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全玻璃真空太阳集热管

晨怡热管 2008-4-13 19:29:31

NY/T 3151997

前   言

  自20世纪70年代中期国际上出现全玻璃真空太阳集热管商品以来,该集热管的研究、开发和应用在不断发展。但尚未制定全玻璃真空太阳集热管技术标准。我国自70年代末始致力于该项工作。由于我国经济发展迅速,生活水平提高较快,太阳能资源丰富但常规能源短缺等原因,全玻璃太阳真空集热管在我国发展很快,我国已成为主要生产国家。为适应该产品健康发展的需要,特制定本标准。

  本标准是按照GB/T 1.1—1993《标准化工作导则 第1单元:标准的起草与表述规则第1部分:标准编写的基本规定》的要求编写的。

  本标准由中国农村能源行业协会太阳能热利用专业委员会提出。

  本标准由中华人民共和国农业部归口。

  本标准起草单位:清华大学、北京市太阳能研究所、中国农业工程研究设计院。

  本标准主要起草人:吴家庆、薛祖庆、史月艳、何梓年、高援朝、殷志强、严习元。


1 范围

  本标准规定了全玻璃真空太阳集热管(简称真空集热管)的产品分类、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存。

  本标准适用于利用太阳辐射加热,载热工质为流体的真空集热管。

2 引用标准

  下列标准所包含的条文,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。

  ISO 3585:1991 硼硅玻璃3.3──性能

  ISO 4803:1978 实验室玻璃──硼硅玻璃管

  GB 191—90 包装储运图示标志

  GB 4271—84 平板型太阳集热器热性能试验方法

  GB 6424—86 平板型太阳集热器产品技术条件

  GB/T 12915—91 家用太阳能热水器热性能试验方法

  GB/T 13384—92 机电产品包装通用技术条件

3 定义

  本标准采用下列定义。

3.1 全玻璃真空太阳集热管 All-glass evacuated solar collector tubes

  内管与外管均由玻璃制成并具有真空夹层,内管的外表面沉积有太阳光谱选择性吸收涂层,用来吸收太阳辐射使工质加热的一种集热元件(见图1)。

P001.jpg (37703 字节)

图1 全玻璃真空太阳集热管

1—内管;2—外管;3—真空夹层;4—太阳光谱选择性吸收涂层;

5—定位弹性卡子;6—吸气剂;L—集热管长度

3.2 真空夹层 vacuum space

  内管与外管之间被抽成真空的空间。

3.3 太阳光谱选择性吸收涂层 solar spectrum selective absorbing surface

  对太阳光谱范围具有高的吸收率,在红外波长范围具有低的发射率的吸收涂层。

3.4 吸气剂 gas-absorbent

  一种用来保持或提高真空器件内真空度的吸气材料。

4 产品分类

4.1 真空集热管的型号用大写汉语拼音字母和阿拉伯数字表示。

4.2 真空集热管型号由四部分组成。

  a)第一部分:表示全玻璃型真空太阳集热管;

  b)第二部分:表示真空集热管玻璃材料;

  c)第三部分:表示真空集热管外径;

  d)第四部分:表示真空集热管长度。

4.3 型号各部分的符号及其意义

4.3.1 第一部分用汉语拼音字母QB表示全玻璃型真空太阳集热管。

4.3.2 第二部分用汉语拼音字母P 表示真空集热管所用玻璃为硼硅玻璃。

4.3.3 第三部分用阿拉伯数字表示真空集热管外径,单位mm。

4.3.4 第四部分用阿拉伯数字表示真空集热管长度,单位m,保留一位小数。

  在第三部分与第四部分之间用符号“-”隔开。

4.4 型号标记示例

  长1.2m,外径47mm,硼硅玻璃制作的真空集热管标记为

P002.jpg (10185 字节)

 

 

真空集热管长度为1.2m

真空集热管外管直径为47mm

真空集热管玻璃材料为硼硅玻璃

表示全玻璃真空太阳集热管

5 技术要求

5.1 性能要求

5.1.1 空晒温度

  在太阳辐照度E在850~700W/m2之间,环境温度ta在15~30℃之间的条件下,真空集热管以空气为载热工质的空晒温度tc应不低于200℃。

5.1.2 闷晒性能

  在太阳辐照度E在850~700W/m2之间,环境温度ta在15~30℃之间的条件下,真空集热管以水为载热工质,由初温25℃起计算,闷晒至60℃所需的累积太阳辐照量应不大于4000kJ/m2

5.1.3 平均热损系数

  真空集热管的平均热损系数应不大于0.90W/(m2·℃)。

5.1.4 耐热冲击性能

  真空集热管应能承受25℃以下冷水与90 ℃以上热水交替反复冲击三遍而不破裂。

5.1.5 真空性能

  真空集热管真空夹层内真空度应低于6.0×10-3Pa。

5.1.6 耐压

  真空集热管内应能承受0.30MPa的压力。

5.1.7 抗冰雹性能

  真空集热管应能承受直径不低于15mm冰雹的袭击而无破裂。

5.2 结构要求

5.2.1 真空集热管通常采用同心圆管结构,其内外玻璃管一端为封闭端,另一端为开口端。开口端内外玻璃管封接在一起;封闭端为自由端。内外管之间的空间被抽成真空(见图1)。

5.2.2 内管除其一端与外管封接固定外,还应在自由端或其他部位给予支撑。

5.2.3 真空集热管的真空夹层内应装有吸气剂。

5.2.4 真空集热管开口端在距端口10~30mm处玻璃管横断面应为规则的圆形。其最大直径与最小直径之比,应不大于1.02。

5.2.5 真空集热管应具有良好的互换性,其长度偏差应为长度标称尺寸的±0.5%,管外径偏差应符合ISO 4803的规定。

5.3 材料要求

5.3.1 真空集热管应采用太阳透射率不小于0.86的硼硅玻璃制做。推荐采用硼硅玻璃3.31)

5.3.2 吸收涂层应选用太阳光谱选择性吸收涂层,该涂层材料太阳吸收比不小于0.88,红外发射率不大于0.10(80℃)。

5.4 外观要求

5.4.1 真空集热管的选择性吸收涂层颜色应均匀,膜层不得有起皮或脱落。

5.4.2 支撑内管自由端或其他部位的支撑件(如定位弹性卡子)应放置端正,不应松动。

5.4.3 玻璃外管的表面结石不得多于三个,其中直径大于2mm 的结石不得多于一个。

6 试验方法

6.1 空晒温度测定

  真空集热管空晒温度的试验条件应满足5.1.1的要求,总日射表放置的平面应与真空集热管平面平行,真空集热管南北向放置,背面带有漫反射率为0.6以上,其倾角为35°±5°的平面反射板。试验期间不得有阴影落在真空集热管上,也不应有从附近其他反射面反射(反射率大于0.2)的能量落在真空集热管上。真空集热管内以空气为载热工质,测温点置于真空集热管中部,真空集热管开口端应放置保温材料(厚50mm的聚氨酯硬泡沫)制做的帽盖,以防热气外泄(见图2),在整个测试期间环境风速应小于4m/s。

  1)此系ISO 3585中热膨胀系数为(3.3±0.1)×10-6/ ℃的硼硅玻璃。

P003.jpg (33697 字节)

图2 真空集热管集热性能试验装置示意图

1—真空集热管;2—测温元件;3—保温盖;4—总日射表;5—日暑;6—辐射记录仪;

7—温度测试仪;8—打印机;9—试验架;10—百叶箱;11—风速表

  温度测量可用铂电阻温度计或热电偶温度计进行。温度计应经过标定,误差为±0.3℃。热敏元件不应与玻璃管壁接触。取数据时间间隔在2~5min内选择。

  当太阳辐照度增加并趋于最大值,温度上升并趋于稳定时测量并记录试验数据tatcE,取连续四次读数的平均值作为试验结果。

6.2 闷晒性能试验

  在5.1.2规定的条件下,真空集热管内以水为载热工质,其他与6.1保持一致,进行单管闷晒。起始水温低于25℃,测量水温由(25±1)℃上升到(60±1)℃所需累积太阳辐照量,由此计算出25℃上升到60℃所需的太阳辐照量,测温点置于真空集热管中部。所用温度计应经过标定,误差为±0.3℃。在整个测试期间环境风速应小于4m/s。

  上述两项试验太阳辐照度及环境温度测量要求按GB 4271 的规定执行。

6.3 平均热损系数测定

6.3.1 本项试验条件应符合GB/T 12915的规定。

6.3.2 真空集热管垂直放置,管内应自上而下布置三个测温点。它们与开口端的距离分别为真空集热管全长的1/6、3/6、5/6。

6.3.3 真空集热管应注满温度高于85℃的热水,开口端用50mm厚聚氨酯硬泡沫做的盖子盖住。当水温为(80±2)℃时开始记录水温数据。取数据时间间隔为1h,共取四次数据;总的测试时间为3h。

6.3.4 按照下列公式计算真空集热管平均热损系数UL

UL=mCpt1-t4/Atm-ta△τ……………………………………1

tm=t1+t2+t3+t4/4………………………………………………………2

ta=ta1+ta2+ta3+ta4/4…………………………………………………3

 

式中:     UL──

平均热损系数,W/m2·℃);

tm──

平均贮水温度,

ta──

平均环境温度,

──

时间间隔,s

m──

真空集热管内水的质量,kg

Cp──

水的比热容,J/kg·℃);

A──

内管的外表面积,m2

t1t2t3t4──

四次测试温度,

ta1ta2ta3ta4──

四次测试对应的平均环境温度,

  计算结果应符合5.1.3的要求。

6.4 真空度试验

  用火花检测器在暗环境下探测真空集热管真空夹层,根据放电颜色对真空状况作定性判断。真空夹层玻管壁应为发荧光。

6.5 耐热冲击性能试验

  将真空集热管内注满25℃以下冷水,停留约30s后倒出冷水并立即注满90℃以上热水,停留约30s后倒出热水再立即注满冷水,如此反复试验三遍,真空集热管应无破裂。

6.6 耐压试验

  将真空集热管内注满水后排尽内部空气,将水压均匀增至0.45MPa 保持1min,真空集热管不应破裂。也可用气压试验,要求相同。

6.7 抗冰雹试验

  真空集热管安装在试验架或热水器上,用直径为20~25mm的人造冰球或大小相当的冰块从距真空集热管顶3~4m高处自由落下至真空集热管。被试真空集热管数不少于3支,一次投下冰球不少于10个,共投不少于5次,真空集热管不应损坏。

6.8 结构检查

  真空集热管外径用精度为0.02mm的游标卡尺测量,长度用精度为1mm 的钢卷尺测量。

6.9 材料检查

  玻璃透射率用波长范围至少包含0.34~2.5μm的分光光度计测量。

7 检验规则

7.1 检验类型

  真空集热管检验应符合GB 6424的规定。

7.2 出厂检验

7.2.1 真空集热管在进行出厂检验前必须先存放24h以上。

7.2.2 真空集热管出厂前必须逐支进行出厂检验。

7.2.3 出厂检验包括外形尺寸检查和外观检查以及真空性能定性检查,其结果应符合5.2、5.4及5.1.5的相应规定。

7.3 型式试验

7.3.1 在正常情况下,每年至少进行一次型式试验。

7.3.2 产品有下列情况之一时,应进行型式试验:

  a)新产品试制定型时;

  b)改变产品结构、材料、工艺而影响产品性能时;

  c)停产超过半年,恢复生产时;

  d)国家技术监督机构提出进行型式试验要求时。

7.3.3 型式试验样品是在出厂检验合格的产品中随机抽取,抽取的样品不少于三支。

7.3.4 型式试验项目按本标准第6章各项进行,结果应符合第5章的要求。

7.3.5 型式试验中凡各项试验全部合格者,产品判为合格。凡试验有一项不合格者,则应加倍抽样重新复检,若仍有不合格者,产品判为不合格。凡型式试验中,有二项不合格者,产品即判为不合格。

8 标志、包装、运输和贮存

8.1 产品标志

  真空集热管上应有商标。

8.2 包装箱应符合GB/T 13384的规定。

8.3 包装箱的标志图样应符合GB 191的规定。

8.4 包装箱上还应标明下列内容:

  a)产品商标和制造厂;

  b)产品名称和产品型号;

  c)外形尺寸(长×宽×高);

  d)整箱的重量;

  e)允许垂直堆码层数;

  f)出厂日期。

8.5 包装箱内应附有检验合格证。

8.6 运输

  真空集热管在装卸和运输过程中,不得遭受强烈颠簸、震动,不得受潮、雨淋。

8.7 贮存

8.7.1 真空集热管产品应存放在通风干燥的仓库内。

8.7.2 真空集热管产品不得和易燃物品及化学腐蚀物品混放。
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