【摘 要】
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随着社会的发展和人居生活品质要求的提高,建筑能耗占全社会总能耗的比重越来越大。由于建筑围护结构对建筑能耗的影响较为突出,因此,我们有必要对建筑围护结构进行节能研究。太阳能光伏建筑一体化是将光伏组件集成到建筑外围护结构上,它是一种高效的建筑围护结构节能技术,它极大的拓展了光伏组件的利用潜力,有利于推进建筑节能技术的发展,助力实现“双碳”目标。双层皮光伏幕墙是一种新型的建筑光伏一体化技术,将光伏组件作
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随着社会的发展和人居生活品质要求的提高,建筑能耗占全社会总能耗的比重越来越大。由于建筑围护结构对建筑能耗的影响较为突出,因此,我们有必要对建筑围护结构进行节能研究。太阳能光伏建筑一体化是将光伏组件集成到建筑外围护结构上,它是一种高效的建筑围护结构节能技术,它极大的拓展了光伏组件的利用潜力,有利于推进建筑节能技术的发展,助力实现“双碳”目标。双层皮光伏幕墙是一种新型的建筑光伏一体化技术,将光伏组件作为双层皮幕墙玻璃材料,实现了建筑外围护、光伏发电,隔热、建筑外观装饰等多种功能的有机结合。由于双层皮光伏幕墙建筑结构的复杂性,双层皮光伏幕墙建筑空腔中同时存在相互影响的太阳辐射换热、导热、对流换热三种热传递方式,准确地模拟分析双层皮光伏幕墙建筑的热电性能是一项复杂的工作。现有研究通过理论或模拟等方式,对双层皮光伏幕墙建筑的热电性能进行了研究,并取得了许多有意义的成果,对双层皮光伏幕墙建筑的优化设计起到一定的借鉴作用。然而,现有研究中关于寒冷地区不同空腔间距、通风风速、通风方式等变量对双层皮光伏幕墙建筑热电性能影响的研究内容不足。因此,相关研究工作有待进一步深入。本文采用仿真模拟的方法对双层皮光伏幕墙建筑的热电性能进行了研究。本文建立了双层皮光伏幕墙建筑物理模型,在用实验测量结果验证模型的可靠性后,对双层皮光伏幕墙建筑热电性能进行模拟研究。本文以铜铟镓硒(CIGS)双层皮光伏幕墙为研究对象,研究了不同空腔间距、通风风速、通风方式等变量对双层皮光伏幕墙建筑热电性能的影响,并对不同建筑热工设计分区,双层皮光伏幕墙建筑的热电性能进行了对比分析。本文的研究结论如下:(1)在太原地区,相比无空腔建筑,双层皮密闭空腔,当空腔间距为20cm、35cm、50cm时,建筑净能耗分别降低了4580kwh、4589kwh、4598kwh,双层皮建筑相比无空腔建筑表现出建筑节能效果。相比20cm密闭空腔,继续增加空腔厚度,建筑净能耗降低值小于1%,节能效果不明显。因此,从节约建筑耗材和建筑占地面积的角度考虑,推荐双层皮光伏幕墙建筑的空腔间距取20cm。本文以双层皮光伏幕墙20cm空腔间距工况进行之后的研究。(2)在太原地区,双层皮光伏幕墙建筑在南向幕墙设置不同通风风速工况,不同通风风速工况下建筑的新风负荷相同。结合建筑净能耗情况,相比密闭空腔,排风式、外循环、内循环三种通风方式,推荐使用的通风风速均为0.4m/s,不需要使用更大的通风风速。本文选取双层皮光伏幕墙通风风速为0.4m/s工况进行之后的研究。(3)在太原地区,双层皮光伏幕墙建筑在南向幕墙设置不同通风方式工况,不同通风方式工况下建筑的新风负荷相同,组合式通风方式的建筑净能耗最低(组合式通风即全年的制冷期和制热期分别采用最优的通风方式),内循环通风方式的建筑净能耗最高;相比内循环式,组合式通风建筑净能耗降低了27.6%,排风式通风建筑净能耗降低了26.4%。因此,从减少建筑净能耗角度考虑,如果采用单一通风方式,推荐优先通风等级排序是:排风式、密闭空腔、外循环式、内循环式;如果采用组合通风方式,推荐组合通风方式为:冬季供热期采用排风式通风,夏季制冷期采用外循环式通风。(4)通过比较我国不同建筑热工设计分区具有代表性八个城市,双层皮密闭空腔建筑的能耗模拟结果,夏热冬冷地区成都的建筑净能耗最高;与成都相比,严寒地区西宁建筑净能耗降低了1851kwh,寒冷地区太原建筑净能耗降低了1764kwh,温和地区昆明建筑净能耗降低了2120kwh,这三个地区的建筑净能耗降低值较为明显。因此,从降低建筑净能耗角度考虑,严寒地区西宁、寒冷地区太原这两个西北地区,以及温和地区昆明适合推广发展双层皮光伏幕墙建筑。(5)我国南北(太原和昆明)两个城市,双层皮幕墙建筑的东、西、南三个方向都设置通风,从减少建筑净能耗角度考虑。在寒冷地区太原,如果采用单一通风方式,推荐优先通风等级排序是:排风式、密闭空腔、外循环式、内循环式;如果采用组合式通风方式,推荐组合通风方式为:冬季供热期使用排风式通风,夏季制冷期使用外循环式通风。在温和地区昆明,如果采用单一通风方式,推荐优先通风等级排序是:排风式、密闭空腔、外循环式、内循环式;如果采用组合式通风方式,推荐组合通风方式为:冬季供热期使用排风式通风,夏季制冷期使用内循环式通风。本文的研究成果可以为双层皮光伏幕墙建筑的工程设计优化提供科学参考。
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