空气集热器测试方法
平板太阳能空气集热器热性能的实验研究
平板太阳能空气集热器热性能的实验研究蒋绿林;徐晨;董应伟【摘要】设计了一种太阳能空气集热器,对其热性能进行了实验研究.通过实验,分析了冬季3个典型日的集热效率和空气流量、进出口温度、太阳辐射强度间的关系.结果表明,出口温度随太阳辐射强度的增加而增加,集热效率随着空气流量的增大而增大.同时给出了太阳能空气集热器的效率方程.【期刊名称】《常州大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(026)002【总页数】4页(P75-78)【关键词】太阳能空气集热器;集热效率;太阳辐射强度【作者】蒋绿林;徐晨;董应伟【作者单位】常州大学石油工程学院,江苏常州213164;常州大学石油工程学院,江苏常州213164;常州大学石油工程学院,江苏常州213164【正文语种】中文【中图分类】TK513平板太阳能空气集热器是一种太阳能热利用装置，结构简单，造价低廉，使用方便，易于维护，接受太阳辐射面积大，广泛应用于采暖、除湿、干燥等领域［1-2］。
太阳能空气集热器以空气作为传热介质，空气的导热系数远小于水，致使板温增高和环境热损增大；空气的密度也远小于水，其传热、蓄热能力小，因此空气集热器热性能比热水器差。
但空气介质也有突出的优点：①在干燥、空调应用上不需要二次转换就可以直接利用；②冬季不存在冻结问题；③空气不会腐蚀集热板和管路；④空气系统对集热器的承压、密封等要求不太严格，即使有少量泄漏，对系统的运行和效率不会产生较大的影响［3 -4］。
长期以来对太阳能空气集热器的研究重点集中于强化空气和板芯之间的换热，并保持较小的风机功率［5］。
本文设计了一种新型的太阳能空气集热器，与传统的空气集热器相比具有结构简单，制作成本低，集热效率高等优点。
1 太阳能空气集热器本文设计的管翼式太阳能空气集热器，是由常州市康舒环境科技有限公司制造，结构如图1、图2所示：由透明玻璃盖板（1）、多通道吸热板芯（2）、底部及四周保温体（3）以及边框（4）和集管（5）组成，外形尺寸为2 000mm×1 000mm×80mm （长×宽×厚）。
空气加热器的设计及其性能测试
空气加热器的设计及其性能测试空气加热器是工业生产、建筑、汽车等领域中常见的一种设备，在寒冷的冬季起到了非常重要的作用。
所谓空气加热器，是指通过电、气、蒸汽等不同形式的加热方式，将空气加热后通过风机或风扇吹到需要取暖的区域，使其达到温暖的效果。
今天，我们将探讨空气加热器的设计及其性能测试。
一、空气加热器的设计空气加热器的设计需要考虑以下几个因素：1. 加热源：加热源的选择取决于使用环境和需求，目前市面上普遍采用电加热器、蒸汽加热器和燃气加热器等。
电加热器方便易用，但功率较小；蒸汽加热器需要连接至中心供热系统，适用范围较窄；燃气加热器可以使用天然气或液化气作为燃料，加热效率高，但需要排放废气。
2. 通风系统：通风系统包括了进风口、出风口、风机（或风扇）等。
不同的房间大小和加热需求，需要安装不同类型和大小的通风系统。
普通家庭通常使用风扇，而一些大空间，如大型仓库、车间等，则需要使用大型风机。
3. 空气流量：空气流量大小决定了加热器的加热范围和效率，所以需要根据具体环境调整空气流量。
一般来说，流量越大，加热范围越广，但同时加热器的耗电量也会增加。
4. 控制系统：控制系统用于调节加热器的温度、风量等参数，需要灵活、易用、稳定可靠。
目前市面上的控制系统多数采用智能化设计，可以根据用户的需求实现自动化控制。
二、空气加热器的性能测试空气加热器的性能测试是非常重要的一项工作，对于产品质量、生产效率以及用户体验都有着非常重要的影响。
下面介绍基于国家标准设计和执行的空气加热器性能测试方案：1. 温度分布测试：该测试用于检测加热器在不同情况下温度的分布情况。
将加热器置于标准环境中，利用检测仪器测量加热器内部温度分布情况，并进行图像化展示。
该测试结果可以有效评估加热器的加热均匀性，判断其是否符合产品标准的要求。
2. 加热效率测试：该测试用于衡量加热器在一定条件下的加热效率。
将加热器置于标准环境中，利用检测仪器测量加热器内部温度变化以及消耗的电（气、蒸汽等）量。
空气加热器性能的测定
空调实验指导书与报告空气加热器性能的测定专业班级学号姓名兰州交通大学环境科学与工程学院暖通实验室二Ｏ一六年五月空气加热器性能的测定在空气调节系统中，除应用喷水室对空气进行热湿处理外，还广泛采用表面式换热器对空气进行处理。
通常表面式换热器可分为表面式冷却器和空气加热器两大类：表面式冷却器一般以冷水或者制冷剂作为冷媒，可实现对空气的等湿冷却、减湿冷却等处理；空气加热器一般以热水或者蒸汽作为热媒，可实现对空气的等湿加热的处理。
一、实验目的通过本实验熟悉和掌握空气加热器（简称加热器）性能（换热量）的测定方法。
二、实验原理当用空气加热器处理空气时，处理过程为等湿加热且只是显热的交换过程。
主要取决于换热盘管传热系数的大小。
对既定结构的肋片式加热器，等湿加热过程的传热系数只与内外表面的换热系数有关，即nw K ατλτδα++Φ=011（1）式中：K W/(㎡·℃)；w α 外表面的换热系数，W/(㎡·℃)；0Φ 肋表面全效率；δ 管壁厚度，m ；λ 管壁导热系数，W/(㎡·℃)；n α 内表面的换热系数，W/(㎡·℃)； τ 肋化系数。
nwF F =τ 式中：w F 单位管长肋片管的外表面积，㎡； n F 单位管长肋片管的内表面积，㎡；对于以水为传热介质的空气加热器来说，其外表面换热系数w α与空气的迎面风速y υ或质量流速ρυ有关，内表面换热系数n α与水的流速ω有关。
加热器供给空气的热量为m t KF Q ∆= 式中：Q 加热器供给空气的热量，Kw ；F 加热器的传热面积，㎡；本实验为45㎡m t ∆ 热媒与空气间的对数平均温度，℃。
当热媒为热水时可以用算术平均温度来代替对数平均温度。
被加热的空气所得到的热量为()12t t c G Q a a a -= （2）式中：a Q 空气得到的热量，kW ； a G 被加热的空气量，㎏/s ；a c 干空气的比热，一般a c ＝1.01，kJ /（㎏·℃）； 2t 加热后空气的干球温度，℃； 1t 加热前空气的干球温度，℃；从理论上讲，上述两者应当相等，即a Q ＝Q 。
全玻璃真空管太阳能空气集热器热性能试验方法研究
1 —真空管集热器 2 —离心风机 3 —旁通阀 4 —稳压箱 5 —孔板流量计 6 —测温箱 7 —半 球风速仪 8 —电加热器 9 —温控箱 10 —测温 热电偶 11 —测压管 12 —总日射表 13 —倾斜 管压力计 14 —测试仪器
图 1 热及流动性能测量系统示意图 Fig. 1 Heat and flow performance measurement arrangement for airflow in a tube
一般太阳能集热器热性能测试主要按以下两个 思路进行 。 1) 用对比实验
该方法主要是通过在相同实验条件下对两个尺 寸相近 、类型相似的集热器进行实验 (其中之一是标 准集热器) 而得出的 。 2) 绝对热测实验
这种热测实验需要在较大范围的实验条件下确 定表征热性能的一些参数 ,经过一定的数学处理后 , 可用它对集热器的长期性能作出预测 。
ηg
=
mcP (
Tf ,e Ag I
Tf ,i)
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14 4 太 阳 能 学 报 22 卷
0 引 言
ASHRAE93286 标准对太阳能集热器性能的测试 条件 、测试仪器的精度 、测量参数的选择及数据的整 理等都做了具体的规定 ,但该标准是基于平板集热 器测试经验上的 ,对全玻璃真空管集热器 ,由于其吸 热体与平板有不同的几何结构 ,造成了它不同于平 板集热器的光学特性及瞬时热性能 。本项研究的重 点是全玻璃真空管空气集热器的热延迟常数 、时间 常数 、角度修正因子及瞬时热效率等热性能的实验 方法 。目的是找到一套有补充 ASHRAE93286 标准 , 适合于有固定支架的全玻璃真空管空气集热器热性 能测试的方法 。
GB 4271-2007
李晓瑞
术语和定义
1.1 试验周期：对于每一个测定的效率点，维持准稳态的时间。 1.2 轮廓采光面积：太阳投射到集热器上最大有效面积。
1.3
采光面积：太阳投射到集热器上的最大投影面积。
符号和单位
Aa AG Cf G m m ta te ti
试验周期内测量参数的允许偏离范围
试验系统示意图
试验期间应对以下参数进行测量
试验程序
1) 对于数据点的选取，应在集热器工作温度范围内至少取四 个间隔均匀的工质进口温度 2) 为了求得o 其中一个进口温度应使集热器工质平均温度与 环境空气温度之差在±3℃之内。 3) 根据集热器的最高工作温度确定最高工质进口温度，对于 平板集热器集热器最高进口温度不超过70℃；对于真空管 集热器，最高进口温度与环境温度之差应大于40℃ 4) 对每个工质进口温度至少取4个独立的数据点，每个瞬时效 率点的测定时间间隔不小于3min
℃ Km 2 K -1 Wm 2 K -1 s
T
0
试验条件
2.1 进出口温度：传热工质进出口温度测量准确度应在±0.1℃ 2.2 环境空气温度：测量环境空气温度准确度应在±0.5℃ 2.3 工质质量流量测量：工质质量流量可以直接测量，或通过 所测量的体积流量和温度换算得出。工质质量流量的准确 度应为±1.0%。质量流量可根据集热器采光面积设定在 0.02kg/(㎡· s)，稳态期间应稳定在设定值的±1%之内 2.4 空气流速测量：空气流速测量的准确度应为±0.5m/s，试 验期间周围空气流速不高于4m/s 2.5 集热器面积测量：准确度应在±0.1% 2.6 太阳福照度：集热器采光面上的总太阳辐照量不小于 700W/㎡，稳态期间福照度变化不超过50W/㎡
空气源热泵机组制热性能系数现场检测方法
空气源热泵机组制热性能系数现场检测方法F.0.1空气源热泵机组性能检测应在典型制热工况下进行，机组负荷率宜达到80%以上。
F.0.2热水型空气源热泵机组制热性能系数检测应满足下列要求： 1检测宜在热泵机组运行工况稳定后1h 进行，检测时间不得低于2h ； 2应检测系统的热源侧流量、机组用户侧流量、室外温湿度和机组输入功率等参数； 3机组的各项参数检测记录应同步，记录时间间隔不得大于600s ； 4 热泵机组制热性能系数按式（F.0.2-1）、（F.0.2-2）计算：iQ COP N = （F.0.2-1） pw C 3600ρ∆=wV t Q （F.0.2-2） 式中：COP ——热泵机组的制热性能系数；Q ——检测期间机组的平均制热量(kW)；N i ——检测期间机组的平均输入功率(kW)；V ——热泵机组用户侧平均流量（m 3/h ）；∆t w ——热泵机组用户侧进出口介质平均温差（℃）；ρ——热水平均密度（kg/m 3）；C pw ——水的定压比热（kJ/kg·℃)。
F.0.3热风型空气源热泵机组性能检测应满足下列要求： 1检测宜在热泵机组运行工况稳定后1h 进行，检测时间不得低于2h ； 2 应检测热泵机组的送风量、入口温度、入口相对湿度、入口焓值、出口温度、出口相对湿度、出口焓值、机组消耗功率，室外温湿度同步检测；3各项参数记录应同步进行，记录时间间隔不得大于600s 。
4 热泵机组制热性能系数按式（F.0.3-1）、（F.0.3-2）计算：iQ COP N = （F.0.3-1） 3600(1)o i oo V h h Q d ρ-=+ （F.0.3-2） 式中：COP ——热泵机组的制热性能系数；Q——测试期间机组的平均制热量(kW)；N i——测试期间机组的平均输入功率(kW)；V——机组循环风量（m3/h）；h i——入口空气焓值（kJ/kg）；h o——出口空气焓值（kJ/kg）；ρo——空气出口密度（kg/m3）；d o——空气出口含湿量（kg/kg）。
空气性能测试操作规程
空气性能测试操作规程空气性能测试操作规程一、测试目的空气性能测试是指对空气质量参数进行测试和评估，以判断室内空气的质量是否符合相关标准和要求。
本操作规程的目的是规范空气性能测试的操作流程，确保测试结果准确、可靠。
二、测试范围空气性能测试涉及的参数包括温度、湿度、氧气含量、二氧化碳浓度、空气流速等。
测试范围主要包括办公场所、工业车间、餐饮场所、医院、学校及其他公共场所。
三、测试设备1. 温湿度计/仪表2. 氧气浓度测试仪3. 二氧化碳浓度测试仪4. 空气流速计/仪表5. 人体舒适测试仪四、测试流程1. 进行前准备（1）确认测试场所和测试时间，通知相关人员，并获得测试场所的许可。
（2）检查测试设备是否正常工作，如有故障及时维修或更换。
（3）准备测试记录表格，标明测试参数和要求。
2. 测量温度和湿度（1）按照测试要求放置温湿度计/仪表，一般要求放置在空气流动较好的位置。
（2）记录测试时间，每隔一定时间测量一次，并记录数据。
（3）通过测量结果判断温湿度是否符合要求。
3. 测量氧气含量（1）使用氧气浓度测试仪，根据说明书正确操作。
（2）选择测试位置，通常要求选择离人体活动区较近的地方进行测试。
（3）记录测试时间，每隔一定时间进行测试，并记录数据。
（4）根据测试结果判断氧气含量是否符合要求。
4. 测量二氧化碳浓度（1）使用二氧化碳浓度测试仪，按照说明书正确操作。
（2）选择测试位置，通常选择室内空气不流通或流通条件较差的地方进行测试。
（3）记录测试时间，每隔一定时间进行测试，并记录数据。
（4）根据测试结果判断二氧化碳浓度是否符合要求。
5. 测量空气流速（1）使用空气流速计/仪表，按照说明书正确操作。
（2）选择测试位置，通常选择空气流动较快或流速较低的地方进行测试。
（3）记录测试时间，每隔一定时间进行测试，并记录数据。
（4）根据测试结果判断空气流速是否符合要求。
6. 测量人体舒适度（1）使用人体舒适测试仪，按照说明书正确操作。
空气加热性能测定实验
空气加热器性能测定实验台使用说明书一、 概述：空气加热器是暖通空调系统中常用的换热设备。
它的类型很多，按其肋片加工方法不同，可分为：串片式、绕片式、轧片式等。
按其热媒的种类不同，可分为蒸汽加热器或热水加热器。
本实验的目的是，测定空气加热器的传热系数和空气阻力，以鉴定其热工性能的优劣。
本实验以蒸气加热器传热为具体对象。
其蒸汽加热器为铜管串铝片。
其参数为：换热面积： F = 2.93m 2; 流通截面积：f = 0.08875m 2。
二、 实验原理：空气加热器的传热系数由下式确定：pt F Q k ∆⨯=w/(m 2℃) (1)式中：F ——传热面积，m 2。
Q ——蒸汽与空气通过间壁交换的热量（W ）。
必须注意，蒸汽加热器蒸汽的放热量Q 1等于空气通过蒸汽加热器所得到的热量Q 2。
p t ∆—空气与蒸汽间算术平均温差，℃。
p t ∆= 221t t t q +-℃ (2) 其中:t q —蒸汽的温度, (℃),取决于蒸汽的压力。
21,t t— 加热前、后空气温度，℃。
蒸汽加热器内蒸汽的放热量Q 1按下式计算：Q 1=G E (i ″－ i ′)kw (3)其中：G Z 蒸汽量，kg/s ;i ″— 入口蒸汽比焓，kJ/kg ;i ′— 出口凝结水比焓，kJ/kg ;- 1 –空气通过蒸汽加热器所得到的热量Q2，按下列计算。
Q 2 = GkCp(t2－t1), kw (4)其中：G k—被加热的空气量，kg/s;Cp—空气定压比热，C p = 1.01 （kJ/kg℃）；空气通过空气加热器的阻力H，可由测量空气加热器前后的静压差直接得出。
三、实验装置：空气加热器实验装置如图1、图2所示。
它由蒸汽置备输送系统、空气系统和测试系统组成。
蒸汽由蒸汽发生器26产生，经阀门13，汽水分离器12，过热器11进入蒸汽加热器，一般情况下，暖通空调用低压饱和蒸汽。
因此，实验中，蒸汽不带水时，可不用过热器11（即不通电）。
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空气集热器测试方案及步骤
根据工厂现有设备先做以下试验：
1.结构刚度试验
试验方法：
集热器的短端和长端各抬高100mm，保持5min后复原，检查各部位连接处有无损坏及明显变形，着重观察型材有无变形、内集热板是否脱落、透明盖板及其密封状况、透明盖板有无应力接触，导致运输途中透明盖板易碎的情况。
依据：GB/T6424-2007中7.4.2规定。
（平板集热器国标）
2.强度试验
试验方法：
将空气集热器按设计使用的支撑点将集热器水平放置，在透明盖板上放置垫板，在垫板上均匀铺放一层干砂，每平方米干砂质量为100Kg ，试验结束后检查集热器各部位有否破损或明显变形。
依据：GB/T6424-2007中7.5.2规定。
（平板集热器国标）
3.淋雨试验
试验方法：
将空气集热器的进出口堵严，按40度倾角安放，用自来水喷淋集热器表面。
喷淋水与集热器采光面之间的角度不应小于20º，喷水量应不低于200kg/（m²*h），喷淋面积不应小于集热器外表面积的80%，持续15min。
试验后检查集热器有无渗水及存水情况。
依据：GB/T6424-2007中7.10规定。
（平板集热器国标）
4.闷晒试验
在环境温度为15℃以上的气候条件下，出口温度在110℃以上时，测试点：
1.外观观察空气集热器外形无变形、开裂等问题
2.当温度到110℃以上时，观察保温材料及型材和吸热板连接件的变形情况，出口观察有无异味气体。
3.在高温下测量透明盖板上、中、下的温度变化，在施加外力下能否破裂和出现划痕，导致产品质量和安全隐患。
4.在闷晒的情况下，测量并记录集热器温度
测量数据包括：
1.温度：进口温度、出口温度、中腔温度、吸热板温度、室外温度、型材外表面温度、透明盖板上中下温度
2.湿度：室外空气湿度、出口空气湿度
3.风速：室外风速、出口风速
注：透明盖板上温度为透明盖板温度最高处温度，计算散热情况。
5.集热器角度的测试
对于仅跟踪太阳方位角的实验台架，安装集热器时应使采光面的倾斜角为当地纬度±5º，但不应小于30º。
集热器也可以根据生产厂家的要求和实际安装的倾角进行试验。
依据：GB/T26977-2011中5.2规定（空气集热器国标）在空气集热器有动力的情况下，其他外界条件相似的情况下，不
同角度测量和计算空气集热器的热性能，测试角度初步定为30º、45º、60º、90º分别采集数据进行比较。
测量数据包括：
1.温度：进口温度、出口温度、中腔温度、吸热板温度、室外温度、型材外表面温度、透明盖板上中下温度
2.湿度：室外空气湿度、出口空气湿度
3.风速：室外风速、出口风速
4.风机启动时间、运转总时间
5.太阳能总辐照量
6.空气集热器性能测试
依据：GB/T26977-2011中7.1规定（空气集热器国标）
角度确定后主要测定集热器的综合性能，测试内容：
1.温度：进口温度、出口温度、中腔温度、吸热板温度、室外
温度、型材外表面温度、透明盖板上中下温度
2.湿度：室外空气湿度、出口空气湿度
3.风速：室外风速、出口风速
4.风机启动时间、运转总时间
5.太阳能总辐照量
注：风机启动和停止温度可设置，记录风机启动、停止时间和运转时间。
记录好数据后进行比较及相关计算。
编制：刘秀审核：
日期：2014.11.10。