CN112067333B - 一种家用太阳能采暖系统试验室性能测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种家用太阳能采暖系统实验室性能的测试方法，包括如下步骤：步骤1、确定系统供暖能力、系统经济效益、系统节能效益、系统环境效益四个评价指标；步骤2、将步骤1中的评价指标与采暖当地常规采暖设备的评价指标进行比较，或者将步骤1中的评价指标与不同类型家用太阳能采暖系统的评价指标进行比较；步骤3、将步骤2中的评价准则进行计算分析，并打分。该方法通过测试验室模拟测试所处地域的气候、资源、能源特点，对不同家用太阳能采暖系统进行测试计算，对测试结果进行加权评价，既可以与采暖当地常规采暖设备的评价指标进行比较，也可以对不同种类的家用太阳能采暖系统进行比较，提高检测效率及测试数据的准确性。

Description

一种家用太阳能采暖系统试验室性能测试方法

技术领域

本发明涉及太阳能供热技术领域，尤其涉及一种家用太阳能采暖系统的性能测试试验室。

背景技术

在推进冬季清洁采暖的趋势下，国家、省、地市政策对民用建筑“太阳能+”耦合清洁供暖模式均予以大力支持，但由于家用太阳能采暖系统布局分散且性能受采暖当地气象条件、建筑构造等影响较大，如在采暖当地进行家用太阳能采暖系统性能测试，一方面测试效率低下，更为重要的是，测试结论仅针对单一地区、具体建筑，难以实现家用太阳能采暖系统在不同气象条件下的采暖性能的统一评价，测试结论存在缺乏普适性。

发明内容

针对上述问题，本发明公开一种家用太阳能采暖系统实验室性能的测试方法，该方法通过测试验室模拟测试所处地域的气候、资源、能源特点，对不同家用太阳能采暖系统进行测试计算，对测试结果进行加权评价，既可以与采暖当地常规采暖设备的评价指标进行比较，也可以对不同种类的家用太阳能采暖系统进行比较，提高检测效率及测试数据的准确性，增强测试结论的权威性。

一种家用太阳能采暖系统实验室性能的测试方法，包括如下步骤：

步骤1、确定系统供暖能力、系统经济效益、系统节能效益、系统环境效益四个评价指标； 步骤2、将步骤1中的评价指标与采暖当地常规采暖设备的评价指标进行比较，或者将步骤1中的评价指标与不同类型家用太阳能采暖系统的评价指标进行比较；

步骤3、将步骤2中的评价准则进行计算分析，并打分。

优选的，所述步骤1中每日测试的时间从上午8时开始至达到所需要的太阳辐照量为止，当达到所需辐照量后，将太阳能集热器用隔离罩罩住，继续保持设备稳定运行至次日上午8时，完成一组太阳辐照区间的测试。

优选的，所述步骤1中系统供暖能力的计算公式如下所示：

（1）

式中：

P _j ：测试期间系统供暖负荷，kW；

c：测试散热末端制冷侧比热容，kJ/(kg·℃)；

m₁：散热末端冷水侧流量，m³/s；

ρ：测试散热末端制冷侧密度，kg/m³；

T4：测试散热末端制冷侧供水温度，℃；

T3：测试散热末端制冷侧回水温度，℃；

：测试间隔，s；

n：数据采集频率；

优选的，所述步骤1中算出测试期间系统供暖负荷之后，分段统计主要城市日太阳辐照量，加权计算系统采暖期供暖负荷，计算公式如下所示：

（2）

式中：

P：系统采暖期供暖负荷，kW；

x ₁ ：采暖季当地日太阳辐照量小于8MJ/m²的天数；

x ₂ ：采暖季当地日太阳辐照量小于12MJ/m²且大于等于8MJ/m²的天数；

x ₃ ：采暖季当地日太阳辐照量小于16MJ/m²且大于等于12MJ/m²的天数；

x ₄ ：采暖季当地日太阳辐照量大于等于16MJ/m²的天数；

优选的，所述步骤1中，系统经济效益的计算方式如下：分别统计4种不同辐照度下的家用太阳能采暖系统及采暖当地常规采暖设备的日运行费用，进行加权计算计算公式如下所示：

（3）

式中：

ρ：系统采暖期经济效益；

优选的，所述步骤1中，系统节能效益的计算方式如下：统计空气源热泵或其他热源的能源消耗，并折算为标煤，进而得出空气源热泵或其他热源能耗，计算公式如下所示：

（4）

式中：

w _f，j ：不同太阳辐照区间其他热源的能源折算标煤量，kgce；

k：转换系数，电力-kgce/kWh，煤炭、生物质、汽油、柴油- kgce/kg，天然气- kgce/Nm³；

M_J：空气源热泵或其他热源的能源耗量，电力-kWh，煤炭、生物质、汽油、柴油-kg，天然气- Nm³；

优选的，所述步骤1中，分别统计4种不同辐照度下的家用太阳能采暖系统及采暖当地常规采暖设备的能耗，进行加权计算，加权计算公式如下：

（5）

优选的，所述步骤1中，测试期间，在系统节能效益计算得到系统能耗的基础上，进一步计算得到系统碳排放情况，如下式所示：

（6）

式中：

V _f，j ：不同太阳辐照区间其他热源的二氧化碳排放量，kg_CO2；

ε：转换系数，2.66-2.72 kg_CO2/kg，可根据实际情况上述范围内取值；

优选的，所述步骤1中，分别统计4种不同辐照度下的家用太阳能采暖系统及采暖当地常规采暖设备的二氧化碳排放量，进行加权计算,计算公式如下：

（7）

优选的，所述步骤3中，计算公式如下：计算公式如下：

（8）

式中：

F：最终得分；

α_i：权重，%；

β_i：系统经济效益得分；

γ_i：系统节能效益得分；

δ_i：系统环境效益得分。

具体实施方式

下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本发明中的家用太阳能采暖系统试验室性能测试方法的测试系统包括家用太阳能采暖系统，测试试验室，空气源热泵系统，贮热水箱，循环泵，其他热源和测试散热末端。

该家用太阳能采暖系统试验室性能测试方法的技术方案具体包括如下内容：

测试设备：

本发明的一种家用太阳能采暖系统试验室性能测试方法，所用的测试设备主要包含家用太阳能采暖系统1、测试试验室2、测试散热末端7。具体而言：

测试设定条件：

影响家用太阳能采暖系统1性能的变量主要包含太阳辐照量、环境温度、散热末端运行温度、建筑采暖热负荷。本发明可以利用测试试验室2、测试散热末端7在试验条件下模拟家用太阳能采暖系统1所应用地区的气象、建筑及散热末端条件，所述气象、建筑及散热末端条件主要为太阳辐照量、环境温度、建筑采暖热负荷、散热末端运行温度。本发明既可以在模拟的条件下对特定类型的家用太阳能采暖系统1运行情况进行测试计算并打分评价，也可以在某一给定的相同气象、建筑及散热末端条件下对不同类型的家用太阳能采暖系统1进行测试计算并打分评价，选取本地区最优种类的家用太阳能采暖系统1。

本发明在测试开始前，首先检查家用太阳能采暖系统1的外观并记录任何损坏情况，彻底清洁太阳能集热器的采光面。

家用太阳能采暖系统1测试从上午8时开始测试。测试前，首先开启家用太阳能采暖系统1，需保证在上午8时测试开始时，家用太阳能采暖系统1热源出口温度达到或高于家用太阳能采暖系统1热源正常工作温度范围。测试过程应保证家用太阳能采暖系统1不间断连续运行。同次各数据测试同时进行，以减少试验条件波动的影响。

针对影响家用太阳能采暖系统性能1的太阳辐照量、环境温度、散热末端运行温度、建筑采暖热负荷四项变量，具体测试预定条件主要为：

太阳辐照量：由于我国大部分地区，阴雨天气的太阳辐照量为H＜8MJ/（m²·d），阴间多云时的太阳辐照量为8MJ/（m²·d）≤H＜12MJ/（m²·d），晴间多云时的太阳辐照量为12MJ/（m²·d）≤H＜16MJ/（m²·d），天气晴朗时的太阳辐照量为H≥16MJ/（m²·d），故家用太阳能采暖系统1试验室性能测试需要以上四种太阳辐照天气至少一天，每日的测试从上午8时开始至达到所需要的太阳辐照量为止，当达到所需辐照量后，将太阳能集热器用隔离罩罩住，继续保持设备稳定运行至次日上午8时，完成一组太阳辐照区间的测试。

环境温度：利用测试试验室2内部设置制冷及加热设备、加湿及干燥设备，模拟家用太阳能采暖系统1所应用地区的白天到夜间的实时气候条件。

散热末端运行温度：利用测试散热末端7，调节散热末端7的进出口温度，模拟不同散热设备（如散热片供水温度：60~85℃，回水温度：50~75℃）。

建筑采暖热负荷：利用测试散热末端7的制冷系统及流量调节系统，模拟测试需求设定散热功率，模拟家用太阳能采暖系统1所应用地区的建筑采暖热负荷。

具体测试方法：

本发明一种家用太阳能采暖系统试验室性能测试方法，包含系统供暖能力、系统经济效益、系统环境效益、系统节能效益四个评价指标。

本发明一种家用太阳能采暖系统试验室性能测试方法

系统供暖能力：

测试系统试验自早上8时起，贮热水箱4放热至测试散热末端7制冷侧，测试散热末端7的制冷系统满足需模拟的不同类型测试散热末端7热水侧出口温度达到预设温度，并应保持家用太阳能采暖系统1运行流量m₂、测试散热末端制冷侧流量m₁一致，采集测试散热末端制冷侧供水温度T₄，测试散热末端制冷侧回水温度T₃，计算测试期间系统供暖负荷，如下所示：

（1）

式中：

P _j ：测试期间系统供暖负荷，kW；

c：测试散热末端制冷侧比热容，kJ/(kg·℃)；

m₁：散热末端冷水侧流量，m³/s；

ρ：测试散热末端制冷侧密度，kg/m³；

T₄：测试散热末端制冷侧供水温度，℃；

T₃：测试散热末端制冷侧回水温度，℃；

：测试间隔，s；

n：数据采集频率。

家用太阳能采暖系统1采暖期供暖负荷的加权计算后，家用太阳能采暖系统1既可以与当地建筑采暖热负荷进行比较，也可以对不同类型家用太阳能采暖系统1进行比较，具体比较方式及打分情况见表3，加权计算公式如下式所示：

（2）

式中：

P：系统采暖期供暖负荷，kW；

x ₁ ：采暖季当地日太阳辐照量小于8MJ/m²的天数，见表1；

x ₂ ：采暖季当地日太阳辐照量小于12MJ/m²且大于等于8MJ/m²的天数，见表1；

x ₃ ：采暖季当地日太阳辐照量小于16MJ/m²且大于等于12MJ/m²的天数，见表1；

x ₄ ：采暖季当地日太阳辐照量大于等于16MJ/m²的天数，见表1。

表1 我国主要城市日太阳辐照量分段统计表

系统经济效益：

分别统计4种不同辐照度下的家用太阳能采暖1系统及采暖当地常规采暖设备的日运行费用，进行加权计算后，家用太阳能采暖系统1既可以与采暖当地常规采暖设备的采暖期运行费用进行比较，也可以对不同类型家用太阳能采暖系统1进行比较，具体比较方式及打分情况见表3，加权计算公式如下式所示：

（3）

式中：

ρ：系统采暖期运行费用，元；

系统节能效益：

测试期间，统计空气源热泵3或其他热源6的能源消耗，并折算为标煤，进而得出空气源热泵3或其他热源6能耗，如下式所示，空气源热泵3或其他热源6的能源消耗转换系数如表1所示。

（4）

式中：

w _f，j ：不同太阳辐照区间其他热源的能源折算标煤量，kg；

k：转换系数，不同能源单位如表2所示；

M_J：空气源热泵3或其他热源6的能源耗量，电力-kWh，煤炭、生物质、汽油、柴油-kg，天然气- Nm³。

表2 其他热源的能源消耗转换系数

分别统计4种不同辐照度下的家用太阳能采暖系统1及采暖当地常规采暖设备的能耗，进行加权计算后，家用太阳能采暖系统1既可以与采暖当地常规采暖设备的采暖期能耗进行比较，也可以对不同类型家用太阳能采暖系统1进行比较，具体比较方式及打分情况见表3，具体比较方式及打分情况见表3，加权计算公式如下式所示：

（5）

系统环境效益：

测试期间，在家用太阳能采暖系统节能效益计算得到系统能耗的基础上，进一步计算得到系统碳排放情况，如下式所示：

（6）

式中：

V _f，j ：不同太阳辐照区间其他热源的二氧化碳排放量，kg_CO2；

ε：转换系数，2.66-2.72 kg_CO2/kg，可根据实际情况在上述范围内取值。

分别统计4种不同辐照度下的家用太阳能采暖系统及采暖当地常规采暖设备的二氧化碳排放量，进行加权计算后，家用太阳能采暖系统1既可以与采暖当地常规采暖设备的采暖期能耗进行比较，也可以对不同类型家用太阳能采暖系统1进行比较，具体比较方式及打分情况见表3，具体比较方式及打分情况见表3，加权计算公式如下式所示：

（7）

针对被测试的家用太阳能采暖系统在运行过程中是否产生SO_X、NO_X、颗粒物等污染物也进行统计并打分，具体比较方式及打分情况见表3。

评价方法：

一种家用太阳能采暖系统试验室性能测试方法，本发明的具体评价方法如表3所示，家用太阳能采暖系统性能测试的最终得分情况如下所示：

（8）

式中：

F：最终得分；

α_i：权重，%；

β_i:系统经济效益得分；

γ_i：系统节能效益得分；

δ_i：系统环境效益得分。

表3 一种家用太阳能采暖系统试验室性能测试方法的评价方法

Claims (2)

1.一种家用太阳能采暖系统实验室性能的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、确定系统供暖能力、系统经济效益、系统节能效益、系统环境效益四个评价指标；

系统供暖能力的计算公式如下所示：

（1）

式中：

P _j ：测试期间系统供暖负荷，kW；

c：测试散热末端制冷侧比热容，kJ/(kg·℃)；

m₁：散热末端冷水侧流量，m³/s；

ρ：测试散热末端制冷侧密度，kg/m³；

T₄：测试散热末端制冷侧供水温度，℃；

T₃：测试散热末端制冷侧回水温度，℃；

△T_i：测试间隔，s；

n：数据采集频率；

算出测试期间系统供暖负荷之后，分段统计主要城市日太阳辐照量，加权计算系统采暖期供暖负荷，计算公式如下所示：

（2）

式中：

P：系统采暖期供暖负荷，kW；

x ₁ ：采暖季当地日太阳辐照量小于8MJ/m²的天数；

x ₂ ：采暖季当地日太阳辐照量小于12MJ/m²且大于等于8MJ/m²的天数；

x ₃ ：采暖季当地日太阳辐照量小于16MJ/m²且大于等于12MJ/m²的天数；

x ₄ ：采暖季当地日太阳辐照量大于等于16MJ/m²的天数；

系统经济效益的计算方式如下：分别统计4种不同辐照度下的家用太阳能采暖系统及采暖当地常规采暖设备的日运行费用，进行加权计算，计算公式如下所示：

（3）

式中：

ρ：系统采暖期经济效益；

系统节能效益的计算方式如下：统计空气源热泵或其他热源的能源消耗，并折算为标煤，进而得出空气源热泵或其他热源能耗，计算公式如下所示：

（4）

式中：

w _f，j ：不同太阳辐照区间其他热源的能源折算标煤量，kgce；

k：转换系数，电力-kgce/kWh，煤炭、生物质、汽油、柴油- kgce/kg，天然气- kgce/Nm³；

M_J：空气源热泵或其他热源的能源耗量，电力-kWh，煤炭、生物质、汽油、柴油-kg，天然气- Nm³；

分别统计4种不同辐照度下的家用太阳能采暖系统及采暖当地常规采暖设备的能耗，进行加权计算，加权计算公式如下：

（5）

测试期间，在系统节能效益计算得到系统能耗的基础上，进一步计算得到系统碳排放情况，如下式所示：

（6）

式中：

V _f，j ：不同太阳辐照区间其他热源的二氧化碳排放量，kg_CO2；

ε：转换系数，2.66-2.72 kg_CO2/kg，可根据实际情况上述范围内取值；

分别统计4种不同辐照度下的家用太阳能采暖系统及采暖当地常规采暖设备的二氧化碳排放量，进行加权计算,计算公式如下：

（7）

步骤2、将步骤1中的评价指标与采暖当地常规采暖设备的评价指标进行比较，或者将步骤1中的评价指标与不同类型家用太阳能采暖系统的评价指标进行比较；

步骤3、将步骤2中的评价准则进行计算分析，并打分；

计算公式如下：

（8）

式中：

F：最终得分；

α_i：权重，%；

β_i：系统经济效益得分；

γ_i：系统节能效益得分；

δ_i：系统环境效益得分。

2.根据权利要求1所述的一种家用太阳能采暖系统实验室性能的测试方法，其特征在于，所述步骤1中每日测试的时间从上午8时开始至达到所需要的太阳辐照量为止，当达到所需辐照量后，将太阳能集热器用隔离罩罩住，继续保持设备稳定运行至次日上午8时，完成一组太阳辐照区间的测试。