天津地區(qū)高層辦公建筑應(yīng)用光伏玻璃的天然采光與能耗研究.pdf

1、在建筑節(jié)能與可再生能源綜合利用的大背景下，光伏建筑一體化得到了長(zhǎng)足的發(fā)展契機(jī)，尤其是光伏組件在現(xiàn)代建筑立面上的集成應(yīng)用。其中，相比不透光光伏組件，光伏玻璃因其可透光性帶來的復(fù)合能源效益順應(yīng)了光伏組件建筑構(gòu)件化的發(fā)展趨勢(shì)，成為當(dāng)前國(guó)際上光伏建筑應(yīng)用的主要方向。
　　高層辦公建筑現(xiàn)有存量大，且在土地資源日益稀缺的超大型城市中，高層辦公建筑是未來辦公空間形式不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢(shì)。然而目前，高層辦公建筑普遍存在以下兩方面的問題：1）辦公空間

2、室內(nèi)天然光環(huán)境存在照度分布不均勻、眩光等問題；2）建筑能耗長(zhǎng)期居高不下。應(yīng)用光伏玻璃可以在理論上為其室內(nèi)天然光環(huán)境現(xiàn)狀存在的問題以及建筑節(jié)能提出一種解決途徑，且高層辦公建筑立面亦具備與光伏集成的種種優(yōu)越性。
　　基于以上考慮，本文嘗試研究光伏玻璃在天津地區(qū)高層辦公建筑辦公空間立面窗口應(yīng)用時(shí)的采光性能與節(jié)能性能，通過分析光伏玻璃電池覆蓋面積比與辦公空間的天然采光質(zhì)量、建筑能耗及發(fā)電量之間的影響關(guān)系，確定不同建筑朝向光伏玻璃適用及最佳

3、的電池覆蓋面積比（區(qū)間），使其既滿足辦公空間天然光環(huán)境的需求，又能最大限度地降低高層辦公建筑在使用過程中的建筑總能耗。研究主要從以下幾方面展開：
　　首先，基于天津地區(qū)全年逐時(shí)的光氣候數(shù)據(jù)，分別對(duì)光伏玻璃應(yīng)用于天津地區(qū)不同朝向辦公空間時(shí)室內(nèi)的天然光環(huán)境進(jìn)行動(dòng)態(tài)、靜態(tài)的模擬對(duì)比和定量評(píng)價(jià)，得出滿足室內(nèi)天然光環(huán)境質(zhì)量要求以及達(dá)到理想的天然光環(huán)境要求的光伏電池覆蓋面積比（區(qū)間）；
　　其次，分析光伏玻璃應(yīng)用于天津地區(qū)不同朝向辦公空

4、間時(shí)的年照明能耗、采暖制冷能耗、發(fā)電量及建筑總能耗，得出建筑總能耗最低時(shí)對(duì)應(yīng)的最佳光伏電池覆蓋面積比（區(qū)間）；
　　再次，綜合權(quán)衡光伏玻璃的采光性能和節(jié)能性能，確定光伏玻璃應(yīng)用于典型辦公空間的最佳光伏電池覆蓋面積比。
　　最后，選用單層透明玻璃和高透型 Low-e中空玻璃作為光伏玻璃的對(duì)比工況，通過對(duì)其采光性能與節(jié)能性能的模擬探討光伏玻璃在天津地區(qū)辦公建筑上的適用性。
　　本研究得出的主要結(jié)論為：
　　一．基于光

5、伏玻璃的天然采光性能，光伏玻璃應(yīng)用于天津地區(qū)不同朝向辦公空間時(shí)，能達(dá)到理想采光質(zhì)量的光伏電池覆蓋面積比區(qū)間為：南向10％-60%，其余朝向?yàn)?0%-40%；最佳電池覆蓋面積比南向?yàn)?0%，其余朝向?yàn)?0%。采用最佳的電池覆蓋面積比時(shí)，可以顯著提高室內(nèi)進(jìn)深3-5m范圍的全天然采光時(shí)間百分比,其中，東向的提高幅度最明顯，相比最不利時(shí)提高247.3%，其次是西向、東南向、西南向、南向；對(duì)于室內(nèi)天然采光有效照度改善顯著的區(qū)域?yàn)?-3m進(jìn)深范圍，

6、其中，對(duì)于西向的改善程度最明顯，相比最不利時(shí)提高了147.7%，其次是西南向、南向、東南向、東向。
　　二．基于光伏玻璃的節(jié)能性能，光伏玻璃在天津地區(qū)不同朝向辦公空間應(yīng)用時(shí)的最佳電池覆蓋面積比區(qū)間南向和東南向?yàn)?0-80%；西南向?yàn)?0%和40%；東向?yàn)?0%；西向?yàn)?0%。采用最佳的電池覆蓋面積比時(shí)，相比最不利時(shí)，南向、東南向、西南向、東向和西向分別可以節(jié)約建筑總能耗的7.0％、10.0%、5.6%、6.3%和5.0%。

7、　　三．光伏玻璃的電池覆蓋面積比對(duì)建筑室內(nèi)天然光環(huán)境和建筑總能耗有很大的影響，在建筑不同朝向時(shí)，最佳電池覆蓋面積比（區(qū)間）不同。綜合考慮光伏玻璃的采光性能和節(jié)能性能，得出了光伏玻璃應(yīng)用于天津地區(qū)辦公建筑不同朝向的最佳電池覆蓋積比為南向60%，其余朝向40%。南向應(yīng)用光伏玻璃最佳電池覆蓋面積比時(shí)意義最大，相比最不利的電池覆蓋面積比，在顯著改善 UDI的同時(shí)，全年總能耗的降低也是最明顯的。
　　四．光伏玻璃應(yīng)用于天津地區(qū)高層辦公建筑，

8、能夠改善室內(nèi)天然光環(huán)境質(zhì)量，降低建筑總能耗，可以在天津地區(qū)進(jìn)行推薦性應(yīng)用。
　?。?）光伏玻璃的采光性能優(yōu)于其他兩種玻璃，能明顯改善窗體附近一定進(jìn)深范圍內(nèi)的釆光質(zhì)量,有效減少直射光對(duì)室內(nèi)產(chǎn)生的不利影響。在五個(gè)朝向中，相比其它兩種玻璃，光伏玻璃應(yīng)用于南向時(shí)，對(duì)于室內(nèi)采光的改善效果最為明顯，其次是東向、東南向和西南向，對(duì)于西向的改善效果相對(duì)較小。相比其他兩種玻璃，光伏玻璃能有效減少眩光出現(xiàn)的幾率，在視覺舒適性方面有一定的優(yōu)勢(shì)。

9、　?。?）在五個(gè)朝向的辦公空間，應(yīng)用光伏玻璃的全年總能耗值均低于單層透明玻璃和滿足寒冷地區(qū)節(jié)能要求的高透型Low-e中空玻璃。相比單層透明玻璃，在西向應(yīng)用光伏玻璃的節(jié)能效果最好，節(jié)能率為48.4%，其次是南向、西南向、東向、東南向；相比應(yīng)用高透型Low-e中空玻璃，也是在西向的節(jié)能效果最好，節(jié)能率46.0%，其次是南向、西南向、東南向、東向。
　　該研究成果可以為光伏玻璃在中國(guó)天津地區(qū)高層辦公建筑上的推廣應(yīng)用提供理論支持，促進(jìn)光伏