1、 1 印月 96 10 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 K8029-115125-1經濟部標準檢驗局印 公布日期 修訂公布日期 96 10 月 12 日 月日 (共 35 頁 )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 Solar heating Domestic water heating systems Part 1: Performance rating procedure using indoor test methods 目錄 節次 頁次 簡介 2 1. 適用範圍 . 3 2. 引用標準 . 3 3. 定義 . 3
2、 4. 符號與單位 . 7 5. 系統分類 . 9 5.1 屬性 1 . 9 5.2 屬性 2 . 9 5.3 屬性 3 . 9 5.4 屬性 4 . 10 5.5 屬性 5 . 10 5.6 屬性 6 . 10 5.7 屬性 7 . 10 6. 太陽能家用熱水系統之室內試驗要求事項 . 10 6.1 系統要求事項 10 6.2 量測要求事項 12 6.3 試驗法要求事項 13 7. 室內試驗程序 17 7.1 僅用太陽能與太陽能預熱系統 17 7.2 太陽能加輔助系統 . 18 7.3 熱水持續釋水試驗僅用太陽能 . 19 8. 數據紀錄與報告 19 附錄 A 試驗日規格 24 附錄 B 集
3、熱器迴路加熱器 控制熱輸出之方程式 . 26 附錄 C 光譜之計算光學性質之加權值 . 30 附錄 D 等效照射度之計算 31 附錄 E 參考文獻 33 2 CNS 15125-1, K 8029-1 簡介 本系列標準，分述如下。 評比試驗 本標準性能評比程序之室內試驗法，包含一組標準化之參考條件，以供測試期間為一整天之試驗用。其結果使所有的系統能在相同的太陽能條件、環境條件及負荷條件下做比較。 黑盒子關聯性程序 CNS 15125-2 適用於僅用太陽能系統與太陽能預熱系統。僅用太陽能系統之性能試驗為一種黑盒程序，可產生一系列輸入輸出的系統特徵。此試驗結果可直接配合當地每日太陽能照射強度、環境
4、空氣溫度及冷水溫度等數據的平均值，來預測全年度的系統性能。 CNS 15125-3 適用於太陽能外加輔助裝置系統，其性能試驗為一種黑盒程序，可產生相關性方程式中的係數，此試驗結果可直接配合當地每日太陽能照射強度、環境空氣溫度及冷水溫度等數據的平均值，以預測全年度的系統性能。此試驗僅限於預測某一種負荷模型全年度的性能。 由 CNS 15125-2、 CNS 15125-3 定義之全年度性能預測程序，可在某些氣候條件範圍內，求得系統之輸出性能。依本標準執行試驗結果，可提供一個標準日之評比。 依 CNS 15125-2 標準執行試驗結果，可在一範圍內之系統負荷與操作條 件之性能預測，但僅對夜晚釋出熱
5、水使用。 備考： CNS 15125 系列標準包括 CNS 15125-1、 CNS 15125-2、 CNS 15125-3。 3 CNS 15125-1, K 8029-1 1. 適用範圍 本標準建立一個一致的室內試驗方法，評比標準條件下太陽能家用熱水系統的熱性能。 其僅是用於專門設計來加熱可飲用水供家庭用水使用之太陽能熱水系統。 本標準敘述的試驗程序可適用於太陽能儲存量小於或等於 0.6 m3的系統，包括具太陽能照射度模擬器或熱模擬 (無照射 )法的太陽能家用熱水系統試驗程序。 本標準的試驗程序利用一個串聯傳統熱源的無照射太陽能集熱器陣列，不適用於整體集熱器儲存系統，也不適用有熱虹吸流體
6、的系統，亦不適用任何不能按照集熱器試驗進行試驗的集熱器與熱熱傳流體結合之任何系統。 本標準的試驗程序未要求太陽能熱水系統受限於結凍條件，因此，系統在抗凍模式下操作時，不能確定能源消耗或損失。 本標準不能普遍適用於集中式或真空管式系統，除非符合第 6.3.1.3 節的準直性要求事項。 2. 引用標準 下列標準中所包含之條款，被引用作為本標準之部分條款。當本標準發行時，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。 CNS 15032 太陽能比較參考日射強度計校正各種場日射強度計。 CNS
7、 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。 ISO 9806-1： 1994 Test methods for solar collectors Part 1： Thermal performance of glazed liquid heating collectors including pressure drop。 CNS 15064-1 太陽能在不同地球表面接收狀況下之參考太陽光譜照射度第 1 部 :大氣光程 1.5 下之直接垂直與半球太陽照射度。 CNS 15065 太陽能使用一個日射強度計校正全天空輻射計。 世界氣象組織 (WMO)，氣象儀器與觀測方法之指
8、引，第 5 版， WMO-8，世界氣象組織秘書處，日內瓦， 1983 第 9 章。 3. 定義 3.1 吸收器 (absorber) 集熱器中接收輻射能量轉化為熱能之部分。 3.2 準確度 (accuracy) 儀器顯示量測物理量真值之能力。 3.3 環境空氣 (ambient air) 圍繞在一熱能儲存槽或太陽能集熱器周圍空間 (室內或室外 )之空氣。 3.4 入射角 (直接太陽輻射 )angle of incidence(of direct solar radiation) 介於太陽輻射光束與所考量平面外部法線之間的夾角。 3.5 開口面積 (aperture area) 非集中式太陽能輻
9、射可進入太陽熱能集熱器時之最大投射面積。 備考： 對於集中式集熱器，總開口面積包 括反射器及折射器被接受器及其支架所 4 CNS 15125-1, K 8029-1 遮蔽的任何區域，並包括整個集熱 器模組中反射組件間的縫隙。淨開口面積，有時稱為有效開口面積，不包括反射組件間的任何遮蔽區域或縫隙。 3.6 開口平面 (aperture plane) 在太陽能集熱器中或其上，讓非集中式太陽能輻射能通過之平面。 3.7 總集熱器面積 (area, gross collector) 完整的太陽能集熱器模組之最大投 影面積，排除任何架設與連結流體管道的不可或缺的工具。對一個陣列的集熱 器，包括像是抽真空
10、管或集中式集熱器等設備，總面積包括一整個陣列之全部面積。 3.8 輔助能源 (auxiliary energy) 由輔助熱源所提供之能源。 3.9 輔助熱源 auxiliary thermal(heat)source 除了太陽之外的熱源，用來補充由 太陽能系統所提供的輸出；通常是以電阻發熱或燃燒化石燃料所產生之熱能形式。 3.10 太陽熱量集熱器 (collector, solar; solar thermal collector) 設計來吸收輻射能，並將此熱能傳至通過內部的流體之裝置。 3.11 集中式集熱器 (collector, concentrating) 一太陽能集熱器係利用反射鏡、
11、透鏡或其他光學組件，將通過開口之太陽輻射的方向改變並集中於表面積小於開口面積之吸收器。 3.12 平板式集熱器 (collector, flat-plate) 吸收表面本質上為平面之非集中式太陽能集熱器。 3.13 集熱器迴路 (collector loop) 太陽能系統中主要熱傳流體循進之連續路徑。 3.14 集熱器迴路加熱器 (collector loop heater) 當以無照射陣列試驗太陽能家用熱水系統時，裝設在集熱器迴路中的加熱器。 3.15 集熱器傾斜角 (collector tilt angle) 太陽能集熱器的開口平面與水平面間之夾角。 3.16 控制器 (control)
12、太陽能熱系統或一般操作組件之調節裝置，可以是手動或自動。 3.17 直接照射度 (direct irradiance) 在一給定平面上直接輻射所產生之照射度。 3.18 直接太陽輻射 (direct solar radiation) 源自於太陽圓盤平面中心上的小立體角，於一指定平面所接收之輻射。 備考： 一般直接太陽輻射是由視野角可達 15之儀器量測而得。因此包括在太陽圓盤平面周圍部分被散射的輻射 (環日輻射 )，地表所接收到的直接太陽輻射中， 99%以上其波長介於 0.3 3 m 之間。 3.19 家用的 (domestic) 供居住與小型商業建築使用。 3.20 釋出率 ;釋水率 (dra
13、w rate; water draw rate) 5 CNS 15125-1, K 8029-1 在一指定時間熱水從系統中釋出之速率。 3.21 等效長度 (equivalent length) 在相同流率時，相當於系統產生壓降的管或導管之直線部分長度。 3.22 流體輸送 (fluid transport) 空氣、水、或其他流體於系統組件間的傳遞。 3.23 熱交換器 (heat exchanger) 特別設計用於 2 個實體分開的流體間熱傳遞之裝置。熱交換器可具有單層或雙層內壁。 3.24 熱傳流體 (heat transfer fluid) 在一系統的組件間用來傳送熱能之流體。 3.25
14、 照射度 (irradiance) 入射在一個表面上的輻射功率密度，亦即，表面之入射輻射通量與該表面面積之商數，或單位表面面積之輻射能入射率。 備考： 太陽照射度 常被稱為入射太陽輻射強度 (incident solar radiation intensity)、即時日射 (instantaneous insolation)、或入射輻射通量密度 (incident radiant flux density)；不建議使用這些名稱。 3.26 負荷 (load) 每日系統熱水負荷定義為水的質量、比熱及流經太陽能熱水系統增加的溫度之乘積。 3.27 飲用的 (potable) 適合人類攝取的，可飲用
15、的。 3.28 精密度 (precision) 對同一物理量重複量測中，量測值接近之程度。 3.29 預熱 (preheating) 參照太陽能預熱系統 (參照第 5.1b 節 ) 3.30 全天空輻射計 (pyranometer) 量測平面接收器表面的照射度之輻射計，該輻射計接收來自上方半球波長範圍介於 0.3 3 m 之入射輻射通量。 備考： 此光譜範圍大致與地表太陽輻射之光譜範圍 (又稱為太陽或短波範圍 )相當，而且僅為標稱 (only nominal)。取決於用以保護全天 空輻射計接收表面的圓頂之材料，其響應度之光譜限制趨近於上述限制。 3.31 地面輻射計 (pyrgeometer)
16、 用來測定平面接收器表面的照射度之儀器，該輻射計接受來自上方半球波長範圍約為 4 50 m 之入射輻射通量。 備考： 此光譜範圍近似於所謂的地球輻射或長波輻射，而僅為標稱。取決於用以保護全天空輻射計接收表面的圓頂之材料，其響應度之光譜限制趨近於上述限制。 3.32 日射強度計 (pyrheliometer) 6 CNS 15125-1, K 8029-1 用以量測在一個與立體角軸心垂直之平面上，接收來自於太陽圓盤中心之小立體角對該表面的直接 (太陽 )照射度之儀器。 備考： 根據此定義，日射強度計使用於量測垂直入射之直接太陽照射度，其視野角一般介於 5 10間。 3.33 太陽能 (solar
17、 energy) 太陽以電磁輻射形式發射之能量 (波長介於 0.3 3.0 m 之間 )，或藉由接收與轉換太陽輻射成為任何可取得之能量。 3.34 太陽能貢獻 (solar contribution) 一系統的太陽能供應能量對總負荷量之比值。 3.35 太陽正午 (solar noon) 在任一給定地點，每日太陽在其最高位置之當地時間，亦即為太陽越過觀察者的子午線之時間。 3.36 太陽輻射 (solar radiation) 由太陽發射之輻射，實際上，其大部分入射在地球表面上之波長小於 3 m；常稱為短波輻射。 3.37 太陽照射度模擬器 (solar irradiance simulato
18、r) 模擬太陽輻射之人造輻射能量來源 (通常是電燈或矩陣排列之燈組 )。 3.38 太陽能儲存容量 (solar storage capacity) 每一度溫度變化的每單位儲存容積可儲存之顯熱量。 3.39 太陽能熱水系統 (solar hot water system) 將太陽能轉變成熱能，用以將水加熱的子系統與組件之完整組合件，可包括輔助熱源。 3.40 標準空氣 (standard air) 密度為 1.204 kg/m3之近乎乾燥空氣，其溫度為 20 之乾空氣，大氣壓力為101.325 kPa。 3.41 標準氣壓 (standard barometric pressure) 0 時
19、101.325 kPa 之大氣壓力。 3.42 儲存槽 (熱能的 )storage device(thermal) 用來儲存熱能的容器及其所有內容物。 備考： 熱傳流體與固定於熱能儲存容器之配件，如熱交換器、 流量開關裝置、閥及隔板，亦被視為儲存槽的一部分。 3.43 儲存槽容積量 (storage tank volumetric capacity) 當流體充滿槽中時所測得的容量。 3.44 環境空氣溫度 (temperature, ambient air) 圍繞在進行試驗的熱能儲存槽或太陽能集熱器環境空氣之溫度。 3.45 時間常數 (time constant) 第一階微分方程 系統經由輸
20、入值的階躍變化 (step change)後，其輸出值變化達到最終變化數值的 63.2%所需要的時間。 7 CNS 15125-1, K 8029-1 3.46 熱電堆 (thermopile) 穩定串聯或並聯的熱電偶組，用以量測微小或平均溫差量。 4. 符號與單位 aA集熱器模組開口面積， m2； ()gneRaAFA,依照集熱器試驗所判定之集熱器效率曲線截距，無因次； gLRaAUFA依照集熱器試驗所判定之集熱器效率曲線斜率， kJ/(h m2) ； gA總集熱器面積， m2； cpc,集熱器試驗期間用於集熱器的熱傳流體之比熱， kJ/(kg ) ； spc,太陽能熱水系統試驗期間用於集熱
21、器的熱傳流體之比熱， kJ/(kg ) ； wpc,水之比熱， kJ/(kg ) ； D 噴嘴喉部直徑， m； F 集熱器之吸收器平板效率因子，無因次； RF 集熱器之熱移除因子，無因次； bpG 在與集熱器開口平行的平板 上量測來自太陽能照射度之光束照射度，kJ/(m2h) ； dG 在與集熱器開口平行的平板 上量測來自太陽能照射度之漫射照射度，kJ/(m2h) ； tG 入射至集熱器平板開口上方之總照射度， kJ/(m2h) ； K 入射角修正，無因次； M 與集熱器陣列平行的集熱器模組之列數，無因次； cm ne,)( 是計算自方程式 (B.22) (c) 藉集熱器試驗計算LU 值： L
22、U =RgaLRgaFAAUFAA)/()/(其中LRgaUFAA )/( 是在ttasetGtt /)(, 的值係於試驗期間的太 陽正午時，效率曲線的斜率取其絕對值。 (d) 計算集熱器效率因子 F： =cpcLaRLacpccmUAFUAcmF,1ln&(B.23) (e) 當 F決定後， FR可以由傳動流體流率及任何系統的比熱計算得之： =spsLaLaspsRcmFUMAUMAcmF,exp1ln&(B.24) 應該要注意的是以上 的校正技術是基於集熱器吸收板效率因子 F不是流率的函數，但無論如何，當使 用空氣為傳動流體時，假設無法使用。應該不可在如此的條件下使用校正技術， 除非每個集
23、熱器單位面積空氣通過陣列的流率，在系統試驗時比集熱器試驗時少 25%，否則，集熱器試驗應該重複使用試驗系統中每單位面積的流率。 30 CNS 15125-1, K 8029-1 附錄 C 光譜之計算光學性質之加權值 計算一項光學性質之光譜加權值 P： =niiniiiiiEEPP11)(C.1) 式中：iE是 lamda 波長光譜的照射度； i 是波長間隔； )(iP 是光性質中波長間隔的平均值； n是每一個已知E 的波長數量 此波長間隔可以下式計算得： 211 +=iii但除了第一跟最後的間隔以下式計算得： 121 = 及 1=nnn 對於標準空氣量 1.5 太陽光譜的i 及iE值被表列於 CNS 15064-1 文件中。模擬器的 E值應該符合第 6.3.1.1 節所列。 此光譜加權程序應該應用在光譜性質的重要乘積上 (例如： , )。
