摘 要：通過分析平板太陽(yáng)能集熱器各部件之間的能量平衡關(guān)系，結(jié)合蓋板壁面的凝結(jié)條件，建立平板集熱器傳熱傳質(zhì)模型并進(jìn)行驗(yàn)證，計(jì)算蓋板內(nèi)外壁面的凝結(jié)時(shí)間和凝結(jié)量，探究不同氣候類型和部件參數(shù)對(duì)蓋板壁面凝結(jié)特性的影響。結(jié)果表明：不同氣候類型蓋板壁面凝結(jié)特性差異顯著，全年最大和最小壁面凝結(jié)量相差82.03%、凝結(jié)時(shí)間相差87.21%，單日最大凝結(jié)耗熱量占次日有效集熱量的5.69%，蓋板發(fā)射率、集熱器傾角、吸熱板發(fā)射率對(duì)于蓋板壁面的凝結(jié)影響程度依次減小。研究結(jié)果可為抑制平板太陽(yáng)能集熱器蓋板壁面凝結(jié)提供理論支撐。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能集熱器；凝結(jié)；敏感性分析；有效集熱量；計(jì)算機(jī)模擬

中圖分類號(hào)：TK512" " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

隨著碳達(dá)峰碳中和工作的大力推進(jìn)，可再生能源已成為解決低碳供熱問題的重要技術(shù)手段［1］。平板集熱器作為太陽(yáng)能光熱技術(shù)利用中的關(guān)鍵產(chǎn)品，具有承壓性能好、不易凍裂過熱、易與建筑結(jié)合等特點(diǎn)，近年來被廣泛應(yīng)用于建筑采暖及生活熱水領(lǐng)域［2］。

平板集熱器在不同地區(qū)應(yīng)用時(shí)熱性能受環(huán)境參數(shù)影響顯著。近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)環(huán)境因素對(duì)平板集熱器性能的影響進(jìn)行了大量研究。王敏等［3］通過實(shí)驗(yàn)研究建立考慮自然降塵、降水、風(fēng)等環(huán)境因素影響的平板集熱器運(yùn)行性能預(yù)測(cè)模型；韓婭等［4］考慮對(duì)流和輻射換熱機(jī)制隨海拔和氣壓的變化，研究了平板集熱器熱損失隨海拔高度的變化規(guī)律；Test等［5］通過實(shí)驗(yàn)得到加熱板表面對(duì)流換熱系數(shù)同風(fēng)速間的線性關(guān)系；Perers［6］基于太陽(yáng)輻照度、入射角、風(fēng)速等環(huán)境因素和部件熱容的綜合影響，得到平板集熱器熱性能預(yù)測(cè)模型。

現(xiàn)有研究主要集中于積塵降水、海拔高度、環(huán)境溫度、風(fēng)速和太陽(yáng)輻照度等環(huán)境因素對(duì)集熱器性能的影響，對(duì)于蓋板壁面凝結(jié)的相關(guān)研究較少［7-8］。在夜間，蓋板向天空發(fā)射長(zhǎng)波輻射導(dǎo)致蓋板溫度低于環(huán)境溫度，當(dāng)?shù)陀诳諝饴饵c(diǎn)溫度時(shí)便會(huì)在蓋板表面發(fā)生凝結(jié)，且通過呼吸孔的熱質(zhì)交換，也會(huì)將環(huán)境中的水汽帶入空腔。蓋板壁面凝結(jié)在次日集熱時(shí)會(huì)消耗熱能，滴落在吸熱板上的液滴和液滴解化時(shí)空腔產(chǎn)生的高濕環(huán)境會(huì)腐蝕吸熱板，降低集熱器壽命。孫京巖等［9］對(duì)平板集熱器內(nèi)部水霧的產(chǎn)生原因進(jìn)行了理論分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；Holck等［10］證實(shí)蓋板內(nèi)壁的水汽凝結(jié)，提出平板集熱器的通風(fēng)率測(cè)量方法并進(jìn)行了驗(yàn)證；K?hl等［11］優(yōu)化了平板集熱器的空腔微氣候模型，為集熱器空腔濕度設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)［12］；Oshikiri等［13］在奧克蘭證實(shí)蓋板外壁面的凝結(jié)，并利用空腔微氣候模型研究了集熱器部件參數(shù)和新西蘭氣候?qū)ιw板壁面預(yù)期凝結(jié)時(shí)間的影響。

綜上，平板太陽(yáng)能集熱器蓋板壁面凝結(jié)仍是太陽(yáng)能熱利用領(lǐng)域有待研究的關(guān)鍵科學(xué)問題，盡管目前已有利用平板集熱器空腔微氣候?qū)Ρ诿婺Y(jié)特性的研究，但不同氣候和部件參數(shù)對(duì)于蓋板壁面凝結(jié)的影響分析還不夠完善。鑒于此，本文建立平板集熱器壁面凝結(jié)特性動(dòng)態(tài)仿真模型，探究中國(guó)不同氣候類型和各部件參數(shù)對(duì)蓋板壁面凝結(jié)特性的影響，并對(duì)不同氣候區(qū)凝結(jié)耗熱量進(jìn)行對(duì)比分析。

1 數(shù)學(xué)模型

平板太陽(yáng)能集熱器壁面凝結(jié)特性的數(shù)學(xué)模型主要包括熱平衡模型、空腔微氣候模型和壁面凝結(jié)模型3部分。

1.1 平板太陽(yáng)能集熱器熱平衡模型

平板太陽(yáng)能集熱器的熱量傳遞如圖1所示，熱平衡模型包括吸熱板、蓋板、空腔空氣3部分。

1.1.1 吸熱板熱平衡模型

吸熱板熱平衡模型［14］為：

[cpdTpdt=G（τα）-hcbTp-Ta-hcgTp-Tc-hrgTp-Tc-Qu] （1）

其中，保溫材料對(duì)流傳熱系數(shù)為：

[hcb=kiei] （2）

空腔自然對(duì)流傳熱系數(shù)為：

[hcg=Nugkoeg] （3）

[Nug=1+1.441-1708Ragcoss+1-（sin1.8?s）1.6?1708Ragcoss+" " " " " "Ragcoss58300.33-1+] （4）

空腔空氣輻射傳熱系數(shù)為：

[hrg=csT4p-T4c1εp+1εc-1Tp-Tc] （5）

有效集熱量為：

[Qu=cm（Tout-Tin）] （6）

1.1.2 蓋板熱平衡模型

蓋板熱平衡模型［14］為：

[ccdTcdt=Gac+hcg（Tp-Tc）+hrg（Tp-Tc）-" " " " " " " "hco（Tc-Ta）-hro（Tc-Ts）] （7）

蓋板外壁對(duì)流傳熱系數(shù)為：

[hco=NuokoL] （8）

蓋板外壁輻射傳熱系數(shù)為：

[hro=hro，s+hro，d =12（1+coss）εccsT4c-T4sTc-Ts+12（1-coss）εccsT4c-T4aTc-Ts] （9）

1.1.3 空腔空氣熱平衡模型

集熱器空腔內(nèi)空氣的熱平衡模型［14］為：

[Tg=Tp+Tc2] （10）

1.2 平板太陽(yáng)能集熱器空腔微氣候模型

1.2.1 空腔空氣溫度

空腔空氣溫度由式（10）計(jì)算。

1.2.2 空腔空氣相對(duì)濕度

[φg=pwgpwg，s] （11）

其中，空腔空氣的飽和水蒸氣分壓由式（12）、式（13）計(jì)算［15］。

[tg]≤0時(shí)：

[pwg=6.115e（23.036-tg/333.7）tg279.83+tg] （12）

[tg]gt;0時(shí)：

[pwg=6.121e（18.678-tg/234.5）tg257.14+tg] （13）

1.3 平板集熱器蓋板壁面凝結(jié)模型

1.3.1 蓋板壁面溫度

蓋板外壁面溫度［16］為：

[to=ta-ta-tgλho] （14）

蓋板內(nèi)壁面溫度［16］為：

[ti=tg-tg-taλhi] （15）

1.3.2 蓋板壁面凝結(jié)條件

空氣露點(diǎn)溫度［17］為：

[td=235×7.45×lgφ?107.45tair235+tair-1-1-1] （16）

根據(jù)式（16）可計(jì)算環(huán)境空氣露點(diǎn)溫度[tad]和空腔空氣露點(diǎn)溫度[tgd]。

蓋板外壁凝結(jié)條件為：

[tolt;tad]

蓋板內(nèi)壁凝結(jié)條件為：

[tilt;tgd]

1.3.3 蓋板壁面凝結(jié)量與耗熱量

由于考慮全部因素的模型過于復(fù)雜，本文對(duì)蓋板壁面凝結(jié)量的計(jì)算進(jìn)行簡(jiǎn)化。

蓋板外壁面不考慮風(fēng)掠效應(yīng)的影響，僅考慮蓋板表面5 mm內(nèi)的凝結(jié)層，其凝結(jié)量［18］為：

[So=Aoδvρa(bǔ)（da-dwa）] （17）

蓋板內(nèi)壁面不考慮返潮水分和自然通風(fēng)，僅考慮熱壓通風(fēng)，其凝結(jié)量［14，18］為：

[Si=?gρg（dg-dwg）] （18）

其中，空腔通風(fēng)率［12］為：

[?g=C?Δpn] （19）

不同坡度蓋板外壁面可停留最大凝結(jié)量［14］為：

[So，max=261.109?s-0.407] （20）

蓋板外壁面凝結(jié)耗熱量為：

若[abSo≤So，max]，則：

[Qout=rm+rcabSo，" tad≤0rcabSo，" tadgt;0] （21）

若[abSogt;So，max]，則：

[Qout=（rm+rc）So，max， tad≤0rcSo，max， tadgt;0] （22）

蓋板內(nèi)壁面凝結(jié)耗熱量為：

[Qin=rm+rcabSi， tgd≤0rcabSi， tgdgt;0] （23）

2 數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 模擬設(shè)置

基于已有文獻(xiàn)中對(duì)影響平板太陽(yáng)能集熱器蓋板壁面溫度和凝結(jié)的分析，選取集熱器傾角、蓋板發(fā)射率、吸熱板發(fā)射率3種部件對(duì)蓋板壁面凝結(jié)特性展開研究［11-12］。不同部件的模擬工況設(shè)置如表1所示，在典型年氣象條件下，利用前文建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真模擬，分析不同部件參數(shù)的平板集熱器傳熱系數(shù)變化規(guī)律，計(jì)算壁面凝結(jié)量與凝結(jié)時(shí)間，比較不同部件參數(shù)對(duì)壁面凝結(jié)的影響程度。

為了探究中國(guó)不同氣候區(qū)應(yīng)用平板集熱器時(shí)蓋板壁面的凝結(jié)特性，本文選取中國(guó)主要的4種氣候類型的代表城市，研究各氣候區(qū)平板集熱器蓋板壁面凝結(jié)量與凝結(jié)時(shí)間規(guī)律。氣候類型及太陽(yáng)能資源富集程度的選取情況如表2所示。

2.2 數(shù)值模擬

根據(jù)1.1節(jié)建立的數(shù)學(xué)模型，采用TRNSYS軟件建模，如圖2所示，根據(jù)平板集熱器熱平衡模型對(duì)吸熱板、蓋板及空腔的溫度進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真模擬，結(jié)合環(huán)境參數(shù)得到空腔微氣候模型，最終根據(jù)壁面凝結(jié)模型計(jì)算得到集熱器蓋板內(nèi)外壁面的凝結(jié)量與凝結(jié)時(shí)間。

2.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了檢驗(yàn)動(dòng)態(tài)仿真模擬的準(zhǔn)確性，本文利用集熱器性能測(cè)試平臺(tái)對(duì)模擬進(jìn)行驗(yàn)證。如圖3所示，在蓋板表面和吸熱板背面分別布置5個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)測(cè)量吸熱板和蓋板溫度，在空腔設(shè)置兩個(gè)溫濕度測(cè)點(diǎn)測(cè)量空腔溫濕度，并利用氣象站監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)。實(shí)驗(yàn)時(shí)間為6月28日18：00—6月29日18：00，每隔半小時(shí)觀測(cè)一次，所用儀器設(shè)備參數(shù)如表3所示。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)測(cè)量結(jié)果與模擬結(jié)果對(duì)比，如圖4所示，溫濕度實(shí)測(cè)結(jié)果與模擬結(jié)果平均百分比誤差為4.6%，實(shí)測(cè)結(jié)果曲線與模擬結(jié)果曲線基本吻合，可驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。如表4所示，蓋板外壁面實(shí)測(cè)比模擬的凝結(jié)時(shí)間少14.5%，凝結(jié)量少13.6%，這是由于模擬中未考慮風(fēng)掠效應(yīng)和對(duì)材料熱工參數(shù)的簡(jiǎn)化所引起的。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同氣候?qū)ιw板壁面凝結(jié)的影響

平板集熱器蓋板壁面的凝結(jié)特性主要包括凝結(jié)時(shí)間和凝結(jié)量?jī)煞矫?。由圖5可知，由于夜間空腔溫度低于環(huán)境溫度，所以蓋板內(nèi)壁凝結(jié)時(shí)間略多于外壁。相比于外界，空腔內(nèi)部通風(fēng)量小，發(fā)生凝結(jié)時(shí)蓋板內(nèi)壁接觸的空氣量較少，所以蓋板內(nèi)壁凝結(jié)量遠(yuǎn)小于外壁凝結(jié)量。

3.2 集熱器傾角對(duì)蓋板壁面凝結(jié)的影響

改變集熱器傾角會(huì)影響蓋板壁面輻射傳熱系數(shù)，如圖6a所示，當(dāng)集熱器傾角由15°增至90°時(shí)，蓋板外壁輻射傳熱系數(shù)[hro]逐漸降低，蓋板外壁面的累計(jì)凝結(jié)最大凝結(jié)量逐漸減小，且當(dāng)傾角超過當(dāng)?shù)鼐暥葧r(shí)傳熱系數(shù)變化幅度增大。傳熱系數(shù)的改變會(huì)直接影響到壁面的凝結(jié)特性，由圖6b可知，當(dāng)集熱器傾角由15°增至90°時(shí)，集熱器內(nèi)外壁全年凝結(jié)時(shí)間分別下降59.1%和60.0%，全年凝結(jié)量分別下降83.7%和82.3%。因此，集熱器傾角的改變對(duì)于壁面凝結(jié)特性具有顯著影響，增大集熱器傾角可顯著降低內(nèi)外壁面的凝結(jié)時(shí)間和凝結(jié)量。

3.3 蓋板發(fā)射率對(duì)蓋板壁面凝結(jié)的影響

夜間蓋板向天空發(fā)射長(zhǎng)波輻射是其溫度下降的主要因素，改變蓋板發(fā)射率會(huì)影響空腔空氣輻射傳熱系數(shù)[hrg]和蓋板外壁輻射傳熱系數(shù)[hro]。如圖7a所示，隨著蓋板發(fā)射率由0.1增至0.9，[hrg]和[hro]發(fā)生顯著變化。傳熱系數(shù)的改變直接影響壁面凝結(jié)特性，由圖7b可知，當(dāng)蓋板的發(fā)射率從0.1增至0.9時(shí)，蓋板內(nèi)外壁凝結(jié)量分別增加98.3%和98.7%，內(nèi)外壁面全年凝結(jié)時(shí)間由100 h增至800 h左右。因此，蓋板發(fā)射率的改變對(duì)于壁面凝結(jié)特性具有顯著影響，降低蓋板發(fā)射率可顯著減小內(nèi)外壁面的凝結(jié)時(shí)間和凝結(jié)量。

3.4 吸熱板發(fā)射率對(duì)蓋板壁面凝結(jié)的影響

改變吸熱板發(fā)射率會(huì)影響空腔空氣輻射傳熱系數(shù)[hrg]，進(jìn)而影響蓋板內(nèi)外壁面的凝結(jié)時(shí)間和凝結(jié)量。如圖8a所示，隨著吸熱板發(fā)射率由0.1增至0.9，[hrg]呈線性增加。傳熱系數(shù)的改變會(huì)直接影響到壁面的凝結(jié)量與凝結(jié)時(shí)間，由圖8b可知，當(dāng)吸熱板的發(fā)射率從0.1增至0.9時(shí)，蓋板內(nèi)外壁面全年凝結(jié)時(shí)間分別下降25.2%和26.6%，全年內(nèi)外壁凝結(jié)量分別下降46.5%和42.2%。因此，吸熱板發(fā)射率的改變對(duì)于壁面的凝結(jié)具有一定影響，增加吸熱板發(fā)射率可以增加空腔空氣的輻射傳熱系數(shù)，從而減小內(nèi)外壁面的凝結(jié)時(shí)間和凝結(jié)量。

3.5 敏感性分析

本文采用局部敏感性分析法，分析單個(gè)部件參數(shù)變化對(duì)內(nèi)外壁面凝結(jié)特性的影響。影響程度大小稱為敏感性系數(shù)，其值越大說明該因素對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)影響越大，越應(yīng)重視該因素

對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響［19］。本文以內(nèi)外壁面凝結(jié)時(shí)間和凝結(jié)量作為4個(gè)分析指標(biāo)，選取集熱器傾角、蓋板發(fā)射率和吸熱板發(fā)射率3個(gè)部件參數(shù)作為敏感性分析的不確定因素，采用以下方法定義局部敏感性因子［20］：

[Sαk=maxf（αk）max-f（αk）*f（αk）*，f（αk）*-f（αk）minf（αk）*] （24）

通過式（24）計(jì)算3個(gè)部件參數(shù)對(duì)于凝結(jié)的敏感性程度，結(jié)果如表5所示，可看出敏感性程度排序?yàn)椋荷w板發(fā)射率gt;集熱器傾角gt;吸熱板發(fā)射率，蓋板發(fā)射率對(duì)于蓋板壁面凝結(jié)的影響最為顯著。

3.6 凝結(jié)耗熱量與有效集熱量對(duì)比分析

蓋板壁面凝結(jié)會(huì)消耗有效集熱量，本文對(duì)比中國(guó)4種氣候區(qū)代表城市的凝結(jié)量與集熱量，結(jié)果如表6所示，可看出季風(fēng)氣候區(qū)代表城市的全年凝結(jié)量占全年有效集熱量的比重遠(yuǎn)大于其他兩種氣候區(qū)，其中以長(zhǎng)沙最高為1.06%。而相比于全年占比，單日最大凝結(jié)耗熱量占次日有效集熱量的比重更大，其中，單日最大耗熱量占比最高的城市為西安，約為5.7%。

4 結(jié) 論

本文根據(jù)平板太陽(yáng)能集熱器蓋板壁面凝結(jié)模型對(duì)集熱器蓋板壁面凝結(jié)特性進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真模擬，分析計(jì)算典型年氣象參數(shù)下蓋板內(nèi)外壁面的凝結(jié)時(shí)間和凝結(jié)量，探究不同氣候類型和部件參數(shù)對(duì)于蓋板壁面凝結(jié)的影響。研究結(jié)果可為抑制平板集熱器蓋板壁面凝結(jié)提供理論依據(jù)，并得到以下結(jié)論：

1）不同氣候區(qū)代表城市平板集熱器蓋板壁面全年凝結(jié)分布差異顯著，季風(fēng)氣候區(qū)代表城市全年壁面凝結(jié)量和凝結(jié)時(shí)間遠(yuǎn)大于高原山地氣候區(qū)和溫帶大陸性氣候區(qū)，全年最大和最小壁面凝結(jié)量相差82.03%、凝結(jié)時(shí)間相差87.21%。

2）通過敏感性分析發(fā)現(xiàn)蓋板發(fā)射率、集熱器傾角、吸熱板發(fā)射率對(duì)于蓋板壁面的凝結(jié)影響程度依次減小，說明平板集熱器各部件中蓋板發(fā)射率的大小對(duì)蓋板壁面凝結(jié)影響最顯著。

3）各氣候區(qū)凝結(jié)耗熱量占有效集熱量的比重排序?yàn)椋杭撅L(fēng)氣候gt;溫帶大陸性氣候gt;高原山地氣候。代表城市中長(zhǎng)沙的全年凝結(jié)耗熱量占比最高，為1.06%；西安的單日凝結(jié)耗熱量占比最高，為5.69%。

符號(hào)表

[ac] 蓋板吸收率

[Ao] 集熱器蓋板外壁面面積，m2

[c] 集熱工質(zhì)的比熱容，kJ/（kg·℃）

[cc] 蓋板比熱容，kJ/（kg·℃）

[cp] 吸熱板熱容，kJ/（kg·℃）

[cs] 斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)，W/（m2·K4）

[C] 氣流函數(shù)回歸系數(shù)

[da] 環(huán)境空氣含濕量，g/kg（air）

[dg] 空腔空氣含濕量，g/kg（air）

[dwa] 環(huán)境空氣同溫度下飽和含濕量，g/kg（air）

[dwg] 空腔空氣同溫度下飽和含濕量，g/kg（air）

[eg] 空腔氣隙厚度，m

[ei] 保溫材料厚度，m

[fαk*] 基準(zhǔn)參數(shù)集對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)特征值

[fαkmax] 評(píng)價(jià)參數(shù)[αk]取值范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的最大值

[fαkmin] 評(píng)價(jià)參數(shù)[αk]取值范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的最小值

[G] 集熱器表面太陽(yáng)輻照度，W/m2

[hcb] 保溫材料對(duì)流傳熱系數(shù)，W/（m2·K）

[hcg] 空腔自然對(duì)流傳熱系數(shù)，W/（m2·K）

[hco] 蓋板外部對(duì)流傳熱系數(shù)，W/（m2·K）

[hi] 蓋板內(nèi)表面對(duì)流傳熱系數(shù)，W/（m2·K）

[ho] 蓋板外表面對(duì)流傳熱系數(shù)，W/（m2·K）

[hrg] 空腔空氣輻射傳熱系數(shù)，W/（m2·K）

[hro] 蓋板外壁輻射傳熱系數(shù)，W/（m2·K）

[hro，s] 蓋板對(duì)天空輻射傳熱系數(shù)，W/（m2·K）

[hro，d] 蓋板對(duì)地面輻射傳熱系數(shù)，W/（m2·K）

[ki] 保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m·K）

[ko] 空氣導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m·K）

[L] 集熱器特征長(zhǎng)度，m

[m] 集熱工質(zhì)流量，kg/s

[n] 氣流函數(shù)的指數(shù)

[Nug] 空腔空氣自然對(duì)流傳熱的努塞爾數(shù)

[Nuo] 外部空氣自然對(duì)流傳熱的努塞爾數(shù)

[pwg] 集熱器空腔水蒸氣分壓，Pa

[pwg，s] 集熱器空腔飽和水蒸氣分壓，Pa

[Δp] 集熱器空腔與外界環(huán)境之間的壓差，Pa

[Qu] 有效集熱量，kJ/m2

[Qin] 蓋板內(nèi)壁面凝結(jié)耗熱量，kJ/m2

[Qout] 蓋板外壁面凝結(jié)耗熱量，kJ/m2

[rc] 水的汽化熱，kJ/kg

[rm] 水的凝結(jié)熱，kJ/kg

[Rag] 空腔空氣的瑞利數(shù)

[s] 集熱器坡度，（ °）

[Si] 單位面積蓋板內(nèi)壁面全年凝結(jié)量，g/m2

[So] 單位面積蓋板外壁面全年凝結(jié)量，g/m2

[So，max] 蓋板外壁面可停留最大凝結(jié)量，g/m2

[Sαk] 評(píng)價(jià)參數(shù)[αk]的歸一化敏感性因子

[abSi] [a]時(shí)刻至[b]時(shí)刻蓋板內(nèi)壁面累計(jì)凝結(jié)量，g/m2

[abSo] a時(shí)刻至b時(shí)刻蓋板外壁面累計(jì)凝結(jié)量，g/m2

[t] 運(yùn)行時(shí)間

[ta] 空腔外部空氣溫度，°C

[td] 空氣露點(diǎn)溫度，°C

[tg] 空腔空氣溫度，°C

[ti] 蓋板內(nèi)壁面溫度，°C

[to] 蓋板外壁面溫度，°C

[tad] 環(huán)境空氣露點(diǎn)溫度，°C

[tgd] 空腔空氣露點(diǎn)溫度，°C

[tair] 空氣的干球溫度，°C

[Ta] 環(huán)境空氣溫度，K

[Tc] 蓋板溫度，K

[Tg] 空腔空氣溫度，K

[Tp] 吸熱板溫度，K

[Ts] 有效天空溫度，K

[Tin] 熱媒入口溫度，K

[Tout] 熱媒出口溫度，K

[λ] 玻璃導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m·K）

[v] 蓋板外壁面空氣平均流速，m/s

[αk] 基準(zhǔn)參數(shù)集

[τα] 有效透射率-吸收率乘積

[εc] 蓋板發(fā)射率

[εp] 吸熱板發(fā)射率

[?g] 空腔通風(fēng)率，L/h

[φ] 空氣相對(duì)濕度

[φg] 空腔空氣相對(duì)濕度

[ρa(bǔ)] 環(huán)境空氣密度，kg/m3

[ρg] 空腔空氣密度，kg/m3

[δ] 蓋板外壁面結(jié)露空氣層厚度，m

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STUDY ON INFLUENCE OF WALL CONDENSATION ON

PERFORMANCE OF FLAT PLATE SOLAR COLLECTOR

Shang Shijie1，Wang Dengjia1，2，Zhang Ruichao1，F(xiàn)u Zhiguo3

（1. School of Building Services Science and Engineering， Xi’an University of Architecture and Technology， Xi’an 710055， China；

2. State Key Laboratory of Green Building， Xi’an 710055， China；

3. Tibet Autonomous Region Construction Survey and Design Institute， Lhasa 850000， China）

Abstract：This paper has analyzed the energy balance relationship between the components of flat solar collector and considering the condensation conditions of the cover wall， the heat transfer model of flat solar collector is established and validated. This paper has computed the condensation duration and quantity for both the inner and outer wall of the cover plate， and investigated the influence of various climate types and component parameters on the condensation characteristics of the cover plate wall. The results show that there are disparities in condensation characteristics of cover plate wall in different climate types. The annual difference between the maximum and minimum wall condensation amount is 82.03% and condensation hours is 87.21%. The peak condensation heat consumption in a single day amounts to 5.69% of the effective heat collection on the subsequent day. The influence degree of cover plate emissivity， collector inclination angle and heat absorption plate emissivity on cover plate wall condensation diminishes sequentially. These research results can provide theoretical support for inhibiting the condensation of the wall of the flat plate solar collector cover.

Keywords：solar collectors； condensation； sensitivity analysis； effective heat collection； computer simulation