太阳能热利用技术（清华大学）平板型集热器热性能实验

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1、1 0 - F e b - 0 9 1建筑工程学院市政工程系第三章 3 7 平板型集热器热性能实验太阳能热利用 太阳能热利用 太阳能热利用 - F e b - 0 9 23 7 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验3 7 1 、热性能实验内容 根据 国标 国标 国标 国标 G B 4 2 7 1G G G 8 4 的规定， 平板型 太阳能集热器 太阳能集热器 太阳能集热器 太阳能集热器 的热性能试验包括下列项目： 瞬时效率特性 瞬时效率特性 瞬时效率特性 瞬时效率特性 ； 时间常数及热容量； 入射角修正系数； 流动阻力。 - F

2、 e b - 0 9 33 7 2 、瞬时效率特性的测定方法 在上述各项中， 瞬时效率特性 瞬时效率特性 瞬时效率特性 瞬时效率特性 是最为重要的指标，它是评价集热器热性能的主要参数。 ( ) IA c u , = 在稳态或准稳态下，集热器瞬时效率的定义为： 传热工质从太阳能集热器 获得的能量 获得的能量 获得的能量 获得的能量 与入射在集热器采光面积上的 太阳辐射能 太阳辐射能 太阳辐射能 太阳辐射能 之比，即：3 7 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验 、 - F e b - 0 9 43 7 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验 、

3、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验 ( ) I = , 集热器的瞬时 效率特性 效率特性 效率特性 效率特性 ：在一定的环境条件下，集热器的瞬时效率随 工质进口温度与环境温度之差 工质进口温度与环境温度之差 工质进口温度与环境温度之差 工质进口温度与环境温度之差 而变化的关系式，即： I tt , 在 坐标图上，效率方程呈一条直线。 在 y 轴上的截距 称为 光效 光效 光效 光效率 率 率 率 ，指工质进口温度与环境温度相等时的瞬时效率，它表示集热器可能达到的 最大效率 最大效率 最大效率 最大效率 。 ( t t a ) / I ( ) / U ( ) F R U L( )

4、- F e b - 0 9 53 7 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验 在 坐标图上： 直线的 斜率 斜率 斜率 斜率 L 称为 总热损系数 总热损系数 总热损系数 总热损系数 ，指单位时间、单位采光面积、工质进口温度与环境温度之间单位温差的热量损失，它表示集热器 在 实际运行过程中的热损程度 实际运行过程中的热损程度 实际运行过程中的热损程度 实际运行过程中的热损程度 。( t t a ) / I ( ) / U ) F R U tt , - F e b - 0 9 63 7 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能

5、实验 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验 集热器热性能测试装置 集热器瞬时效率的测定就是人为的选定 集热器的工况 集热器的工况 集热器的工况 集热器的工况 ，通过仪器仪表测出不同工况时的流体进出口温度、环境温度、太阳辐射强度及流体的质量流量，计算出 每一工况的瞬时效率值 每一工况的瞬时效率值 每一工况的瞬时效率值 每一工况的瞬时效率值 及 值。 最后运用 最小二乘法 最小二乘法 最小二乘法 最小二乘法 将其回归成一条直线，确定瞬时效率曲线方程。 I tt , - F e b - 0 9 7最小二乘法 最小二乘法 最小二乘法 最小二乘法 的算法 的算法 的算法 的算法误差函数 误

6、差函数 误差函数 误差函数 为： e = ( y i - a x i - b ) 2 各 偏导 偏导 偏导 偏导 为： d e / d a = 2 ( y i - a x i - b ) x i = 0 d e / d b = - 2 ( y i - a x i - b ) = 0于是得到关于 a , b 的 线性方程组 线性方程组 线性方程组 线性方程组 ：( ) a + ( x i ) b = y i x i( x i ) a + n b = y = x i 2 , B = x i , C = y i x i , D = y i ，则方程化为：A a + B b = CB a + n b

7、= a , b 得： a = ( C n - B D ) / ( A n - b = ( A D - C B ) / ( A n - B 2 )3 7 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验 、 - F e b - 0 9 83 7 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验 集热器热性能 集热器热性能 集热器热性能 集热器热性能 测试装置 测试装置 测试装置 测试装置 - F e b - 0 9 93 7 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热

8、器热性能实验 日晷 日晷 日晷 日晷 ( g u i ) ：按照日影测定时刻的一种仪器 ( 太阳时 太阳时 太阳时 太阳时 ) 。P I D 控制器 控制器 控制器 控制器 （比例 - 积分 - 微分控制器）：由比例单元、积分单元和微分单元组成，可利用比例、积分、微分计算出控制量进行 控制量，在 温度、压力、流量 温度、压力、流量 温度、压力、流量 温度、压力、流量 之定值控制上应用最为广泛。 总太阳辐射表 总太阳辐射表 总太阳辐射表 总太阳辐射表 ：该表用来测量光谱范围为 0 . 3 - 3 m 的太阳总辐射 的太阳总辐射 的太阳总辐射 的太阳总辐射 ，也可用来测量入射到斜面上的太阳辐射，如

9、感应 面向下可测量反射辐射。 总太阳辐射表 总太阳辐射表 总太阳辐射表 总太阳辐射表 - F e b - 0 9 1 0平板型集热器瞬时效率特性曲线 平板型集热器瞬时效率特性曲线 平板型集热器瞬时效率特性曲线 平板型集热器瞬时效率特性曲线3 7 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验 效 效 效 效 率 率 率 率光 光 光 - F e b - 0 9 1 13 7 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验集热器热 集热器热 集热器热 集热器热 性能测试装置 性能测试装

10、置 性能测试装置 性能测试装置 ( 云南省太阳能质检站 云南省太阳能质检站 云南省太阳能质检站 云南省太阳能质检站 ) - F e b - 0 9 1 23 7 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验云南省质太阳能检站测量室 云南省质太阳能检站测量室 云南省质太阳能检站测量室 云南省质太阳能检站测量室 质检站室外装置 质检站室外装置 质检站室外装置 质检站室外装置 - F e b - 0 9 1 33 7 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验 北 北 北 北 京 京

11、 京 京 太 太 太 太 阳 阳 阳 阳 能 能 能 能 研 研 研 研究 究 究 究 所 所 所 所 热 热 热 热 水 水 水 水 器 器 器 器 测 测 测 测 试 试 试 试 系 系 系 系统 统 统 统 - F e b - 0 9 1 43 7 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验 集热器热性能测试的 试验条件 试验条件 试验条件 试验条件 、 测量仪表 测量仪表 测量仪表 测量仪表 及 试验程序 试验程序 试验程序 试验程序 ( 国标G B 4 2 7 1 8 4 )1 试验条件试验期间，不得有阴影落在集热器上，也不

12、应有从反射率大于 0 . 2的其它表面反射的太阳辐射落在集热器上。 天空晴朗，集热器平面上太阳辐照度的平均值应大于 7 0 0 W/ m 2 ，且平均值不得低于最大值的 9 5 。环境温度变化范围应小于 3 0 o C ，风速不得大于 4 m / s 。 - F e b - 0 9 1 53 7 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验1 试验条件 工质 ( 流体 ) 流量的波动应小于 1 % , 且整个测试期间的变动不应大于 1 0 。 工质进出口温度的波动不应大于 0 . 2 o C 。 测定数据应在 稳态或准稳态 稳态或准稳态

13、 稳态或准稳态 稳态或准稳态 下进行。 - F e b - 0 9 1 62 测量仪表 天空辐射表的精度与世界气象组织划分的一级仪表相当，时间常数小于 5 s ，分辨率在 1 以内，非线性误差不应大于 1 。 用于测量工质温度的铂电阻、热电偶或其它温度计的误差不大于 0 . 2 o C ，用于测量环境温度的水银温度计或铂电阻温度计误差不应大于 0 . 2 o C 。 用于测量工质流量的涡轮流量计或节流式流量计的误差小于 1 ；若用秒表计量筒或磅秤测量，时间和质量的测量误差应分别不大于 0 . 5 。用于测量风速的风速计的误差应小于 0 . 5 m / s 。3 7 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验 、平板型集热器热性能实验 、 - F e b - 0 9 1 73 试验程序 调节试验台架，保证太阳入射角小于 1 0 o 。 测试数据的间