基于参数化设计的曲面光伏建筑表皮辐射接收量优化研究

摘要

基于薄膜光伏对曲面的适用性,本文提出了曲面光伏建筑表皮的概念,旨在适应时下建筑表皮丰富性与动态感要求的同时,提高太阳能在建筑中的利用效率.本研究借助参数化设计工具Grass-hopper软件建立了曲面表皮几何模型,实现曲面表皮形体的参数化联动控制与实时更新;通过遗传算法为寻优原理,以曲面光伏对太阳辐射接收量最大为目标,确立了表皮优化设计方法;以天津某多层办公建筑南立面外墙曲面光伏表皮优化设计为例,建立了该多层办公楼的曲面表皮基础模型,并对四组不同变化幅值的曲面光伏表皮进行了模拟优化.结果表明相比平面表皮,优化后的曲面光伏表皮对太阳辐射接收量有明显提高,最大提高值达到328.79kW·h/m2/年;同时本研究拟合得到了最优表皮数学表达式.此研究结果为曲面光伏表皮设计及薄膜光伏材料在建筑中的集成应用提供了有价值的参考.