五种典型气候区办公建筑应用半透明光伏幕墙的综合能耗研究——以点式办公建筑为例

摘要

当前，节能减排与可再生能源利用已经成为全社会共同关注的焦点。而建筑能耗所占社会整体能耗比例较高，建筑本体节能受到重视，其中光伏建筑发展迅速。半透明光伏幕墙是一种幕墙与光伏玻璃集成的新型产物，在发电的同时满足了建筑维护、采光以及观景的需要，同时也直接影响建筑照明能耗、空调制冷能耗以及采暖能耗。但在不同气候条件下半透明光伏幕墙对建筑综合能耗的影响差异十分显著，因此在建筑应用实践中能否针对不同气候条件对半透明光伏幕墙进行适宜的设计成为影响该建筑综合节能效果的关键。
　　本文关注的是半透明光伏幕墙在中国五种典型气候区条件下办公建筑应用中的综合能耗及设计问题。从综合能耗的角度分析其在五种典型气候条件以及不同建筑因素下的应用情况，同时与传统玻璃幕墙进行能耗对比研究，从而提出相应的优化设计策略及节能适用性原则，为半透明光伏幕墙在办公建筑中的应用提供设计参考。
　　本文主要采用实测验证和软件模拟相结合的方法，借助光伏实验房通过实测建立和验证半透明光伏玻璃幕墙的计算模型及热工参数，将其与建立的办公建筑模型结合导入模拟软件（Energy Plus），测算不同幕墙在中国五种典型气候条件下，不同建筑因素下的能耗，通过对比论证及敏感性分析，得出综合能耗情况以及变化规律。
　　通过以上研究，针对半透明光伏幕墙的设计问题提出优化设计策略，包括最优设计参数以及敏感性变化规律；针对半透明光伏幕墙相对于传统玻璃幕墙的适用性，提出了节能适用性原则。具体结论如下：
　　（1）在最优设计参数上：针对最优朝向（0.5窗墙比），除夏热冬暖地区各朝向相差不大外，其余气候区均为南向，即办公建筑应用半透明光伏幕墙时，除了夏热冬暖地区，其余气候区均应该优先选用南向；针对最优窗墙比（南向），寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区墙面最优窗墙比均为0.45，严寒地区为0.3，温和地区为0.7，办公建筑应用半透明光伏幕墙时应该优先选择最优窗墙比的取值，无法直接取得最优值时根据其变化趋势取接近值。
　　（2）在敏感性变化规律上：针对朝向敏感性，寒冷地区＞严寒地区≈温和地区＞夏热冬冷地区＞夏热冬暖地区；针对窗墙比敏感性，寒冷地区＞夏热冬冷地区≈夏热冬暖地区≈温和地区＞严寒地区，这里的敏感性主要衡量建筑因素变化对综合能耗影响的大小，某个因素敏感性大意味着建筑设计通过改变此因素来降低综合能耗的效果越好。
　　（3）在节能适用性原则上：半透明光伏幕墙在五种典型气候区的节能性能都优于普通玻璃幕墙，具有替代使用的潜力；在严寒地区（东向、西向、南向）、寒冷地区（东向、西向、南向）以及其余三个典型气候区，半透明光伏幕墙的节能性能都优于中空玻璃幕墙，具有替代使用的潜力；在寒冷地区南向（窗墙比＞0.35时）、夏热冬冷地区南向（窗墙比＞0.5时）、夏热冬暖地区以及温和地区，半透明光伏幕墙的节能性能都优于Low-e玻璃幕墙，具有替代使用的潜力。

目录

声明

1.研究绪论

1.1 研究背景

1.2研究目的、内容与意义

1.3国内外研究现状

1.4研究方法、技术路线及论文框架

1.5 本章小结

2. 半透明光伏幕墙的相关文献综述

2.1光伏发电的理论基础及发展现状

2.2光伏建筑一体化演变及设计要点

2.3半透明光伏幕墙集成设计的复杂性

2.4半透明光伏幕墙的能耗研究现状

2.5本章小结

3. 半透明光伏幕墙综合能耗研究方法

3.1概述

3.2半透明光伏幕墙能耗模拟模型的确立及验证

3.3办公建筑能耗模拟模型的建立及运行参数

3.4本章小结

4.五种典型气候区半透明光伏幕墙的综合能耗研究

4.1概述

4.2典型气候区及城市选取

4.3五种典型气候区半透明光伏幕墙的综合能耗研究

4.4五种典型气候区半透明光伏幕墙的综合能耗对比研究

4.5五种典型气候区半透明光伏幕墙的优化设计策略

4.6本章小结

5.五种典型气候区半透明光伏幕墙与传统玻璃幕墙适用性研究

5.1概述

5.2三种传统玻璃幕墙介绍及实验参数

5.3五种典型气候区半透明光伏幕墙与传统玻璃幕墙适用性研究

5.4五种典型气候区半透明光伏幕墙节能适用性原则

5.5本章小结

6.结论

6.1研究结论

6.2研究不足与展望

致谢

参考文献