2. 热通道光伏幕墙的热气流计算
本文将光伏电池阵列与双层玻璃幕墙结合起来，将太阳能电池安装在双层玻璃之间的热通道内，既最大限度利用建筑外墙，不占面积；还有利于牢固安全，便于安装；更能利用热气流通风有效降低太阳能电池的工作温度，维持太阳能电池较高的光电转换效率。
在太阳辐射作用下，双层玻璃幕墙热通道内空气受热质量力驱动下产生自然流动能产生“烟囱效应”，再加上安装的风机机械送(或抽)风作用，将大为增加热通道气流的流通量，更能有效地发挥双层幕墙隔热降温的作用。这种流动状态称为强迫送风，与文[12]只考虑单由质量力产生的自然流动有所不同。本文重新写出在太阳辐射照度作用下，处于强迫送风状态的双层玻璃幕墙热气流所应满足的方程。
双层玻璃幕墙一般外层为夹胶玻璃，内层为中空玻璃，通道间距为Δ远小于宽度及高度，选取的坐标系oxyz(结构如图3所示)。热气流是稳定，低速(小于90m/s)，不可压缩的，忽略黏性力影响，可看作理想流体。进入通道后气流在z向速度变化小，沿y方向流动是次要的，只有x方向流动是主要的。因而热气流流动可以看作一维流动。此时，通道内气流速度仅以
表示，应满足连续性方程、N-S动量方程及温度场(z向)变化方程。
图3 双层玻璃幕墙示意图
设风机源压力为Pa，风量为Qa，已知进风口面积后可得出1-1截面的气流速度
及压力P1。
1-1至2-2截面热气流应满足贝努里能量方程：
式中Pi、ui、
分别为气流在i-i截面的压力、速度和气流的密度；
为气流在入口段的局部阻力损失以及增加太阳能电池板后对气流的阻力影响系数；
为动能修正系数。
2-2至3-3截面通道内热气流应满足如下方程：
连续性方程：
动量方程：
温度场方程：
式中 P 为通道内气流的压力；T为通道内气流的温度；
为单位质量力在x向的投影。由玻璃受太阳热辐射使气流热膨胀(密度差)而产生。
3-3至4-4截面热气流应满足贝努里能量方程：
式中
为气流在出口段局部阻力损失系数。
双层玻璃幕墙热气流流动要满足偏微分方程组，质量力
与温度差和x的函数关系，同时还要满足进出风口段的贝努里能量方程，方程组是耦合的，并且是非线性的，要精确求解非常困难。用有限分析法将耦合偏微分方程解耦，先局部得到解析解，再通过单元段间速度、温度、流量及压力连续条件化为全局数值解，计算出通道内各截面热气流的速度与温度值，进而了解太阳能电池工作环境温度及通风降温效果。
3. 实验研究及参数测定
节能型热通道光伏幕墙的特点是外侧玻璃幕墙上下两端设有进出风口，内外两层玻璃之间形成一个相对封闭的热通道，在进风口段安装由阳光自动追踪器控制的活动式太阳能电池板，在进(出)风口安装风机，由太阳能电池直接供电可进行强迫送(抽)风。这样的设计既可以节省投资成本，改善建筑内部及太阳能电池表面的微气候环境，提高建筑内部环境舒适度及维持较高的太阳能电池转换效率，同时还不妨碍玻璃幕墙的外观效果，满足现代建筑的设计需要。
本文设计了实物模型试验，对一段时间内的太阳辐射照度作用下双层玻璃幕墙热通道内气流速度、温度以及太阳能电池组件相关参数变化进行测定。选择广州地区夏季不同太阳时辐射照度下，开启双层玻璃幕墙的进出风口, 进行双层玻璃幕墙受“烟囱效应”和风机强迫送风组合作用下产生热气流的模型试验，观察热气流速度和温度场变化以及太阳能电池工作性能状态。实测幕墙接受的太阳辐射照度，入口、通道截面及出口处热气流的速度和温度，以及太阳能电池电压、电流及功率等相关参数，进一步分析太阳能电池转换效率与热通道气流温度变化之间的关系。
图4 热通道光伏幕墙试验模型示意图
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