本发明涉及太阳能利用技术领域，具体的讲，涉及一种太阳能一体化墙体的传热量计算方法。
背景技术：
随着世界经济的迅速发展，能源消费的迅猛增长，带来一系列能源短缺、环境破坏等问题成为制约全社会发展的主要矛盾。全球建筑对能源消费的贡献率稳步上升，达到20％至40％，中国的情况特别引人注目，仅用了二十年的时间，其建筑能耗翻了一番，平均增长率达到3.7％，降低建筑能耗成为减少能源消费迅猛增长的重要途径。当今建筑物越来越趋向于实现高能源利用效率和环境友好型设计，特别是利用可再生且无环境污染的太阳能。目前因为太阳能一体化建筑可以协调人类经济发展与自然环境的关系而被广泛使用，太阳能一体化建筑主要的研究方向包括太阳能烟囱，太阳能屋顶，太阳能加热墙等建筑围护结构。当前的实验研究都是基于实验数据来进行分析，无法对太阳能一体化墙体进行准确的热性能评估，进而无法得知从哪些方面来提高太阳能的利用效率实现建筑物的高能源利用效率；此外，也无法对太阳能一体化墙体的传热进行逐时快速计算，因为每时每刻都要通过实验测得大量数据来进行计算。因此，太阳能一体化墙体的传热计算对于太阳能一体化建筑的发展具有重要的实际意义。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种太阳能一体化墙体的传热量计算方法，以为目前正在迅速发展的太阳能一体化节能技术的应用提供重要的理论基础，促进太阳能一体化建筑的发展，提高太阳能利用效率，减少建筑物的能耗。
本发明采用如下技术方案实现发明目的：
一种太阳能一体化墙体，包括一体化墙体本体，其特征是：所述一体化墙体本体包括基层墙体6，所述基层墙体6的外侧由内而外依次设置为热辐射反射层5、内空气间层4、太阳能集热板3、外空气间层2和玻璃幕墙1。
所述基层墙体6为自保温墙体。
所述太阳能集热板3为平板式太阳能集热板。
所述内空气间层4由热辐射反射层5与太阳能集热板3相隔而成。
所述外空气间层2由太阳能集热板3与玻璃幕墙1相隔而成。
所述热辐射反射层5温度的计算公式为：
式中：tw,out—热辐射反射层的温度，k；qn—太阳能一体化墙体向室内的传热量，w；δw—基层墙体的厚度，m；λw—基层墙体的导热系数，w/(m·k)；a—换热面积，m2；hin—室内空气与基层墙体内侧的对流换热系数，w/(m2·k)；tin—室内气温，k。
所述太阳能一体化墙体向室内的传热量计算公式为：
式中：qn—太阳能一体化墙体向室内的传热量，w；a—换热面积，m2；σ—斯忒藩-波耳兹曼常量，5.67×10-8w/(m2·k4)；εp,in—太阳能集热板内表面发射率；εw,out—热辐射反射层的发射率；δa,in内空气间层的厚度，m；λa,in—内空气间层空气的导热系数，以(tp+tw,out)/2作为定性温度来取值，w/(m·k)；υ—内空气间层空气的运动粘度，以(tp+tw,out)/2作为定性温度来取值，m2/s；g—重力加速度，9.8m/s2；α—内空气间层空气的热扩散系数，以(tp+tw,out)/2作为定性温度来取值，m2/s；tp—太阳能集热板温度，k；tw,out—热辐射反射层温度，k。
所述太阳能一体化墙体向室外的传热量计算公式为：
式中：qt—太阳能一体化墙体向室外的传热量，w；tp—太阳能集热板温度，k；
tout—室外气温，k；a—换热面积，m2；n—玻璃层数；v—室外风速的数值；εp,out—太阳能集热板外表面发射率；εg—玻璃发射率；σ—斯忒藩-波耳兹曼常量，5.67×10-8w/(m2·k4)。
所述太阳能集热板3接收的太阳辐射得热量计算公式为：
q＝τgαp,outia(4)
式中：q—太阳能集热板接收的太阳辐射得热量，w；τg—玻璃的透射率；αp,out—太阳能集热板外表面的吸收率；i—垂直面的太阳辐射强度，w/m2；a—换热面积，m2。
所述太阳能一体化墙体向室内的传热量、太阳能一体化墙体向室外的传热量、太阳能集热板4接收的太阳辐射得热量存在如下热平衡关系式：
q＝qn+qt(5)
式中：q—太阳能集热板接收的太阳辐射得热量，w；qn—太阳能一体化墙体向室内的传热量，w；qt—太阳能一体化墙体向室外的传热量，w。
由此，联立方程(1)、(2)、(3)、(4)、(5)，以垂直面的太阳辐射强度i、室内气温tin和室外气温tout三个自变量为输入量，即可求解太阳能一体化墙体向室内的传热量qn、太阳能一体化墙体向室外的传热量qt、太阳能集热板3接收的太阳辐射得热量qt。
本发明具有的优点和积极效果是：
1)精确计算出太阳能一体化墙体向室内的逐时传热量，进而能根据逐时传热量来自动控制空调的制冷功率或者制热功率，使空调系统的逐时供冷、热量与建筑物的逐时冷、热负荷与相匹配，节省空调能耗。2)可以评价太阳能一体化墙体的热工性能，指导太阳能一体化墙体技术的结构与功能设计和实际工程中的推广应用。3)可以计算太阳能的利用效率，指导太阳能在建筑中的应用设计。
附图说明
图1为本发明的墙体整体剖面图。
图2为本发明的墙体传热示意图。
图中，1—玻璃幕墙，2—外空气间层，3—太阳能集热板，4—内空气间层，5热辐射反射层，6—基层墙体，7—太阳。
具体实施方式
下面结合实例，进一步说明本发明。
参见图1，本发明包括基层墙体6，所述基层墙体6的外侧由内而外依次设置为热辐射反射层5、内空气间层4、太阳能集热板3、外空气间层2和玻璃幕墙1；所述基层墙体6为自保温墙体；所述太阳能集热板3为平板式太阳能集热板；所述内空气间层4由热辐射反射层5与太阳能集热板3相隔而成；所述外空气间层2由太阳能集热板3与玻璃幕墙1相隔而成。
工作机理：
1、太阳能一体化墙体的结构及其传热
太阳能一体化墙体外部为可透光的玻璃幕墙1，太阳辐射透过玻璃幕墙1照射到太阳能集热板3上，太阳能集热板3将光能转化为热能，集热板温度升高，会向室内和室外传热，根据热平衡原理，太阳能集热板3收集的太阳辐射得热等于其向室内环境和室外环境的散热。该传热量计算方法在上述热平衡基础上，以垂直面的太阳辐射强度、室内气温和室外气温三个自变量为输入量，求解太阳能一体化墙体向室内的传热量、太阳能一体化墙体向室外的传热量、太阳能集热板3接收的太阳辐射得热量。
2、太阳能一体化墙体传热量计算公式
一种太阳能一体化墙体的传热量计算方法，其特征是：包括如下步骤：
1)计算热辐射反射层5的温度：
式中：tw,out—热辐射反射层的温度，k；qn—太阳能一体化墙体向室内的传热量，w；δw—基层墙体的厚度，m；λw—基层墙体的导热系数，w/(m·k)；a—换热面积，m2；hin—室内空气与基层墙体内侧的对流换热系数，w/(m2·k)；tin—室内气温，k。
2)计算太阳能集热板3向热辐射反射层5的辐射传热量：
式中：qr,n—太阳能集热板向热辐射反射层的辐射传热量，w；a—换热面积，m2；σ—斯忒藩-波耳兹曼常量，5.67×10-8w/(m2·k4)；εp,in—太阳能集热板内表面发射率；εw,out—热辐射反射层的发射率；tp—太阳能集热板温度，k；tout—热辐射反射层温度，k。
3)计算太阳能集热板3通过内空气间层4的空气向热辐射反射层5进行传热的对流传热系数：
式中：hc,n—太阳能集热板通过内空气间层的空气向热辐射反射层进行传热的对流传热系数，w/(m2·k)；a—换热面积，m2；δa,in内空气间层的厚度，m；λa,in—内空气间层空气的导热系数，以(tp+tw,out)/2作为定性温度来取值，w/(m·k)；υ—内空气间层空气的运动粘度，以(tp+tw,out)/2作为定性温度来取值，m2/s；α—内空气间层空气的热扩散系数，以(tp+tw,out)/2作为定性温度来取值，m2/s；tp—太阳能集热板温度，k；g—重力加速度，9.8m/s2；tw,out—热辐射反射层温度，k。
4)计算太阳能集热3通过内空气间层4的空气向热辐射反射层5的对流传热量：
式中：qc,n—太阳能集热板通过内空气间层的空气向热辐射反射层的对流传热量，w；δa,in内空气间层的厚度，m；tw,out—热辐射反射层温度，k；tp—太阳能集热板温度，k；λa，in—内空气间层空气的导热系数，以(tp+tw,out)/2作为定性温度来取值，w/(m·k)；υ—内空气间层空气的运动粘度，以(tp+tw,out)/2作为定性温度来取值，m2/s；α—内空气间层空气的热扩散系数，以(tp+tw,out)/2作为定性温度来取值，m2/s；g—重力加速度，9.8m/s2.
5)由热平衡关系式qn＝qr,n+qc,n，计算太阳能一体化墙体向室内的传热量：
式中：qn—太阳能一体化墙体向室内的传热量，w；a—换热面积，m2；σ—斯忒藩-波耳兹曼常量，5.67×10-8w/(m2·k4)；εp,in—太阳能集热板内表面发射率；εw,out—热辐射反射层的发射率；δa,in内空气间层的厚度，m；λa,in—内空气间层空气的导热系数，以(tp+tw,out)/2作为定性温度来取值，w/(m·k)；υ—内空气间层空气的运动粘度，以(tp+tw,out)/2作为定性温度来取值，m2/s；g—重力加速度，9.8m/s2；α—内空气间层空气的热扩散系数，以(tp+tw,out)/2作为定性温度来取值，m2/s；tp—太阳能集热板温度，k；tw,out—热辐射反射层温度，k。
6)计算太阳能集热板3向室外的辐射传热量：
式中：qr,t—太阳能集热板向室外的辐射传热量，w；tp—太阳能集热板温度，k；tout—室外气温，k；a—换热面积，m2；n—玻璃层数；v—室外风速的数值；εp,out—太阳能集热板外表面发射率；εg—玻璃发射率；σ—斯忒藩-波耳兹曼常量，5.67×10-8w/(m2·k4)。
(7)计算太阳能集热板3向室外的对流传热量：
式中：qc,t—太阳能集热板向室外的对流传热量，w；tp—太阳能集热板温度，k；tout—室外气温，k；a—换热面积，m2；n—玻璃层数；v—室外风速的数值。
8)由热平衡关系式qt＝qr,t+qc,t，计算太阳能一体化墙体向室外的传热量：
式中：qt—太阳能一体化墙体向室外的传热量，w；tp—太阳能集热板温度，k；tout—室外气温，k；a—换热面积，m2；n—玻璃层数；v—室外风速的数值；εp,out—太阳能集热板外表面发射率；εg—玻璃发射率；σ—斯忒藩-波耳兹曼常量，5.67×10-8w/(m2·k4)。
9)计算太阳能集热板3接收的太阳辐射得热量：
q＝τgαp,outia(4)
式中：q—太阳能集热板接收的太阳辐射得热量，w；τg—玻璃的透射率；αp,out—太阳能集热板外表面的吸收率；i—垂直面的太阳辐射强度，w/m2；a—换热面积，m2。
10)太阳能一体化墙体向室内的传热量、太阳能一体化墙体向室外的传热量、太阳能集热板3接收的太阳辐射得热量存在如下热平衡关系式：
q＝qn+qt(5)
式中：q—太阳能集热板接收的太阳辐射得热量，w；qn—太阳能一体化墙体向室内的传热量，w；qt—太阳能一体化墙体向室外的传热量，w。
11)由此，联立方程(1)、(2)、(3)、(4)、(5)，以垂直面的太阳辐射强度i、室内气温tin和室外气温tout三个自变量为输入量，即可求解太阳能一体化墙体向室内的传热量qn、太阳能一体化墙体向室外的传热量qt、太阳能集热板3接收的太阳辐射得热量qt。