【摘要】：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足的發(fā)展契機,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,成為當(dāng)前國際上光伏建筑應(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。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�；谝陨峡紤],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)全年逐時的光氣候數(shù)據(jù),分別對光伏玻璃應(yīng)用于天津地區(qū)不同朝向辦公空間時室內(nèi)的天然光環(huán)境進(jìn)行動態(tài)、靜態(tài)的模擬對比和定量評價,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)不同朝向辦公空間時的年照明能耗、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對應(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比工況,通過對其采光性能與節(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,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%,其余朝向為10%-40%；最佳電池覆蓋面積比南向為60%,其余朝向為40%。采用最佳的電池覆蓋面積比時,可以顯著提高室內(nèi)進(jìn)深3-5m范圍的全天然采光時間百分比,其中,東向的提高幅度最明顯,相比最不利時提高247.3%,其次是西向、東南向、西南向、南向；對于室內(nèi)天然采光有效照度改善顯著的區(qū)域為0-3m進(jìn)深范圍,其中,對于西向的改善程度最明顯,相比最不利時提高了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)用時的最佳電池覆蓋面積比區(qū)間南向和東南向為60-80%；西南向為10%和40%；東向為70%；西向為80%。采用最佳的電池覆蓋面積比時,相比最不利時,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%。三.光伏玻璃的電池覆蓋面積比對建筑室內(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,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,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,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。(1)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)的采光質(zhì)量,有效減少直射光對室內(nèi)產(chǎn)生的不利影響。在五個朝向中,相比其它兩種玻璃,光伏玻璃應(yīng)用于南向時,對于室內(nèi)采光的改善效果最為明顯,其次是東向、東南向和西南向,對于西向的改善效果相對較小。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。(2)在五個朝向的辦公空間,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)光伏建筑一體化的發(fā)展。
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邐第一章緒論邐逡逑１．２．２國內(nèi)研究現(xiàn)狀逡逑１．２．２．１光伏玻璃的光、熱、電性能研究逡逑董姻ＷＳＩ等人通過長時間監(jiān)測一組中空光伏玻璃的性能、分析它的傳熱機理及逡逑其在廣州氣候條件下的發(fā)電性能和溫度分布，得到了中空光伏玻璃的電性能與溫逡逑度、福照強度之間的關(guān)系見下圖１－２－１所示。逡逑

圓國２－１－２光伏玻璃在幕墻、窗體系統(tǒng)中的應(yīng)用（圖片來源：作者白攝）逡逑（２）中空玻璃光伏組件逡逑中空玻璃光伏組件主要有兩種基本形式：一種是最基本形式，鋼化玻結(jié)構(gòu)和另一塊玻璃組合成中空玻璃光伏組件，如圖２－１－３邋（ａ）所示；另一池片放置在中空玻璃的空腔內(nèi)，，由導(dǎo)線串聯(lián)或并聯(lián)電池片，匯集引線端由和密封膠引出，如圖２－１－３邋（ｂ）所示。逡逑
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TU228;TU113.5


本文編號：2553920