热器试验台架
集热器试验台架不应遮挡集热器的采光面，不应明显影响集热器背面和侧面的隔热保温。台架应采用开放式结构，集热器前后的空气可自由流动。集热器的最低边离地面不应小于0.5m。不应让沿建筑物墙体上升的热气流从集热器上面通过。在屋顶上试验时，台架距屋项边缘的距离应大于2m。
5.3倾角
为了使试验结果在国际上具有可比性，安装集热器时应使采光面与水平面的倾角为：当地纬度±5°，但不应小于30°。
集热器也可以根据生产厂家的要求和实际安装的倾角进行试验。5.4集热器方位
应通过手动或自动的方法使集热器跟踪太阳的方位角。5.5直接太阳辐射的遮挡
在试验期间，不应有任何阴影投射在集热器上。5.6漫射和反射太阳辐射
在试验期间，不应有从周围物体表面反射到集热器上明显的太阳辐射，也不应有在集热器对天空的视域内的严重遮挡。
在使用太阳辐射模拟器时，可将试验室内的所有表面都涂成深色，以尽量减少反射辐射。5.7热辐射
靠近集热器的物体表面温度应尽量与环境空气温度一致，以避免周围物体热辐射对集热器的影响。在室内试验时，集热器应与周围冷、热物体的表面相隔离。5.8风
集热器应安装在风能够自由通过其采光面、背面和侧面的地方，与采光面平行的平均风速应保持在8.3所规定的极限范围内。必要时，可用风机达到这个风速。6仪器与测盘
6.1太阳辐射测量
6.1.1总日射表
应使用一级总日射表对来自太阳和天空的全部短波辐射进行测量。6.1.1.1防止温度梯度影响
总日射表在进行数据采集前应放置于典型的试验位置至少30min，以达到温度的平衡。6.1.1.2防止湿气影响
应采取适当措施防止湿气在总日射表上凝结而影响它的读数。总日射表应带有可检验的干燥剂，在每次测量前后都应对干燥剂进行观察。6.1.1.3防止红外辐射影响
在用总日射表测量太阳模拟器的辐照度时，应尽量减少模拟器光源发出的波长在3um以上红外辐射对读数造成的影响。
6.1.1.4总日射表的室外安装
GB/T4271—2000
总日射表传感器的安装应与集热器采光口平行，两平面平行度相差应小于士1°。在试验期间，总日射表不得遮挡集热器采光口。总日射表应安装在能够接受到与集热器相同直射、没射和反射太阳辐射的地方。
在室外试验时，总日射表应安装在集热器高度的中间位置。应将总日射表座体及其外露导线保护起来，以防被太阳晒热。应尽量减少集热器对总日射表的反射和再辐射。6.1.1.5总日射表在太阳模拟器下的使用总日射表可用来测量模拟太阳辐照在集热器采光口上的分布和随时间的变化。总日射表的安装与保护应与室外试验相同。
6.1.1.6校准周期
总日射表应在集热器试验前12个月内进行校准。在一年期间内任何变化超过土1%时，应增加校准的次数或更换该仪器。
6.1.2直接日射人射角的测量
直接日射人射角可用日暑测量，日暑应安装在集热器平面的一边。直接日射人射角（)也可由太阳时角（）、集热器倾角（β）、集热器方位角（y)和试验地的纬度（)计算，计算公式如下：
coso=（sinosingcosp)-（sindcospsincosy)+(cosdcosdcoscosw）+(cososinpsinβcoscosw)+(cosasinβsinYsinw)式中，一年中第n天的太阳赤纬度3计算如下：8=23.45sin[360(284+n)/365]
6.2热辐射测量
6.2.1室外热辐照度测量
·（1)
在集热器试验中一般不考虑室外热辐照度的变化。地球辐射表可以安装在集热器采光口平面一侧的中间位置以测定集热器采光口上的热辐照度。6.2.2使用太阳模拟器时的室内热辐照度测量6.2.21测量
可使用地球辐射表测量热辐照度。为了减少模拟太阳辐射的影响，应对地球辐射表进行通风。对于室内试验，测量热辐照度的准确度应为士10W/m。6.2.2.2计算
当集热器视域内的所有热辐射源和吸热物都确定后，集热器采光口上的热辐照度可由温度测量值、表面发射率测量值和辐射角系数进行计算。从一个热表面（由2表示）射入集热器表面（由1表示）的热辐照度由e,F12T1给出。更常用的附加热辐照度（以表面2为理想环境空气温度下黑体的热辐照度比对）由下式给出：aFeT-Tt)
6.3温度测量
6.3.1传热工质进口温度（t)测量6.3.1.1测量准确度
传热工质进口温度的测量准确度应为士0.1K。6.3.1.2传感器的安装
温度传感器应安装在距进口200mm以内处，传感器前、后的管道应进行保温处理。.（2）
在传感器的前端应装一个弯头或混流器。为了避免工质中的气体在传感器周围聚集，应使传感器所处管道中的工质流向为上升，且传感器测头应对着液体的流向，如图1所示。3
温度传感器
GB/T4271—2000
溢度传感器
(te,AT)
太阳集热器
弯头或混流器www.bzxz.net
图1测量传热工质进口和出口温度时传感器安放位置6.3.2传热工质进出口温差（AT)测量测量集热器进出口温差的准确度应为士0.1K。6.3.3环境空气温度(t)测量
6.3.3.1测量准确度
测量环境空气温度的准确度为士0.5K。弯头戒混流器
6.3.3.2传感器的安装
在室外试验时，环境温度计应安置在距被测集热器15m以内的白色百叶箱中。百叶箱安装高度应为集热器中间的高度，但距地面高度不应小于1m。若使用风机迫使空气流过集热器时，风机出口温度与环境温度的差应在士1K以内。6.4工质流量(m)测量
质量流量可以直接测量，或通过所测量的体积流量和温度换算得出。测量工质流量的准确度应为士1.0%。6.5风速测量
6.5.1测量准确度
对于室内和室外的试验，测量空气流速的准确度应为士0.5m/s。在室外试验时，空气流速很少为常数，应取试验期间的平均风速。6.5.2传感器放置
对于室内试验，应在集热器上方距采光口100mm的若干均匀分布点上逐点进行测量并取它们的平均值。在风速稳定的条件下测量，应在性能试验前后进行。对于室外试验，如果平均风速小于3m/s，应采用人工送风，风速计的使用方法同室内试验。在有自然风的场所，应在集热器中点的高度、尽量靠近集热器的位置进行风速测量。试验期间，通过传感器的风不应被阻挡，传感器也不应遮挡集热器。6.6压力测量
测量传热工质通过集热器所产生压力降的准确度应为士3.5kPa。6.7时间间隔（△t)测量
测量时间间隔的准确度应为士0.2%。6.8测量仪器及数据记录仪
测量仪器及测量系统的最小刻度不应超出规定准确度的两倍。4
GB/T4271—2000
数据处理技术或电子积分仪的准确度应等于或优于测量值的士1.0%。模拟和数字记录仪的准确度应等于或优于总量程的士0.5%，时间常数应等于或小于15。峰值信号指示应在总量程的50%和100%之间。6.9集热器面积的测量
测量集热器面积（吸热体面积、总面积或采光面积）的准确度应为士0.1%。6.10集热器工质容量的测量
集热器工质容量由试验中所用传热工质的相同质量来表示。测量准确度应为土10%。可通过分别测量集热器空时质量和充满工质时质量来求得，或通过测量装满空集热器所需工质的质量来求得。
7试验台架
7.1总体结构
图2和图3给出了测盘采用液体为传热工质的太阳集热器试验台架结构示意图。7.2传热工质
集热器试验过程中使用的传热工质可以是水或是由集热器生产厂家推荐的液体。环境温度传感器
风速仪
总日射表
地球辐射表
温度传感器（t）
次级温度调节器
流最计
观察玻璃
温度传感器（ta）
保温管
太阳集热器
旁通阀
流量控制阀
过滤器
(200um)
图2闭路试验回路
排气钩
加热和制冷用的初级
温度控制器
压力传感器
安全阀
膨胀箱
GB/T4271—2000
在试验期间传热工质的温度范围内，传热工质比热和密度值的变化应在土1%以内。附录C（提示的附录)给出了水的比热和密度值。在整个试验过程中，传热工质的质量流量应保持恒定，以便确定集热器的热效率曲线、时间常数和入射角修正系数。
7.3管道布置与组装
集热器工质回路的管道应耐腐蚀，并能在95C的温度下工作。若使用非水工质，应确定该工质是否能与系统材料兼容。
管道长度应尽量短。特别是从工质温度调节器出口到集热器进口之间的管道应保持最短，以减少环境对工质进口温度的影响。这段管道应进行隔热处理，以确保热损失率在0.2W/K之内，还应使用防晒反射涂层进行保护。
温度测量点和集热器进出口之间的管道应采用隔热和防晒反射涂层进行保护，使管道内的温降不超过0.1K。混流器应安装在靠近温度传感器的液流上方（见6.3)。环境温度传感器
温度传感器（te）
风速仪
总日射表
地球辐射表
温度传感器（t）
次级温度传感计
流量计
观察玻璃
流量控制阀
太阳集热器
保温管
压力传感器
流量控制间
称重档
排气阀
加热和制冷用的初级温度控制器过滤器
(200μm)
图3开放式试验回路
恒压箱
应在工质回路管道上安装一小段透明玻璃管，以便观察工质中的气泡和杂质。透明管应安装在靠近集热器的进口处，但不应影响工质进口处的温度控制或温度测量。在集热器的出口及其他容易聚积空气的地方应安装空气分离器或排气装置。应在流量测量装置或泵的上游处安装过滤器。6
7.4泵与流量控制装置
GB/T4271-2000
工质泵应装在集热器试验回路中，且不影响集热器进口温度控制或测量工质的位置。对于一般的泵，应装有旁路和手动针型阀，以便能调节适当的流量。也可使用流量控制器来稳定质量流量。
在工作范围内选定的任何进口温度下，泵及流量控制器应能维持稳定的质量流量，其变化范围应在±1%以内。
7.5传热工质温度调节
集热器试验回路应具有保持集热器进口温度恒定的能力，其温度范围为运行时的温度范围，特别是应避免集热器进口温度的漂移。试验回路应具有两级工质进口温度控制，如图2和图3所示。初级温度控制器应装在流量计和流量控制器的上流处。次级温度调节器用于调节集热器进口之前的工质温度。次级调节器的工质温度调节范围不应超过士2K。
8室外稳态效率试验
8.1试验装置
集热器的安装应符合第5章的规定，试验回路的连接应符合第7章的规定。传热工质应从集热器底部流到项部。
8.2集热器的准备
在试验前应对集热器进行外观检查，并记录损坏程度。应彻底清洁集热器采光口的盖板。如果集热器部件上有水汽，应使用80℃左右的传热工质在集热器中循环一段时间，以便烘干隔热材料和集热器外壳。如果进行该项处理，应在试验报告中加以说明。必要时，应使用排气阀或使工质在管道中高速循环，以排出集热器管道中聚积的气体。应通过回路中的透明管来观察工质中是否混有气体或杂质，若有应排净。8.3试验条件
在试验期间，集热器采光面上的总日射辐照度应不小于800W/m集热器采光口上的直接日射人射角应在垂直人射时入射角修正系数值士2%的角度范围之内。对于单层玻璃的集热器，如果在集热器采光口上的直接日射人射角小于30°，就能满足以上条件。对于特定设计的集热器，需要更小的入射角。为了表示其他入射角时的集热器性能，可用一个人射角修正系数来确定（见第11章）。
集热器周围环境的平均风速应在2～4m/s之间。除另有声明，工质流量应根据集热器总面积设定在0.02kg/ms左右。在每个试验周期内，流量应稳定在设定值的士1%以内。不同试验周期的流量变化应不超过设定值的10%。由于仪器准确度的问题，小于1.5K的工质温差测量结果可不予记录。8.4试验程序
为了测定集热器的效率特性，集热器试验应在晴朗天气条件下集热器的工作温度范围内进行。对于数据点的选取，应在集热器工作温度范围内至少取四个间隔均匀的工质进口温度。为了获得no其中一个进口温度应使平均工质温度与环境空气温度之差在土3K之内（如果传热工质为水，一般最高温度为70℃）。
对每个工质进口温度至少取四个独立的数据点，从而总共给出16个数据点。在试验期间，应按8.5中所规定的项目进行测量。8.5测量
应进行以下测量：
GB/T4271-—2000
a）集热器总面积Ac、吸热体面积Aa和采光面积A.b）工质容量；
c）集热器采光口上的总日射辐照度；d）集热器采光口上的漫射日射辐照度；e）直接日射人射角；
f）环境空气速度；
g）环境空气温度；
h）集热器进口工质温度；
i)集热器出口工质温度；
i）工质流量。
8.6试验周期（稳态）
稳态数据点的试验周期应包括至少15min的预备期和至少15min的稳态测量期。在任何情况下，稳态试验周期应大于集热器有效热容量C与工质热流量mct之比的4倍（有效热容量测定见第10章）
如果试验参数偏离它们在试验周期内的平均值若不超过表1规定的范围，则可认为在给定试验周期内集热器处于稳态工况。
表1试验周期内测量参数的允许偏离范围参数
日射辐照度
环境空气温度
工质质量流量
集热器进口工质温度
8.7试验结果的表示
平均值充许偏离范围
±50W/m
应对测量结果进行整理，从面产生出一组满足稳态运行试验条件的数据点。这些数据点应使用附录A(标准的附录)给出的数据表格表示出来。8.8集热器效率的计算
在稳态条件下运行的太阳集热器的瞬时效率或定义为集热器实际获得的有用功率与集热器接收的太阳辐射功率之比。
实际获得的有用功率Q由下式计算：Q-mcAT
式中应使用与平均工质温度相对应的c值。若m是由体积流量测得，则密度应由流量计中的工质温度确定。8.8.1集热器接收的太阳能
对于单层玻璃平板集热器，若人射角小于30°，就不需使用人射角修正系数。当以集热器总面积为参考时，集热器接收的太阳辐射功率为AcG：故Q
当以集热器采光面积为参考时，集热器接收的太阳辐射功率为AcG；故Q
当以集热器吸热体面积为参考时，接收的太阳辐射功率为AAG，故8
·（3）
·（4）
8.8.2归一化温差
GB/T4271—2000
瞬时效率7(或7)是由归一化温差T*的函数图形方式表示出来。当应用传热工质平均温度时
ta-t+4
归一化温差可计算为
若使用集热器进口温度，归一化温差可计算为T
8.8.3瞬时效率的图形表示
（6）
·（8）
瞬时效率（或)的图形应利用最小二乘法进行曲线拟合得出，由以下公式获得瞬时效率曲线：nn-aT-aG(T)
（10）
（11）
应根据拟合的紧密程度来选择一次或二次曲线。如果α2的计算值是负数，则不应选用二次拟合。二次拟合所用的G值应为800W/m2。试验条件应记录在附录A（标准的附录)给出的数据表格上。在漫射日射辐照度大于总日射辐照度20%条件下测得的数据点，应采用附录B（标准的附录）中给出的方法修正到等效法向日射辐照度。若漫射日射辐照度小于20%，则可以忽略其影响。以下条款为集热器面积（总面积、吸热体面积）和归一化温差（T：、T）相组合的四种情况提供了瞬时效率的计算式。
8.8.3.1基于集热器总面积的瞬时效率利用归一化温差T：可给出下列两个方程：tm一t
%=70G-U
nG=700-diG
式中：
若用归一化温差T，瞬时效率公式为Q
= g -U4
NG=nG-
式中：
（12）
（13)
·（14）
（15）
（16）
（17）
GB/T4271--2000
8.8.3.2基于采光面积的瞬时效率以归一化温差T：为参照的瞬时效率方程为. = n0o - U, 4二
式中：
苏-元—a.
使用归一化温差T：，瞬时效率方程为az.G
n. = 70 - U, 4=
式中：
8.8.3.3基于吸热体面积的瞬时效率6
以归一化温差T：为参照的瞬时效率方程为Q
=700-UAm
式中：
TA= TOA-aA
使用归一化温差T，瞬时效率方程为Q
ZA = TOA-UF1
NA = ToA -
式中：
9使用太阳辐射模拟器的稳态效率试验aa
（18)
（19）
（20)
（21）
（22）
（23）
·（24）
（25）
（26）
（27）
（28）
（29)
9.1概述
本试验方法仅适用于照在集热器上的模拟太阳辐射束为近似法向人射的模拟器。由于实际上很难产生均匀的模拟太阳辐射束，所以应测量集热器采光口上的平均辐照度。9.2稳态效率试验用太阳辐射模拟器10
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