ISO 22975-42023 太阳能集电器部件和材料第4部分玻璃材料的耐久性和性能标准立项发展报告

ISO22975-4:2023《太阳能集电器部件和材料第4部分：玻璃材料的耐久性和性能》标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:SolarEnergy—CollectorComponentsandMaterials—Part4:GlazingMaterialDurabilityandPerformance摘要关键词：太阳能集热器；玻璃材料；耐久性；性能评价；国际标准；ISO22975Keywords:Solarcollector;Glazingmaterial;Durability;Performanceevaluation;Internationalstandard;ISO229751引言1.1研究背景在全球应对气候变化和能源危机的大背景下，太阳能热利用产业已成为可再生能源版图中的重要一翼。据国际可再生能源机构（IRENA）统计，截至2022年底，全球太阳能热利用总装机容量已超过540GWth，其中中国以超过370GWth的安装量位居世界首位。太阳能集热器作为将太阳辐射能转化为热能的核心装置，其长期户外运行的可靠性直接关系到系统的节能效益和投资回收周期。玻璃盖板是太阳能集热器中承担透光、防护和保温多重功能的关键部件。在长达20至30年的设计使用寿命期内，玻璃材料需持续承受紫外线辐射、温差交变、风沙侵蚀、冰雹冲击、酸雨腐蚀以及湿热环境等多重老化因素的耦合作用。材料一旦发生透光率衰减、机械强度下降或密封失效等问题，将直接导致集热器热效率降低、吸热体腐蚀加速，甚至引发安全事故。然而，长期以来国际上缺乏针对太阳能集热器玻璃材料耐久性和性能评价的专项标准，各制造商和检测机构在试验方法、评价指标和判定准则等方面各行其是，导致产品质量参差不齐、国际贸易技术壁垒重重。1.2标准编制背景与立项过程ISO22975系列标准由国际标准化组织太阳能系统热利用技术委员会（ISO/TC180）归口管理，旨在为太阳能集热器及其部件和材料建立系统性的国际技术规范。该系列标准的第1部分至第3部分分别涉及集热器部件材料、吸收体表面处理及耐腐蚀性能等主题，而第4部分（即本报告所论述的ISO22975-4:2023）专门针对玻璃材料的耐久性和性能展开全面规定。该标准的编制工作启动于2018年前后，由ISO/TC180下属工作组WG4牵头组织，来自德国、中国、澳大利亚、西班牙、以色列、美国等太阳能热利用技术强国的专家广泛参与。标准草案经历了委员会草案（CD）、国际标准草案（DIS）和最终国际标准草案（FDIS）等多个阶段的严格审查与反复修订，最终于2023年8月2日正式出版发布，标准状态为现行有效。2标准主要内容与技术要点2.1标准适用范围与定位ISO22975-4:2023适用于平板型太阳能集热器、真空管集热器以及聚光型太阳能集热系统中使用的玻璃盖板材料，涵盖钠钙玻璃、硼硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃及经过强化处理或镀膜处理的特种玻璃。标准着重规定了玻璃材料在太阳能集热器典型服役条件下耐久性评价的试验方法、性能指标要求及结果判定准则，旨在为集热器制造商、玻璃生产商、第三方检测机构和认证机构提供统一、可重复、可比较的技术依据。2.2术语和定义标准对涉及的核心术语进行了规范化定义，包括但不限于：太阳光透射比（Solartransmittance）、雾度（Haze）、耐久性（Durability）、加速老化（Acceleratedageing）、自然暴露（Naturalexposure）等。这些术语的定义为试验结果的国际互认奠定了语言基础，避免因概念理解分歧而引发的技术争议。2.3技术要求与试验方法2.3.1初始光学性能要求标准规定了玻璃材料在未经历老化试验前的初始性能门槛，主要包括：-太阳光直接透射比：对于未镀膜玻璃，应不低于特定限值（通常要求不低于0.85，具体视玻璃类型和厚度而定），以保证集热器的基本光热转换效率。-雾度：应控制在规定范围内，以确保光线散射不至于过度影响集热效率及外观质量。-机械强度：对于钢化或半钢化玻璃，应满足相应的强度等级要求。2.3.2加速老化试验方法标准核心内容之一是建立了一整套模拟玻璃材料在实际使用中遭受环境老化的加速试验方法体系。主要包括以下几类关键试验：-紫外老化试验：采用符合特定光谱分布的紫外灯（如UVA-340荧光紫外灯），在设定的辐照度（通常为0.89W/m²/nm@340nm）、温度（如60℃±3℃）和相对湿度条件下进行循环暴露试验，以模拟阳光中紫外线对玻璃表面和基体的长期损伤效应。总试验时长依据目标使用寿命等级确定，通常为1000至2000小时。-湿热老化试验：在恒定湿热环境（如85℃±2℃，相对湿度85%±5%）或交变湿热条件下进行暴露，评估玻璃在高温高湿环境下的化学稳定性和表面腐蚀倾向。-温度交变试验：模拟昼夜交替和季节变化引起的热应力循环，在设定的高低温极限（如-40℃至+90℃）之间进行反复循环，考核玻璃的抗热冲击能力和边缘密封系统的可靠性。-耐盐雾腐蚀试验：适用于沿海地区使用的集热器玻璃，在中性盐雾（5%NaCl溶液，35℃）环境中进行暴露试验，评价玻璃表面和边缘的耐腐蚀性能。2.3.3性能评价与判定准则经过加速老化试验后，标准要求对玻璃材料的以下关键性能指标进行复测，并与初始值进行对比：-太阳光透射比变化率：老化后太阳光透射比的衰减率应不超过规定值（通常要求衰减率不超过初始值的5%），以确保集热器在整个寿命周期内保持足够的光热转换效率。-外观质量变化：不得出现明显的褪色、起泡、剥落、裂纹或镀层脱落等影响使用的缺陷。-机械强度保持率：老化后玻璃的弯曲强度或冲击强度保持率应不低于规定限值（通常不低于初始值的80%）。标准明确规定，只有全部考核指标均满足要求时，该批玻璃材料方被判定为耐久性合格。2.4分级体系与产品标识为提高标准的适用性和灵活性，ISO22975-4:2023引入了环境等级和耐久性等级的分类体系。根据集热器预期安装地域的气候特征（如温和气候、炎热干燥气候、湿热气候、沿海盐雾气候等）进行环境分类，制造商可根据目标市场的环境条件选择相应的试验等级和性能要求。同时，标准鼓励制造商在产品标识中明示所满足的耐久性等级，以便下游用户和消费者做出更为明智的选择，也为采购招标和国际贸易中的技术比对提供了明确依据。3主要参与编制单位介绍3.1国际标准化组织太阳能系统热利用技术委员会（ISO/TC180）ISO/TC180（太阳能系统热利用技术委员会）成立于1978年，是国际标准化组织中专门负责太阳能热利用领域标准制定的技术委员会，秘书处设在中国国家标准化管理委员会（SAC），由中国标准化研究院承担秘书处日常工作。该技术委员会的工作范围涵盖太阳能集热器、太阳能热水系统、太阳能供暖与制冷系统、太阳能工业热利用以及相关部件和材料的技术标准化。ISO/TC180目前下设多个工作组（WG），分别负责不同方向的标准化工作。其中，WG4负责收集器部件和材料标准化工作，正是ISO22975-4:2023的直接归口工作组。多年来，ISO/TC180已发布了包括ISO9806（太阳能集热器试验方法）、ISO9459（太阳能热水系统性能测试）等一系列具有广泛国际影响力的标准文件，为全球太阳能热利用产业的技术进步和贸易便利化作出了重要贡献。在ISO22975-4:2023的编制过程中，ISO/TC180充分发挥了其国际平台优势，协调各国专家在试验方法验证、数据比对和条款协商等方面进行了深入合作，确保标准既具有科学严谨性又兼顾产业可操作性。3.2主要贡献单位——中国标准化研究院中国标准化研究院（ChinaNationalInstituteofStandardization，简称CNIS）作为ISO/TC180的国内技术对口单位，深度参与了ISO22975-4:2023的编制全过程。该院是直属于国家市场监督管理总局的公益性科研机构，是中国标准化领域国家级综合性研究机构，长期致力于节能与新能源领域的标准化研究和技术服务工作。在ISO22975-4:2023编制过程中，中国标准化研究院资环分院组织国内太阳能热利用领域的权威专家和企业技术骨干组成了专门工作组，系统收集和分析了我国在集热器玻璃材料耐久性方面的试验数据和技术积累，结合我国幅员辽阔、气候类型多样的国情特点，在湿热老化试验方法的设定、盐雾腐蚀试验条件的选取以及分级体系框架设计等方面提出了多项具有建设性的技术提案。这些提案充分考虑了中国北方严寒地区和南方湿热地区的差异化需求，最终多数被国际标准采纳。此外，中国标准化研究院还承担了该标准在国内的翻译、解读和宣贯推广工作，为标准在我国的落地实施提供了有力的技术支撑和组织保障。4标准实施的重大意义与影响4.1对国际太阳能热利用产业的影响ISO22975-4:2023的发布填补了国际标准体系中太阳能集热器玻璃材料专项评价标准的长期空白。在此之前，虽然ISO9806涵盖了整机集热器的热性能和耐久性测试要求，但对于玻璃盖板这一关键部件的专项耐久性评价一直缺乏统一的技术基准。该标准的实施将产生以下深远影响：-统一全球技术评价基准：为不同国家和地区的制造商、检测机构和认证机构提供了一套科学严谨、可重复、可比较的试验方法和判定准则，有效消除因评价方法不一致导致的技术性贸易壁垒。-促进产品质量提升：明确的技术指标和分级体系将激励制造商在玻璃材料选型、表面处理工艺和边缘密封设计等方面持续改进，从而提升集热器整体产品质量和服役寿命。-支撑国际贸易与项目采购：在国际工程招投标和跨境贸易中，ISO22975-4:2023可作为技术合同引用标准和合格评定的重要依据，增强交易各方的技术互信，降低贸易风险。-推动新材料新工艺应用：标准中科学合理的加速老化方法和性能评价框架为新型高性能玻璃材料（如减反镀膜玻璃、自清洁涂层玻璃等）的应用验证提供了规范化通道，为技术创新和产业升级预留了空间。4.2对中国太阳能热利用产业的借鉴意义中国是全球最大的太阳能集热器生产国和应用市场，然而长期以来国内关于集热器玻璃材料耐久性评价的标准体系尚不健全，与国际先进水平仍存在一定差距。ISO22975-4:2023的发布对中国相关产业具有以下重要启示：-加速国内标准体系完善：该国际标准的技术框架和核心指标体系为中国制定和完善相应的国家标准或行业标准提供了重要参考坐标。建议国内相关标准化技术委员会尽快组织转化工作，适时采标或参照制定适合国情的标准文件。-引导企业技术升级方向：标准中明确的耐久性分级体系和试验方法，为企业在新产品研发、材料选型和产品质量控制等方面提供了清晰的技术指引，有助于企业对标国际先进水平，提升产品竞争力。-助力外贸出口和国际合作：对于产品出口至海外市场的国内企业而言，了解和符合ISO22975-4:2023的要求将显著提升产品的国际市场准入能力和竞争力。-推动检测认证能力建设：该标准对试验设备、试验条件和测试精度的要求，为我国检测机构提升相关领域的检测能力和国际互认水平提出了新的要求和发展契机。5结论与展望ISO22975-4:2023《太阳能集电器部件和材料第4部分：玻璃材料的耐久性和性能》作为国际标准化组织在太阳能热利用领域的一项重要标准成果，系统构建了太阳能集热器玻璃盖板材料耐久性和性能评价的国际统一技术框架。该标准通过对光学性能、加速老化试验方法、性能衰减限值和分级体系的全面规范，为全球太阳能集热器产业提供了科学可靠的质量评价工具和技术创新指引。展望未来，随着太阳能热利用技术向中温热利用、工业供热和太阳能与建筑一体化等更高层次和更广领域延伸，对集热器关键部件的长期可靠性和耐久性将提出更高的技术要求。建议国际标准化组织和各国相关机构在以下方向持续推进标准化工作：一是进一步完善不同气候区域环境载荷谱的研究，使加速老化试验条件与实际服役环境之间建立更为精确的关联模型；二是关注新型透明盖板材料（如透明塑料、气凝胶等）的性能评价标准需求；三是加强集热器整机耐久性与部件耐久性之间的关联研究，推动建立从材料到部件再到整机的全链条可靠性评价体系。对中国而言，应积极跟踪并深度参与相关国际标准的制修订工作，力争将中国在太阳能热利用领域的技术积累和实践经验更多地融入国际标准之中，在全球标准化治理中发挥更大作用，为实现“双碳”目标和全球能源可持续发展贡献中国智慧。参考文献[1]ISO22975-4:2023,Solarenergy—Collectorcomponentsandmaterials—Part4:Glazingmaterialdurabilityandperformance.Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2023.[2]ISO9806:2017,Solarenergy—Solarthermalcollectors—Testmethods.Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2017.[3]国际可再生能源机