CNS 15165-2-2008 Test methods for solar collectors - Part 2 Qualification test procedures《太阳能集热器试验法－第2部：合格试验程序》.pdf

1、 1 印月 97 1 月 本標準非經本局同意得翻印 中華民國國家標準 CNS 總號 號 ICS 27.160 K8031-215165-2經濟部標準檢驗局印 公布日期 修訂公布日期 97 1 月 14 日 月日 (共 44 頁 )太陽能集熱器試驗法第2部：合格試驗程序 Test methods for solar collectors Part 2: Qualification test procedures 目錄 節次 頁次 前言 2 簡介 2 1. 適用範圍 . 3 2. 引用標準 . 3 3. 定義 . 3 4. 一般事項 . 3 5. 吸收器之內部壓力試驗 4 6. 耐高溫試驗 . 1

2、1 7. 曝曬試驗 . 13 8. 外部熱衝擊試驗 15 9. 液體加熱集熱器之內部熱衝擊試驗 . 16 10. 雨水滲入試驗 17 11. 結凍試驗 . 18 12. 耐衝擊試驗 (選擇進行 ) . 20 13. 最終檢查 . 21 14. 試驗報告 . 21 附錄 A. 試驗格式表 . 22 附錄 B. 液體加熱集熱器之停滯溫度 . 41 附錄 C. 參考文獻 . 43 2 CNS 15165-2 , K 8031-2 前言 本標準係依據國際標準組織 1995 年發行之 ISO 9806-2 Test methods for solar collectors Part 2： Qualifi

3、cation test procedures，不變更技術內容及其標準程式，譯為中文而成中華民國國家標準者。 簡介 本系列標準在太陽能集熱器試驗法的共同名稱下，共計分為以下部分： 第 1 部：面蓋式液體加熱集熱器之熱性能及其壓降 第 2 部：合格試驗程序 第 3 部：無面蓋式液體加熱集熱器 (僅顯熱傳遞 )之熱性能及其壓降 附錄 A 與附錄 B 屬於本標準內容之一部分。附錄 C 僅為參考資訊。 備考： CNS 15165 系標準包括 CNS 15165-1、 CNS 15165-2、 CNS 15165-3。 當評估太陽能集熱系統之整體品質時，太陽能集熱器與太陽能集熱器系統之耐用性與可靠性，普遍

4、被認為是極為重要的。集熱器須能具備對多項可被清楚鑑別與量化之影響的抵抗能力。這些影響例如高內部流體壓力、高溫度與雨水滲入等。用以鑑定集熱器對這些影響之抵抗程度的試驗，通常稱為合格試驗。 3 CNS 15165-2 , K 8031-2 1. 適用範圍 1.1 本標準係建立試驗方法來測定太陽能集熱器抵抗使其衰退因素之能力。 1.2 本標準適用於各種型式之太陽能集熱 器，包括整體集熱器儲存系統，但是不適用追蹤集光式集熱器。 1.3 本標準規定在清楚界定與可重複條件 下的集熱器試驗程序，但是不包括試驗結果之通過 /不通過的準則。 2. 引用標準 下列標準中所包含之節次，被引用作為本標準之部分節次。當

5、本標準發行時，所標示之版本皆為有效版本。由於所有標準皆會修改，故凡依據本標準訂定協議之當事者，應儘可能查明採用下列標準之最新版本。未註明日期之引用，應查明採用其最新版本。 ISO 與 IEC 之會員皆維持現行有效國際標準之登錄。 CNS 15033 太陽能量測半球太陽輻射與直接太陽輻射儀器之規格及分級 CNS 15125-1 太陽能加熱家用熱水系統第 1 部：性能評比程序之室內試驗法 CNS 15125-2 太陽能加熱家用熱水系統第 2 部：純太陽能系統之性能特性與年度性能預測之室外試驗法 CNS 15165-1 太陽能集熱器試驗法第 1 部：面蓋式液體加熱集熱器之熱性能及其壓降 CNS 15

6、165-3 太陽能集熱器試驗法第 3 部：無面蓋式液體加熱集熱器 (僅顯熱傳遞 )之熱性能及其壓降 3. 定義 3.1 抽真空式集熱器 (evacuated collector) 吸收器與面蓋間的空間被抽真空至壓 1200 周圍空氣溫度， ta () 30 40 40 5.2.3.2 壓力 試驗壓力應為製造廠商所規定最大操作壓力之 1.5 倍。 對於有機材料製成吸收器，壓力應以大約 0.2 bar 之相等階段下逐漸提升至測試壓力，而在每段升高壓力後，在此中間壓力下維持 5 min。測試壓力應至少維持 1 hr。 備考： 1 bar 100 kPa 具有機材料吸收器之集熱器 壓力計安全閥氣壓源

7、環境溫度感測器 封閉流體管路 集熱器平面上之全天空輻射計 天然或模擬太陽輻射 9 CNS 15165-2 , K 8031-2 5.2.4 結果 應檢查集熱器是否具有洩漏、膨脹或變形情況。此項檢查結果應予報告。 在試驗結果中應報告所使用試驗 程序之完整細節，包括溫度、中間壓力與試驗期間。 5.3 具備金屬吸收器之空氣加熱集熱器 5.3.1 目的 對吸收器進行壓力試驗，以評估 其對在使用期間可承受壓力之程度，包括當風扇吹出之氣流在集熱器另一端被阻擋時可能提高之壓力條件。 5.3.2 裝置與程序 如圖 6 所示裝置，包含一個可控制空氣源 (或吸風扇 )，足以提供在最大可允許集熱器洩漏流量下規定數值

8、之正壓或負壓。安裝有一個具有 5%準確度之空氣流量計來量測洩漏率，並安裝有一個具有實際讀數 5%準確度之壓力計來量測吸收器中壓力。 圖 6 配備金屬吸收器之空氣加熱集熱器之內部壓力試驗示意圖 空氣源或吸風扇、空氣流量計及 壓力計係與集熱器連接，其他連接到集熱器之管路則被封閉。 使用環境溫度下之空氣，來將集熱器加壓至特定試驗期間之試驗壓力。 在檢查吸收器是否發生膨脹、變 形或破裂情況時，應將集熱器壓力維持在試驗壓力下。 為安全理由，應將集熱器置於一 個透明盒中，以便在試驗失敗發生爆炸事件時可以保護人員安全。 5.3.3 試驗條件 5.3.3.1 溫度 配備金屬吸收器之空氣加熱集熱器，應在環境溫度

9、下進行壓力試驗。 5.3.3.2 壓力 試驗壓力為將製造廠商 所規定集熱器最大操作壓力高或低於大氣壓力之差值乘以 1.2 倍時之壓力。 壓力計洩漏空氣流量計空氣源或吸風扇配備金屬吸收器之空氣加熱集熱器 10 CNS 15165-2 , K 8031-2 應維持試驗壓力 10 min。 5.3.3.3 結果 應檢查集熱器是否具有 膨脹、變形或破裂情況。此項檢查結果應與空氣洩漏速率、試驗所使用之壓力與溫度值，以及試驗期間， 一起進行報告。 5.4 以有機材料塑膠或人造橡膠製成之空氣加熱吸收器 5.4.1 目的 對吸收器進行壓力試驗，以評估 其對使用期間可承受壓力之程度，包括當風扇吹出之氣流在集熱器

10、另一端 被阻擋時可能提高之壓力條件。這些試驗應在較高溫度下進行，因為當溫 度上升時，一配備以有機材料製成吸收器之集熱器其壓力抵抗力可能大為降低。 5.4.2 裝置與程序 如圖 7 所示儀器，包含一個可控制空氣源 (或吸風扇 )，得以提供在需求溫度下與在集熱器最大允許洩漏流量 下之正壓或負壓規定數值。亦須有一具備5%準確度之空氣流量計來量測洩漏率，與一個具有實際讀數 5%準確度之壓力計來量測壓力。 圖 7 具有機材料吸收器之空氣加熱集熱器之內部壓力試驗示意圖 集熱器與空氣加熱迴路之連結方 式，可以使得空氣得以朝下流進集熱器。壓力計與集熱器連結處，係位於 集熱器之另外一個開口或在加熱迴路接近集熱器

11、出口處。當空氣循環通過 集熱器時，空氣被加熱至試驗溫度，並在試驗期間維持此溫度。集熱器與加熱迴路被分階段增壓 或減壓至試驗壓力，接著在試驗期間維持此壓力。 在試驗期間後，維持試驗溫度與 壓力，以便對集熱器進行膨脹、變形或破裂情況之檢查。在每次提升壓力 後，亦需要檢查集熱器之膨脹、變形或破裂情況。 為安全理由，應將集熱器置於一 個透明盒中，以便在試驗失敗發生爆炸事溫度感測器 空氣加熱器 循環扇洩漏空氣流量計空氣源或吸風扇 具有機材料吸收器之集熱器 壓力計 11 CNS 15165-2 , K 8031-2 件時可以保護人員安全。 5.4.3 試驗條件 5.4.3.1 溫度 對於有機材料製成吸收

12、器，試驗溫度為吸收器在停滯條件時達到之最高溫度。 應依據集熱器之使用氣候，應用表 2 所提供各項參考條件之一種，來決定試驗溫度。 應該依據進行第 6 節所規定耐高溫試驗時所做出量測數值 (使用附錄 B 之表達方式 )來決定試驗溫度。 5.4.3.2 壓力 試驗壓力為將製造廠商 所規定集熱器最大操作壓力高或低於大氣壓力之差值乘以 1.2 倍時之壓力。 對於有機材料製成吸收器，應將壓力在 (大約 )0.2 bar 相等間隔下逐漸提高至試驗壓力，並且在每次提高壓力後之中間壓力下維持 5 min。試驗壓力應至少維持 1 hr。 5.4.4 結果 應檢查集熱器是否具有洩漏、膨 脹或變形情況。此項檢查結果

13、應予報告。使用試驗程序之完整細節，包括 溫度、中間壓力與選定試驗期間，應與試驗結果一起報告。 6. 耐高溫試驗 6.1 目的 此項試驗係用來快速評估一個集熱 器是否可以承受高照射度位準，而不致發生例如玻璃破裂、塑膠蓋板坍塌、塑 膠吸收器融化等失效情形，或因為集熱器材料發生漏氣而在集熱器蓋板上出現大量沉積物等情況。 6.2 裝置與程序 集熱器應在室外、或一個太陽照射度模擬器、或一個如第 5.2.2.2 節所述型式之熱流體迴路中進行試驗。在室外或是 在一個模擬器內進行試驗之示意圖如圖 8所示。 使用來進行耐高溫試驗之太陽照射度模擬器之特性，應與依據 CNS 15165-1 規定進行液體加熱集熱器穩

14、態效率測定時使用之太陽照射度模擬器者相同。 若是使用一個熱流體迴路時，熱流 體應在固定入口溫度下由集熱器下端循環至上端，並使用類似進行集熱器效率試驗所定義之流量 (見 CNS 15165-1)。 備考： 由熱流體迴路試驗所導致之熱應力，並不相等於使用天然或是模擬太陽照射度所導致之外部加熱，此點已為大家公認。 將集熱器安裝在室外或是在一個太 陽照射度模擬器內，但是不裝入流體。除了維持一個流體管開路放來允許吸收 器內空氣自由膨脹，將其餘流體管路皆給予封閉，以預防空氣自然流通之冷卻作用。 將一個溫度感測器附著到吸收器上 以便在試驗期間監測溫度。此感測器之位置 12 CNS 15165-2 , K 8

15、031-2 應在吸收器高度的 2/3 處與吸收器寬度的 1/2 處，應將其在位置上牢靠固定以確保與吸收器具有良好熱接觸，並應保護其不受太陽輻射照射。 備考： 1. 當試驗集熱器如真空管狀集熱器時 ，並不適合量測吸收器之停滯溫度。此時須將溫度感測器安置於一個集熱器內之適 當位置，且在試驗報告中須對此位置進行清楚敘述。 2. 在某些情況下，例如抽真空式吸收器時，要將一個 熱電偶附著到吸收器上可能十分困難。此時試驗實驗室可能不是將 熱電偶附著到吸收器上，而是將吸收器部分裝滿一種特殊流體，將 吸收器封閉起來並量測吸收器中壓力。此時須自該流體之標準蒸氣壓 /溫度關係中，了解吸收器之內部壓力與其溫度之關聯

16、性。 在已經達到穩態後，至少進行試驗 1 hr。接著依據第 6.5 節規定檢查集熱器是否有損害跡象。 圖 8 耐高溫試驗 (室外或在模擬器中 )之示意圖 6.3 在室外或是在太陽照射度模擬器中試驗之試驗條件 應依據集熱器之使用氣候，使用表 3 所給予之各組參考條件。 表 3 耐高溫試驗之氣候參考條件 氣候等級數值 氣候參數 A級 溫和 B級 晴朗 C級 非常晴朗 集熱器平面上之全天空太陽照射度， G (W/m2) 950-1049 1050-1200 1200 周圍空氣溫度， ta() 25.0-29.9 30-40 40 周圍空氣速度 (m/sec) MJ/m2之天數為 day A.5.4

17、當照射度與周圍空氣溫度之數據，超過規定之 級氣候參考條件數據時的經歷期間 表 A.3 日期 G(W/m2) ta( ) 經歷期間 (min) 總計： 30 CNS 15165-2 , K 8031-2 集熱器參考號碼： A.5.5 檢查結果 依據下列等級來評估每項潛在問題 0 沒有問題 1 輕微問題 2 嚴重問題 *不可能進行檢查來確定條件 集熱器組件 潛在問題 評估 (a) 集熱器盒 /扣件 裂縫 /歪曲 /腐蝕 /雨水滲入 (b) 基座 /結構 強度 /安全 (c) 封環 /襯墊 裂縫 /附著 /彈性(d) 面蓋 /反射器 裂縫 /裂紋 /彎曲 /分層 /歪曲 /漏氣 (e) 吸收器塗漆 裂縫 /裂紋 /起泡 吸收器管與管頭 變形 /腐蝕 /洩漏 /接合不良 吸收器基座 變形 /腐蝕(f) 隔熱層 含水 /漏氣 /退化