基于采光标准的半透明薄膜光伏幕墙综合效能研究——以武汉地区高层办公建筑为例

摘要

随着光伏技术飞速发展与光伏建筑一体化概念的推广，光伏材料在建筑上的应用越来越普遍。现有高层办公建筑数量多、耗能大，立面设计上多采用玻璃幕墙形式，为光伏玻璃的应用提供了广阔前景。作为一种新型的建筑材料，半透明薄膜光伏玻璃独有的光学热工性能对室内光热环境会产生不同的影响。本文着眼于探究半透明薄膜光伏幕墙在武汉地区高层办公建筑的适用性，得出相应优化方案及节能性，旨在为光伏幕墙设计提供参考。主要从以下几方面展开研究： 首先，对半透明光伏幕墙的发展现状进行了综述研究。通过文献查阅及现场调研分析了现有不同种类薄膜光伏电池的技术原理、市场概况及相关参数；分别介绍了薄膜光伏玻璃的构造类型、产品规格与外观特性，同时对现有幕墙结构选型进行了归纳整理；收集现有薄膜光伏幕墙案例，为本次研究提供实践应用基础。 然后，得出在高层办公建筑中以全覆盖形式应用几种典型特性的半透明薄膜光伏玻璃的适用性范围。采用色温及显色指数为评价指标实验实测定量分析应用不同颜色特性的薄膜光伏玻璃的室内光色环境，提出灰色原色光伏玻璃更适用于对颜色识别要求较高的办公空间；采用照度和全自然采光时间百分比两种评价指标定量分析得出其相比于传统中空玻璃对室内光环境的影响变化和满足室内采光量时透光率要求范围，提出将半透明薄膜光伏玻璃与传统中空玻璃组合使用以达到不同室内采光量要求的方法。 其次，分析了几种典型幕墙组合形式对室内光环境的影响规律，提出优化选型方案。通过现有案例提取几种典型组合形式，采用插值法分别得出室内采光可接受状态与采光理想状态下的中空玻璃替换率。对比得出，满足同等采光量要求下，纵向居中组合形式所需替换的光伏玻璃面积最少，为之后的建筑设计应用方案优化提供参考。 再次，分析了三种透光率薄膜光伏玻璃采用纵向居中组合形式时，室内综合能耗变化趋势。结果表明，随着中空玻璃替换率的增加，室内综合能耗呈线性增长的趋势。因此在幕墙设计中，应在满足室内光环境情况下，尽量选用中空玻璃替换率低的设计方案。 最后，综合考虑室内光环境与综合能耗的变化规律，提出优化应用方案并与应用传统中空玻璃方案进行节能性能对比，得出半透明薄膜光伏玻璃应用于武汉地区高层办公建筑时，在满足室内不同自然采光要求的情况下的综合能耗与节能率，提出其在武汉地区进行推荐性应用的建议。 该研究成果可为半透明薄膜光伏玻璃在武汉地区高层办公建筑上的推广应用提供相关理论研究方法和数据支持，从而促进光伏建筑一体化的发展。

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