ISO 22975-2:2016
(Main)Solar energy — Collector components and materials — Part 2: Heat-pipes for solar thermal application — Durability and performance
Solar energy — Collector components and materials — Part 2: Heat-pipes for solar thermal application — Durability and performance
ISO 22975-2:2016 specifies definitions and test methods for durability and performance of heat-pipes for solar thermal application. ISO 22975-2:2016 is applicable to heat-pipes for use with evacuated tubes, including glass-metal sealed evacuated tubes and double-glass evacuated tubes, as well as with flat plate collectors. ISO 22975-2:2016 provides test methods for determining durability of the heat-pipe, including high temperature resistance and freeze resistance. ISO 22975-2:2016 also provides test methods for measuring performance of the heat-pipe, including starting temperature, temperature uniformity and heat transfer power of the heat-pipe. ISO 22975-2:2016 is only applicable to gravity heat-pipes.
Énergie solaire — Composants et matériaux du collecteur — Partie 2: Caloduc pour application thermique solaire — Durabilité et performance
ISO 22975-2:2016 spécifie les définitions et les méthodes d'essai pour la durabilité et la performance des caloducs pour application thermique solaire. ISO 22975-2:2016 est applicable aux caloducs utilisés avec des tubes sous vide, en incluant les tubes sous vide à soudure verre/métal et en verre double paroi, ainsi que les capteurs plans. ISO 22975-2:2016 fournit les méthodes d'essai pour déterminer la durabilité du caloduc, en incluant la résistance aux températures élevées et la résistance au gel. ISO 22975-2:2016 fournit également les méthodes d'essai pour mesure la performance du caloduc, en incluant la température de départ, l'uniformité de la température et la puissance de transfert thermique du caloduc. ISO 22975-2:2016 n'est applicable qu'aux caloducs gravitaires.
General Information
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 22975-2
First edition
2016-10-01
Solar energy — Collector components
and materials —
Part 2:
Heat-pipes for solar thermal
application — Durability and
performance
Énergie solaire — Composants et matériaux du collecteur —
Partie 2: Caloduc pour application thermique solaire — Durabilité et
performance
Reference number
ISO 22975-2:2016(E)
©
ISO 2016
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ISO 22975-2:2016(E)
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ISO 22975-2:2016(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Test overview . 2
5 Durability . 3
5.1 High temperature resistance test . 3
5.1.1 Objective . . 3
5.1.2 Test conditions. 3
5.1.3 Apparatus . 3
5.1.4 Procedure . 3
5.1.5 Results . 3
5.2 Freeze resistance test . 4
5.2.1 Objective . . 4
5.2.2 Test conditions. 4
5.2.3 Apparatus . 4
5.2.4 Procedure . 4
5.2.5 Results . 5
6 Performance . 5
6.1 Starting temperature of heat-pipes . 5
6.1.1 Principle . 5
6.1.2 Test conditions. 5
6.1.3 Apparatus . 5
6.1.4 Procedure . 5
6.1.5 Results . 6
6.2 Temperature uniformity of heat-pipes . 6
6.2.1 Principle . 6
6.2.2 Test conditions. 6
6.2.3 Apparatus . 6
6.2.4 Procedure . 6
6.2.5 Results . 7
6.3 Heat transfer power of heat-pipes . 7
6.3.1 Principle . 7
6.3.2 Test conditions. 7
6.3.3 Apparatus . 8
6.3.4 Procedure .10
6.3.5 Results .11
Annex A (informative) Typical configuration of a heat-pipe for solar thermal application .12
Annex B (normative) Test reports on a heat-pipe for solar thermal application .13
Bibliography .22
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ISO 22975-2:2016(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
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Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity assessment,
as well as information about ISO’s adherence to the World Trade Organization (WTO) principles in the
Technical Barriers to Trade (TBT) see the following URL: www.iso.org/iso/foreword.html.
The committee responsible for this document is ISO/TC 180, Solar energy.
ISO 22975 consists of the following parts, under the general title Solar energy — Collector components
and materials:
— Part 1: Evacuated tube — Durability and performance
— Part 2: Heat-pipes for solar thermal application — Durability and performance
— Part 3: Absorber surface durability
The following parts are under preparation:
— Part 5: Insulation material durability and performance
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ISO 22975-2:2016(E)
Introduction
This part of ISO 22975 specifies test methods for durability and performance of heat-pipes for solar
thermal application.
This part of ISO 22975 is applicable to all heat-pipes for use with both evacuated tubes and flat plate
collectors.
For each durability and performance test, its objective, principle, test condition, apparatus, procedure
and test results are specified.
For all the tests specified in this part of ISO 22975, a complete heat-pipe is required.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 22975-2:2016(E)
Solar energy — Collector components and materials —
Part 2:
Heat-pipes for solar thermal application — Durability and
performance
1 Scope
This part of ISO 22975 specifies definitions and test methods for durability and performance of heat-
pipes for solar thermal application.
This part of ISO 22975 is applicable to heat-pipes for use with evacuated tubes, including glass-metal
sealed evacuated tubes and double-glass evacuated tubes, as well as with flat plate collectors.
This part of ISO 22975 provides test methods for determining durability of the heat-pipe, including high
temperature resistance and freeze resistance.
This part of ISO 22975 also provides test methods for measuring performance of the heat-pipe, including
starting temperature, temperature uniformity and heat transfer power of the heat-pipe.
This part of ISO 22975 is only applicable to gravity heat-pipes.
2 Normative references
The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are
indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated
references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 9488, Solar energy — Vocabulary
ISO/IEC 17025, General requirements for the competence of testing and calibration laboratories
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 9488 and the following apply.
3.1
heat-pipe
heat transfer element, utilizing latent heat of phase-change for heat transfer
3.2
gravity heat-pipe
heat-pipe (3.1) without a capillary wick inside, in which the liquefied working fluid (3.6) returns from
condenser (3.4) to evaporator (3.3) due to its own weight
3.3
evaporator
part of a heat-pipe (3.1), where the liquefied working fluid (3.6) absorbs heat, vaporizes and becomes the
vaporized working fluid
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ISO 22975-2:2016(E)
3.4
condenser
part of a heat-pipe (3.1), where the vaporized working fluid (3.6) releases heat, condenses and becomes
the liquefied working fluid
3.5
adiabatic section
part of a heat-pipe (3.1), located between evaporator (3.3) and condenser (3.4), where working fluid (3.6)
has minimal heat exchange with the surroundings
3.6
working fluid
medium used for heat transfer in a heat-pipe (3.1)
3.7
tilt angle (of heat-pipe)
angle between the horizontal plane and a heat-pipe (3.1)
3.8
starting temperature of heat-pipe
minimum temperature required for a heat-pipe (3.1) to start operating
3.9
temperature uniformity of heat-pipe
temperature difference between evaporator (3.3) and condenser (3.4) when a heat-pipe (3.1) operates
under normal conditions
3.10
heat transfer power of heat-pipe
thermal power transferred to the cooling liquid from a heat-pipe (3.1) when using the cooling liquid to
remove heat
3.11
stable conditions
conditions in performance tests of a heat-pipe (3.1), in which the temperature variation is less than ±1 K
over a period depending on the performance test item
4 Test overview
Durability tests and performance tests for heat-pipes are specified in Clause 5 and Clause 6, respectively.
The tests shall be performed in the sequence according to Table 1.
All these tests shall be performed on the same heat-pipes.
Table 1 — Test list
Clause Test
5.1 High temperature resistance test
a
5.2 Freeze resistance test
6.1 Starting temperature of heat-pipes
6.2 Temperature uniformity of heat-pipes
b
6.3 Heat transfer power of heat-pipes
a
The freeze resistance test shall be carried out only for heat-pipes claimed to be freeze resistant.
b
The heat transfer power test shall be performed after the high temperature resistance test.
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ISO 22975-2:2016(E)
5 Durability
5.1 High temperature resistance test
5.1.1 Objective
This test is intended to assess the capability of a heat-pipe to withstand high temperature without
failure.
5.1.2 Test conditions
The test shall be carried out under the following conditions:
a) test environment: indoors;
b) ambient temperature: 15 °C to 35 °C;
c) test temperature in heating chamber: 180 °C ± 5 °C or 230 °C ± 5 °C or 280 °C ± 5 °C depending on
specific application and manufacturer’s declaration;
d) tilt angle of heat-pipe: 90° ± 1°.
The test may be conducted at any higher heating chamber temperature, if requested.
5.1.3 Apparatus
The test apparatus consists of a heating chamber and a thermometric system.
Measuring instruments shall meet the following requirements:
a) heating chamber temperature controller, with an accuracy of ±0,5 K;
b) ambient temperature sensor; standard uncertainty shall not be more than ±0,5 K;
c) digital clock/data acquisition system; standard uncertainty shall not be more than ±10 s/d.
5.1.4 Procedure
The test shall be carried out for a batch of at least 10 sample heat-pipes of the same product.
The procedure shall be as follows.
a) Place all sample heat-pipes into the heating chamber at the specified tilt angle.
b) Increase the temperature in the heating chamber slowly (maximum 20 K/min) up to the selected
test temperature.
c) Maintain the test temperature for 30 h.
d) After the heat-pipes have cooled to room temperature, visually inspect for damage, such as leakage,
breakage, distortion or deformation.
5.1.5 Results
The product will be qualified if there is no visual evidence of damage to the heat-pipes.
Results of the inspection shall be reported together with ambient temperature, test temperature in
heating chamber and test duration.
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5.2 Freeze resistance test
5.2.1 Objective
This test is intended to assess the extent to which a heat-pipe, which is claimed to be freeze resistant,
can withstand freezing.
5.2.2 Test conditions
The test shall be carried out under the following conditions:
a) test environment: indoors;
b) ambient temperature: 20 °C to 30 °C;
c) freezing temperature: −20 °C ± 1 °C;
d) thawing temperature: 20 °C ± 1 °C;
e) tilt angle of heat-pipe: 90° ± 1°.
5.2.3 Apparatus
The test apparatus consists of an appropriate freezing device and a thawing device.
Measuring instruments shall meet the following requirements:
a) temperature controllers used for the freezing device and thawing device, with an accuracy of ±0,5 K;
b) surface temperature sensor; standard uncertainty shall not be more than ±0,5 K;
c) ambient temperature sensor; standard uncertainty shall not be more than ±0,5 K;
d) digital clock/data acquisition system; standard uncertainty shall not be more than ±10 s/d.
5.2.4 Procedure
The test shall be carried out for a batch of at least 10 sample heat-pipes of the same product.
The procedure shall be as follows.
a) Place all sample heat-pipes into the freezing device at the specified freezing temperature for
60 min, at the specified tilt angle.
b) Remove samples from freezing device, and within 30 s, insert them into the thawing device at the
specified thawing temperature, keeping the evaporator in lower position, to a depth not less than
1/9 of the total length of the heat-pipe.
c) After heat-pipes are inserted into the thawing device, measure and record the temperature on the
condenser surface at a point between 18 mm and 22 mm from top of the condenser. Wait for 5 min
after the temperature difference between the thawing device and the condenser surface is not
larger than 9 K.
NOTE If the temperature difference falls below 9 K, this indicates that the heat-pipe has started to
operate again.
d) Repeat Steps a) to c) 20 times.
e) After the heat-pipes have been removed from the thawing device, visually inspect for damage, such
as leakage, breakage, distortion or deformation.
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ISO 22975-2:2016(E)
5.2.5 Results
The product will be qualified if there is no visual evidence of damage to the heat-pipes.
Results of the inspection shall be reported together with ambient temperature, freezing temperature,
thawing temperature, tilt angle of the heat-pipe, insertion depth in thawing device, as well as number of
freeze-thaw cycles.
6 Performance
6.1 Starting temperature of heat-pipes
6.1.1 Principle
This test is intended to determine the minimum temperature required for a heat-pipe to start operating.
6.1.2 Test conditions
The test shall meet the following conditions:
a) test environment: indoors;
b) ambient temperature: 15 °C to 20 °C;
c) cold water bath temperature: 10 °C ± 0,5 °C;
d) hot water bath temperature: 25 °C ± 0,5 °C or 30 °C ± 0,5 °C or 40 °C ± 0,5 °C, depending on specific
application for different working temperature of the heat-pipe, and 40 °C ± 0,5 °C is the maximum
test temperature;
e) tilt angle of the heat-pipe: 90° ± 1°.
6.1.3 Apparatus
Two thermostatic water baths are used for the test. The cold water bath is maintained at the specified
cold water bath temperature, and the hot water bath is maintained at the selected hot water bath
temperature.
Measuring instruments shall meet the following requirements:
a) temperature controllers used for the cold water bath and hot water bath, with an accuracy ±0,5 K;
b) temperature sensors used for measuring surface and ambient temperature; standard uncertainty
shall not be more than ±0,5 K;
c) digital clock/data acquisition system; standard uncertainty shall not be more than ±10 s/d.
6.1.4 Procedure
The procedure shall be as follows.
a) Fit a surface temperature sensor to the condenser of the heat-pipe, at a point between 18 mm and
22 mm from top of the condenser. Thermally insulate the heat-pipe, except for 1/6 of its length at
the evaporator end.
b) Immerse the lower end of the heat pipe in the cold water bath to a depth of 1/6 of the total length
of the heat-pipe, at the specified tilt angle. Wait for at least 3 min after stable conditions have been
reached.
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ISO 22975-2:2016(E)
c) Remove the heat pipe from the cold water bath and immerse its lower end in the hot water bath to a
depth of 1/6 of the total length of the heat-pipe, at the specified tilt angle.
d) Measure and record the temperature on the condenser surface every 10 s until at least 120 s after
stable conditions have been reached.
6.1.5 Results
The condenser surface temperature of the heat-pipe shall be recorded.
The results of the measurement shall be reported together with ambient temperature, cold water bath
temperature, hot water bath temperature, insertion depth of the heat-pipe, distance of measuring point
from top of condenser and variation of condenser surface temperature.
6.2 Temperature uniformity of heat-pipes
6.2.1 Principle
This test is intended to measure the temperature difference between evaporator and condenser when a
heat-pipe operates under normal conditions.
6.2.2 Test conditions
The test shall meet following conditions:
a) test environment: indoors;
b) ambient temperature: 25 °C ± 5 °C;
c) test temperature in hot water bath: 90 °C ± 0,5 °C;
d) tilt angle of heat-pipe: 90° ± 1°.
6.2.3 Apparatus
A thermostatic hot water bath is used for the test, maintained at the specified test temperature.
Measuring instruments shall meet the following requirements:
a) temperature controller used for the hot water bath, with an accuracy ±0,5 K;
b) temperature sensors used for measuring ambient, surface and hot water temperature; standard
uncertainty shall not be more than ±0,5 K;
c) digital clock/data acquisition system; standard uncertainty shall not be more than ±10 s/d.
6.2.4 Procedure
The procedure shall be as follows.
a) Fit a surface temperature sensor to the condenser of the heat-pipe, at a point between 18 mm and
22 mm from top of the condenser.
b) Insert the heat-pipe into the water of the thermostatic hot water bath to a depth of 3/5 to 2/3 of the
total length of the heat-pipe, at the specified tilt angle.
c) Measure and record the temperature on the condenser surface every 10 s until at least 60 s after
stable conditions have been reached.
6 © ISO 2016 – All rights reserved
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ISO 22975-2:2016(E)
6.2.5 Results
The difference between the hot water bath temperature and the stable condenser surface temperature
shall be recorded.
The results of the measurement shall be reported together with ambient temperature, test temperature
in water bath, insertion depth of the heat-pipe, measuring point from top of condenser and condenser
temperature variation.
6.3 Heat transfer power of heat-pipes
6.3.1 Principle
This test is intended to determine the heat transfer power of a heat-pipe at different operating
temperatures and tilt angles.
The heat transfer power of a heat-pipe can be calculated according to Formula (1):
QQ=− Q (1)
12
where
is the heat transfer power of heat-pipe, W;
Q
is the thermal power transferred to cooling liquid from heat-pipe, W;
Q
1
is the thermal power transferred to cooling liquid from environment or apparatus, W;
Q
2
normally, Q is negligible if the cooling liquid jacket is well-insulated.
2
The thermal power received by cooling liquid, can be calculated according to Formula (2):
Q = m C (ϑ − ϑ) (2)
p 2 1
1
where
is the mass flow rate of cooling liquid, kg/s;
m
C is the specific heat capacity of cooling liquid, J/(kg · K);
p
ϑ is the inlet temperature of cooling liquid, °C;
2
ϑ is the outlet temperature of cooling liquid, °C;
1
6.3.2 Test conditions
The test conditions shall meet the following requirements:
a) test environment: indoors;
b) ambient temperature: 25 °C ± 5 °C;
c) relative humidity: not higher than 80 %;
d) inlet temperature of cooling liquid: 30 °C ± 0,5 ;
e) mass flow rate of cooling liquid: 30 kg/h ± 0,3 kg/h, to ensure a fully turbulent flow around the
condenser;
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ISO 22975-2:2016(E)
f) test operating temperatures:
1) 60 °C ± 0,5 °C;
2) 90 °C ± 1 °C;
3) 120 °C ± 2 °C (when the heat-pipe is claimed to be able to operate at above 100 °C);
g) tilt angle of heat-pipe for each test operating temperature:
1) the lowest recommended angle;
2) angle: 20° ± 1°;
3) angle: 30° ± 1°;
4) angle: 45° ± 1°;
5) angle: 60° ± 1°;
6) angle: 75° ± 1°;
7) angle: 90° ± 1°.
6.3.3 Apparatus
6.3.3.1 Overall description
A typical test apparatus for measuring the heat transfer power of a heat-pipe is shown in Figure 1.
The test apparatus in Figure 1 includes heat-pipe mounting support, electric heating barrel, electric
power regulator, cooling liquid jacket, supply of cooling liquid at constant temperature and pressure,
flow meter, and thermometric system.
An alternative test apparatus is similar to Figure 1, but with a hot liquid jacket for heating the evaporator
in lieu of the electric heating barrel.
8 © ISO 2016 – All rights reserved
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ISO 22975-2:2016(E)
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Key
1 heat-pipe evaporator 12 thermal insulation
2 heat-pipe adiabatic section 13 voltage regulator
3 heat-pipe condenser 14 volt meter
4 heat transfer paste 15 ampere meter
5 temperature difference sensor 16 flow meter
6 cooling liquid jacket 17 thermostatic liquid bath
7 thermal insulation 18 evaporator temperature sensor
8 inlet temperature sensor 19 tilt-angle adjustable support
9 electric heating barrel 20 thermometer
10 heat-uniform tube 21 humidity meter
11 evaporator temperature sensor
Figure 1 — Typical test apparatus for measuring heat transfer power
Measuring instruments shall meet the following requirements:
a) ampere meter and volt meter (or a power meter), with an accuracy class 0,5;
b) temperature controller used for thermostatic liquid bath, with an accuracy ±0,5 K;
c) temperature sensors used for measuring surface and ambient temperature; standard uncertainty
shall not be more than ±0,5 K;
© ISO 2016 – All rights reserved 9
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ISO 22975-2:2016(E)
d) temperature sensor used for measuring inlet liquid temperature; standard uncertainty shall not be
more than ±0,1 K;
e) temperature sensor used for measuring liquid temperature between inlet and outlet; standard
uncertainty shall not be more than ±0,05 K;
f) flow meter; standard uncertainty shall not be more than ±1 %;
g) digital clock/data acquisition system; standard uncertainty shall not be more than ±10 s/d.
6.3.3.2 Evaporator heating device
Two options for the evaporator heating device are as follows.
a) As in Figure 1, the evaporator of the heat-pipe is inserted into the sleeve of an electric heating
barrel. A copper tube shall be placed between the evaporator and the electric heating elements
to ensure uniform heating power distribution. The outer surface of the heating barrel shall be
thermally insulated.
b) A hot liquid jacket is used for heating the evaporator. The related measuring instruments (inlet
liquid temperature sensor, liquid temperature difference sensor, flow meter, etc.) shall meet the
same requirements as for the cooling liquid jacket. The outer surface of the hot liquid jacket shall be
thermally insulated.
Two surface temperature sensors shall be placed on the outer surface of the evaporator, at distances
from the end of evapor
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 22975-2
Première édition
2016-10-01
Énergie solaire — Composants et
matériaux du collecteur —
Partie 2:
Caloduc pour application thermique
solaire — Durabilité et performance
Solar energy — Collector components and materials —
Part 2: Heat-pipes for solar thermal application — Durability and
performance
Numéro de référence
ISO 22975-2:2016(F)
©
ISO 2016
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ISO 22975-2:2016(F)
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ISO 22975-2:2016(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Aperçu des essais . 2
5 Durabilité . 3
5.1 Essai de résistance aux températures élevées . 3
5.1.1 Objectif . 3
5.1.2 Conditions d’essai . 3
5.1.3 Appareillage . 3
5.1.4 Mode opératoire . 3
5.1.5 Résultats . 4
5.2 Essai de résistance au gel . 4
5.2.1 Objectif . 4
5.2.2 Conditions d’essai . 4
5.2.3 Appareillage . 4
5.2.4 Mode opératoire . 4
5.2.5 Résultats . 5
6 Performance . 5
6.1 Température de départ des caloducs . 5
6.1.1 Principe . 5
6.1.2 Conditions d’essai . 5
6.1.3 Appareillage . 5
6.1.4 Mode opératoire . 6
6.1.5 Résultats . 6
6.2 Uniformité de la température des caloducs . 6
6.2.1 Principe . 6
6.2.2 Conditions d’essai . 6
6.2.3 Appareillage . 6
6.2.4 Mode opératoire . 7
6.2.5 Résultats . 7
6.3 Puissance de transfert de chaleur des caloducs . 7
6.3.1 Principe . 7
6.3.2 Conditions d’essai . 8
6.3.3 Appareillage . 8
6.3.4 Mode opératoire .11
6.3.5 Résultats .12
Annexe A (informative) Configuration type d’un caloduc pour application thermique solaire .13
Annexe B (normative) Rapport d’essai d’un caloduc pour application thermique solaire .14
Bibliographie .23
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ISO 22975-2:2016(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.
iso.org/directives).
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à
l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes
de l’OMC concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos —
Informations supplémentaires
L’ISO 22975-2 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 180, Énergie solaire.
L’ISO 22975 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Energie solaire —
Composants et matériaux du collecteur:
— Partie 1: Tubes sous vide — Durabilité et performance
— Partie 2: Caloduc pour application thermique solaire — Durabilité et performance
— Partie 3: Durabilité de la surface de l’absorbeur
Les parties suivantes sont en préparation:
— Partie 5: Matériau d’isolation — Durabilité et performance
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ISO 22975-2:2016(F)
Introduction
La présente partie de l’ISO 22975 spécifie les méthodes d’essai pour la durabilité et la performance des
caloducs pour application thermique solaire.
La présente partie de l’ISO 22975 est applicable à tous les caloducs utilisés avec les tubes sous vide et
les capteurs plans.
Pour chaque essai de durabilité et de performance, l’objectif, le principe, la condition d’essai,
l’appareillage, le mode opératoire et les résultats d’essai sont spécifiés.
Pour tous les essais spécifiés dans la présente partie de l’ISO 22975, un caloduc complet est requis.
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NORME INTERNATIONALE ISO 22975-2:2016(F)
Énergie solaire — Composants et matériaux du
collecteur —
Partie 2:
Caloduc pour application thermique solaire — Durabilité
et performance
1 Domaine d’application
La présente partie de l’ISO 22975 spécifie les définitions et les méthodes d’essai pour la durabilité et la
performance des caloducs pour application thermique solaire.
La présente partie de l’ISO 22975 est applicable aux caloducs utilisés avec des tubes sous vide, en
incluant les tubes sous vide à soudure verre/métal et en verre double paroi, ainsi que les capteurs plans.
La présente partie de l’ISO 22975 fournit les méthodes d’essai pour déterminer la durabilité du caloduc,
en incluant la résistance aux températures élevées et la résistance au gel.
La présente partie de l’ISO 22975 fournit également les méthodes d’essai pour mesure la performance
du caloduc, en incluant la température de départ, l’uniformité de la température et la puissance de
transfert thermique du caloduc.
La présente partie de l’ISO 22975 n’est applicable qu’aux caloducs gravitaires.
2 Références normatives
Les documents suivants, en tout ou partie, sont référencés de façon normative dans le présent document
et sont indispensables à son application. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 9488, Énergie solaire — Vocabulaire
ISO/IEC 17025, Exigences générales concernant la compétence des laboratoires d’étalonnages et d’essais
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 9488 ainsi que les
suivants s’appliquent.
3.1
caloduc
élément de transfert de chaleur, utilisant la chaleur latente de changement de phase pour un transfert
de chaleur efficace
3.2
caloduc gravitaire
caloduc (3.1) sans mèche capillaire, dans lequel le fluide (3.6) liquéfié retourne du condenseur (3.4) vers
l’évaporateur (3.3) sous l’action de son propre poids
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3.3
évaporateur
partie du caloduc (3.1), dans laquelle le fluide (3.6) liquéfié absorbe la chaleur, se vaporise et devient le
fluide vaporisé
3.4
condenseur
partie du caloduc (3.1), dans laquelle le fluide (3.6) vaporisé libère de la chaleur, se condense et devient
le fluide liquéfié
3.5
section adiabatique
partie du caloduc (3.1), située entre l’évaporateur (3.3) et le condenseur (3.4), dans laquelle l’échange de
chaleur du fluide (3.6) avec ce qui l’entoure est minime
3.6
fluide
moyen utilisé pour le transfert de chaleur dans un caloduc (3.1)
3.7
angle d’inclinaison (du caloduc)
angle entre le plan horizontal et le caloduc (3.1)
3.8
température de départ du caloduc
température minimale requise pour que le caloduc (3.1) commence à fonctionner
3.9
uniformité de la température
différence de température entre l’évaporateur (3.3) et le condenseur (3.4) lorsqu’un caloduc (3.1)
fonctionne dans des conditions normales
3.10
puissance de transfert thermique du caloduc
puissance thermique transférée vers le liquide de refroidissement d’un caloduc (3.1) lorsque le liquide
de refroidissement est utilisé pour évacuer la chaleur
3.11
conditions stables
conditions pour les essais de performance d’un caloduc (3.1), dans lesquelles la variation de température
est inférieure à ±1 K sur une période qui varie en fonction de l’élément soumis à l’essai de performance
4 Aperçu des essais
Les essais de durabilité et les essais de performance pour les caloducs sont spécifiés respectivement
aux Articles 5 et 6. Les essais doivent être réalisés dans l’ordre du Tableau 1.
Tous ces essais doivent être réalisés sur les mêmes caloducs.
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Tableau 1 — Liste d’essai
Article Essai
5.1 Essai de résistance aux températures élevées
a
5.2 Essai de résistance au gel
6.1 Température de départ des caloducs
6.2 Uniformité de la température des caloducs
b
6.3 Puissance de transfert thermique des caloducs
a
L’essai de résistance au gel doit être réalisé seulement pour les caloducs déclarés résistants au gel.
b
L’essai de puissance de transfert thermique doit être réalisé après l’essai de résistance aux températures
élevées.
5 Durabilité
5.1 Essai de résistance aux températures élevées
5.1.1 Objectif
Cet essai vise à évaluer la capacité du caloduc à résister aux températures élevées sans défaillir.
5.1.2 Conditions d’essai
L’essai doit être réalisé dans les conditions suivantes:
a) environnement d’essai: en intérieur;
b) température ambiante: de 15 °C à 35 °C;
c) température d’essai dans la chambre de traitement thermique: 180 °C ± 5 °C ou 230 °C ± 5 °C ou
280 °C ± 5 °C selon l’application spécifique et la déclaration du fabricant;
d) angle d’inclinaison du caloduc: 90° ± 1°.
Si cela est demandé, l’essai peut être effectué à une température de chambre de traitement thermique
plus élevée.
5.1.3 Appareillage
L’appareillage d’essai consiste en une chambre de traitement thermique et un système thermométrique.
Les instruments de mesurage doivent respecter les exigences suivantes:
a) régulateur de température de chambre de traitement thermique: précision de ±0,5 K;
b) régulateur de température ambiante: l’incertitude-type ne doit pas excéder ±0,5 K;
c) horloge numérique/système d’acquisition des données: l’incertitude-type ne doit pas excéder
±10 s/j.
5.1.4 Mode opératoire
L’essai doit être réalisé pour un lot ou au moins 10 caloducs échantillons du même produit.
Le mode opératoire doit être comme suit:
a) Placer tous les caloducs échantillons dans la chambre de traitement thermique à l’angle d’inclinaison
spécifié.
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b) Augmenter doucement la température de la chambre de traitement thermique (au maximum de
20 K/min) jusqu’à la température d’essai choisie.
c) Maintenir la température d’essai pendant 30 h.
d) Après avoir refroidi les caloducs à la température de la pièce, rechercher les dommages visibles tels
que les fuites, les ruptures, les distorsions ou les déformations.
5.1.5 Résultats
Le produit est admissible si aucun signe de dommage visible n’est constaté sur le caloduc.
Les résultats de l’inspection doivent être consignés avec la température ambiante, la température
d’essai dans la chambre de traitement thermique et la durée de l’essai.
5.2 Essai de résistance au gel
5.2.1 Objectif
Cet essai vise à évaluer dans quelle mesure un caloduc, déclaré résistant au gel, peut supporter le gel.
5.2.2 Conditions d’essai
L’essai doit être réalisé dans les conditions suivantes:
a) environnement d’essai: en intérieur;
b) température ambiante: 20 °C à 30 °C;
c) température de congélation: −20 °C ± 1 °C;
d) température de décongélation: 20 °C ± 1 °C;
e) angle d’inclinaison du caloduc: 90° ± 1°.
5.2.3 Appareillage
L’appareillage d’essai consiste en un dispositif de congélation approprié et un dispositif de décongélation.
Les instruments de mesurage doivent respecter les exigences suivantes:
a) régulateurs de température utilisés pour le dispositif de congélation et de décongélation: précision
de ±0,5 K;
b) capteur de température de surface: l’incertitude-type ne doit pas excéder ±0,5 K;
c) capteur de température ambiante: l’incertitude-type ne doit pas excéder ±0,5 K;
d) horloge numérique/système d’acquisition des données: l’incertitude-type ne doit pas excéder
±10 s/j.
5.2.4 Mode opératoire
L’essai doit être réalisé pour un lot ou au moins 10 caloducs échantillons du même produit.
Le mode opératoire doit être comme suit:
a) Placer tous les caloducs échantillons dans le dispositif de congélation à une température de
congélation spécifiée pendant 60 min, à l’angle d’inclinaison spécifié.
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b) Retirer les échantillons du dispositif de congélation, et dans les 30 s, les insérer dans le dispositif
de décongélation à la température de décongélation spécifiée, en gardant l’évaporateur en position
basse, à une profondeur d’au moins 1/9 de la longueur totale du caloduc.
c) Après avoir inséré les caloducs dans le dispositif de décongélation, mesurer et enregistrer la
température à la surface du condenseur à un point situé entre 18 mm et 22 mm du dessus du
condenseur. Attendre 5 min après avoir atteint une différence de température entre le dispositif de
décongélation et la surface du condenseur ne dépassant pas 9 K.
NOTE Si la différence de température tombe en dessous de 9 K, cela indique que le caloduc a recommencé
à fonctionner.
d) Répéter les étapes a) à c) 20 fois.
e) Après avoir retiré les caloducs du dispositif de décongélation, rechercher les dommages visibles
tels que les fuites, les ruptures, les distorsions ou les déformations.
5.2.5 Résultats
Le produit est admissible si aucun signe de dommage visible n’est constaté sur le caloduc.
Les résultats de l’inspection doivent être consignés avec la température ambiante, la température de
congélation, la température de décongélation, l’angle d’inclinaison du caloduc, la profondeur d’insertion
dans le dispositif de décongélation ainsi que le nombre de cycles de congélation/décongélation.
6 Performance
6.1 Température de départ des caloducs
6.1.1 Principe
Cet essai vise à déterminer la température minimale requise pour qu’un caloduc commence à
fonctionner.
6.1.2 Conditions d’essai
L’essai doit respecter les conditions suivantes:
a) environnement d’essai: en intérieur;
b) température ambiante: 15 °C à 20 °C;
c) température du bain d’eau froide: 10 °C ± 0,5 °C;
d) température du bain d’eau chaude: 25 °C ± 0,5 °C ou 30 °C ± 0,5 °C ou 40 °C ± 0,5 °C, selon l’application
spécifique pour une température de fonctionnement différente du caloduc, 40 °C ± 0,5 °C étant la
température d’essai maximale;
e) angle d’inclinaison du caloduc: 90°± 1°.
6.1.3 Appareillage
Deux bains d’eau thermostatiques sont utilisés pour l’essai. Le bain d’eau froide est maintenu à la
température de bain d’eau froide spécifiée et le bain d’eau chaude est maintenu à la température de
bain d’eau chaude spécifiée.
Les instruments de mesurage doivent respecter les exigences suivantes:
a) régulateurs de température utilisés pour le bain d’eau froide et le bain d’eau chaude: précision
de ±0,5 K;
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b) capteurs de température utilisés pour mesurer la surface et la température ambiante: l’incertitude-
type ne doit pas excéder ±0,5 K;
c) horloge numérique/système d’acquisition des données: l’incertitude-type ne doit pas excéder
±10 s/j.
6.1.4 Mode opératoire
Le mode opératoire doit être comme suit:
a) Placer un capteur de température de surface dans le condenseur du caloduc, à un point situé entre
18 mm et 22 mm du dessus du condenseur. Isoler thermiquement le caloduc, sauf pour 1/6 de sa
longueur à l’extrémité de l’évaporateur.
b) Immerger la partie basse du caloduc dans le bain d’eau froide à une profondeur de 1/6 de la longueur
totale du caloduc, à l’angle d’inclinaison spécifié. Attendre au moins 3 min après avoir atteint des
conditions stables.
c) Retirer le condenseur du bain d’eau froide et immerger la partie basse dans le bain d’eau chaude à
une profondeur de 1/6 de la longueur totale du caloduc, à l’angle d’inclinaison spécifié.
d) Mesurer et enregistrer la température à la surface du condenseur toutes les 10 s jusqu’à au moins
120 s après avoir atteint des conditions stables.
6.1.5 Résultats
La température de surface du condenseur du caloduc doit être enregistrée.
Les résultats du mesurage doivent être consignés avec la température ambiante, la température du
bain d’eau froide, la température du bain d’eau chaude, la profondeur d’insertion du caloduc, la distance
entre le point de mesurage te le dessus du condenseur et la variation de la température de surface du
condenseur.
6.2 Uniformité de la température des caloducs
6.2.1 Principe
Cet essai vise à mesurer la différence de température entre l’évaporateur et le condenseur lorsqu’un
caloduc fonctionne sous des conditions normales.
6.2.2 Conditions d’essai
L’essai doit respecter les conditions suivantes:
a) environnement d’essai: en intérieur;
b) température ambiante: 25 °C ± 5 °C;
c) température d’essai dans le bain d’eau chaude: 90 °C ± 0,5 °C;
d) angle d’inclinaison du caloduc: 90° ± 1°.
6.2.3 Appareillage
Un bain d’eau chaude thermostatique est utilisé pour l’essai, maintenu à la température d’essai spécifiée.
Les instruments de mesurage doivent respecter les exigences suivantes:
a) régulateur de température utilisé pour le bain d’eau chaude: précision de ±0,5 K;
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b) capteurs de température utilisés pour mesurer la température ambiante, de surface et de l’eau
chaude: l’incertitude-type ne doit pas excéder ±0,5 K;
c) horloge numérique/système d’acquisition des données: l’incertitude-type ne doit pas excéder
±10 s/j.
6.2.4 Mode opératoire
Le mode opératoire doit être comme suit:
a) Placer un capteur de température de surface dans le condenseur du caloduc, à un point situé entre
18 mm et 22 mm du dessus du condenseur.
b) Insérer le caloduc dans l’eau du bain d’eau chaude thermostatique à une profondeur de 3/5 à 2/3 de
la longueur totale du caloduc, à l’angle d’inclinaison spécifié.
c) Mesurer et enregistrer la température à la surface du condenseur toutes les 10 s jusqu’à au moins
60 s après avoir atteint des conditions stables.
6.2.5 Résultats
La différence entre la température du bain d’eau chaude et la température stable de surface du
condenseur doit être consignée.
Les résultats du mesurage doivent être consignés avec la température ambiante, la température d’essai
dans le bain d’eau, la profondeur d’insertion du caloduc, la distance entre le point de mesurage et le
dessus du condenseur, et la variation de température du condenseur.
6.3 Puissance de transfert de chaleur des caloducs
6.3.1 Principe
Cet essai vise à déterminer la puissance de transfert de chaleur d’un caloduc à différentes températures
de fonctionnement et angles d’inclinaison.
La puissance de transfert de chaleur d’un caloduc peut être calculée selon la Formule (1).
QQ=− Q (1)
12
où
est la puissance de transfert de chaleur du caloduc, W;
Q
est la puissance thermique transférée au liquide de refroidissement depuis le caloduc, W;
Q
1
est la puissance thermique transférée au liquide de refroidissement depuis l’environnement
Q
2
ou l’appareillage, W; normalement, Q est négligeable si l’enveloppe du liquide de refroidisse-
2
ment est bien isolée.
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La puissance thermique reçue par le liquide de refroidissement peut être calculée selon la Formule (2).
Q = m C (ϑ − ϑ) (2)
p 2 1
1
où
est le débit-masse du liquide de refroidissement, kg/s;
m
C est la chaleur massique du liquide de refroidissement, J/(kg · K);
p
ϑ est la température d’entrée du liquide de refroidissement, °C;
2
ϑ est la température de sortie du liquide de refroidissement, °C;
1
6.3.2 Conditions d’essai
Les conditions d’essai doivent respecter les exigences suivantes:
a) environnement d’essai: en intérieur;
b) température ambiante: 25 °C ± 5 °C;
c) humidité relative: n’excédant pas 80 %;
d) température d’entrée du liquide de refroidissement: 30 °C ± 0,5;
e) débit-masse du liquide de refroidissement: 30 kg/h ± 0,3 kg/h pour assurer un écoulement
turbulent autour du condenseur;
f) températures de fonctionnement de l’essai:
1) 60 °C ± 0,5 °C;
2) 90 °C ± 1 °C;
3) 120 °C ± 2 °C (lorsqu’il est déclaré que le caloduc fonctionne au-dessus de 100 °C);
g) angle d’inclinaison pour chaque température de fonctionnement de l’essai
1) le plus petit angle recommandé;
2) angle: 20° ± 1°;
3) angle: 30° ± 1°;
4) angle: 45° ± 1°;
5) angle: 60° ± 1°;
6) angle: 75° ± 1°;
7) angle: 90° ± 1°.
6.3.3 Appareillage
6.3.3.1 Description d’ensemble
L’appareillage d’essai type pour le mesurage de la puissance de transfert de chaleur d’un caloduc est
montré en Figure 1.
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L’appareillage d’essai en Figure 1 inclut le support de montage, le tube chauffant électrique, le régulateur
de puissance électrique, l’enveloppe de liquide de refroidissement, l’approvisionnement de liquide de
refroidissement à température constante, le débitmètre, et le système thermométrique.
Un autre appareillage d’essai est similaire à la Figure 1, mais avec une enveloppe de liquide chaud pour
chauffer l’évaporateur à la place du tube chauffant électrique.
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ͻ ͳͻ ͳͺ ͳ
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Légende
1 évaporateur du caloduc 12 isolation thermique
2 section adiabatique du caloduc 13 régulateur de tension
3 condenseur du caloduc 14 voltmètre
4 pâte thermo c
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.