Zkouška časové konstanty

Časová konstanta τ_c se v rámci tepelných zkoušek kolektoru stanovuje především pro určení a nastavení příslušné doby přípravy kolektoru před ustálenou zkouškou tepelného výkonu. Jde o zkoušku nepovinnou, nicméně dává náhled na tepelnou setrvačnost kolektoru a jeho dynamické chování.

Experimentálně se časová konstanta určuje ve venkovním prostředí nebo v simulátoru slunečního záření za stejných zkušebních podmínek (sluneční ozáření, průtok) jako zkouška tepelného výkonu kolektoru. Teplota teplonosné kapaliny na vstupu do kolektoru se nastaví na přibližně stejnou teplotu jako má okolní vzduch. Během zkoušky se měří teplota na vstupu do kolektoru t_k1, teplota na výstupu z kolektoru t_k2 a teplota venkovního vzduchu t_e.

Existují dva používané způsoby experimentálního stanovení časové konstanty:

• zkouška při chladnutí kolektoru - nestíněný solární kolektor je náhle zastíněn od dopadajícího slunečního záření a je sledován pokles výstupní teploty jako funkce času (ASHRAE 93-2003 [1]).
• zkouška při ohřívání kolektoru - stíněný kolektor je náhle vystaven slunečnímu záření a sledován je nárůst výstupní teploty na novou ustálenou hodnotu (obsažena v ČSN EN 12975-2 [2] nebo ISO 9806-1 [3]).

Ve zkušebním postupu podle evropské normy je apertura kolektoru na počátku zkoušky (τ = 0) zastíněna před slunečním zářením odrazivým krytem a teplota teplonosné kapaliny na vstupu do kolektoru se nastaví na přibližně stejnou teplotu jako má okolní vzduch. Při dosažení ustáleného stavu se kryt odstraní a měření pokračuje až do doby, kdy je znovu dosaženo ustáleného stavu.

Obr. 1 - Princip stanovení časové konstanty

Pro vyhodnocení časové konstanty τ_c je vynášen rozdíl mezi teplotou kapaliny na výstupu z kolektoru a teplotou okolního vzduchu (t_k2 - t_e) v závislosti na čase, od počátečních ustálených podmínek (t_k2 - t_e)₀ do ustáleného stavu při vyšší teplotě (t_k2 - t_e)_∞ (viz obr. 1). Pro účel této zkoušky se považuje za podmínku ustáleného stavu, jestliže teplota teplonosné kapaliny na výstupu z kolektoru kolísá méně než 0,05 K za minutu. Časová konstanta τ_c kolektoru je z definice čas, potřebný ke zvýšení výstupní teploty kolektoru o 63,2 % celkového vzrůstu z (t_k2 - t_e)₀ na (t_k2 - t_e)_∞.

Poznámka: U zkušebního postupu podle normy ASHRAE se vyhodnocuje změna rozdílu teplot mezi vstupem a výstupem kolektoru (t_k2 - t_k1)

[1] ČSN EN 12975-2 Tepelné solární soustavy a součásti - Solární kolektory - Část 2: Zkušební metody, která detailně popisuje zkušební metody a podmínky, za kterých jsou solární kolektory zkoušeny. ČNI 2006.
[2] ISO 9806-1 Test methods for solar collectors - Part 1: Thermal performance of glazed liquid heating collectors, including pressure drop. ISO 1994.
[3] ASHRAE 93-1977 (93-2003) Methods of Testing to Determine the Thermal Performance of Solar Collectors, ISSN: 1041-2336. ANSI/ASHRAE 2003.