2. 熱通道光伏幕墻的熱氣流計算

　　本文將光伏電池陣列與雙層玻璃幕墻結合起來，將太陽能電池安裝在雙層玻璃之間的熱通道內(nèi)，既最大限度利用建筑外墻，不占面積；還有利于牢固安全，便于安裝；更能利用熱氣流通風有效降低太陽能電池的工作溫度，維持太陽能電池較高的光電轉換效率。

　　在太陽輻射作用下，雙層玻璃幕墻熱通道內(nèi)空氣受熱質量力驅動下產(chǎn)生自然流動能產(chǎn)生“煙囪效應”，再加上安裝的風機機械送(或抽)風作用，將大為增加熱通道氣流的流通量，更能有效地發(fā)揮雙層幕墻隔熱降溫的作用。這種流動狀態(tài)稱為強迫送風，與文[12]只考慮單由質量力產(chǎn)生的自然流動有所不同。本文重新寫出在太陽輻射照度作用下，處于強迫送風狀態(tài)的雙層玻璃幕墻熱氣流所應滿足的方程。

　　雙層玻璃幕墻一般外層為夾膠玻璃，內(nèi)層為中空玻璃，通道間距為Δ遠小于寬度及高度，選取的坐標系oxyz(結構如圖3所示)。熱氣流是穩(wěn)定，低速(小于90m/s)，不可壓縮的，忽略黏性力影響，可看作理想流體。進入通道后氣流在z向速度變化小，沿y方向流動是次要的，只有x方向流動是主要的。因而熱氣流流動可以看作一維流動。此時，通道內(nèi)氣流速度僅以表示，應滿足連續(xù)性方程、N-S動量方程及溫度場(z向)變化方程。

　　圖3 雙層玻璃幕墻示意圖

　　設風機源壓力為Pa，風量為Qa，已知進風口面積后可得出1-1截面的氣流速度及壓力P1。

　　1-1至2-2截面熱氣流應滿足貝努里能量方程：

　　式中Pi、ui、分別為氣流在i-i截面的壓力、速度和氣流的密度；為氣流在入口段的局部阻力損失以及增加太陽能電池板后對氣流的阻力影響系數(shù)；為動能修正系數(shù)。

　　2-2至3-3截面通道內(nèi)熱氣流應滿足如下方程：

　　連續(xù)性方程：

　　動量方程：

　　溫度場方程：

　　式中 P 為通道內(nèi)氣流的壓力；T為通道內(nèi)氣流的溫度；為單位質量力在x向的投影。由玻璃受太陽熱輻射使氣流熱膨脹(密度差)而產(chǎn)生。

　　3-3至4-4截面熱氣流應滿足貝努里能量方程：

　　式中為氣流在出口段局部阻力損失系數(shù)。

　　雙層玻璃幕墻熱氣流流動要滿足偏微分方程組，質量力與溫度差和x的函數(shù)關系，同時還要滿足進出風口段的貝努里能量方程，方程組是耦合的，并且是非線性的，要精確求解非常困難。用有限分析法將耦合偏微分方程解耦，先局部得到解析解，再通過單元段間速度、溫度、流量及壓力連續(xù)條件化為全局數(shù)值解，計算出通道內(nèi)各截面熱氣流的速度與溫度值，進而了解太陽能電池工作環(huán)境溫度及通風降溫效果。

　　3. 實驗研究及參數(shù)測定

　　節(jié)能型熱通道光伏幕墻的特點是外側玻璃幕墻上下兩端設有進出風口，內(nèi)外兩層玻璃之間形成一個相對封閉的熱通道，在進風口段安裝由陽光自動追蹤器控制的活動式太陽能電池板，在進(出)風口安裝風機，由太陽能電池直接供電可進行強迫送(抽)風。這樣的設計既可以節(jié)省投資成本，改善建筑內(nèi)部及太陽能電池表面的微氣候環(huán)境，提高建筑內(nèi)部環(huán)境舒適度及維持較高的太陽能電池轉換效率，同時還不妨礙玻璃幕墻的外觀效果，滿足現(xiàn)代建筑的設計需要。

　　本文設計了實物模型試驗，對一段時間內(nèi)的太陽輻射照度作用下雙層玻璃幕墻熱通道內(nèi)氣流速度、溫度以及太陽能電池組件相關參數(shù)變化進行測定。選擇廣州地區(qū)夏季不同太陽時輻射照度下，開啟雙層玻璃幕墻的進出風口, 進行雙層玻璃幕墻受“煙囪效應”和風機強迫送風組合作用下產(chǎn)生熱氣流的模型試驗，觀察熱氣流速度和溫度場變化以及太陽能電池工作性能狀態(tài)。實測幕墻接受的太陽輻射照度，入口、通道截面及出口處熱氣流的速度和溫度，以及太陽能電池電壓、電流及功率等相關參數(shù)，進一步分析太陽能電池轉換效率與熱通道氣流溫度變化之間的關系。

圖4 熱通道光伏幕墻試驗模型示意圖

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