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GB／T 40858-2021 太阳能光热发电站集热管通用要求与测试方法.pdf

电加热功率测量设备的精度应不低于实际读数的3%

4.5.3.5数据采集频率

测试用功率传感器应进行校准。数据采样周期应不大于20s，最小采样样本量应能确保

表2中的稳定性要求是针对目标测点在1min内简单移动平均值（无权重）。吸热管温度的稳定性 是指每个温度传感器的时间稳定性JJF(电子) 0004-2015 安规综合测试仪校准规范， 吸热管在时间t时刻的温度均匀性定义为同一时刻最高测量温度与最低测量温度之差除以平均

测量过程中，沿吸热管长度方向的不同测点温度之间的最大差值很重要，因为它可以表明涂层的均 习性。 测试报告宜体现均匀性值STH。此外，如果在测试过程中发现STH>2%，测试报告宜提出警告。 ·实现稳定状态的方法： 可以使用PI或PID控制器来控制电功率输入，以便达到目标温度和稳定状态。当加热器设定 点不发生变化，并且玻璃套管中部温度和吸热管温度在至少15min内变化低于0.5℃时，视为 达到稳定状态。 ·在整个稳态期应遵循均勾性要求。 一且确认集热管两端绝热工艺完好且达到吸热管所需测试温度，应进行稳定状态的测量。稳定状 态测量时间应持续15min，在此期间应验证表2所列的稳定性要求。在每个稳态期之前，应有30min 的时间来验证表2所列的稳定性要求

4.5.5.3热损失系数（HL)计算

应采用测量点平均值计算热损失系数。 测量不确定度应按照ISO9806：2017附录D进行计算。 集热管的热损失系数定义为：

L HCE(25 C)

L HCE(25 0

HL 集热管热损失系数，单位为瓦特每米（W/m）； Powi 电加热元件i消耗的电功率，单位为瓦特（W）； HLends 集热管两端的热损失系数，单位为瓦特每米（W/m）。 LHCE(25C) 环境温度（25℃士10℃）下集热管的长度，应测量集热管长度，单位为米（m）。 以使用铜管加热器的测试台为例，此种测试台仅对集热管两端进行了保温，宜按如下方式计算集热 管端部热损失系数：

Z; T absi P, Tab= Z pi

玻璃套管的平均温度为：

Tgl.o——传感器i测量的玻璃套管外部温度，单位为摄氏度(℃)； 一所使用的权重。 用于确定吸热管和玻璃套管温度的权重可以通过公式（6）计算：

Z; T gl.oy P, T gl.o = Z, pi

Aahs = d ahs X laks.R

A是室温下吸热管的内表面积，A，是温度传感器i最靠近的所能覆盖的吸热管内表面积，db是 吸热管内径。 可选：一般情况下，测量点的结果通常为一对数据：集热管热损失系数HL和吸热管平均温度Tabs： 这两者都有相关的不确定度u（HL）和u（Tabs）。将热损失系数HL视为温度Tabs的函数有利于只将热 损失系数HL与不确定度相关联，即可以通过以下公式将温度的不确定度u（Tabs）和热损失的不确定 度u（HL）合并到一个热损失的合成不确定度u。（HL）中：

4.5.5.4发射率计算（可选）

aHL(Tabs （HL)=u（HL)+ u(Tabs) a Tal

仅当吸热管和玻璃套管之间的环形空间处于真空（没有充入惰性气体)时，才能计算发射率。 从测试结果计算发射率可采用以下几个步骤（可选）。 首先计算吸热管外表面温度T:

HLIn Tabs.o = Tabs.i rabs. ...(9 2元kalhs

HL In("abx. T abs.o = T abs.i rabs. 2元ka

HL 集热管对应温度为Tabs时的热损失系数，单位为瓦特每来（W/m）； rabs，o 吸热管外径，单位为米（m）； rabs.i 吸热管内径，单位为米（m）； kabs 吸热管导热系数，由集热管制造商提供，单位为瓦特每米摄氏度[W/（m·℃)]； Tabs, 吸热管的内壁温度（也称Tabs），单位为摄氏度（℃）。 注：吸热管的rabs.和rsbs.数据均由制造商提供，公式（10)中的玻璃套管直径数据也由制造商提供。 其次，计算玻璃套管的内壁温度Tli：

rgl.0 玻璃套管外径，单位为米（m）； rgl.i 玻璃套管内径，单位为米（m）； kl 玻璃套管导热系数，单位为瓦特每米摄氏度[W/（m·℃)]； Tal.o 玻璃套管的外壁温度，单位为摄氏度（℃）。

rgl.o 玻璃套管外径，单位为米（m）； rgl.i 玻璃套管内径，单位为米（m）； kgl 玻璃套管导热系数，单位为瓦特每米摄氏度[W/（m·℃)]； Tal. 玻璃套管的外壁温度，单位为摄氏度（℃）。

HLIn( Tgl.i = Tgl.o + r gl.i 2元K

最后，通过Forristal公式[公式(11)计算吸热管的发射率eak

4.5.6测试方法焦耳效应法

4.5.6.1测试设备原理图

焦耳效应加热法是将吸热管本身作为加热器以提供所需的功率使集热管达到一定的温度。 如图2所示，用两根绝缘良好的钢管（最小长度220mm）和集热管两端进行机械和电气连接，其 和厚度与被测吸热管相同

图2焦耳效应加热法示意图

延长管的两端连接电源。测试期间测量一些关键点的电压以及流人电路的电流，以确定在不同部 分传输到吸热管的确切功率

4.5.6.2有效电压测量

应用合适的探测头从吸热管内部（无法接触到钢管的地方）和/或从外部在图2所示的其他位置接 触吸热管来测量集热管上的有效电压。 测量有效电压差宜至少在以下位置以测试装置一端为低压基准进行：在图2中的第1点；靠近装置 另一端的另一个电流连接夹（第2点）；尽可能靠近集热管两端（第3点和第4点）；至少在沿集热管长度 方向的其他3个位置（第5点至第7点），通过中心对称布置以评价集热管中间位置热损失值。 每个电压传感器的扩展不确定度应小于土1mV。不确定度计算按照ISO9806.2017附录D确定。

4.5.6.3电流测量

应使用串联在电回路中的合适1 管的电流，电流传感器的扩展不确定度应小于 0.1A，不确定度计算按照ISO9806：2017附录D确定

4.5.6.4功率测量

测量电热功率的设备（基于电压和电流测量值的计算结果）的不确定度应达到实际读数的2%～3%

4.5.6.5数据采集频率

应至少测量以下数据。 测试之前： 。用测量仪器（如卷尺）测量环境温度下金属集热管吸热管的长度，测量仪器精度为1mm，仪器 宜插入管内，从一端到另一端测量； ·用卡尺测量环境温度下吸热管的直径（内径和外径），测量仪器精度至少为1/10mm； ·以吸热管上的特定端部或具体位置为基准点，用测量仪器（如卷尺）测量温度传感器的位置，测 量仪器精度至少为1mm； ·以吸热管上的特定端部或具体位置为基准点，用测量仪器（如卷尺）测量电压传感器的位置，测 量仪器精度至少为1mm。 测试期间： 吸热管温度； ·玻璃套管温度（可选）； · 周围空气温度； 不同测量点电压差； 回路电流； 电阻加热器或使用的 的电功率

4.5.6.7测试条件

图3集热管热损失测试台

4.5.6.9测试台设置

如图3所示，集热管两端和两个简单的加热器以机械和电气方式（通过螺栓或其他合适的系统）连 接，这些加热器由两根直径与吸热管相同、长度不小于220mm的钢管组成。 加热器外表面通过覆盖高温玻璃棉（厚度约25mm，外层覆盖铝板）来隔热。 加热器的末端部分由插人管内长度不小于80mm的玻璃棉进行隔热。 端部加热器的目的是减小轴向温度梯度，使集热管的轴向热损失最小。加热器的自由端与夹具通 过螺栓或其他合适的方式连接。 用于测量吸热管和玻璃套管轴向温度分布的温度传感器的典型轴向布置见图4

4.5.6.10测试条件

环境温度传感器应布置在距离样品不超过2m的位置，不受热点或气流的影响。

4.5.6.11测试程序和时间（按电阻加热法）

热电偶位置和电压测量！

测试是在集热管温度和加热功率稳定的状态下进行的。因此，在较长的评估期内采用以下算术平 均值方式评估被测量（也称“测点”）。 最短评估时长见表3。

表4列出了评估期间应达到的稳定性和均匀性要求

表4中的稳定性要求是针对目标测点在1min内简单移动平均值（无权重）。吸热管温度的稳定性 是指每个温度传感器的时间稳定性。 吸热管在时间t时刻的温度均匀性STH（t)定义为同一时刻最高测量温度与最低测量温度之差除 以平均温度：

测量过程中，沿吸热管长度方间的不同吸热管测点温度之间的最大差值很重要，因为它可以表明涂 层的均匀性。 测试报告宜体现均匀性值STH。此外，如果在测试过程中发现STH>2%，测试报告宜提出警告。 可以便用PI或PID控制器来控制电功率输入，以便达到目标温度和稳定状态。当加热器设定点 不发生变化，并且玻璃套管中部温度和吸热管温度在至少15min内变化低于0.5℃时，视为达到稳定 状态。 在整个稳定状态期间应遵循均匀性要求。 一旦确认集热管两端绝热工艺完好且达到吸热管所需试验温度，应进行稳定状态的测量。稳定状 态测量时间应持续15min，在此期间应验证表4所列的稳定性要求。在每个稳态期之前，应有30min 的时间来验证表4所列的稳定性要求

4.5.6.12热损失系数评估

评估集热管中间部分热损失系数 在此条件下，集热管稳态下的单位长度中间部分热损失可按以下方式评估：

式中： HL(T5~6）——中间部分热损失系数，单位为瓦特每米（W/m）；

AV56Icosa HL(Ts~6) = Li=6

HL（T5~6）—中间部分热损失系数，单位为瓦特每米（W/m）；

T5~6 吸热管在图4中5～6之间的平均温度，单位为摄氏度（℃）； △V~6 5～6之间的有效电压差，单位为伏特（V)； L5~6 25℃时5～6之间的长度，单位为米（m）； I 有效电流，单位为安培（A）； S 电压与电流之间的相位角，单位为弧度（rad)。 评估整根集热管的热损失系数： 稳态下单位长度集热管热损失[HL（T)1计算如式（14)

4.5.7发射率计算（可选）

又当吸热管和玻璃套管之间的环形空间处于真空（没有充入情性气体）时，才能计算发射率 从测试结果计算发射率可采用以下几个步骤（可选）。

HLIn Tabso = Tabs.i 2元k起

HLIn T abs.o = Tabs.i rabs. 2元kals

rgl.o 玻璃套管外径，单位为米（m）； rgl.i 玻璃套管内径，单位为米（m）； kgl 玻璃套管导热系数，集热管制造商提供，单位为瓦特每米摄氏度[W/（m·℃)]； Tal.o 玻璃套管外壁温度，单位为摄氏度（℃）。 最后，通过Forristal公式[公式(17)]计算吸热管的发射率eals:

2 rabs.(Tals.o(k)" Tgl.i(k)*)HL 1 E gl (rals.0

4.5.8热损失系数与发射率曲线模型

4.5.8.1一般规定

采用最小二乘法通过统计拟合来计算热损失系数HL曲线参数和发射率ε曲线参数，求出4.5. 4.5.8.4所述曲线，

4.5.8.2热损失系数曲线

由测试结果推导出每根集热管在各工作温度（Tabs）下的热损失系数。热损失系数采用 表示：

HL=a, Th+a, Th

系数aLw/（m·℃）」和a2Lw/（m·℃）为拟合参数。 公式拟合选择温度和温度的四次方是由集热管本身的传热机制决定的，公式（18）中的第一项是指 对流散热损失，而第二项是对环境的辐射散热损失。 注：曲线为经验拟合曲线。 测试报告应附图包含热损失系数数据点和根据公式（18)在测温范围内的拟合获得的集热管热损失 系数曲线。 集热管热损失系数曲线的示例见图5

4.5.8.3热损失插值

图5热损失系数曲线示

所需温度范围的集热管热损失系数结果HL（Tsbs）可通过插值方法获得。插值计算有两种方法， 宜在报告中明确所选择的方法。 ·通过热损失系数曲线进行插值。利用公式（18），可以计算出相应温度下的热损失系数。公式 （18)与测量曲线的系统偏差很小。因此，在对导热油集热管进行插值计算时，公式（18）的参数 应以250℃、300℃、350℃和400℃（各为土10℃）的热损失系数测量数据计算，插值应以 250℃、300℃、350℃或400℃为基准。在对熔盐集热管进行插值计算时，公式（18）的参数应 以250℃、300℃、400℃、500℃和550℃（各为±10℃）的热损失系数测量数据计算，插值至

250℃、300℃、400℃、500℃或550℃。 样条插值。应采用非扭结条件下的三次样条进行插值。吸热管温度Tbs和热损失系数HL成 对的测量结果在下文称为扭结。三次样条为分段定义的三阶多项式，每一个多项式在两个相 邻的扭结之间确定，因此N个扭结对应有N一1个多项式。多项式集要求包含多个扭结，以保 证一阶导数在扭结处连续以及二阶导数在扭结处也连续。有了这些要求，多项式还剩下两个 自由度。因此，为选择其余两个自由度通常的做法是要求三阶导数在第二个扭结及倒数第二 个扭结处均连续，这一额外的要求也被称为非扭结条件。采用内插时，插值范围不应偏离实际 测量值15℃：采用外推时，插 测量值5

4.5.8.4发射率曲线（可选）

本测试的目的是表征集热管的光学特性。 本测试的应用与抛物面槽式技术和菲涅尔技术太阳能光热电站项目的需求有关。本测试适用于抛 物面槽式集热器或菲涅尔集热器配套的集热管。 应采用下列方法之一测试光学特性： ·测量样品透射比和吸收比α的方法（可在预先准备好的样片上进行，或对管子进行破坏性测 试）（见4.6.2）； ·非破坏性方法测量整管透射比和吸收比α（见4.6.3）； 非破坏性方法测量整管t×α，采用椭圆形日光模拟器（见4.6.5)或室外试验台（见4.6.4）。 集热管至少应按上述一种光学方法进行测试。 应当指出，由于测试方法和测试过程中存在的一系列误差源，在实际测试中采用4.6.2和4.6.3比 采用4.6.4和4.6.5得出结果的不确定度要小得多。下文给出了一种使用分光光度计表征玻璃套管和 吸热管光学特性的方法

4.6.2.1一般规定

本测试的目的是通过测量太阳能光热技术所使用材料的光谱半球向反射比和透射比，计算太阳能 吸收比和透射比。本测试方法使用配备积分球的分光光度计，同时也规定了通过实测光谱数据计算太 阳光谱加权数据的方法。 本测试适用于太阳能光热技术（线聚焦集热器）中使用的集热管材料，以及在同样的技术中作为套

管的带或不带减反射涂层的玻璃材料

4.6.2.2±一般方法

4.6.2.3.1一般规定

测试报告应充分、详细说明分光光度计的类型、测试装置不确定度、用于校准仪器的标准参考样 或工作参考样品。

4.6.2.3.2分光光度

测试需使用带有积分球的可在300nm～2500nm太阳能光谱范围内测量样品或材料光谱特征的 分光光度计。其设计应确保样品可以与透射比测试球形样品孔和反射比测试球形样品孔直接接触，以 更入射辐射能够以接近于与样品平面垂直（小于15°）的方向入射，这样反射辐射中的光谱分量就不会 穿过积分球样品孔造成损失。应防止环境光进入到积分球中。 积分球的内表面应有稳定的高漫反射涂层，聚四氟乙烯和BaSO。等材料可满足要求。积分球的开 礼面积与球壁加上开孔面积之和的比值应低于4%。这一较小的开孔比例确保了采样信号在到达球形 积分探测器之前保持信号的完整性，积分球尺寸≥150mm为佳

4.6.2.3.3参考样品

一般来说，既要有标准参考样品，也要有工作（对比)参考样品。标准参考样品是校准仪器和工作参 考样品的主要手段。 对于透射比试样（玻璃或玻璃上的减反射涂层），应使用人射辐射作为评估透射光的标准比照。对 于透射比非常高的样品，需修正零基准线。可采用光阱、散射黑体材料或将光束屏蔽等手段修正零基 隹线。

4.6.2.4样品与条件

从集热管切取测试样品，所需样品大小取决于积分球尺寸。样品尺寸应足够大，以能够覆盖积分球 的样品孔。对于曲面样品，覆盖积分球样品孔的部分宜趋于平面。在此情况下，应使用特殊的固定架， 使曲面样品和积分球样品孔贴合良好

4.6.2.5测试程序

在300nm～2500nm波长范围内，所有测量应至少每隔10nm记录一个值。 透射比：测量透射比时，用表面涂层及光学特性与积分球内壁相同的物品将位于积分球背后的样品 孔盖住。在不放人任何样品的情况下记录一次光谱曲线，然后再在积分球试样孔光束人口上放置样品， 再记录一次光谱曲线，

SA 记录的样品读数； Z 零基准线读数； 100, 100%线读数： 波长为入时经校准的工作参考样品的光谱反射比

4.6.2.6测试报告

4.6.2.6测试报告

测试报告应包括以下信息： 受测试材料的完整规格，取样集热管、样品大小和厚度、表面轮廊（如有）。 太阳能透射比、吸收比或反射比，或所有三项，有效位数为0.001或0.1%。 所用仪器的规格，商业仪器：制造商名称与型号，包括改装、附件、积分球大小等。其他仪器应 作详细说明，包括其对准确度的估计。 测量中所使用的参考样品的完整规格， 用于计算太阳能光学性能的参考太阳光谱分布

4.6.3无损光学特性测试（可选）

4.6.3.1一般规定

注：这是一种常规吸收比或透射比的测量方法。它不等同于4.6.1中所述的测量方法，后者是一种常规半球吸收比 或透射比测量方法。

测试目的是表征集热管光学特性，在集热管完好的情况下，测量沿集热管长度方向不同位置玻璃套 管太阳光谱透射比和吸热管反射比。通常情况下，一个设备可同时进行两种测试，一个系统用于透射比 则试，另一个系统用于吸收比测试（见图6）。 测试前应按照制造商的说明清洗样品

4.6.3.3仪器实验室装置

应采用具备以下要求的仪器以准平行辐射和准正交入射方式测量光谱反射比和光谱透射比： ·光谱范围：300nm~2500nm，每隔10nm记录一个测量值； 近似正交人射：与法线呈6°~15°的人射角； ·最小受光角:12.5mrad

应采用具备以下要求的仪器以准平行辐射和准正交入射方式测量光谱反射比和光谱透射比： 光谱范围：300nm~2500nm，每隔10nm记录一个测量值； 近似正交人射：与法线呈6°~15°的人射角； .最小受光角：12.5mrad

4.6.3.4测试条件

对于周围空气温度，不同测试点所允许的最大变化范围为20℃士10℃。 温度传感器放置在距离集热管不超过2m，距地面≥2m的位置，避免靠近加热源或冷去 气口、外壁、热源附近等）。

GB/T 21163.2-2007 农业谷物干燥机干燥性能的测定 第2部分：附加测定规程和特定谷物要求应沿集热管长度方向至少10个不同位置测量光谱反射比和光谱透射比

4.6.3.6测试结果与报告

集热管光学效率测试的目的是在热损失为零的稳态太阳辐射期间通过评估集热管内循环流体温 间的斜率来确定集热管对太阳辐射的光学吸收比。光学效率是通过简单的能量平衡计算得出。 是在室外测试台上自然太阳辐射下进行，即使用的是实际太阳光谱。这种测试是非破坏性的，并且 次测量中提供了以下信息：集热管的光学效率，即吸收比和透射比的综合值

JB/T 12663-2016 中大功率燃气发动机 进气管防爆安全阀技术条件4.6.4.2一般规定

光学效率测试测量的是在稳态太阳辐射的区间内，在玻璃套管平均温度接近吸热管平均温度的点 附近，当热损失为零，即流体温度与环境温度相近时，流体温度随时间的斜率。可以用任何一组几何形 状相似的样品进行比较试验。测量过程中，吸热管受到太阳辐射，应在试验过程中对太阳辐射进行 测量。 在接近环境温度的冷集热管上进行评估

测试台应具有以下特征（见图7示例）： 安装集热管的空腔：该空腔要求开槽宽度小于吸热管的直径，以保证法向直接辐射直接通过并 照射在吸热管上，但是其他任何方向的辐射，特别是周围表面的反射光线不能照射在吸热管 上。开槽的总长度应与测试样品长度相等。 用于支撑装有吸热管空腔的支架。在测试过程中，支架应使开口槽平面垂直于太阳直接辐射。 测试过程中使管内的水再循环避免液体分层的系统，