GB/T 29724-2013 太阳能热水系统能量监测

　　ICS 27. 010;27. 160 F 12

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 29724—2013

　　太阳能热水系统能量监测

　　Energy monitoringforsolarwaterheatingsystem

　　2013-09-18发布 2014-01-01实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 29724—2013

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1. 1—2009给出的规则起草 。

　　本标准由全国太阳能标准化技术委员会(SAC/TC402)提出并归 口 。

　　本标准负责起草单位 :北京创意博能源科技有限公司 、深圳市鹏桑普太阳能股份有限公司 、中国农村能源行业协会太阳能热利用专业委员会 、中国标准化研究院 、桑夏太阳能股份有限公司 、北京清华阳光能源开发有限责任公司 、北京天普太阳能工业有限公司 、皇明太阳能股份有限公司 、太阳雨太阳能有限公司 、山东力诺瑞特新能源有限公司 、北京四季沐歌太阳能技术集团有限公司 、江苏省华扬太阳能有限公司 、北京市太阳能研究所集团有限公司 、江苏元升太阳能集团有限公司 、江苏辉煌太阳能股份有限公司 、合肥美菱太阳能科技有限责任公司 、青岛经济技术开发区海尔热水器有限公司 、浙江比华丽电子科技有限公司 、河北光源太阳能有限公司 、沈阳金百乐太阳能热水器制造有限公司 、国家太阳能热水器质量监督检验中心(北京) 、国家太阳能热水器产品质量监督检验中心(武汉) 、国家太阳能热水器质量监督检验中心(昆明) 。

　　本标准主要起草人 :唐轩 、邱仁政 、罗振涛 、贾铁鹰 、赵峰 、霍志臣 、黄哲林 、程翠英 、张立峰 、徐友成 、马光柏 、窦建清 、黄永伟 、赵文智 、吴道元 、汤毅军 、任社明 、姜立军 、付存谓 、李成彬 、郭保安 、何涛 、程欣 、谌学先 。

　　Ⅰ

　　GB/T 29724—2013

　　太阳能热水系统能量监测

　　1 范围

　　本标准规定了对太阳能热水系统中的供热量及其他参数进行能量计量和监测方法的要求 。

　　本标准适用于单个贮水箱有效容积大于 0. 6 m3 ,正常工作时传热工质呈液态的太阳能热水系统 。不适用于由多台紧凑式太阳能热水器组成的热水系统 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的 。凡是注 日期的引用文件 ,仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 。

　　GB/T 7665—2005 传感器通用术语

　　GB/T 12936—2007 太阳能热利用术语

　　GB 17167 用能单位能源计量器具配备和管理通则

　　GB/T 19582 基于 Modbus协议的工业自动化网络规范

　　GB/T 19565 总辐射表

　　GB/T 20095—2006 太阳热水系统性能评定规范

　　CJ 128—2007 热量表

　　CJ/T 188 户用计量仪表数据传输技术条件

　　DL/T 645 多功能电表通信协议

　　ISO 9488:1999 太阳能 词汇(Solar energy-Vocabulary)

　　3 术语和定义

　　GB/T 7665—2005、GB/T 12936—2007和 ISO 9488:1999界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。为了便于使用 , 以下重复列出了 GB/T 12936—2007中的某些术语和定义 。

　　3. 1

　　太阳能热水系统 solarwaterheatingsystem

　　以太阳能作为热源加热水的系统 。

　　3. 2

　　同时进出水系统 synchronoussystem with cold water feed-in and hotwateroutput

　　冷水进水与用户热水出水同时发生的太阳能热水系统 ,如承压出水系统 ,或者通过换热器与贮水箱换热出水的系统 。

　　3. 3

　　非同时进出水系统 asynchronoussystem with cold water feed-in and hotwateroutput

　　冷水进水与用户热水出水不是同时发生的太阳能热水系统 ,如敞开系统非承压出水 。 3. 4

　　用户管路循环 hotwaterrecirculation

　　贮水箱和用户用水管路之间形成可循环回路,热水可以在贮水箱和用户用水管路之间循环的系统 。

　　1

　　GB/T 29724—2013

　　3. 5

　　太阳能集热量 heatcontributed by solarcollectors

　　由太阳能集热回路提供的热量 。

　　3. 6

　　太阳能热水系统供热量 heatcontributed by solarwaterheatingsystem

　　太阳能热水系统输出的热量 。

　　3. 7

　　集热回路 collectingloop

　　将集热器的热量传递到贮水箱的回路 。包括集热器 、泵 、管道或换热器 。

　　4 符号和单位

　　Ac 太阳能热水系统中所有太阳集热器的轮廓采光面积 ,单位为平方米(m2 ) ;

　　Aci 太阳能热水系统第i个采光平面中所有太阳集热器的轮廓采光面积 ,单位为平方米(m2 ) ; cf 对应于工质平均温度的传热工质比热容 ,单位为焦耳每千克摄氏度[J/(kg · ℃)] ;

　　G 太阳集热器采光面所在平面的太阳总辐照度 ,单位为瓦每平方米 (W/m2 ) ;

　　Gi 太阳集热器第 i个采光面所在平面的太阳总辐照度 ,单位为瓦每平方米 (W/m2 ) ;

　　htank 贮水箱的水位高度 ,单位为米(m) ;

　　htank0 开始测试时 ,贮水箱的初始水位高度 ,单位为米(m) ;

　　htmax 贮水箱的最大水位高度 ,单位为米(m) ;

　　mtank 贮水箱最大有效水量 ,单位为吨(t) ;

　　ṁc 进入系统的冷水质量流量 ,单位为吨每小时(t/h) ;

　　ṁf 传热工质质量流量 ,单位为吨每小时(t/h) ;

　　ṁuse 用户供水质量流量 ,单位为吨每小时(t/h) ;

　　ṁtc 用户管路循环回水质量流量 ,单位为吨每小时(t/h) ;

　　Q 测量或计算的热量 ,单位为吉焦(GJ) ;

　　Qaux 辅助热源供热量 ,单位为吉焦(GJ) ;

　　Qc 太阳能集热量 ,单位为吉焦(GJ) ;

　　Qp 太阳能热水系统耗电量 ,单位为千瓦时(kW · h) ;

　　Qs 太阳集热器轮廓采光面内接收的太阳辐射能 ,单位为吉焦(GJ) ;

　　Qsh 太阳能热水系统供热量 ,单位为吉焦(GJ) ;

　　Qss 常规能源替代量(节能量) ,单位为吨标准煤(tce) ;

　　Qtc 用户管路循环热损失量 ,单位为吉焦(GJ) ;

　　Quse 用户供水的热量 ,单位为吉焦(GJ) ;

　　t1 热量测量高温度点水温 ,单位为摄氏度( ℃) ;

　　t2 热量测量低温度点水温 ,单位为摄氏度( ℃) ;

　　ta(av) 监测期间太阳集热器周围的环境空气平均温度 ,单位为摄氏度( ℃) ;

　　tc 进入系统的冷水温度 ,单位为摄氏度( ℃) ;

　　ttank 贮水箱中水的温度 ,单位为摄氏度( ℃) ;

　　ttank0 开始测试时 ,贮水箱中水的初始温度 ,单位为摄氏度( ℃) ;

　　tuse 用户供水温度 ,单位为摄氏度( ℃) ;

　　va(av) 测试期间太阳集热器周围环境平均风速 ,单位为米每秒(m/s) ;

　　W 标准煤折算系数 ,单位为吉焦每吨标准煤(GJ/tce) ;

　　2

　　GB/T 29724—2013

　　τ 积分采集时间间隔 ,单位为秒(s) 。

　　5 监测项目

　　5. 1 气象参数

　　下列气象参数可根据实际情况 , 自行选择测量 :

　　a) 集热器面接收的太阳辐照能 ;

　　b) 集热器周围环境空气平均温度 ;

　　c) 集热器周围平均风速 。

　　5. 2 太阳能热水系统耗电量

　　应包括安装在贮水箱上的电辅助加热器 、防冻伴热带 、水泵 、电磁阀 、电动阀 、控制器等所有用电设备的耗电量 ,不包括与贮水箱分离的辅助热源(如电锅炉 、热泵等)的耗电量 。

　　5. 3 贮水箱水位

　　对于非承压敞开式系统 ,应对每个水箱测量水位 。

　　5. 4 贮水箱水温

　　应测量每个贮水箱内的水温 。

　　5. 5 太阳能集热量

　　应测量集热回路的得热量作为太阳能集热量 。

　　5. 6 与贮水箱分离的辅助热源供热量

　　对带有与贮水箱分离的辅助热源的太阳能热水系统 ,应测量辅助热源供热量 。

　　5. 7 用户管路循环热损失量

　　对有用户管路循环的太阳能热水系统 ,应测量用户管路循环热损失量 。

　　5. 8 太阳能热水系统供热量

　　应包括用户管路的热损失和用户最终的得热量 。

　　5. 9 常规能源替代量(节能量)

　　常规能源替代量即太阳能热水系统供热量中由太阳能所提供以替代常规能源的那部分能量 。

　　6 监测方法

　　6. 1 气象参数

　　6. 1. 1 集热器面接收的太阳辐射能测量

　　采用总辐射表测量 , 总辐射表安装要求应符合 GB/T 20095—2006 中 7. 3 的规定 。 当太阳集热器不在同一采光平面时 ,则需要在每个采光面安装总辐射表测量不同采光面的太阳总辐照度 。

　　当测量的太阳总辐照度 G≥50W/m2 时 ,将太阳总辐照度乘以所有集热器轮廓采光面积和采样时

　　3

　　GB/T 29724—2013

　　间间隔并进行累计得到集热器面接收到的太阳辐射能 。公式如下 :

　　Qs = ∑GAcτ × 10-9 … … … … … … … … … …

　　当太阳集热器不在同一采光平面时 ,则需要分别计算每个采光面的太阳辐射能 ,再相加求和 ,公式

　　如下 :

　　Qs = ∑GiAciτ × 10-9 (Gi ≥ 50W/m2 ) …………………………( 2 )

　　6. 1. 2 集热器周围环境空气平均温度测量

　　温度传感器安装要求应符合 GB/T 20095—2006 中 7. 5 的规定 。集 热 器 周 围 环 境 空 气 平 均 温 度ta(av) 取测量期间所有集热器周围环境空气温度采集值的算术平均值 。

　　6. 1. 3 集热器周围平均风速测量

　　风速传感器安装要求应符合 GB/T 20095—2006 中 7. 4 的规定 。平均风速 va(av) 取测量期间所有风速采集值的算术平均值 。

　　6. 2 太阳能热水系统耗电量测量

　　宜采用远传电能表测量监测期间的耗电量 ,并记为 Qp。

　　6. 3 贮水箱水位测量

　　采用水位传感器测量水位的高度 。

　　6. 4 贮水箱水温测量

　　贮水箱水温测量点应不低于贮水箱与集热器管路接口最低处 , 同时也不低于贮水箱与辅助热源循环管路接口最低处和电辅助加热器 。并确保正常情况下温度测量点置于水中 。对有多个均匀分布的温度测量点 ,则取这些温度测量值的算术平均值 。

　　6. 5 太阳能集热量测量

　　6. 5. 1 集热回路与水箱之间的传热工质是水的太阳能热水系统

　　可采用热量表进行测量,热量表的温度和流量传感器应安装在集热器阵列的主管道上 。也可采用分别测量水温 t1 、t2 和流量的方法 ,采用热量计算公式(3)计算得出 ,并将计算得出的热量 Q 记为 Qc。

　　Q …………………………( 3 )

　　当集热器进水或出水主管道与贮水箱或辅助热源直接连接时 ,温度传感器应按照 CJ 128—2007附录 C 的安装方法安装在距测量管道与贮水箱或与辅助热源连接处沿管道长度 2. 5 m 以内 ,t1 安装在集热器出水管道上 ,t2 安装在集热器进水管道上 。

　　6. 5. 2 集热回路与水箱之间的传热工质是水以外的工质或与水的混合物的太阳能热水系统

　　不应使用热量表进行热量测量 ,而应采用相应的比热容 ,分别测量集热器进出口的温度和对应工质的质量流量 ,用公式(3)进行计算得到 ,并将计算得出的热量 Q 记为 Qc。

　　6. 5. 3 集热器有排空防冻功能的太阳能热水系统

　　热量计或流量计的流量测量点应安装在热水出水主管道上 。

　　4

　　GB/T 29724—2013

　　6. 6 与贮水箱分离的辅助热源供热量测量

　　6. 6. 1 辅助热源与水箱之间为水循环的太阳能热水系统

　　可采用热量表进行测量 ,也可采用分别测量水温 t1 、t2 和流量的方法 ,采用公式(3) 计算得出 ,并将计算得出的热量 Q 记为 Qaux 。热量测量的温度和流量传感器应安装在辅助热源的进出主管道上 ,辅助热源进口或出口主管道与贮水箱直接连接时 ,温度传感器应安装在距测量管道与贮水箱连接处沿管道长度 2. 5 m 以内 ; 当辅助热源进水或出水主管道与集热器直接连接时 ,温度传感器应安装在距测量管道与辅助热源连接处沿管道长度 2. 5 m 以内 ,t1 安装在辅助热源出水管道上 ,t2 安装在辅助热源进水管道上 ,应按照 CJ 128—2007附录 C 的安装方法安装 。

　　6. 6. 2 采用工业蒸汽直接进入水箱作为辅助热源的太阳能热水系统

　　应采用蒸汽热量计量表测量 ,也可以分别测量蒸汽流量 、温度和压力的方法获取蒸汽的热量作为辅助热源供热量 。

　　6. 7 用户管路循环热损失量测量

　　可采用热量表进行测量 ,也可采用分别测量水温 t1 、t2 和流量的方法 ,采用公式(3) 计算得出 ,并将计算得出的热量 Q 记为 Qtc 。热量测量的 t1 安装在贮水箱热水出口主管路上 ,t2 和流量传感器应安装在管路循环回水主管路上 ,温度传感器应按照 CJ 128—2007附录 C 的安装方法安装在距测量管道与贮水箱连接处沿管道长度 2. 5 m 以内 。

　　6. 8 太阳能热水系统供热量测量

　　6. 8. 1 同时进出水系统

　　先测量用户供水的热量 Quse,用户供水的热量可采用热量表进行测量 ,也可采用分别测量水温 t1 、 t2 和流量的方法 ,采用公式(3)计算得出 ,并将计算得出的热量 Q 记为 Quse 。热量测量的温度和流量传感器应安装在冷水进水和用户用水主管道上 。温度测量点位置应按照 CJ 128—2007附录 C 的安装方法安装在距测量管道与贮水箱 、辅助热源或换热器连接处沿管道长度 2. 5 m 以内 ,t1 安装在用户用水管道上 ,t2 和流量传感器安装在冷水进水管道上 。太阳能热水系统供热量用公式(4)计算 。

　　Qsh =Quse +Qtc …………………………( 4 )

　　6. 8. 2 非同时进出水系统

　　应分别测量冷水进水的温度和流量 、用户供热水的温度和流量 、贮水箱温度和水位 ,按公式(5)计算太阳能热水系统供热量 。其中进出水温度和流量传感器应安装在进出水主管道上 。温度传感器位置应按照 CJ 128—2007附录 C 的安 装 方 法 安 装 在 距 测 量 管 道 与 贮 水 箱 或 与 辅 助 热 源 连 接 处 沿 管 道 长 度2. 5 m以内 。

　　6. 9 常规能源替代量(节能量)计算

　　按公式(6)计算常规能源替代量 。标准煤折算系数 W 取值为 29. 307GJ/tce。

　　Qss = (Qsh -Qaux - 3. 6 × 10-3 ×Qp)/W …………………………( 6 )

　　5

　　GB/T 29724—2013

　　7 监测系统

　　7. 1 监测系统组成

　　为了实现监测 ,需要一个监测系统 ,该监测系统由测量仪器和自动数据采集器组成 。 当需要远程监测时 ,还应包换数据传输系统和远程监测中心 。

　　7. 2 测量仪器

　　测量仪器应达到以下要求 :

　　— 太阳总辐射表应符合 GB/T 19565的要求 ;

　　— 热量表的准确度等级应达到 CJ 128—2007规定的二级 ,应选用高温型热量表 ;

　　— 管道内循环工质的温度测量仪器的准确度为 ±0. 2 ℃ ;

　　— 管道内循环工质流量测量仪器的准确度应在 ±2%以内 ,流量传感器的选用应与其所安装的管道管径和流量相匹配 ,并能耐受工质的温度 ;

　　— 环境温度测量仪器的准确度为 ±0. 5 ℃ ;

　　— 贮水箱水温测量仪器的准确度为 ±0. 2 ℃ ;

　　— 风速测量仪器的准确度为 ±0. 5 m/s;

　　— 电能表应不低于 2. 0 级 ,应采用不低于 0. 5 级的互感器 ;

　　— 水位测量仪器的准确度为 ±2% ;

　　— 蒸汽计量表或蒸汽流量 、温度和压力表的准确度等级应符合 GB 17167的要求 ;

　　— 测量仪器的最小分度不应超出各被测参数规定准确度的两倍 ;

　　— 使用的数字处理技术或电子积分仪的准确度应等于或优于测量值的 ±1. 0% ;

　　— 模拟和数字记录仪的准确度应等于或优于总量程的 ±0. 5% , 时间常数应等于或小于 1 s。 峰值信号指示应在满量程的 50% ~ 100%之间 ;

　　— 对太阳辐照度和用于积分计算热量的温度 、流量的采样周期应小于或等于 5 s;

　　— 时间间隔测量的准确度应为 ±0. 2% ;

　　— 在规定的监测时段内 ,所有参数应连续测量 。

　　7. 3 数据采集器

　　数据采集器应具备以下功能要求 :

　　— 具有数据采集 、数据存储 、显示 、操作 、时钟 、与上位机通信和上电 自动运行功能 ;

　　— 存储容量应保证在最小记录时间间隔时能够存储 3个月以上的数据 、状态和报警信息 ;

　　— 数据采集和记录的时间间隔可以在 1 min到 10 min之间任意确定 ;

　　— 存储器应掉电不丢失 ;

　　— 具备与下位机通信功能 ,应支持 Modbus通信协议和 CJ/T 188、DL/T 645通信规约 ,可与远传电能表 、热量表和控制器等设备通信 ;

　　— 采集器时钟 、采集时间间隔 、数据存储时间间隔和上传数据时间间隔应可以设置 。

　　7. 4 数据传输系统

　　当需要远程监测时 ,则需要数据传输系统 ,根据数据传输的方式不同 ,采用不同的数据传输设备 ,数据传输系统包括与现场采集器的通信接口 、信号调制设备 、发送设备 、传输线路(无线或有线) 、接收设备 、解调设备和与远程监测计算机的通信接 口 。数据传输系统的通信协议应支持 GB/T 19582。

　　6

　　GB/T 29724—2013

　　7. 5 远程监测中心

　　当需要远程监测时 ,则需要远程监测中心负责接收现场采集器传来的数据 ,对太阳能热水系统进行远程监测 。远程监测中心布置在远端的主控室或计算机室 ,一般包括监测主机或服务器 、操作员站 、公用接口设备 、打印输出设备 、UPS电源设备和系统软件等 ,其中主要设备如下 :

　　— 监测主机 :具有系统主处理器及服务器的功能 ,负责数据收集 、处理 、存储 、发送和输出 ;

　　— 操作员站 :监测系统的主要人机界面 ,用于数据 、图形 、报表 、事件记录及报警状态的显示和查询 ,设备状态和参数的显示和查询 ;

　　— 系统软件 。

　　远程监测中心应具有以下主要功能 :

　　a) 远程数据采集功能 ,定时自动和随时手动采集各子站的监测数据 、设备工作状态等参数 。

　　b) 数据处理 、分析 、显示功能 ,对数据进行比较判定是否合格 。

　　c) 数据存储功能 ,应能自动生成并储存为通用数据文件 ,按不同项目存储在数据库中以便随时查询和调用 。

　　d) 生成监测报告 ,可按月进行统计生成监测报告并存储 。

　　e) 自动报警功能 ,可根据数据处理结果自动判定是否存在故障 ,并进行报警显示 。

　　8 太阳能热水系统监测报告

　　监测数据宜按月进行统计计算 ,并生成太阳能热水系统监测报告 ,监测报告格式见附录 A。

　　7

　　GB/T 29724—2013

　　附 录 A

　　(资料性附录)

　　太阳能热水系统监测报告示例

　　× × × × × ×项目监测报告

　　报告编号 :

　　监测时间 :

　　起始日期

　　截止日期

　　项目名称

　　项目地点

　　项目状况

　　集热器参数

　　集热器类型

　　□平板型

　　真空管型

　　□水在玻璃中

　　□水在金属中

　　集热器倾角(不同倾角

　　分开填写)

　　集热器轮廓面积 (不同倾角分开填写)

　　集热器循环工质主要成分

　　水箱参数

　　水箱数量

　　水箱有效容积(多个水箱

　　分开填写)

　　水箱有效水位最大高度

　　防冻功能

　　□循环防冻

　　□排空防冻

　　□伴热带防冻

　　□防冻液

　　出水形式

　　进水与用户出水同时性

　　□同时

　　□非同时

　　是否有用户管路循环功能

　　□是

　　□无

　　监测数据

　　监测站名称 :

　　数据记录间隔 :

　　参数

　　Qs

　　Qc

　　Qaux

　　Qp

　　Qtc

　　Qsh

　　Qss

　　ta(av)

　　va(av)

　　单位

　　GJ

　　GJ

　　GJ

　　kW · h

　　GJ

　　GJ

　　tce

　　℃

　　m/s

　　第一季度

　　1 月

　　2 月

　　3 月

　　第二季度

　　4 月

　　5 月

　　6 月

　　8

　　GB/T 29724—2013

　　表 (续)

　　监测数据

　　监测站名称 :

　　数据记录间隔 :

　　参数

　　Qs

　　Qc

　　Qaux

　　Qp

　　Qtc

　　Qsh

　　Qss

　　ta(av)

　　va(av)

　　单位

　　GJ

　　GJ

　　GJ

　　kW · h

　　GJ

　　GJ

　　tce

　　℃

　　m/s

　　第三季度

　　7 月

　　8 月

　　9 月

　　第四季度

　　10月

　　11月

　　12月

　　全年

　　总计/平均

　　报告单位 : 测试人 : 填表人 : 报告日期 :

　　9