1、1 印月971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 K8031-115165-1經濟部標準檢驗局印 公布日期 修訂公布日期 971月14日 月日 (共60頁)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 Test methods for solar collectors Part 1: Thermal performance of glazed liquid heating collectors including pressure drop 目錄 節次 頁次 前言 2 簡介 2 1. 適用範圍 . 3 2. 引用標準 . 3
2、 3. 定義 . 3 4. 符號與單位 . 5 5. 集熱器安裝與定位 . 5 6. 儀器使用 . 7 7. 試驗安裝 . 12 8. 室外穩態效率試驗 . 14 9. 使用太陽照射度模擬器之穩態效率試驗 20 10. 集熱器之有效熱容與時間常數之測定 23 11. 集熱器入射角修正因子 25 12. 流過集熱器之壓降測定 27 附錄 A. 試驗數據之制式表格 . 29 附錄 B. 集熱器之特徵 46 附錄 C. 太陽光譜 . 51 附錄 D. 水之性質 52 附錄 E. 有效熱容之量測 53 附錄 F. 雙軸入射角修正因子 56 附錄 G. 參考文獻 58 2 CNS 15165-1, K
3、8031-1 前言 本標準係依據國際標準組織 1994 年發行之 ISO 9806-1 Test methods for solar collectors Part 1: Thermal performance of glazed liquid heating collectors including pressure drop，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
4、能及其壓降 附錄 A 係屬於本標準內容之一部分。附錄 B、 C、 D、 E、 F 與 G 僅為參考資訊。 備考： CNS 15165 系列標準包括 CNS 15165-1、 CNS 15165-2、 CNS 15165-3。 3 CNS 15165-1, K 8031-1 1. 適用範圍 1.1 本標準係建立測定面蓋式液體加熱太 陽能集熱器熱性能的方法。這些試驗詳加說明於 CNS 15165-2 所規定之試驗序列的一部分。 1.2 本標準提供用以測定太陽能集熱器在穩態與準穩態 (quasi-steady state)下熱性能之試驗方法與計算程序，其中含有在 室外自然太陽照射度下與在室內模擬太陽
5、照射度下進行試驗之方法。 1.3 本標準並不適用於集熱器中熱能儲存 槽屬於集熱器之整體部分，以致於集熱程序無法被分離至可以針對兩個程序分別做出量測之情況者。 1.4 本標準並不適用於無面蓋式集熱器，亦不適用於追蹤集中式太陽能集熱器。 (有關於無面蓋式集熱器之試驗方法，請參照 CNS 15165-3。 ) 2. 引用標準 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 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 CNS 1
6、5066 太陽能比較參考全天空輻射計校正場全天空輻射計 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 15165-2 太陽能集熱器試驗法第 2 部：合格試驗程序 CNS 15165-3 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 CNS 15166 太陽能場全天空輻射計使用實務建議 世界氣象組織 (WMO), 氣象儀器與觀測方法之指引，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) 太陽能集熱器的組件，用來吸收輻射能量和轉移此能
7、量成為熱進入流體之中。 3.2 吸收器面積 (absorber area)(非集中式太陽能集熱器 ) 一個吸收器之最大投影面積。 3.3 吸收器面積 (absorber area)(集中式太陽能集熱器 ) 設計來吸收太陽輻射的吸收器之表面積。 3.4 入射角 (incidence angle)(直接太陽輻射 ) 連結太陽圓盤的中心點到被照射表 面上一點的連線與照射表面外部法線之間的夾角。 3.5 開口 (aperture) 非集中式太陽能輻射可經過其中而進入之太陽能集熱器的通口。 3.6 開口面積 (aperture area) 非集中式太陽能輻射可經過其中而進入太陽能集熱器之通口的最大投射面
8、積。 3.7 總集熱器面積 (collector area, gross) 4 CNS 15165-1, K 8031-1 整體太陽能集熱器的最大投影面積，但不包括任何支架及連結流體管道。 對平板集熱器、真空管式或集中式 集熱器的陣列或組合，該總集熱器面積為包括個別集熱器邊緣與外框之整體陣列面積。 3.8 集中式集熱器 (concentrating collector) 利用反射鏡、透鏡或其他光學元件 ，來使通過一開口之太陽輻射的方向改變並集中於一個表面積小於開口面積的太陽能集熱器。 3.9 集熱器效率 (collector efficiency)(太陽熱量集熱器 ) 在穩態且在相同特定的時間
9、範圍內，一特定之參考集熱器面積 (總面積或吸收器者 )中，被熱傳流體移除之熱能與該集熱器之入射太陽能量之比值。 3.10 真空管式 (管狀 )集熱器 (collector, evacuated tube)tubular 使用透明管 (通常為玻璃 )以在管壁與吸收器之間形成真空空間的抽真空式集熱器。 吸收器可能是由一個具備移除熱能作用的其他形狀內管所組成。在抽成真空的空間壓力通常低於 1 Pa。 3.11 平板式集熱器 (collector, flat plate) 吸收表面本質上為平面的非集中式太陽能集熱器。 3.12 熱傳流體 (heat transfer fluid) 在一個系統各組件間用
10、來傳送熱能的流體。 3.13 照射度 (irradiance) 在表面一個點上，入射在一個表面元件的輻射能量通量除以該元件之面積。照射度的單位通常是以 W/m2來表示。 3.14 直接太陽照射度 (irradiance, direct solar) 在一接收平面上接收來自於太陽圓盤中 心之小立體角輻射通量除以該表面之表面積。直接太陽照射度的單位係以 W/m2來表示。 備考： 須指明該表面之傾斜角，例如為水平。如果此平面與立體角的軸成垂直時，即為直接垂直太陽照射度。對於具現代設計之適當輻射計，此小立體角 (視野角 )通常低於 6。 3.15 全天空太陽照射度 (irradiance, globa
11、l solar) 自一個 2 sr 的立體角入射至指定接收器表面之輻射能源通量，除以該表面之面積者。 全天空太陽照射度的單位係以 W/m2來表示。 備考： 須說明該平面之傾斜角，例如為水平。太陽照射度經常被稱為入射陽光強度 (incident solar intensity) 、瞬時日射 (instantaneous insolation)、日射 (insolation)或是入射輻射通量密度 (incident radiant flux density)，但不建議使用這些名詞。 3.16 大氣光程 (optical air mass) 來自太陽之光束穿越過大氣 層到達海平面的路徑長度量測，以其
12、沿著法線 (垂直 )方向路徑到海平面之參考長度值表示。 3.17 全天空輻射計 (pyranometer) 5 CNS 15165-1, K 8031-1 設計用來量測平面接收器表面上所接收來自上方半球波長範圍為 0.3 3 m 之入射輻射通量的輻射計。 3.18 地面輻射計 (pyrgeometer) 用來量測平面接收器表面上之照射度的儀器。此照射度係來自上方半球波長範圍為 3 50 m 的入射輻射通量。 備考： 此光譜範圍類似於大氣的長波輻射而且僅係標稱其輻射量。地面輻射計的光譜響應主要係取決於其用以保護接收表面之圓頂的材料。 3.19 日射強度計 (pyrheliometer) 使用一準
13、直感測器以量測在一個與立體角軸心垂直之平面上，所接收來自於太陽圓盤之小立體角對 該表面之直接 (光束 )輻射的儀器。此儀器之產出可以被讀為照射度 (irradiance)或是照射強度 (irradiation)。 備考： 日射強度計之光譜響應在波長 0.3 3 m 範圍內須大約為常數，且其可接受角度應小於 6。係與不被建議使用之名詞日射計 (actinometer)是同義的。 3.20 輻射能量 (radiant energy) 以輻射的形式放射、傳送或接收之能量。 3.21 輻射能量通量 (radiant energy flux) 以輻射的形式發射、傳送或接收之功率。 3.22 輻射 (ra
14、diation) 以電磁波之形式來進行能量傳遞之現象。 3.23 輻射計 (radiometer) 用以量測輻射的儀器，其輸出可為照射度或照射強度。 3.24 太陽照射度模擬器 (solar irradiance simulator) 模擬太陽輻射之人造輻射能量來源。通常使用電燈或陣列之燈組。 3.25 太陽熱量集熱器 (solar thermal collector) 設計來吸收太陽輻射，並將此熱能傳至通過其內部之流體的裝置。 備考： 不建議使用面板用語，以避免與光電板 (photovoltaic panels)可能發生混淆。 3.26 時間常數 (time constant) 一個可使用一
15、階微分方程式來估計性能之系統，其輸出值隨著一個階段的輸入值做變化，在達到最終穩定變化數值的 63.22%時所需要的時間。 4.符號與單位 本標準所使用之符號與其單位如附錄 A 所示。 5. 集熱器安裝與定位 5.1 一般事項 一個集熱器之安裝方式，將會影響 其熱性能試驗之結果。因此依據本標準規定來進行試驗之集熱器，應依據第 5.2 節至第 5.8 節之規定來進行安裝。 小型集熱器之邊緣能量損失可能大 幅降低其整體性能，因此應以全尺寸之集熱6 CNS 15165-1, K 8031-1 器模組進行試驗。 5.2 集熱器安裝框架 集熱器之安裝框架絕對不應遮住集 熱器之開口，也不應對其背面或是旁邊的
16、隔熱物造成重大影響。除非另有規定 (例如集熱器係屬於整體式屋頂陣列之一部分 )時，否則應使用一個開放式之安裝 框架，以允許空氣在集熱器之前方與後部自由循環。集熱器之安裝方式應使得其下端在距離地面超過 0.5 m 以上處。 為防止由建築物牆升起之暖空氣流 流過集熱器，當集熱器置於建築物的屋頂進行試驗時，其安裝位置至少應距離屋頂邊緣 2 m 以上。 5.3 傾斜角 為便利國際間對於試驗結果進行比 較，集熱器之安裝應使得其開口傾斜角相對於水平面為：緯度 5 但是不得小於 30。 若是製造廠商另有建議或是對實際 安裝另有規定時，集熱器亦得在其他傾斜角度進行試驗。 備考： 對多種集熱器來說，來自傾斜角之
17、影響頗小。但是對於一些特殊集熱器類型，例如那些由熱管所組成者，傾斜角可能是一個重要參數。 5.4 集熱器定向 集熱器可以被安裝在室外的一個朝 向赤道的固定位置，但是如此將會使其可以進行試驗之時間，受到入射角之可 接受範圍所限制。一個較為通用之方式，乃是使用手動或自動追蹤方式，移動集熱器以追隨太陽之方位。 5.5 對直接太陽照射度之遮蔽 試驗台之位置，應使得在試驗期間沒有陰影會遮蔽到集熱器。 5.6 漫射與反射太陽照射度 為了室外試驗結果之分析目的，假 設非屬直接來自太陽圓盤的照射度，是等向性且來自集熱器的半球視野。為使 來自此項估計所引起的誤差最小化，在試驗期間集熱器應安裝在試驗期間不會 接收
18、到大量由周遭建築物或是表面反射之太陽輻射，以及不會有重大阻擋之處 。對於某些集熱器類型，例如真空管式集熱器者，確保對於背面與正面視野之 反射都達到最小化可能是同等重要。集熱器之視野被遮住部分不應超過 5%，特別重要的是要避免建築物或大型阻礙物與集熱器前方所形成之水平角度超過 15 者。 大多數粗糙表面 (例如草、經過風吹雨打之水泥面或是碎屑 )的反射率，通常不會高到會在集熱器試驗期間造成問 題。自集熱器的視野中要避免的表面，包括大片玻璃、金屬或是水面。 大多數太陽模擬器之模擬光束，僅 能接近直接太陽照射度。為能簡化對模擬照射度之量測，有必要使反射照射度 達到最小化。此時將試驗室之所有表面皆塗上
19、一層暗色 (低反射率 )塗料即可。 5.7 熱照射度 (Thermal irradiance) 有些集熱器之性能對於熱照射度之程度特別敏感。 集熱器之鄰近表面的溫度應儘可能 接近環境空氣溫度，以使來自熱輻射之影響7 CNS 15165-1, K 8031-1 最小化。例如室外集熱器之視野須不包括煙囪、冷卻塔或是排出熱廢氣者。 對於室內與模擬器試驗來說，應注 意防範使集熱器不受下列表面的影響，例如暖氣爐、空調管道與機械等熱表面 以及窗戶和外牆等冷表面。此項防護對於集熱器之前端與後端同樣重要。 5.8 風 許多類集熱器之性能皆對風速敏感 。為能使試驗結果之再現性達到最大化，集熱器之安裝應能使得空氣
20、可以自由 流經集熱器的開口、後背與兩邊。與集熱器開口平行之平均風速，應處於第 8.3 節所規定的範圍內。當有必要時，可以使用人工風力產生器來達成這些風速。 對於整合入屋頂的集熱器，其後背 可能被設計成防風吹型。若為此情況時，在試驗結果中應報告此情況。 6. 儀器使用 6.1 太陽輻射量測 6.1.1 全天空輻射計 應使用一級 (依據 CNS 15033 所定義 )之全天空輻射計，來量測來自太陽與天空之全天空短波輻射。 CNS 15166 所建議之作業實務，須被遵循。 6.1.1.1 對於溫度梯度影響之防範 進行試驗時應將這些全天空輻射計放置於一個典型之試驗位置，並在開始讀取數據之前，讓其有至少
21、 30 min 達到平衡之時間。 6.1.1.2 對於溼度與水分影響之防範 全天空輻射計應具備一種可以預防濕氣累積的裝置，因為濕氣可能累積並凝結在儀器內的表面上而對其讀數造成影響。一項儀器有必要具備一種可被檢查的乾燥器。此乾燥器之狀態應在進行每日量測序列之前與之後皆予以觀察注意。 6.1.1.3 紅外線輻射對全天空輻射計準確度的影響之防範 使用來量測太陽照射度模擬器照射度的全天空輻射計之安裝方式，應能使得來自模擬器光源中波長超過 3 m 的紅外線輻射，對於其讀數之效應為最小化。 6.1.1.4 室外全天空輻射計之安裝 全天空輻射計之安裝，應使得其感測器平面與集熱器開口平面達到共一平面狀況，此誤
22、 差不得超過 1。在試驗期間的任何時候，全天空輻射計之陰影，皆不應投影至集熱器開口。全天空輻射計之安裝方式，應使得其與集熱器皆可以接收到同樣程度的直接、漫射與反射太陽輻射。 進行室外試驗時，全天空輻射計應安裝在集熱器一半高度 (mid-height)處。全天空輻射計之機體與連接器引出之導線，應受到遮蔽以使得電線接頭之太陽光加熱達到最小化。同時亦應注意使從太陽能集熱器反射與再度照射入全天空輻射計之能量達到最小化。 6.1.1.5 在太陽照射度模擬器中使用全天空輻射計 8 CNS 15165-1, K 8031-1 全天空輻射計得以被使用來量測模擬太陽照射度在集熱器開口之分佈情況與模擬照射度隨著時
23、間之變異性 (參照第 9.6.1 節 )。使用於室外試驗時，全天空輻射計應予適當安裝與保護。或者其他形式的輻射感測器亦可使用，只要這些感測器通過使用於模擬太陽輻射情況之校正。 6.1.1.6 校正間隔 全天空輻射計在使用於集熱器試驗之前的 12 個月之內，應依據 CNS 15065 或 CNS 15066 所規定程序，預先進行太陽光響應之校正。如果在一年期間內的變化超過 1%時，應進行更為頻繁的校正或是替換儀器。若是儀器發生重大損害時，應重新校正或予以替換。所有校正皆應針對世界輻射參考 (WRR)之刻度來進行。 6.1.2 直接太陽輻射的入射角之量測 一項用以量測直接太陽輻射入射 角的簡單裝置
24、，可以裝設一指標使垂直於上面有刻劃之同心圓環刻度平板 製成。此根指標棒在該平面所投下之陰影長度，可用同心圓環刻度測定其 入射角。這項裝置須處於集熱器平面上且位於集熱器之一側。 備考：直接太陽輻射之入射角 ()，可以由太陽小時角 ()、集熱器傾斜角 ()、集熱器方位角 ()以及試驗場址緯度 ()，使用下列關係式來計算得： cos=(sin sin cos)(sin cos sin cos)+(cos cos cos cos)+(cos sin sin cos cos)+(cos sin sin sin) 其中在一年第 n 太陽日的太陽赤緯 ，係由下列公式來求得： =23.45 sin360(28
25、4+n)/365 6.2 熱輻射之量測 6.2.1 室外熱照射度之量測 室外熱照射度之變異性，在集熱 器試驗中通常不被納入考量。但是一個地面輻射計可以被安裝在集熱器開 口平面上一側的一半高度處，用以測定集熱器開口之熱照射度。 6.2.2 在室內與在太陽模擬器中熱照射度之測定 6.2.2.1 量測 對於熱照射度可以使用第 6.2.1 節所述方法，以地面輻射計來進行室外量測。此地面輻射計須具有良好通風，以使得來自太陽或是模擬太陽照射度之影響最小化。 進行室內量測時，熱照射度之測定須具有 10 W/m2的準確度。 6.2.2.2 計算 若是在集熱器視野內所有熱輻射源與熱匯皆可被鑑別出來，則在集熱器開
26、口之熱照射度得以使用溫度量測值、表面發射率量測值及輻射視角因子等來計算求得。 一面集熱器表面 (指定 1)上，來自一個較熱平面 (指定 2)的入射熱照射度為42122TF 。 9 CNS 15165-1, K 8031-1 或更有用地是，額外熱照射度 (與假設指定 2 在環境溫度下是一個完全黑體時相比較 )可以下式來求得： )T-T ( F4a42212 (1) 關於使用符號之說明，參照附錄 A 第 A.1 節。有關輻射視角因子之說明，參照有關輻射熱傳遞之教科書。 對集熱器開口之熱照射度，亦得以使用針對小立體角視野所求得之一系列量測值來予以計算求得。這些量測可以利用一個日射強度計，在使用與未使
27、用玻璃濾鏡之兩種情況下來鑑別總照射度中之熱能部分。 6.3 溫度量測 在進行太陽能集熱器試驗時，需要 進行三項溫度量測，分別是集熱器入口流體溫度、集熱器出口流體溫度與環境 空氣溫度。因為這些量測所要求準確度與環境各自不同，因此使用的感測器與相關設備也各自不同。 6.3.1 熱傳流體入口溫度 (tin)之量測 6.3.1.1 準確度要求 針對集熱器入口熱傳流體之溫度量測，應具有 0.1的準確度，但為檢查溫度不隨著時間漂移，其溫度訊號解析度需高達 0.02以上。 備考： 所有集熱器測試之溫度 (即 0 100範圍 )均需要具有此種解析度。對於數據記錄器來說，這是特別苛求之準確度要求，因 為需要有1
28、/4000 的解析度，或是一個 12 位元的數位系統。 6.3.1.2 感測器之安裝 量測溫度之溫度換能器應安裝在距離集熱器入口不超過 200 mm 處，且在溫度換能器之上游與下游管路周圍皆應放置隔熱物。若有必要將溫度換能器放置於距離集熱器超過 200 mm 處時，應進行一項試驗以查證如此不會影響到對於流體溫度之量測。 為確保在溫度量測處之流體獲得混合，在溫度換能器上游處應有一個彎管、一個孔口板 (orifice)或一個流體混合裝置，且溫度換能器之探針應指向上游且位在管子內流體向上流動處 (以預防空氣陷在感測器附近 )，如圖 1 所示。 6.3.2 熱傳流體溫度差異 (T)之測定 集熱器出入口
29、溫度差 (T)之量測準確度，應達到 0.1 K。若是使用現行且在使用溫度範圍內校正過之感測器，可以達到 0.02 K 的準確度，因此在量測僅有 1 K 或是 2 K 的熱傳流體溫度差時，可具備合理準確度。 10 CNS 15165-1, K 8031-1 圖 1 量測集熱器入口及出口熱傳流體溫度時之溫度換能器位置建議圖 單位： mm 6.3.3 環境空氣溫度之量測 (ta) 6.3.3.1 準確度要求 對周圍或是環境空氣溫度之量測，應具有 0.50之準確度。 6.3.3.2 感測器之安裝 在進行室外量測時，應採用一個塗以白色塗料且通風良好的掩蔽體 (最好是具強制通風者 )方式，來遮住對溫度換能
30、器之直接與反射的太陽輻射。此遮蔽體本身須被遮蔽住且置於集熱器一半高度處，但是至少要離地面 1 m 以上，以避免受到地面加熱之影響。此遮蔽體應放置於集熱器之一側，但是距離集熱器不應超過 10 m 遠。 如果空氣遭風力產生器強制通過集熱器上方時，應該在風力產生器出口處量測空氣溫度，且應檢查以確保使其溫度與環境空氣溫度之偏離不超過 1。 6.4 集熱器液體流率之量測 質量流率可直接量測，或由量測體積流率與溫度值來決定。 液體流率量測之準確度，應在量測值的 1.0%範圍內，以每單位時間內流過質量為其單位。 流量計之校正，應在使用於集熱器試驗之流體流率與溫度範圍內進行。 備考： 須在具備足夠準確度情況下
31、知曉體積流率計內之流體溫度，以確保可以在規定限制範圍內來測定質量流率。 6.5 風速 集熱器之熱損失，隨著吹過集熱器 之風速增加而增加，但是對於風向之影響則尚不明瞭。因此在集熱器試驗中並 不進行對風向之量測。氣象風速與吹過集熱器空氣速率之間的關聯性，與試驗 設施所在場址有關，因此氣象風速對於集熱溫度換能器(te, T) 管路彎曲或混合裝置 太陽能集熱器管路彎曲或混合裝置溫度換能器 (tin, T) 11 CNS 15165-1, K 8031-1 器試驗來說並非有用參數。藉著量 測來獲知通過集熱器之風速時，有可能清楚界定進行試驗時之狀況。 6.5.1 準確度要求 在進行室內與室外試驗時，對於
32、周圍空氣通過集熱器前方表面時之速率量測，需要具有 0.5 m/sec 的準確度。 在室外情況下，周圍空氣之速率 很少固定不變，且經常發生陣風情況。因此需要進行試驗期間平均風速數 值之量測。此項數值可以透過求出取樣數值之算術平均值，或是該期間之時間積分值方式來取得。 6.5.2 感測器之安裝 在進行室內測試時，從集熱器一 端至另一端的空氣速率可能發生變化，因此應該進行一系列的空氣速率量測 。量測點係在集熱器開口前端距離 100 mm 處，沿著整個集熱器區域具有相同間隔的一些位置。應對這些測得數值求出一個平均值。對於室內穩定 狀況下之空氣速率量測，應在性能測試時間點之前與之後來進行量測，以避免遮住
33、集熱器開口。 當在平均風速低於 3 m/sec 處進行室 外測試時，應使用一個人工風力產生器，且使用與室內測試相同方式 來進行風速計量測。若是在多風位置上量測風速時，應靠近集熱器且在其 一半高度處進行。在測試期間，感測器不應遮蔽風吹，且不應在集熱器上投下陰影。 6.5.3 校正 風速計應依年度之時間間隔來每年重新校正。 6.6 壓力量測 熱傳流體在流過集熱器時之壓降，應以具有 3.5 kPa 準確度的裝置來加以量測。 6.7 經過時間 經過時間應以 0.2%的準確度來加以量測。 6.8 使用儀器 /數據記錄器 任何情況下，儀器或儀器系統之最小刻度區隔，均不應超過規定準確度的兩倍。例如若是規定準
34、確度是 0.1時，最小刻度間隔不應超過 0.2。 數位技術或是電子積分器應具有等於或優於量測數值 1.0%的準確度。 類比與數位記錄器應具有等於或優於全刻度讀數 0.5%的準確度，且其時間常數為一秒或更低。尖峰訊號指示處應處於全刻度的 50%至 100%之間。 記錄器之輸入阻抗 (impedance)應高於感測器阻抗的 1000 倍或是 10 M，選擇兩者中較高者。 6.9 集熱器面積 集熱器面積 (屬於吸收器、總面積或開口者 )應以 0.1%的準確度來進行量測。 6.10 集熱器流體容量 集熱器之流體容量，係表示使用於試驗時，相當的熱傳流體之質量，量測之準確度至少應為 10% 量測時可以藉著
35、秤出集熱器空重與充滿流體後重量方式，或是先將集熱器裝滿12 CNS 15165-1, K 8031-1 流體接著倒出流體以決定集熱器可盛裝流體質量方式。流體之溫度須被維持在環境溫度的 20之內。 7. 試驗安裝 7.1 一般考量事項 使用液體作為熱傳流體，用以試驗太陽能集熱器之試驗架構範例，如圖 2 與圖3 所示。這些圖形僅屬示意性質，因此並非依照實品比例繪製。 圖 2 封閉試驗迴路範例 主要溫度控制加熱器/冷卻器 壓力計 安全閥 膨脹槽泵旁通閥流量控制閥觀察孔 過濾器 (200 m) 流量計 次要溫度調節器 人造風力產生器 溫度感測器 (tin) 全天空輻射計 地面輻射計 風速計 溫度感測器
36、 (te) 周圍空氣溫度感測器 空氣出口隔熱管太陽能集熱器13 CNS 15165-1, K 8031-1 圖 3 開放試驗迴路範例 7.2 熱傳流體 使用於集熱器之熱傳流體，可以是水或是由集熱器廠商所量測的其他流體。 對所使用熱傳流體在整個試驗溫度 範圍內的比熱與密度，應能知曉至其數值的 1%程度。關於水的這些數值列於附錄 D 中。某些流體可能需要定期更換，以確保其性質維持在界定範圍內。 在進行測定特定集熱器的熱效率曲 線、時間常數及入射角度修正因子試驗時，應維持整個試驗程序中熱傳流體的質量流率為固定。 7.3 管路與接頭 使用於集熱器迴路的管道應能抗腐蝕且適合使用於溫度高至 95之情況。若
37、是使用非水質流體時，該流體與系統材料之相容性應予以確認。 管路長度一般應維持簡短。特別是 在流體溫度調節器出口與至集熱器入口間的管路長度應使其最小化，以減少環 境效應對流體入口溫度之影響。本段管路應主要溫度控制加熱器/冷卻器 儲槽 稱量容器泵秤流量控制閥觀察孔 過濾器(200 m)流量計次要溫度調節器人造風力產生器 溫度感測器 (tin) 全天空輻射計地面輻射計 風速計 溫度感測器 (te)空氣出口隔熱管太陽能集熱器周圍空氣溫度感測器壓力計 固定水位高度槽14 CNS 15165-1, K 8031-1 給予隔熱，以確保熱損失之速率低於 0.2 W/K，且應以一個防風雨之反射性覆蓋層來保護。
38、在各溫度偵測點與集熱器 (入口與出口 )間的管路，一直至超過溫度感測器所在處，應以隔熱與防風雨的反射性覆 蓋層來保護，以使得在沿著管路部分所計算出之溫度增減量，在試驗條件下不超過 0.01 K。在溫度感測器緊接上游處需要具備流體混合裝置 (諸如彎管 )， (參照第 6.3 節 )。 在流體迴路中應安裝一小段透明管 ，以便若是出現空氣泡或其他污染物體時可以觀察到。此段透明管之所在位置 ，應接近集熱器入口處，但是不應影響流體入口溫度控制或是溫度量測。一個 可變面積流量計適合使用於此用途，因為其可以同時提供一項獨立之流量視覺指示。 一個空氣分離器與空氣出口，應予 安裝在集熱器出口處與系統內其他空氣可
39、能累積處。 應該依據一般作業實務，將過濾器安裝在流量量測裝置與泵的上游處 (一個標稱200 m 的過濾孔尺寸即已足夠 )。 7.4 泵與流量控制裝置 流體泵在集熱器試驗迴路內之安裝位置，應使由泵所發散至流體的熱量，不會影響到對集熱器入口溫度之控制與對流體通過集熱器後所產生溫度上升之量測。 對於某些類型的泵，採用一個簡單的旁通迴路與人工控制的針閥，即可提供足夠的流量控制。若有必要時，也可以加入專用的流量控制裝置，來穩定質量流率。 在操作溫度範圍內所選定的任何入 口溫度下，不管其後溫度變化如何，所使用的泵與流量控制器應能將通過集熱器之流體質量流率維持穩定在 1%範圍內。 7.5 熱傳流體之溫度調節
40、 在所選定操作範圍內的任何溫度位準下，一個集熱器試驗迴路必須要能夠維持一個固定的集熱器入口溫度。因為集熱器內之能源收集速率係由量測流體入口溫度與出口溫度之瞬時數值所導出，因此若是入口溫度出現微小變化時，會導致所導出能源收集速率之錯誤。特別重要的是要避免任何集熱器入口溫度之漂移。 因此試驗迴路應包含兩個階段的流體入口溫度控制，如圖 2 與圖 3 所示。主要溫度控制器應安裝於流量計與流量 控制器的上游處。一個次要溫度調節器，則應使用於集熱器入口之前以調整流 體溫度。此次要調節器被要求達成之流體溫度調整值通常不須超過 2K。 8. 室外穩態效率試驗 8.1 試驗安裝 集熱器應依據第 5 節所給予之建
41、議來安裝，並與第 7 節所述之試驗迴路來結合。熱傳流體應自集熱器底部流向頂端，或是依據製造廠商所建議之方向流動。 8.2 集熱器之預處理 在使用於性能試驗之前，集熱器應進行一序列 CNS 15165-2 標準所規定之合格試驗。 應對集熱器進行目視檢查並記錄任何所受損害。 15 CNS 15165-1, K 8031-1 應使集熱器開口面蓋徹底清潔乾淨。 若是濕氣已經在集熱器組件上形成，此時應讓熱傳流體在大約 80溫度下以足夠時間來循環，以乾燥隔熱物與集 熱器之包覆外框。若是實施此種預處理時，應該在試驗結果中提出報告。 若是有必要時，應使用空氣閥或高流量循環方式來排出集熱器管路之內陷空氣。 應使
42、用流體迴路管路內建透明管， 來檢查流體內之夾帶氣泡或粒子。任何污染物均應予移除。 8.3 試驗條件 在進行試驗時，集熱器開口平面上之總太陽照射度應超過 800 W/m2。 在集熱器開口之直接太陽輻射入射 角，應處於集熱器入射角修正因子之變化值不超過其垂直入射時之 2%的範圍內。對於單層面蓋式平板集熱器，若是集熱器開口之直接太陽輻射入射角低於 30 時，通常可以達到此狀況。對於某些特殊設計則可能須要一些更低角度。 為能對集熱器在其他角度時之性能給予特徵化，可能需要測定一項入射角修正因子 (參照第 11 節 )。 在考量集熱器上之場地變化與試驗 期間之短暫變化後所求得之周圍空氣之平均速率，應該在
43、2 4 m/sec 之間。 除非另有建議，否則流體流量數值應該設 定在每平方公尺總集熱器面積大約0.02 kg/sec 處。在每項試驗期間，應維持此數值穩定在設定值 1 %，且在一個試驗期間與另一個試驗期間之設定值變化不應超過 10%。 某些集熱器之建議流體流量可能接近層流 (laminar flow)與紊流 (turbulent flow)之過渡區域。此時可能會造成內部 熱傳係數之不穩定，並因此產生集熱器效率量測值之變異。為對此類集熱器以 可重現方式來進行特徵化，可能有必要使用更高流量，但是此情況應在試驗結果中清楚說明。 因為具有儀器準確性相關問題，因此流體 溫度差異之量測結果若是低於 1.
44、5 K時，不應納入試驗結果中。 8.4 試驗程序 為能決定其效率特徵，集熱器應在 晴朗天空狀況下，在其操作溫度範圍內來進行試驗。 可以符合以下要求事項之數據點， 應該在集熱器操作溫度範圍內平均間隔分布之至少 4 個流體入口溫度下來取得。其中一個入口溫度之選取，應使得集熱器內流體平均溫度處於環境空氣溫度 3K 內，以能夠正確地測定 o。 (若以水作為熱傳流體，則 70，通常即足夠作為最高溫度。 ) 針對每個流體入口溫度，至少應取得 4 個獨立數據點，因此共計取得 16 個數據點。若是試驗條件允許時，針對每 個流體入口溫度，應在太陽正午之前與之後取得相同數量之數據點。該集熱器 若使用自動追縱器來進
45、行對太陽方位與仰角之移動追蹤，則本段第二項要求事項並無必要。 在一項試驗中，應依據第 8.5 節之規定來做出量測。這些結果可被使用來鑑別出可以導出滿意數據點的試驗期間。 16 CNS 15165-1, K 8031-1 8.5 量測 下列量測結果應予取得： (a) 總集熱器面積 AG、吸收器面積 AA與開口面積 Aa； (b) 流體容量； (c) 在集熱器開口之全天空太陽照射度； (d) 在集熱器開口之漫太陽照射度； (e) 直接太陽輻射之入射角 (替代地，此角度亦可透過計算來決定 )； (f) 周圍空氣速率； (g) 周圍空氣溫度； (h) 在集熱器入口之熱傳流體溫度； (i) 在集熱器出口
46、之熱傳流體溫度； (j) 熱傳流體之流量。 8.6 試驗期間 (穩態 ) 一個穩態數據點的試驗期間，應包含在集熱器入口流體正確量測溫度至少 15min之預處理，然始接著至少 15min 的穩態量測期間。 在所有情況下，穩態量測期間的時間長度，應超過集熱器有效熱容 C 與流體流過集熱器之熱流量fcm&之比例值的 4 倍 (有關有效熱容之測定請參照第 10 節 )。 在一個給定的量測期間內，若是沒 有任何實驗參數偏離其量測期間平均數值的情況，超過以下表 1 所列限制時，則一個集熱器可以被視為是操作於穩態狀況下。為確認此一項穩態之存在，針對每個參數在連續的多段 30 秒鐘期間內所取得之平均數值，應與
47、該段量測期間的平均數值進行比較。 表 1 一段量測期間內允許之量測參數偏離值 參數 與平均值之允許偏離值 試驗太陽照射度 50 W/m2周圍空氣溫度 1 K 流體質量流率 1% 在集熱器入口之流體溫度 0.1 K 8.7 結果之呈現 量測結果應經過核對 (collated)以產生一套可以符合試驗條件之數據點，包括那些屬於穩態操作者。這些數據應使用附錄 A 所提供之數據制式表格來呈現。 8.8 集熱器效率之計算 一個太陽能集熱器 操作在穩態下之瞬時效率 (或 )，係定義為集熱器實際獲得之可用能量與集熱器所擷取之太陽能量之比率。 實際抽取出之有用太陽能量 Q.，係由以下公式計算得： 17 CNS
48、15165-1, K 8031-1 TcmQf=.(2) 應使用一個對應於平均流體溫度的 cf數值。 若m.係得自體積流率量測值時，應測定在流量計內流體溫度下之流體密度。 8.8.1 集熱器擷取之太陽能量 對於單層面蓋式平板集熱器，若是入射角低於 30時，並無必要使用如第 11節所討論之入射角修正因子。 若是參照總集熱器面積時，集熱器所擷取之太陽能量為 AGG，因此 GAQGG.= (3) 若是參照吸收器面積時，集熱器所擷取之太陽能量為 AAG，此情況下： GAQAA.= (4) 8.8.2 對比溫差（ reduced temperature difference） 瞬時效率 (或 )應以圖形
49、方式呈現為減化溫度差 T*之函數。 若使用熱傳流體平均溫度 tm，則 tm=tin+2T(5) 此時減化溫度差可如以下方式計算獲得： GttTamm=(6) 若使用集熱器入口溫度時，減化溫度差可用以下方式計算獲得： GttTaini=(7) 8.8.3 瞬時效率之圖形表示 應用最小平方 法之統計曲線擬合方法時，可以求得瞬時效率曲線 (或 )之圖形表示方式如下： =0a1T*a2G(T*)2 (8) 或是 =0UT* (9) 對於使用一次方或是二次方曲線 來表示之選擇，應該依據使用最小平方回歸方式所求得之密合度來決定。若是所導出之 a2數值為負數時，不應該使用二次方擬合 (second order fit)方式。 使用來呈現二次方擬合性之 G 數值，應為 800 W/m2。 應將試驗條件記錄在附錄 A 所提供之數據制式表格上。 在漫太
