辦公空間雙玻復(fù)合半透明PV(光伏發(fā)電)通風(fēng)窗熱工及采光性能研究.pdf

1、窗體系統(tǒng)是建筑的重要構(gòu)件之一，通過窗體系統(tǒng)散失的熱量在建筑總體能耗量中占有相當(dāng)大的比例，尤其在辦公建筑等通常具有大面積玻璃表面的公共建筑當(dāng)中。雙玻復(fù)合半透明PV（光伏）通風(fēng)窗可以為建筑帶來巨大地節(jié)能潛力，不僅能夠向室內(nèi)提供新鮮空氣以改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，同時(shí)通過光伏發(fā)電帶來綠色無污染的電能，還能有效地提高光伏組件的發(fā)電效率。
　　 本文以評估雙玻復(fù)合半透明PV（光伏發(fā)電）通風(fēng)窗系統(tǒng)的整體性能為目標(biāo)，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化該通風(fēng)窗系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及

2、運(yùn)行條件，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)熱環(huán)境和視覺環(huán)境的舒適性以及較高的節(jié)能效率，從而為居用者改善辦公空間的工作環(huán)境。通過數(shù)字化模擬調(diào)查該雙玻復(fù)合半透明PV（光伏發(fā)電）通風(fēng)窗這一先進(jìn)窗體系統(tǒng)的熱工性能，最終使得其在典型辦公空間中的應(yīng)用得以優(yōu)化，本文以一間位于山東濟(jì)南的典型辦公空間為例來闡釋整個(gè)評估及優(yōu)化過程。
　　 首先，對該雙玻復(fù)合半透明PV（光伏發(fā)電）通風(fēng)窗系統(tǒng)和所測辦公空間的構(gòu)造及尺寸規(guī)格進(jìn)行了合理的確定及詳細(xì)說明，包括所采用玻璃的光學(xué)性能參

3、數(shù)和附加的太陽能電池的各項(xiàng)特征參數(shù)。在此基礎(chǔ)之上，進(jìn)行了詳細(xì)的傳熱機(jī)制及過程研究，包括運(yùn)用射線追蹤技術(shù)進(jìn)行的太陽能光學(xué)分析和穩(wěn)定狀態(tài)下的傳熱分析，以及之后通過計(jì)算得出的外層光伏發(fā)電玻璃和內(nèi)層普通玻璃面層的吸熱率。該雙玻復(fù)合半透明PV（光伏）通風(fēng)窗系統(tǒng)的熱工性能（如流體動(dòng)力和傳熱機(jī)制）的預(yù)測是運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)軟件(CFD)，通過對“斯托克斯方程即Navier-Stokesequation”的高精度求解計(jì)算實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)，通過采用“采光系數(shù)計(jì)

4、算方法”，ECOTECT的自然采光模擬功能實(shí)現(xiàn)了該新型窗體系統(tǒng)的采光性能研究及優(yōu)化，并最終使其在辦公空間中的應(yīng)用達(dá)到最佳效果。
　　 運(yùn)用參數(shù)化分析的的方法，對空腔寬度，進(jìn)氣口氣流速度和半透明光伏發(fā)電玻璃的透射率等關(guān)鍵參數(shù)的變化對該窗體系統(tǒng)本身的熱工性能的影響進(jìn)行了調(diào)查。其中包括內(nèi)外面層上的熱通量計(jì)算值，預(yù)測的氣流場及溫度分布，外層光伏發(fā)電玻璃及內(nèi)層普通玻璃的平均溫度，風(fēng)機(jī)功率和發(fā)電量及凈供熱能量需求。之后，得出擁有最大節(jié)能潛力

5、和最佳熱工性能的不同設(shè)計(jì)及運(yùn)行條件的組合并加以推薦。但是，冬天和夏天所要達(dá)到的優(yōu)化目的不同。在冬天，為了最大化熱回收量在減少供熱能量消耗中的貢獻(xiàn)比例，并且獲得最低的凈供熱能量需求，能滿足室內(nèi)正常工作時(shí)間內(nèi)自然采光和通風(fēng)要求的較低的外層光伏發(fā)電玻璃透射率和較低的進(jìn)氣口氣流速度及0.02m的空腔寬度是被推薦的組合。在夏天，由于該新型窗體系統(tǒng)運(yùn)行模式和所處的天氣狀況不同，光伏發(fā)電組件在發(fā)電過程中產(chǎn)生的熱量不能被直接利用。為了獲得最大的發(fā)電量，

6、在滿足自然采光需求的情況下，較低的外層光伏發(fā)電玻璃透射率是被推薦的選擇。這是因?yàn)?，?dāng)進(jìn)氣口氣流速度超過0.8m/s（峰值）時(shí)，凈發(fā)電量將會下降，因此，在滿足特定空間通風(fēng)需求的基礎(chǔ)上，更接近0.8m/s的進(jìn)氣口氣流速度是被推薦的選擇。另外，0.02m的空腔寬度同樣能使得該新型窗體系統(tǒng)性能較高。
　　 最后，當(dāng)一2m高、1.2m寬的雙玻復(fù)合半透明PV（光伏發(fā)電）通風(fēng)窗運(yùn)用到一間3m高、4.5m深、3m寬的位于濟(jì)南的典型辦公空間中時(shí)，

7、通過采用“采光系數(shù)計(jì)算方法”，ECOTECT的自然采光模擬功能得出的模擬結(jié)果表明優(yōu)化的外層光伏發(fā)電玻璃透射率為0.4-0.5。這一結(jié)果是根據(jù)以下標(biāo)準(zhǔn)分析推演得出的:在至少75％的被測常規(guī)占有的辦公空間內(nèi)若采光系數(shù)(DF)大于等于2％，則可以滿足工作條件內(nèi)的正常視覺需求，同時(shí)，人工照明可以不必開啟。結(jié)合之前的建議以及對于這樣規(guī)模的辦公空間至少10L/s的通風(fēng)需求，在冬天，0.6m/s的進(jìn)氣口氣流速度是被推薦的選擇。在這種情況下，在達(dá)到最低