GB∕T 40858-2021 太阳能光热发电站集热管通用要求与测试方法

ICS27.160

CCSF12

中华人民共和国国家标准

GB/T40858—2021/IECTS62862-3-3:2020

太阳能光热发电站集热管通用要求与

测试方法

Generalrequirementsandtestmethodsforreceiversofsolarthermal

powerplants

(IECTS62862-3-3:2020,Solarthermalelectricplants—Part3-3:Systemsand

components—Generalrequirementsandtestmethodsforsolarreceivers,IDT)

2021-10-11发布

2022-05-01实施

GB/T40858—2021/IECTS62862-3-3:2020

目次

BIJW I

弓iw n

i細 i

2规范性引用文件 1

3术语、定义、符号和单位 1

4集热管性能测试 2

4.1一般规定 2

4.2标识与参数 2

4.3制造说明 2

4.4测试仪器校准 2

4.5热损失测试 2

4.6光学特性测试 13

4.7集热管耐久性测试 21

附录A（资料性）测试报告格式 32

A.1集热管说明（由制造商提供） 32

A.2测试结果——热损失 33

A.3测试结果——光学特性测试 34

A.4测试结果——光学效率测试 34

A.5测试结果——静态耐磨测试 35

A.6测试结果——冷凝测试 35

A.7测试结果——抗冲击测试：方法1——冰球 35

A.8测试结果——抗冲击测试：方法2——钢球 36

A.9测试结果——集热管选择性吸收涂层热稳定性测试 36

A.1O测试结果——钢管样品选择性吸收膜的热稳定性测试 36

A.11测试结果——热循环测试 37

A.12测试结果——波纹管测试 37

附录A（资料性）测试报告格式 32

附录B（资料性）应用说明：筒式加热器热损失测试中的温度测量——温度测量偏移校正 38

#寺文南犬 39

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本文件按照GB/T1.1—2020（（标准化工作导则第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

本文件使用翻译法等同采用IECTS62862-3-3：2020«太阳能光热发电站第3-3部分：系统和部件集热管通用要求与测试方法》，文件类型由IEC的技术规范调整为我国国家标准。

与本文件中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下：

-GB/T12936-2007太阳能热利用术语（ISO9488：1999.NEQ）o

本文件做了下列编辑性修改：

-公式（3）参数说明“丁1/2/N/N-1”修正为mu’;

一公式（7）补充参数说明:“心,f是吸热管内径”；

-公式⑺中的“/^，_r丁”修正为“/^.RT”；

—公式（9）参数说明中々」,s的单位“[m/°C:]”修正为“[W/（m•°C）]”；

—公式（12）中“ST”修正为“STH”;

一公式（18）中的系数《2单位“[W/（m.-C4）]，，修正为“[W/（m.°C1）]”；

—中提及的公式（12）的编号“（12）”修正为“（18）”；

—中提及的公式（12）的编号“（12）”修正为“（18）”；

-中系数6,的单位“（W/（m.°C））”多余，删除；

-中系数卜的单位“（W/（m•°C:2））”修正为“（V2）”;

-中提及的公式（13）的编号“（13）”修正为“（19）”；

一公式（24）补充参数说明:"AT——流体温升.单位为摄氏度（°C）”；

-中提及的“4.7.1”修正为“4-.6.2”；

—中提及的“4.7”修正为“4.6”；

-公式（B.2）补充参数说明：“式中，A，B，C，D，E，F为多项式系数。”。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

本文件由中国企业联合会提出。

本文件由全国太阳能光热发电标准化技术委员会（SAC/TC565）归口。

本文件起草单位：常州龙腾光热科技股份有限公司。

本文件主要起草人：俞科、胡桥、方全喜、韩莹莹、张玲艳、沈伟文、孟庆言、张小龙、朱龙、王成宇。

集热管是太阳能光热电站的核心部件之一，集热管的性能和耐久性对太阳能光热电站的成功实施和稳定运行至关重要，为了规范太阳能光热发电站集热管通用要求，统一测试方法.需要对其进行标准化。随着国内太阳能光热发电站的持续建设，非常有必要建立通用的、统一的集热管要求和测试方法，客观、合理评价集热管的性能和耐久性，推动太阳能光热电站规范化发展，保障太阳能光热电站长期稳定运行。

集热管是菲涅尔和抛物槽式电站最重要和最敏感的部件之一。大型反射镜组对齐排列，沿反射镜焦线聚集高达80倍太阳辐射到镀膜且抽真空的集热管上。产生的热量通过传热流体输送到发电装置，并转化为电能。

集热管质量和性能的长期稳定性对太阳辐射能否有效转化为热能有着决定性的影响。为了使电站达到最高效率.集热管必须尽可能多地吸收太阳辐射，并在损失最小的情况下将其转化为热能。集热管（见图1）主要包括：

・钢制吸热管：传热流体流经不锈钢吸热管。优质的吸热管涂层可将太阳辐射转化为热能，同时将红外热损失降到最低；

•玻璃套管:套管由硼硅酸盐玻璃制成，并镀有提高太阳透射比的减反射涂层；

•吸热管和玻璃套管之间的充满惰性气体或者抽真空的区域（环形空间）：吸热管和玻璃套管之间的真空是抑制气体对流传热的必要条件；

•波纹管：波纹管是补偿钢制吸热管和玻璃套管不同热膨胀系数所必需的。与玻璃套管相反，吸热管在工作时膨账很大。

图1集热管示意图

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太阳能光热发电站集热管通用要求与

测试方法

1范围

本文件规定了在采用线聚焦型集热器的太阳能光热发电站中用于吸收聚焦后的太阳辐射并将其热能传递至传热流体的集热管的技术要求、测试方法、耐久性和技术性能参数。本文件中所述的集热管由一根吸热管和一根隔热玻璃套管组成。

注1:本文件中所包含的大多数测试方法适用于抛物面槽式光热发电站和菲涅尔光热发电站中的集热管。

本文件包含了集热管技术特性、几何特性和性能参数的定义，以及光学特性、热损失和耐久性的测试方法。

注2:目前针对集热管的不同测试方法所积累的经验还不足以确定哪种测试方法是最好的。本文件描述了目前可用的所有不同方法，但没有定义一种推荐的方法。

为明确起见，在此声明本文件中描述的热损失测试结果并不代表安装在商业电站集热场的集热管的热损失。

在单根集热管上进行室内测试所获得的热损失数值明显低于商业电站集热场室外实际运行条件下的热损失数值。因此，本文件中描述的室内测试程序适用于集热管的性能比较。

集热场设计中考虑的热损失是通过在实际太阳条件下测试运行中的完整集热器获得的。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；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/T13893.2—2019色漆和清漆耐湿性的测定第2部分：冷凝(在带有加热水槽的试验箱内曝露)(IS()6270-2：2017,IDT)

ISO9488太阳能词汇(Solarenergy一Vocabulary)

ISO9806:2017太阳能太阳能集热器测试方法(Solarenergy—Solarthermalcollectors—Testmethods)

IECTS62862-1-1太阳能光热发电站第1-1部分：术语(Solarthermalelectricplants一Part1-1:Terminology)

ASTMG173-03参考太阳辐射光谱标准表：37°倾斜表面上的直接法向和半球向(StandardTablesforReferenceSolarSpectralIrradiances:DirectNormalandHemisphericalon37°TiltedSurface)

MIL-E-12397橡皮擦、橡胶浮石(用于测试镀膜光学元件)[Eraser.Rubber-Pumice(fortestingcoatedopticalelements)]3术语、定义、符号和单位

ISO9488和IECTS62862-1-1中界定的术语、定义、符号和单位适用于本文件。

1

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ISO和IEC在下列网址维护用于标准化的术语数据库：

•IEC电子百科：/

•ISO在线浏览平台:http:///obp

4集热管性能测试

4.1一般规定

集热管作为集热场内最重要的部件之一，对整个集热场的性能有着巨大的影响。为了尽可能模拟出集热管以及集热场在使用周期内的性能特性，M此对集热管的特性和性能进行测试至关重要。

4.2标识与参数

集热管通常有产品品牌名称，并用不锈钢管的外径进行标识。另一个重要的标识参数是集热管的长度，会随着槽式集热器的设计规格而变化。其他参数.如：吸收比、发射率、透射比、真空度、不锈钢管的材料、设计温度、设计压力以及集热管对应使用的传热流体类型等可从制造商处获得。集热管测试报告宜纳人这些参数。

4.3制造说明

除了4.2中的参数外，制造商还可提供与集热管或其零部件的使用/制备相关的，并用于测试目的的补充说明，如在光学测量之前对样品进行清洁等。这些说明应在测试程序中注明，以防对测试结果产生影响。

4.4测试仪器校准

除非测试仪器制造商另有说明，所有使用的仪器宜至少每年校准一次。如果使用的仪器需要特別校准（如分光光度计需使用“黄金标样”进行校准），测试报告宜注明校准日期和使用的样品。

4.5热损失测试

4.5.1一般规定

注:2016年，在欧盟项目STAGE-STE：欧盟第七框架计划FP7（2007-2013）,赠款协议11）:609837］中，对来自不同制造商的五种不同集热管进行了一轮循环测试。热损失循环测试结果显示，在大多数温度下.大部分集热管热损失的标准偏差在6%-12%之间（见参考文献［1］）。

在比较不同实验室使用不同方法得出的结果时，宜考虑这些差异。当试图比较不同制造商的集热管时，建议在同一机构用相同的方法测试所有集热管，以获得可比较的结果。

对于热损失测试，应采用下列方法之一（两种方法均在下文说明）：

・电阻加热法；

・焦耳效应法。

4.5.2目的

本测试的目的是表征集热管热学特性.包括确定热损失曲线，以及基于测试数据计算发射率（可选）。本测试的应用与使用抛物面槽式技术的太阳能光热电站项目的需求有关，以此类推，也与使用菲涅尔技术的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。

4.5.3集热管的安装与放置

一般规定

集热管在测试台上的安装方式对热损失测试的结果具有决定性的影响，因此建议按照以下章节中的说明设置测试台。测试应在室内进行，以尽可能地减少外界环境对测试样品的影响。此外.集热管周围大于或等于50cm空间内宜无大的障碍物，以免限制空气自然流通。

如果是在真空条件下进行测试，周围的环境并不重要，因为空气流通可以忽略不计。

测试的基本原理是基于在稳态条件下电能和热能的转换。在该条件下，热损失相当于将集热管维持在某个恒定温度所需的电功率。根据在不同温度下确定的电功率，即可获得集热管测试样品的热损失特性曲线。

测试过程可以采用不同的加热方法对集热管进行加热，例如，根据焦耳效应，通过电加热元件，或通过附着在插人吸热管内部的铜管上的IR电阻加热（示例参见参考文献［2］）。

集热管的安装和初步检查

待测集热管应水平放置在测试支撑架上。应对集热管进行目视检查，测试报告应记录观察到的任何损坏或变动。

温度测量

应在沿集热管长度方向至少6个位置从吸热管内部使用温度传感器接触测量集热管温度，这6个测点应以集热管长度中心对称布置，测点之间的间距不超过1m。其他传感器应布置在靠近集热管两端且和集热管接触良好，以控制集热管两端的温度梯度。建议采用=个传感器测量玻璃套管表面的温度。

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。测试报告应记录环境温度传感器的位置。

所有的温度传感器应根据测试温度范围进行校准。

每个温度传感器的平均温度的扩展不确定度应小于：

•吸热管：士2°C;

•玻璃套管：士2°C；

•环境或周围空气：±1°C。

不确定度按照ISO9806=2017附录D进行计算。

测量接触点应合适，以确保正确的测量。可采用修正方法对传感器附近有影响的温度梯度进行补偿。

由于温度传感器会受到气温，吸热管、玻璃套管环形部分的辐射温度，以及沿温度传感器导线导热的影响，测量中将温度传感器按压到吸热管或玻璃套管上往往导致测量不准确。可采用参考测量的方法来确保测量装置的有效性或对测量值进行修正，详见附录B。如果进行了温度修正.应在测试报告中注明。

功率测量

电加热功率测量设备的精度应不低于实际读数的3%。

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测试具有3

统计学代表性。

4.5.4检查

测试结束后应检查集热管，并留意观察到的任何变化。测试报告应记录观察到的变化，可加上照片。

4.5.5测试方法——电阻加热法

测量

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吸热管的长度，测量仪器精度为1mm，宜将仪器插人管内，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。

在测试期间：

•吸热管的温度；

•玻璃套管的温度（可选）；

・周围空气的温度；

・电阻加热器或使用的其他任何元件提供的电功率。

测试程序和时间

测试是在吸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，也称为测点。

最短评估时长见表1。

表1评估时长

吸热管温度/°c

最短评估时长/min

100〜200

240

200〜300

120

300〜400

60

400〜500

30

>500

15

表2列出了评估期间应达到的稳定性和均匀性要求。

表2监测要求

监测参数

稳定性要求

吸热管温度

±0.5°C

吸热管温度均匀性STH

<0.04Tabs,meanCC)

热损失系数［公式（2）］

±1%

环境温度

20°C±10°C

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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。

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温度：

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。•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人，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°C时，视为达到稳定状态。

•在整个稳态期应遵循均匀性要求。

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15mm，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。

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：

式中：

HL ——集热管热损失系数，单位为瓦特每米(W/m)；

P“ —电加热元件/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<25X：)——环境温度(25°C+10°C)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：

式中：

HH,—集热管端部温度，假设有N个传感器，如果测试平台采用电加热元件，则

'm：为铜管末端的温度传感器测得温度，单位为摄氏度(°c);一铜导热系数，单位为瓦特每米摄氏度[W/(m•°C)];

一铜管(加热器)表面积，单位为平方米(m2)；

一端部传感器之间的间距，单位为米(m)。

计算集热管的平均温度时，应考虑每一个传感器在沿吸热管长度方向上覆盖范围的权重:

SiTab5;pI

式中：

Tabs；—传感器i测量的吸热管温度，单位为摄氏度(°0;

P，——所使用的权重。

玻璃套管的平均温度为:

Si丁gi，〜Pi81,0

式中：

Tgi,Oi

一传感器Z测量的玻璃套管外部温度，单位为摄氏度(°C);

Pi

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：

A,

PiA

abs

(6)

式中：

(7)

Aabs是室温下吸热管的内表面积，A,是温度传感器f最靠近的所能覆盖的吸热管内表面积,6/^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：集热管热损失系数和吸热管平均温度丁abs，这两者都有相关的不确定度U(HL)和M(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M(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mc(HL)中：

2

•U2(Tabs)

ui(HL)=u2(HL)+

妞L(Tabs)

_3Tabs

3hI(丁\

偏导数可以通过多项式插蹴

发射率计算(可选)

仅当吸热管和玻璃套管之间的环形空间处于真空(没有充人惰性气体)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Tabs,。:

丁—7"

abs,oiabs,i

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式中：

HL——集热管对应温度为Tabs时的热损失系数，单位为瓦特每米(W/m)；

rab，.。 吸热管外径，单位为米(m);

rabs>i——吸热管内径，单位为米(m);

々abs——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•°C)];TabSli——吸热管的内壁温度(也称Tabs),单位为摄氏度(°C)。

注：吸热管的rabs,i和rabs.。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Tgl,i:

2kKb1

(10)

式中:

rgl,。——玻璃套管外径，单位为米(m);

rgi,;——玻璃套管内径，单位为米(m);

kg[——玻璃套管导热系数，单位为瓦特每米摄氏度[W/(m•°C)];

Tgl,0——玻璃套管的外壁温度，单位为摄氏度(°C)。

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最后，通过Forristal公式［公式（11）］计算吸热管的发射率eabs:

€abs

2兀rabs,off(T.

4

abs,o(K)

HL

4、tTT Sgl/abs»o

1gl,i(K))— |

(11)

,i(K)

£gl'rgl,i

#

式中:

egl——玻璃发射率（制造商提供数据，如未提供，则为0.89）；a——史蒂芬-玻耳兹曼常数。

4.5.6测试方法——焦耳效应法测试设备原理图

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，其外径和厚度与被测吸热管相同。

3

电源

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。

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±1mV。不确定度计算按照ISO9806:2017附录D确定。电流测量

应使用串联在电回路中的合适仪器测量流人集热管的电流，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。

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%。

数据采集频率

测试用功率传感器应进行校准。数据采样周期不应大于20s，最小采样样本量应能确保测试具有统计学代表性。

测量

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,仪器宜插人管内，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其他任何元件提供的电功率。

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。

测试台

测试台见图3。

图3集热管热损失测试台

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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。

单位为毫米

Tm

V

丁 ®,■ T

1cc3Icc21 icb2 !ca3^^/ca2

图4热电偶位置和电压测量段

0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。

1测试程序和时间（按电阻加热法）

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。

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表3评估时长

吸热管温度/°c

最短评估时长/min

100〜200

240

200〜300

120

300〜400

60

400〜500

30

>500

15

表4列出了评估期间应达到的稳定性和均匀性要求。

表4稳定性要求

监测参数

稳定性要求

吸热管温度

±0.5°C

吸热管温度均匀性STH

<0.04Tabs._„('C)

热损失系数[公式(2)]

±1%

环境温度

20°C±10°C

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f时刻的温度均匀性STH(i)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：

ft "^abs，max丁abs.min /i、

^TH— 〒 K丄Z)

abs,mean

测量过程中，沿吸热管长度方向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。可以使用PI或PID控制器来控制电功率输人，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0.51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。

2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：

HL(丁5〜6)=匕了61coscp (13)

式中：

HL(T5~s)——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（°C）;

△V5~6 ——5〜6之间的有效电压差，单位为伏特（V）;

L5~6 ——25°C时5〜6之间的长度，单位为米（m）;

I ——有效电流，单位为安培（A）;

cp —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计算如式（14）：

14)

HL（T）=△:3~4Jcos<p

式中：

HL（T）——集热管热损失系数，单位为瓦特每米（W/m）;

T ——吸热管平均温度，单位为摄氏度（°C）;

L ——25°C时吸热管长度，单位为米（m）;

△V3~4——3〜4之间的有效电压差，单位为伏特（V）;

I ——有效电流，单位为安培（A）;

<p ——电压与电流之间的相位角，单位为弧度（rad）。

4.5.7发射率计算（可选）

仅当吸热管和玻璃套管之间的环形空间处于真空（没有充人惰性气体）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Tabs，。：

15)

式中:

HL——集热管对应温度为Tabs时的热损失系数，单位为瓦特每米（W/m）；

rabs,o 吸热管外径，单位为米（m）;

rabs.;——吸热管内径，单位为米（m）;

kais——吸热管导热系数，集热管制造商提供，单位为瓦特每米摄氏度［W/（m•°C）］;Tabsii——吸热管的内壁温度（也称Tabs）,单位为摄氏度（°C）。

注：吸热管的rabs.:和rabs，。数据均由制造商提供，公式（16）中的玻璃套管直径数据也由制造商提供。其次，计算玻璃套管内壁温度:rgU:

16)

式中:

rgll0——玻璃套管外径，单位为米（m）;

rghi——玻璃套管内径，单位为米（m）;

ksl——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-°C）］;

Tgl,0——玻璃套管外壁温度，单位为摄氏度（°C）。

最后，通过Forristal公式［公式（17）］计算吸热管的发射率eabs:

€abs

2?CTabs>(丁'abs，o(K)

17)

式中：

——玻璃的发射率（制造商提供数据，如未提供，则为0.89）；

<7——史蒂芬-玻耳兹曼常数。

4.5.8热损失系数与发射率曲线模型

—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e曲线参数.求出和所述曲线。

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。热损失系数采用公式（18）表东:

HL=«iTabs十a] （18）

系数axCW/Cm.°C）]和a2[W/（m.°C'1）]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。

测试报吿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。

r^/'c

图5热损失系数曲线示例

热损失插值

所需温度范围的集热管热损失系数结果HL（TIllls）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°C、300°C、35O°C和400°C（各为±10°C）的热损失系数测量数据计算，插值应以

250°C、300°C,350°C或4001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°C,300°C、400°C、500°C和550°C（各为±10°C）的热损失系数测量数据计算，插值至

250°C、3OO°C、400°C、500°C或550°C。

•样条插值。应采用非扭结条件下的=次样条进行插值。吸热管温度r,bs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，M此N个扭结对应有N—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°C;采用外推时，插值范围不应偏离实际测量值5°C。

发射率曲线（可选）

由测试结果推导出集热管在各工作温度Tal,„下的发射率。发射率采用公式（W）表示：

=bi+b21’L （19）

系数是发射率系数。

系数A,（°C-2）是吸热管温度二次方对应的发射率系数。

测试报告应附图包含实验数据点和根据公式（19）推导的吸热管温度Tahs对应的发射率曲线。公式（19）不宜在最低测量温度以下使用。测试期间应记录测量结果、电能消耗、环境温度、吸热管及玻璃套管的平均温度。报告应列明所有异常情况.并附上最终测试条件下测试样品的照片或图表。

4.5.9测试报告

见附录A。

4.6光学特性测试

4.6.1—般规定

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r和吸收比a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t和吸收比a（见4.6.3）；

•非破坏性方法测量整管rX«,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目的

_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。

一般方法

本测试方法采用配备积分球的分光光度计在300nm〜2500nm波长范围内测量光谱近正交半球向透射比（或反射比）.并通过IECTS62862-1-1中定义的标准太阳光谱计算加权平均的太阳能透射比或吸收比。

太阳能吸收比和透射比是评估太阳能光热发电站光学效率的关键参数。本测试方法旨在提供可重复数据，适用于各实验室之间或同一实验室不同时间测试结果的比较，以及不同材料测试数据的比较。对于使用太阳直接辐射的应用.应采用ASTMG173-O3AM1.5D太阳辐射光谱计算太阳能反射比。

仪器

.1_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品和/或工作参考样品。

.2分光光度计

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，以便人射辐射能够以接近于与样品平面垂直（小于15°）的方向人射，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。应防止环境光进人到积分球中。

积分球的内表面应有稳定的高漫反射涂层.聚四氟乙烯和BaS（）4等材料可满足要求。积分球的开孔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。

.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准线。

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。

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。

当光束仅穿过玻璃套管的单侧或玻璃套管的半环形切片时，采用公式(20)计算光谱透射比：r(A)=(SA-ZA)/(1OOA-ZA) (20)

式中：

SA——样品位于光束人口时记录的读数；

Za——样品光束被不透明材料遮挡时的零基准线读数；

100,——光束人口上未放人样品时记录的读数。

吸收比：通过1减去半球向反射光谱数值获得吸热管样品吸收比，即公式(21)中rA=0。tn+n+A=1 (21)

反射比测量：记录上述零基准线读数以及将工作参考样品放置在样品孔上时的100%线读数。将样品放在样品孔上，记录样品光谱反射比。将光谱分量纳人反射比的测量中。

采用公式(22)计算波长为A时样品的光谱反射比^(A):

p(A)=[(SA-ZA)/(100A-ZA)J^ (22)

式中：

SA——记录的样品读数；

Za——零基准线读数；

100、——100%线读数；

〆——波长为A时经校准的工作参考样品的光谱反射比。

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、表面轮廓(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)

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。

冃的

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测试，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。

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：12.5mrado

玻璃管

不锈钢管

通过玻璃管(在不锈钢管下方，光源信号不接触不锈钢管)测试透射比，一侧是发射传感器，另一侧是接收传感器

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°C±10°C。

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却源(如通气口、外壁、热源附近等)。

程序

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。

测试结果与报告

应使用公式(23)计算：

(1—(0(A;))E(A,)AA, Sa^(A,)E(A;)AA,

=—! rs=— (23)

式中：

as ——光谱吸收比；

AA

zl\z(\r

实测光谱反射比;

实测光谱透射比;

TS 光谱透射比；

A, ——实测波长，单位为纳米(nm)；

AA, 相应波长的间隔，单位为纳米(nm);

E(A,)——太阳直接辐射AM1.5D的光谱分布(即可以使用ISO9845-1或ASTMG173)。SA,

应通过实测特定波长进行插值确定，并应适当地将对应波长的差值进行求和。测试报告至少应包括：

・环境温度；

・实测波长；

・所用设备；

・人射方向与法线的角度；

・受光角；

・太阳能吸收比与太阳能透射比；

・用于积分的太阳光谱；

・测量准确度；

•测量点的尺寸；

・样品清洁方式。

4.6.4光学效率测试——瞬态法（可选）

目的

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度随时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。测试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，并且在一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。

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。

设备

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。

仪器

•辐照强度计:非线性低于0.5%，温度依赖性低于1%，方向误差低于10W/m2，光谱范围250nm〜3500nm;

•温度传感器：测量范围内不确定度小于士0.5°C。

35

3

标引序号说明：

1——集热管：

2——温度传感器；

3——辐照强度计；

4——环境温度传感器；

5一循环泵；

6——空腔。

a）简化的系统方案 b）实际设备的外观（由阿尔梅里亚的

CIEMATPlataformaSolar提供）

图7光学效率测试台——瞬态法

测试描述和条件

测试前，按照制造商的说明清洗样品。

应测量以下数据：

・集热管外形尺寸；

•传热流体温度；

・玻璃套管温度；

•吸热管表面温度；

・辐照强度计辐射读数；

•周围空气温度。

程序

该测试测量当玻璃套管温度接近吸热管温度、流体温度接近环境温度时，即热损失为零时流体温度上升随时间的关系。测试结果是在自然太阳辐射下整根集热管的综合光学效率值，包括玻璃套管及其减反射涂层和吸热管选择性吸收涂层的特性。

样品集热管以南北向放置在测试台的空腔中。空腔上部有一个至少小于或等于待测集热管样品的纵向槽，该槽的宽度足以使所有通过它的太阳直接辐射集中在吸热管管壁上。腔体的位置垂直于太阳直接辐射，即槽孔的平面垂直于太阳直接辐射。流体温升应在稳态辐射条件下进行测量，通常为10min.大约在玻璃套管的温度（如有玻璃套管，如无玻璃套管则为环境温度）和吸热管的温度相同时进行.因为此时热损失为零。测试应在接近太阳正午时进行，以获得恒定太阳辐射。

如果在某一特定测量期内，表5中所标明的实验参数与其平均值的偏差均未超过表5中规定的限值，则认为集热管在某一测量期内一直处于正常工作状态。为了确定存在一个充足的测量期，应将连续

1s内所取的每个参数的平均值与测量期内的平均值进行比较（测试条件应是静止的）。

表5测量期间测量参数的允许偏差

参数

平均值的允许偏差

测试辐射

±1%

环境温度

±5°C

测试流体温度和线性拟合值的差（即残差）

±0.15°C

集热管光学效率计算

由能量平衡计算出光学效率，得出公式（24）:

7rec,opt=aXr=S,M,-XcpiX（^-）=MXcPX（^~） （24）

式中：

7ree,opt——集热管光学效率（单元）；

a ——吸热管吸收比（单元）；

r ——玻璃套管（如有玻璃套管）透射比（单元）；

i 系统中的每个部件；

M.——系统部件的质量，单位为千克（kg）；

cpi——系统部件I的比热容，单位为焦耳每千克摄氏度［J/（kg•°C）］；

M 整个系统质量，单位为千克（kg）;

Cp——整个系统比热容，单位为焦耳每千克摄氏度［J/（kg•°C）］；

AT——流体温升，单位为摄氏度（°C）;

Lt——测试时间间隔，单位为秒（s）;

E ——照射到集热管上的总太阳辐射，单位为瓦特每平方米（W/m2）;

A ——空腔槽孔的开口面积，单位为平方米（m2）。

测试期间.AT/Az为线性拟合曲线丁（O的斜率。应使用与平均流体温度相对应的系统比热容值。为了杜绝热损失，吸热管管内的流体温度与环境温度之差不得超过10°C。

4.6.5光学效率测试（可选）

目的

集热管光学效率测试的目的是通过在测量期间评估流经集热管流体的焙增来确定集热管对太阳辐射的光学吸收比，测试在一个配有日光模拟器的实验室测试台上进行。本测试为非破坏性测试，并在一次测量中获得集热管的光学效率，包括吸收比、透射比以及集热管有效长度。

本测试适用于技术规格和光源均匀性均与受测集热管长度和直径相适应的日光模拟器，即应确保受测集热管对日光模拟器辐射有高拦截因子。

应保证参考样品的稳定性，可通过将参考样品的光学效率与两个主参考样品进行比较来实现。这种比较至少每年进行一次。

—般规定

光学效率测试是测量流体工质吸收的能量与人射辐射的能量之比，要求使用标准样品作为测量参考样品，这种参考样品是具有类似几何形状的集热管或任何衍生的具有稳定和已知特性的工作或备用

标准样品。可以采用任何一组几何尺寸相似样品进行对比测试，通过测量在环境温度下的水流的焓值变化完成测试评估。测量期间.集热管持续接收恒定的聚焦光照射。

本测试要求聚焦光线宽度小于吸热管的直径，长度大于样品的整体长度，并且聚焦光线强度沿焦线长度方向分布均匀。

该评估是针对冷集热管进行，因此需要对集热管在典型工作温度下的几何尺寸变化进行修正，如确定W波纹管伸长或压缩以及波纹管保护罩移动所引起的集热管有效长度的变化。

仪器

日光模拟器应具有以下特征：

•辐射范围：在实际运行中，日光模拟器应能够在集热管表面上产生至少为标称辐射10%的平均辐射（对于吸热管直径大于40mm的集热管.当前范围最低辐射应为0.5kW/m）;•空间均匀性：任何时候在集热管受光面积上任一点的辐射值与整个集热管长度方向上平均辐射值的差别应不超过士10%；

•时间稳定性：任何时候辐射值（10s间隔内的平均值）与平均辐射值的差别均不应超过±5%;•光谱：光源使用CRI大于90的金属卤化物灯，外灯泡为紫外线屏蔽玻璃，且由反射镜（低铁玻璃，背面后侧镀银）反射。

试样与条件

测试之前根据制造商的说明对集热管进行初步检查，以确定是否有损坏，对波纹管、涂层和可能出现的任何其他异常情况进行目视检查。任何发现都将作为测试报告的一部分记录下来。如果有引起怀疑的重大问题，宜与制造商联系，以确定可以对集热管进行测试。

测试之前根据制造商的说明清洁样品、安装波纹管保护罩（如有可用的原装零件）。

应测量以下数据：

•集热管几何尺寸；

・集热管进口处流体温度；

•集热管出口处流体温度；

・传热流体流速；

•在辐照强度计上的辐射读数；

•环境温度；

•玻璃套管温度（可选）。

程序

测试过程包括在日光模拟器恒定照射条件下，对比测量流经受测集热管的冷水焓值。测试结果是在日光模拟器照射下整根集热管相对综合光学效率值，包括玻璃套管、玻璃套管涂层、吸热管涂层的性能。

受测集热管放置在测试平台的焦线处，测量室温下流经集热管的水的熔增.压力损失忽略不计。在同一天测量参考样品集热管的焓增，该参考测量给出了参考样品集热管的光学效率。

应在稳定状态下测量焓增，通常持续5min〜15min。

如果在某一特定测量期内，测试参数与其平均值的偏差均未超过表6中规定的限值，则认为集热管在测量期内一直处于正常工作状态。为了确定稳定状态存在，应将连续10s内所取的每个参数的平均值与测量期内的平均值进行比较（测试条件应是静止的）。

表6测量期间测试参数的允许偏差

参数

与平均值的允许偏差

测试辐射

±1%

周围气温(室内)

±5°C

流体质量流量

士1.5%

集热管进口处流体温度

±0.2°C

集热管光学效率计算

通过测试受测样品(QsamPie)和参考样品，计算光学效率比值如下：

Q=wwf'-cP(fm)X(iout—iin) (25)

rsample=Qsample/reference

测试期间，计算所有测试时间段内r的平均值。

计算过程中，应使用流体平均温度对应的比热容。如果是通过测量体积流量获得热输出，则密度应为体积流量计中显示流体温度的对应值。

集热管内初始流体温度与环境温度之差应不超过10'C，否则应考虑辐射换热效应，并且热损失不可忽略。

如果参考样品集热管的光学效率7rec,opt,reference已知，则受测样品的光学效率7rec,opt,sample应为：

rec,opt，sample 厂sampleX々rec,opt,reference ••••••••••••••••••••••••••••••(26)

注：由于吸热管随着温度升高而膨胀，集热管的几何长度和有效长度也会随温度变化而变化。由于集热管主要是在高温条件下运行，所以可将光学效率建模为几何效应的函数。

光学效率采用公式(27)近似计算：

rec,opta■r:■ (27)

式中：

——集热管的有效长度与几何长度之比H-/1脚。

假设吸热管吸收比a与玻璃套管透射比r随温度变化保持恒定，并且仅考虑正交人射的辐射，则光学效率的变化是作为温度函数的集热管有效长度和几何长度I。变化的结果。

/actlve(T)

7rec.oPt(T) (28)

4.7集热管耐久性测试

4.7.1一般规定

集热管使用材料信息参见附录A出具的测试报告，其中包括材料技术特性和尺寸。

4.7.2玻璃套管减反射涂层耐久性测试

玻璃套管表面静态耐磨测试

.1目的

耐磨测试属于加速老化测试，旨在模拟部件在整个使用周期内因玻璃表面的清洗、风沙或其他机械力而引起的玻璃涂层的机械磨损，本测试方法与ISO9211-4类似。

本测试使用耐磨橡胶头摩擦干燥玻璃管，耐磨橡胶类型、施加在玻璃表面载荷以及纵向摩擦次数等因素可能导致减反射涂层的退化和脱落。

低载荷下，磨头沿直线往复摩擦玻璃表面。磨头由橡胶基体内的磨料组成。一个循环定义为磨头往复运动一次。耐磨橡胶头摩擦玻璃表面产生研磨条纹，从而使光线的透射受到影响。

测量被处理后表面区域的透射比并与原始值比较来评估被处理后材料的光线透射比。

.2测试设备与装置

本测试是用耐磨头在玻璃表面进行线性往复运动，通常采用带有计数器的装置进行，以使耐磨头在表面以恒定的方式运动。

在每次循环测试前后，按4.6.1采用UV-VIS_NIR分光光度计测量透射比。

测试设备包括：

・待测玻璃管或玻璃片的固定架；

・与可在样品上纵向往复移动的装置连接的耐磨橡胶头固定架；

•符合MIL-E12397的耐磨橡胶头（直径6mm）；

•重量/压力控制器；

•磨砂玻璃棒或P6OO砂纸。

测试设备如图8所示。

图8耐磨设备的示意图

为获得可重复测试结果，测试前后采用磨砂玻璃棒修整耐磨橡胶表面。

除图8外,如果测试玻璃管，测试设备应能旋转集热管（见图9）。旋转后，应至少有45mmX40mm的玻璃表面可供测量透射比。

图9集热管玻璃管或玻璃片在耐磨测试设备中旋转的示意图

受测样品应放在固定架中，确保安装牢固。降低耐磨橡胶头固定架，使耐磨橡胶头与有减反射涂层的玻璃表面垂直接触，并施加载荷，载荷可能因施加的力或压强而发生变化。

.3测试条件

测试之前，应用乙醇或去离子水清洗玻璃管或玻璃样片，由集热管制造商确定使用以上何种清洗材料.还应分析待处理表面的光学特性，测量样品待测区域的透射比。报告中应载明所采用的测量方法（透射比测量标准正在研究中）。

.4程序

耐磨橡胶头的制备：每次测试之前.按照制造商的说明使用磨砂玻璃棒或砂纸打磨耐磨橡胶头.至少打磨5个循环，目的是清除之前测试中残留在橡胶头上的微粒，创造可重现的初始条件。耐磨橡胶头表面与玻璃表面平行也很重要，以使整个橡胶头底面与玻璃接触，确保橡胶头与玻璃接触的是一个面而不是某个点。保证表面平行的最简单方法是用磨砂玻璃棒或砂纸打磨橡胶头。耐磨橡胶头制备完成后，应使用压缩空气或光滑的刷子清除耐磨橡胶头和磨砂玻璃棒或砂纸上的所有松散材料。

摩擦：测试时，耐磨橡胶头在玻璃上循环摩擦若干次.至少应完成下列循环次数：5、10、20、50、100。实验室也可以根据要求循环更多次数。需确保每次测量试样透射比后，在样品完全相同的位置继续循环摩擦。

每组循环摩擦后，测试=个不同样品（或同一个样品上=个不同区域）。一次循环包括两段行程，即一个来回。测试之间的清洁步骤宜和初始清洁步骤一样。在达到预定循环次数后，将玻璃管样品旋转一个角度，其所转角度对应的弧线长度与耐磨橡胶头的宽度相等，然后再开始摩擦。每次旋转后，在摩擦之前都需要对耐磨橡胶头进行重新处理。多次重复本步骤使待测区域尺寸至少满足45mm•

40mm或透射比测量所需面积。

本测试应在下列条件下进行：

•耐磨橡胶头规格符合MIL-E-12397C直径6mm）;

•载荷重量＜350g±10g;

•最小长度为40mm±2mm的直线行程；

•频率：7次循环/min;

•直线方向：玻璃管长度方向；

•环境温度条件。

透射比评估应在样品测试区域进行。

玻璃管或样片应至少测试=个不同位置。如果为玻璃管，建议在两端和中间进行测试。

.5评估

在样品的相同区域进行若干次循环摩擦后，应使用装有去离子水和醇类（如乙醇、异丙醇等）的喷雾器清洁处理后的表面，并用超细纤维布或棉布擦干。

然后进行首次目视检查，评估减反射涂层的损坏或脱落情况。

最后.应采用与测试前相同的方法测量透射比。应在处理后区域以及所有处理后区域的中心位置至少重复测量=次透射比。

测试报告应给出测试前后的实测透射比。

当一组循环摩擦前后测得透射比不再降低时（即涂层完全脱落），整个测试即可停止。对比数个样品时，宜在同一个测试设备上评估，确保不确定性和结果之间的充分比较。

.6测试报告

见附录A。

冷凝测试

.1目的

本测试的目的是确定集热管玻璃套管的减反射涂层持续暴露于冷凝水环境下可能发生的退化。

本测试是在模拟自然气候加速老化条件下评估减反射涂层的耐候性。

本测试基于GB/T13893.2 2019中的冷凝测试。

.2试样的制备

应从供货商将要安装在集热场内的集热管上取得测试样品。建议样品的尺寸为100mmX100mm,也可使用其他大于100mmXlOOmm的尺寸，但需在测试报吿中明确载明。样品边沿朝下、凸面朝上放置在测试箱中。

测试前，应根据4.6中所述的光学特性测试测量样品透射比和检查样品存在的缺陷。

测试前，应按照制造商的要求仔细清洁样品。

.3仪器或设备

测试设备应符合GB/T13893.2 2019第8章的规定。设备内部应采用化学惰性材料制成.并且

隔热。

设备应放置在21°C〜25°C的受控恒温室内，并应配备连续温度数据采集系统。

.4程序

样品应按照GB/T13893.2-2019第7章和第9章的要求放置在恒定温度40°C士2°C以及相对湿度100%〜5%的环境中。

.5评估与测试报告

测试报告应包括以下内容：

•300nm-2500nm波长范围内的太阳光谱加权透射比损失；

•300nm~2500nm波长范围内的起始和最终透射光谱罔；

•目视或显微镜下的退化情况。

4.7.3抗冲击测试（可选）

目的

本测试的目的是确定集热管能在多大程度上抵御冰雹的重击。

本测试可采用冰球和钢球两种不同的方式进行。由于冰球和钢球因撞击而损失的能量不同.因此两种方式分别对应不同的定量目的。

冰球在冲击时会损失能量，因此冲击效果更接近冰雹，所以冰球是抗冲击测试的首选方法。

另一方面，由于钢球不会因冲击变形而导致能量损失，所以采用钢球测试来确定冲击产生的破坏极限。

冰球抗冲击测试

.1—般规定

注：该测试比使用钢球进行同样的测试更好地模拟了冰雹对集热管冲击的真实情况。

.2设备

测试设备如下：

a） 应使用合适的材料制造模具，用来制作符合直径要求的圆形冰球.直径如表7所示。

b） 温度控制在一10°C±5°C的冷冻箱。

c） 用于在一4°C±2°C的温度下储存冰球的冷冻箱。

d） 能够按照表7中所示±5%速度驱动冰球并在规定的冲击区域内撞击集热管的发射器。

e） 固定样品的刚性框架，样品受撞击面垂直于冰球投射的轨迹。固定架刚性应足够强，以可忽略冲击时产生的任何扭曲或变形。

f） 用于确定冰球质量、标准不确定度为±2%的秤。

g） 用于测量冰球速度、标准不确定度为±2m/s的仪器。速度传感器与样品的距离不应超过1m。

.3冰球

冰球应用水制成，并且应绝对不含任何气泡或任何肉眼可见的裂缝。冰球的直径应为25mm，如表7所示。测试应在一4°C±2°（：的温度下进行。

表7测试冰球质量与速度

直径

mm

质量

g

速度

m/s

动能

J

25

7.53

23.0

2.0

.4程序

测试程序如下：

a） 按照测试所需尺寸，用模具和冷冻箱制作充足的冰球，包括发射器初始调试过程使用的冰球。

b） 检查各冰球是否有裂缝，并测量其直径和质量。可接受的冰球应符合以下标准：

•无肉眼可见的裂缝；

•直径在要求值的±5%范围内（见表7的要求）；

•质量在要求值的±5%范围内（见表7的要求）。

c） 将冰球放在储存冰球的冷冻箱中，存放至少1h后才可使用。

d） 确保与冰球接触的所有发射器表面均处于环境温度。

e） 根据步骤g）发射若干测试冰球，使用速度传感器测量发射速度，调整发射器冰球发射速度至表7中给定的测试速度的±5%范围内。

f） 环境温度下.将集热管安装在规定的支架中，使其受冲击表面与冰球的轨迹相垂直。

g） 将冰球从冷冻箱取出，放在发射器中，调整冲击点，并向其射击。从模具取出冰球到其撞击受测样品之间的时间间隔不应超过60s。

.5测试条件

冲击点与集热管端部的玻璃金属熔封处的距离应介于5cm和10cm之间。

测试应从最低发射速度或制造商规定的速度开始。各速度的测试应包括四次射击，每次射击都应与玻璃管的表面垂直。

钢球抗冲击测试（又称冲击破损极限测试）

.1设备

集热管应水平安装在支架上，支架应足够结实，以可忽略冲击造成的变形或扭曲。

.2钢I球

钢球质量应为150g±10g，测试高度:0.4m、0.6m、0.8m、1.0m、1.2m、1.4m、1.6m、1.8m和2.0m。

.3测试条件

钢球用来模拟重击。可通过钟摆模拟水平冲击，或将钢球从规定的高度落下模拟竖直冲击，球的下落高度为下落点与冲击点所在水平面之间的垂直距离。

第一个冲击点距离玻璃金属熔封端部不应超过10cm,并且每次释放钢球时应移动几毫米。应从第一个测试高度落下10个钢球，然后从第二个测试高度落下10个钢球，以此类推，直至达到最大测试高度（最大高度应符合制造商的规范.如无规定则为2m）。当管子出现一定的损坏后，或者在最大测试高度上承受10个钢球的冲击后，测试结束。

.4评估

应检查集热管是否有破损，尤其应检查集热管真空指示装置颜色的变化以及/或吸气剂的状况，以便检测任何真空泄露。

检查结果应记录在案.同时应记录钢球的下落高度或者球的撞击速度.以及造成集热管破损的撞击次数。

.5测试报告

参见附录A。

4.7.4外部/内部热冲击测试

目前正在制定测试程序.尚未进行验证，且任何第三方机构也不提供此类测试。相关参考程序会在本文件的后续版本中提供。

4.7.5整支集热管选择性吸收涂层热稳定性测试

目的

本测试的目的是建立鉴定程序评估集热管选择性吸收涂层在空气和/或真空中的热稳定性。本测试适用于抛物面槽式和菲涅尔技术的太阳能光热发电站中带有选择性吸收涂层的集热管。

—般规定

集热管的运行温度非常高.通常是在真空条件下运行，吸热管表面会产生化学和物理变化，导致光学性能损失。

集热管热损失和光学特性参数用于评估吸热管选择性吸收涂层稳定性或退化。

测试程序

热稳定性测试是集热管选择性吸收涂层的加速老化测试。待测集热管应水平放置在测试台固定架上。有许多方法可以使集热管达到特定温度，例如，通过焦耳效应，通过电加热元件或通过附着在插人吸热管内部的铜管上的IR电阻对集热管进行加热，详见4.5。

测试室应适当保温或与测试室周围可能影响测量数据采集的其他电子设备保持足够的距离。同样，所有电子设备应接地。

周围空气温度应为20°C士10°C。环境温度传感器应布置在距离样品不超过2m的位置，并且应确保其不受热点或气流的影响。

测试应至少在制造商规定的最大运行温度以上100°C进行。测试时长为1000h。当加热温度高于制造商规定的最大运行温度时，加热速率应小于0.05°C/min。应至少有4个沿管子对称分布的温度

传感器来监控不锈钢管温度，应至少还有一个传感器来监测玻璃管的温度。

吸热管达到温度均匀性后，集热管应在规定的试验温度下保持48h。集热管应在试验温度下至少保持1000h（如果与制造商商定的时间超过1000h，则应在试验报告中注明该值）。

1000h后，应进行光学特性测量和热损失测试，并与同一集热管热稳定性测试前测量结果进行比较（见4.4和4.7）。

在等待期间和测试期间，应按照表8的要求监测所测温度的稳定性。

表8等待期间监测参数

监测参数

稳定性要求

吸热管温度

±2°C

玻璃套管温度

±5°C

环境温度

20°C±10°C

冷却过程包括：

•关闭加热器或热源；

・冷却集热管至室温。

1000h后测量集热管热损失与光学特性，也可以在其他时间间隔后进行测量，并应在测试报告中载明。

4.7.6镀膜不锈钢样片选择性吸热涂层热稳定性测试

目的和参考资料

4.7.6描述了一种集热管选择性吸收涂层的加速老化测试程序，该程序基于Arrhenius测试计算得出，以确定涂层的长期热稳定性。

本测试基于ISO22975-3中的老化测试，ISO22975-3是评估低温下太阳能选择性吸收涂层热稳定性的鉴定程序。

因此，本测试程序对ISO22975-3中加速老化测试程序进行了修改，修改的程序适用于抛物槽式或菲涅尔技术中使用的较高温度的选择性吸收涂层。

—般规定

高温老化在许多技术应用中经常用于评估材料的热稳定性。高温会加速各种过程，通常会导致材料的退化速度增加。用Arrhenius定律来描述这种退化的过程。

此测试可以提供选择性吸收涂层的老化过程的激活能、涂层在选定温度下的寿命信息，以及涂层在选定时间段内不超过性能标准某一数值的最高工作温度。

△a为太阳能吸收比的变化.定义为：

△a=a,—a； （29）

其中a,等于实际测试时或使用时的太阳能吸收比值，a,等于太阳能吸收比的初始值。

△e为发射率的变化，且

Ac=ez— （30）

e,等于供应商/制造商在实际测试时或使用时定义的最高工作温度下计算的发射率值，e,等于发射率的初始值。

假定选择性吸收涂层的退化遵循Arrhenius定律，那么老化速率宜按公式（31）来定义。

K=Ae（-薛） （31）

式中：

K 过程退化速率；

A——各过程的特征常数；

Ea—过程的激活能；

R——通用气体常量；

T——绝对温度。

E.1

\nK=—X〒+InA （32）

从曲线（InK与1/T）的斜率可以得到退化过程的活化能。

测试程序

为进行耐久性测试，应准备所研究集热管的截面样品，其表面积最好大于50mmX5Omm。为了执行本建议程序的完整耐久性测试方案，至少需要15个测试样品。

应管理测试样品保证它们不受外部条件的损害或改变，如湿度、氧化或其他不在真空状态下的外部因素。

集热管制造商应说明应采取哪种储存和处理方式。

在对吸热管表面进行测试之前，应按照4.6.2测量所有测试样品的太阳能吸收比（300nm〜2500nm）和发射率（2500nm〜20000nm）。为达到测试要求，这组测试样品的太阳能吸收比测定值的标准偏差应小于0.005,发射率测定值的标准偏差应小于0.015。

测试样品（每个选定的温度有三个样品）应在真空炉中加热到至少三个高于涂层使用温度的不同温度（即高于最高使用温度100°C,125°C.150°C,175°C）。

在额外的温度下进行测试可以提供更多的信息，并使结果更加准确，但需要更多的时间，因此，是否这样做由供应商决定。最短的试验时间宜为600h，尽管为了获得更多的信息，建议更长的测试时间，例如3000ho然而，为了准确评估退化速率，应确定试验的最终时间。在整个测试过程中，真空炉中的温度应是均匀和稳定的，不确定性＜±5°C。由于所研究的涂层是设计在真空中工作的，在真空度低于5X10-1mbardmbar=100Pa）之前，不宜对样品进行加热，并且应始终满足制造商关于样品储存和处理的建议。

为了监测样品涂层随时间的退化，在试验开始时和加热过程中的不同阶段，以两倍的时间间隔（例如,t=0h、10h、20h、40h、80h、160h、320h、640h、l280h和2560h