3.1. Принципиальные схемы испытательных стендов и требования к точности измерений основных параметров
Для испытаний солнечных коллекторов с жидким теплоносителем обычно используются две схемы испытательных стендов [18, 19]: схема с замкнутым контуром - рис. 3.1 и схема с разомкнутым контуром - рис.
3.2.В схеме с разомкнутым контуром (рис. 3.2) теплоноситель поступает в испытываемый коллектор самотеком из бака постоянного уровня, что обеспечивает постоянство перепада давлений и способствует более высокой стабильности расхода теплоносителя в контуре и несколько более высокую точность поддержания температуры на входе в коллектор, чем при использовании замкнутой схемы.
В процессе тепловых испытаний измеряются температуры теплоносителя на вхоже в СК и на выходе из него, температура окружающего воздуха, поток солнечного излучения в плоскости коллектора и расход теплоносителя через СК.
Рис. 3.1. Схема испытательного стенда с замкнутым контуром
1- солнечный коллектор; 2- пиранометр; 3- камера смешения; 4- датчик температуры теплоносителя; 5- теплообменник-охладитель; 6- накопительный бак; 7- расширительный бак; 8- фильтр; 9- циркуляционный насос; 10- регулируемый электронагреватель; 11- расходомер
Рис. 3.2. Схема испытательного стенда с разомкнутым контуром
солнечный коллектор; 2- пиранометр; 3- камера смешения; 4- датчик температуры теплоносителя; 5- теплообменник-охладитель; 6- трехходовой кран; 7- весовой бак; 8- насос; 9-подъемная труба; 10- переливная труба;
бак постоянного уровня; 12- фильтр; 13- регулируемый электронагреватель; 14- расходомер
Точность измерения тепловых испытаний солнечных коллекторов регламентируются стандартами [18-21, 24, 28, 29], погрешности измерений и определения параметров коллектора подробно обсуждаются в [43, 50, 69].
Требования стандартов на испытания солнечных коллекторов к точности измерения температур являются довольно жесткими для технических измерений [70, 71]. Допустимая приборная погрешность колеблется от ±0,05°С до ±0,5°С.
Одной из основных задач при использовании существующих к настоящему времени методик испытаний является точное (в пределах 0,1-0,5°С) поддержание на постоянном уровне температуры теплоносителя на входе в коллектор. Кроме этого, все методики требуют постоянства массового расхода теплоносителя в коллекторе (отклонение не должно превышать 1-2% [72]).Стандарты и рекомендации по испытаниям солнечных коллекторов, как правило, ограничивают погрешность измерения расхода уровнем ±1%. Наиболее точным способом измерения расхода теплоносителя является весовой метод, однако он может использоваться только в схемах с разомкнутым контуром. В последнее время разработаны высокоточные и компактные колебательные, струйные, электромагнитные, вихретоковые, ультразвуковые и др. расходомеры, которые обладают высокой точностью (погрешность измерения расхода составляет 0,25... 1,0%) и стабильностью.
Погрешность измерения плотности потока солнечного излучения, как правило, стандартами на испытания коллекторов не лимитируется. Требования стандартов обычно ограничиваются рекомендацией пользоваться пиранометрами, обеспечивающими определение суммарной плотности потока солнечного излучения с погрешностью ±3% [50, 73].
Важным параметром является расчетная площадь коллектора, к которой относятся все его теплотехнические характеристики. В стандартах на испытания в ее определении имеются разночтения. Это либо габаритная площадь коллектора [18, 19], либо апертурная [20,
29]. Отличие может составлять 10-15% и, приводя результаты испытаний солнечного коллектора, необходимо четко оговаривать, к какой площади они отнесены.
В результате анализа методов и средств измерений различных параметров, характеризующих условия и режим испытаний СК и СВУ, можно сделать вывод: стендовое оборудование для испытаний СК и СВУ должно обеспечивать измерение плотности потока солнечного излучения с погрешностью не более ±3%, расхода теплоносителя в контуре ±1%, перепадов температур ±(0,1-0,5)°С.
Приведенные цифры позволяют оценить погрешность результатов испытаний. В [69] при более жестких, но разумных ограничениях проведен расчет, показывающий, что КПД коллектора может быть найден с погрешностью 1-3%, а комплекс (TF-TA)/S - с погрешностью 0,2-0,7%.