太陽能熱水器防風(fēng)、抗雪性能檢測方法及標(biāo)準(zhǔn)探討
時(shí)間:2010-03-22 21:10 太陽能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟網(wǎng) 點(diǎn)擊:次 我要評(píng)論（）
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現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)把太陽能熱水器的防風(fēng)抗雪性能歸在支架的剛度、強(qiáng)度里，對支架剛度、強(qiáng)度的檢測在實(shí)際操作中不具備它應(yīng)該有的檢測意義
太陽能熱水器防風(fēng)、抗雪性能檢測方法及標(biāo)準(zhǔn)探討太陽能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟
嚴(yán)宇夏 馮杰 尤濱乾 全建洪21TYN.COM
現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)把太陽能熱水器的防風(fēng)抗雪性能歸在支架的剛度、強(qiáng)度里，對支架剛度、強(qiáng)度的檢測在實(shí)際操作中不具備它應(yīng)該有的檢測意義。當(dāng)前，大部分熱水器生產(chǎn)企業(yè)本身不生產(chǎn)支架，未給企業(yè)提出相關(guān)技術(shù)建議，從而易導(dǎo)致太陽能熱水器產(chǎn)生缺陷。21tyn.com
本文對國家標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)太陽能熱水器防風(fēng)抗雪性能的規(guī)定進(jìn)行了分析，對檢測原理及方法作出了探討，提示條件較好的企業(yè)應(yīng)針對自身產(chǎn)品的防風(fēng)、抗雪性能的檢測方法及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究和完善。21tyn
1標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)防風(fēng)抗雪性能的規(guī)定www.21tyn.com
在GB/T18713-2002《太陽熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝及工程驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》的7.1.2風(fēng)載中有這樣的規(guī)定：系統(tǒng)安裝在室外的部分應(yīng)能經(jīng)受不低于10級(jí)風(fēng)的負(fù)載；如果當(dāng)?shù)貧v史最大風(fēng)力高于10級(jí)，則按當(dāng)?shù)貧v史最大風(fēng)力設(shè)計(jì)。在7.3支架中有這樣的規(guī)定：支架應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求選取材料，并符合GB/T700和GB/T714規(guī)定的要求。材料在使用前應(yīng)進(jìn)行矯正。支架的焊接應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，并符合GBJ205規(guī)定的要求。支架應(yīng)進(jìn)行防腐處理。支架應(yīng)采用螺栓或焊接固定在基礎(chǔ)上，并應(yīng)確保強(qiáng)度可靠、穩(wěn)定性好。為確保自然循環(huán)、泄水及防凍回流等需要，設(shè)計(jì)時(shí)有坡度要求的支架應(yīng)按設(shè)計(jì)要求安裝。熱水系統(tǒng)如采用建在樓頂防水層上的基礎(chǔ)時(shí)，支架可擺放在基礎(chǔ)之上，然后把各排支架用角鋼等材料聯(lián)結(jié)在一起并與建筑物相連，提高抗風(fēng)能力，以滿足7.1.2的要求。www.21tyn.cn
在NY/T651-2002《家用太陽熱水系統(tǒng)安裝、運(yùn)行維護(hù)技術(shù)規(guī)范》的4.2承壓中有這樣的規(guī)定:對于閉式承壓系統(tǒng)，系統(tǒng)中的任何部件及連接處至少應(yīng)能承受該部件及連接處最大工作壓力的1.5倍壓力；對于開式系統(tǒng)，系統(tǒng)中的任何部件及連接處應(yīng)能承受該部件及連接處最大工作壓力。在6.2.1一般要求中有這樣的規(guī)定：系統(tǒng)的固定方式和緊固件應(yīng)能承受當(dāng)?shù)貧v史最大風(fēng)速引起的載荷。緊固件在系統(tǒng)壽命期內(nèi)應(yīng)不需要維修。www.21tyn.com
在GB/T19141-2003《家用太陽熱水系統(tǒng)技術(shù)條件》的6.3.3支架中有這樣的規(guī)定：家用太陽熱水系統(tǒng)支架應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，并能符合本標(biāo)準(zhǔn)7.7規(guī)定的試驗(yàn)。家用太陽熱水系統(tǒng)支架應(yīng)具有足夠的剛度，并能符合本標(biāo)準(zhǔn)7.7規(guī)定的試驗(yàn)。在6.5.2抗風(fēng)性中有這樣的規(guī)定：家用太陽熱水系統(tǒng)安裝在室外的部分應(yīng)有可靠的抗風(fēng)措施。在7.7中對支架的強(qiáng)度和剛度試驗(yàn)是這樣規(guī)定的：7.7.1將未注人水的家用太陽熱水系統(tǒng)按實(shí)際使用時(shí)的傾角放置，然后把支架的任意一端從地面抬起100mm，保持5min，放下后，檢查各部件及它們之間的連接處有無破損或明顯的變形。7.7.2將注滿水的家用太陽熱水系統(tǒng)按實(shí)際使用時(shí)的傾角放置，然后在支架中部附加貯水容量20%的重量，保持15min，檢查支架有無破損或明顯的變形。21tyn.cn
在GB/T20095-2006《太陽熱水系統(tǒng)性能評(píng)定規(guī)范》的8.6.1系統(tǒng)支架中有這樣的規(guī)定：太陽熱水系統(tǒng)的支架材料應(yīng)有質(zhì)檢合格證明。系統(tǒng)支架的抗風(fēng)措施應(yīng)符合GB50009的要求。鋼支架焊接應(yīng)符合GB50205的要求，防腐措施應(yīng)符合GB50212和GB50224的要求。www.21tyn.com
綜上可見，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)對太陽能熱水器抗雪性能的規(guī)定未予明確，對防風(fēng)性試驗(yàn)的規(guī)定則過于籠統(tǒng)。僅有的對支架剛度的試驗(yàn)，在實(shí)際檢測中發(fā)現(xiàn)：基本上所有被檢測的太陽能熱水器都能通過這項(xiàng)試驗(yàn)，但是卻有一部分合格品在實(shí)際使用中發(fā)生了坍塌、整臺(tái)熱水器被吹落的事故。www.21tyn.com
2防風(fēng)性能要求分析www.21tyn.com
防風(fēng)性能檢測的目的是為保證太陽能熱水器在特定風(fēng)力條件下不受損壞。根據(jù)GB/T19201-2006《關(guān)于實(shí)施熱帶氣旋等級(jí)國家標(biāo)準(zhǔn)》，熱帶氣旋按中心附近地面最大風(fēng)速劃分為六個(gè)等級(jí)：21tyn·com
超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)（SuperTY）:底層中心附近最大平均風(fēng)速≥51.0米/秒，也即16級(jí)或以上。21tyn·com
強(qiáng)臺(tái)風(fēng)（STY）:底層中心附近最大平均風(fēng)速41.5-50.9米/秒，也即14-15級(jí)。中國太陽能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟網(wǎng)
臺(tái)風(fēng)（TY）:底層中心附近最大平均風(fēng)速32.7-41.4米/秒，也即12-13級(jí)。www.21tyn.cn
強(qiáng)熱帶風(fēng)暴(STS):底層中心附近最大平均風(fēng)速24.5-32.6米/秒，也即風(fēng)力10-11級(jí)。21tyn.cn
熱帶風(fēng)暴(TS):底層中心附近最大平均風(fēng)速17.2-24.4米/秒，也即風(fēng)力8-9級(jí)。21tyn.com
熱帶低壓(TD):底層中心附近最大平均風(fēng)速10.8-17.1米/秒，也即風(fēng)力為6-7級(jí)。21tyn.cn
風(fēng)壓是垂直于氣流方向的物體表面所受到的風(fēng)的壓強(qiáng)。在建筑荷載上，風(fēng)壓稱為基本風(fēng)壓，而建筑物上實(shí)際受到的風(fēng)壓稱為風(fēng)荷載。對于主要的承重結(jié)構(gòu)，風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的表達(dá)可有兩種形式，一種是基本風(fēng)壓加上由脈動(dòng)風(fēng)引起結(jié)構(gòu)風(fēng)振的等效風(fēng)壓；另一種為基本風(fēng)壓乘以風(fēng)振系數(shù)。由于風(fēng)振系數(shù)βz綜合了結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)，因而我國與大多數(shù)國家相同，采用Wk=βzμsμzWo的表達(dá)形式。對于圍護(hù)結(jié)構(gòu)考慮脈動(dòng)風(fēng)瞬間的增大因素，通過陣風(fēng)系數(shù)βgz來計(jì)算風(fēng)荷載，即Wk=βgzμsμzWo(Wk-風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值;Wo-基本風(fēng)壓;βz-高度z處的風(fēng)振系數(shù);βg-陣風(fēng)系數(shù);μz-風(fēng)壓高度變化系數(shù);μs-風(fēng)荷載體型系數(shù))。風(fēng)荷載的取值都是在基本風(fēng)壓的基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算的。中國太陽能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟網(wǎng)
現(xiàn)行《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》確定的基本風(fēng)壓計(jì)算方法為離空曠平坦地面上十米高、自記十分鐘平均年最大風(fēng)速。據(jù)該風(fēng)速數(shù)據(jù)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析確定重現(xiàn)期為50年的最大風(fēng)速，作為當(dāng)?shù)氐幕撅L(fēng)速，再按伯努利風(fēng)-壓普遍應(yīng)用關(guān)系式：www.21tyn.cn
Wo=1/2ρv02（1）中國太陽能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟網(wǎng)
確定基本風(fēng)壓，單位為kN/m2。21tyn.com
公式中ρ-空氣密度；v0-重現(xiàn)期為50年的最大風(fēng)速。21TYN.COM
空氣密度按下述公式進(jìn)行修正：21tyn
ρ=1.276×10-8/(1+0.00366t)(p-0.378)（2）www.21tyn.com
式中ρ-空氣密度（T/m3），t-空氣溫度（℃），p-氣壓（Pa），e-水汽壓（Pa）。p，t，e可采用累年最大風(fēng)速出現(xiàn)時(shí)的p，t，e計(jì)算；或用累年最大風(fēng)速出現(xiàn)月份的累年平均p，t，e計(jì)算。太陽能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟
空氣密度也可根據(jù)當(dāng)?shù)氐母叨龋▃）按公式中國太陽能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟網(wǎng)
ρ=0.00125e-0.0001z（T/m3）（3）www.21tyn.cn
近似估算。21tyn
3防風(fēng)性能檢測方法設(shè)計(jì)太陽能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟
我們可以模擬臺(tái)風(fēng)刮在太陽能熱水器上時(shí)支架的受力情況來設(shè)計(jì)一個(gè)等效試驗(yàn)，利用拉力磅的拉力來再現(xiàn)風(fēng)吹在太陽能熱水器上產(chǎn)生的分壓。由于風(fēng)作用在太陽能熱水器上的力是各個(gè)方向的，有時(shí)候還會(huì)產(chǎn)生扭力，所以在設(shè)計(jì)試驗(yàn)的時(shí)候應(yīng)盡量考慮到這種情況。中國太陽能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟網(wǎng)
試驗(yàn)方法1：將注滿水的太陽能熱水器按其使用時(shí)的傾角固定，然后對水箱均勻施加一個(gè)水平向后的拉力F（F=W*A1，其中，風(fēng)壓W按1.2所述的方法計(jì)算，受力面積A1按太陽能熱水器向垂直平面投影的面積測量），并在左右側(cè)的后支架中部同時(shí)或交替施加10N的水平拉力，檢查太陽能熱水器各部分有無破損或明顯的變形(如圖1)。此方法用于檢測太陽能熱水器的正面抗風(fēng)性能。www.21tyn.cn
試驗(yàn)方法2：將注滿水的太陽能熱水器按其使用時(shí)的傾角固定，然后對水箱均勻施加一個(gè)水平向前的拉力F（計(jì)算方法同上），并在左右側(cè)的前支架中部同時(shí)或交替施加10N的水平拉力，檢查太陽能熱水器各部分有無破損或明顯變形(如圖2)。此方法用于檢測太陽能熱水器的背面抗風(fēng)性能。21TYN.COM
試驗(yàn)方法3：將注滿水的太陽能熱水器按其使用時(shí)的傾角固定，然后對水箱均勻施加一個(gè)垂直右（左）側(cè)面向左（右）的推力F（F=W*A2，其中，受力面積A2按太陽能熱水器向側(cè)面投影的面積測量，W的計(jì)算同上），并在其左（右）側(cè)的前后支架中部同時(shí)或交替施加10N與F方向平行的拉力，檢查太陽能熱水器各部位有無破損或明顯變形(如圖3)。此方法用于檢測太陽能熱水器的側(cè)面抗風(fēng)性能。21TYN.COM
4抗雪性能要求分析21tyn
抗雪性能檢測要求是保證太陽能熱水器在壽命期內(nèi)能抵抗所能預(yù)見的最大積雪災(zāi)害。www.21tyn.cn
雪荷載是指施加在太陽能熱水器外露面上的積雪重量。雪荷載值S由地面積雪重量即基本雪壓So乘以太陽能熱水器表面積雪分布系數(shù)μr確定：中國太陽能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟網(wǎng)
S＝μrSo（4）中國太陽能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟網(wǎng)
基本雪壓是一般空曠平坦地面按一定重現(xiàn)期統(tǒng)計(jì)而得的年最大積雪量（相當(dāng)于該一定年限基準(zhǔn)期最大積雪重量分布的某一分位值）。太陽能熱水器積雪因受到朝向、風(fēng)力以及熱量散發(fā)等影響，一般與氣象站在野外平坦地面所測定的積雪有一定的差別。21TYN.COM
我國基本雪壓分布情況是，新疆北部是我國突出的雪壓高值區(qū)，冬季雪量豐富加上溫度底，積雪融化慢，新老雪迭加形成特大雪壓，阿爾泰山區(qū)達(dá)1KN/m2；東北地區(qū)大興安嶺及長白山區(qū)也是一個(gè)雪壓高值區(qū)，可達(dá)0.7KN/m2以上；但吉林西、遼寧北地區(qū)雪少，雪壓僅在0.2KN/m2左右；長江中下游及淮河流域是我國稍南地區(qū)一個(gè)雪壓高值區(qū)，該區(qū)不少城市雪壓達(dá)0.4～0.5KN/m2；川西滇北山區(qū)雪壓也高，因該區(qū)海拔高、溫度低，濕度大、積雪不多雪壓在0.4～0.7KN/m2以上，華北及西北大部分地區(qū)冬季降雪較少，雪壓也較小一般為0.2～0.3KN/m2。去年年底的大雪使得江浙地區(qū)最厚的積雪達(dá)到30cm以上。據(jù)測算,當(dāng)積雪厚度為30cm左右時(shí),每m2雪重量可達(dá)30kg。21tyn·cn
當(dāng)無雪壓記錄時(shí)，可間接采用積雪深度，按下式計(jì)算雪壓：太陽能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟
S=hρg（kN/m2）（5）21tyn.cn
式中h—積雪深度，指從積雪表面到地面的垂直深度(m)；ρ—積雪密度(t/m3)；g—重力加速度，9.8m/s2。21tyn·cn
5抗雪性能檢測方法設(shè)計(jì)21tyn
我們可以模擬雪蓋在太陽能熱水器上的方式和重量來設(shè)計(jì)一個(gè)等效試驗(yàn)。利用可以拼裝拆卸組成各種重量的扁形沙袋來代替積雪，并在真空管和沙袋之間墊一片薄型橡膠墊防止沙袋在試驗(yàn)時(shí)滑落。沙袋放置時(shí)既要考慮積雪均勻全分布的情況，也要考慮上部因積雪融化下滑后與下部積雪凝結(jié)而產(chǎn)生不均勻分布的最不利情況。
將注滿水的太陽能熱水器按其使用時(shí)的傾角放置，然后在真空管上披上總質(zhì)量為M的沙袋（每批沙袋的質(zhì)量可設(shè)為5kg；一般南方地區(qū)M可取30kg/m2，北方地區(qū)M可取50kg/m2；特殊情況可依據(jù)2.2所述方法或根據(jù)GB50009-2001建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范中全國各城市50年一遇風(fēng)壓-雪壓表來確定沙袋的重量，得出的值近似到5kg的倍數(shù)），保持10min后，將1/4數(shù)量的沙袋從上向下對折2次，然后再將1/2數(shù)量的沙袋從上向下對折1次，保持10min，檢查太陽能熱水器有無破損或明顯變形（如圖4）
6結(jié)語
太陽能熱水器防風(fēng)抗雪性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到太陽能熱水系統(tǒng)的可靠性、安全性和使用壽命。這方面的工作，浙江英特瑪太陽能電器有限公司正在研究。通過研究，我們發(fā)現(xiàn)支架薄的太陽能熱水器抵御風(fēng)雪災(zāi)害的能力上遠(yuǎn)不如支架厚的強(qiáng)，同時(shí)支架的外觀造型對其防風(fēng)抗雪性能也影響較大，這就提醒我們按照防風(fēng)抗雪性能的要求對支架的外觀設(shè)計(jì)和選材厚度進(jìn)行綜合考量。另外，為保證太陽能熱水器更長的時(shí)間里不因?yàn)橥饬ψ饔枚顾覀兂艘ＷC材料的選擇和確保厚度外，還必須設(shè)法增強(qiáng)其抗腐蝕老化的能力，從而使其性能指標(biāo)與太陽能熱水器的整體使用壽命相協(xié)調(diào)。隨著太陽能熱水器行業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在分體式太陽能熱水器和熱管已被越來越廣泛的采用，太陽能和建筑一體化應(yīng)用正在為產(chǎn)品的防風(fēng)抗雪性能提出新的解決方案。
（責(zé)任編輯：未予）
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