[發明專利]具有雙層非透明光伏幕墻結構的建筑室內負荷計算方法

有效

• 申請號: 201910432747.7
• 申請日: 2019-05-23
• 公開（公告）號: CN110263379B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 章文杰;馬勝兵;白冰;黃自強;田秀豐;梁金涵
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q10/04;G06Q50/06;F24F11/46;F24F11/64;F24F11/88;F24F110/12;F24F110/32;G06F119/08
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

本發明公開了一種具有雙層非透明光伏幕墻結構的建筑室內負荷計算方法，基于光伏組件、中間空氣層及建筑墻體之間的能量平衡方程和光伏發電模型，確定光伏組件的發電量和建筑房間的得熱量，并通過發電模型與傳熱模型之間的動態耦合迭代，詳細分析了光伏組件、中間空氣層及室外環境參數對建筑房間得熱的影響情況，并計算出具有此類非透明光伏幕墻結構的建筑室內負荷。本發明詳細分析了外界環境參數、光伏組件各種性能參數及空氣層尺寸對建筑墻房間空調負荷的影響，能指導設計人員通過參數優化的方法對光伏幕墻建筑房間的空調負荷和電性能進行優化設計。

技術領域

本發明涉及建筑室內負荷計算方法，具體涉及一種具有雙層非透明光伏幕墻結構的建筑室內負荷計算方法。

背景技術

隨著社會經濟的發展和人類科技文明的進步，人們對居住環境的要求越高，高質量的室內環境必然會消耗更多的能源；據統計，在2017年，建筑能耗占總能源消費的30％以上，這個問題以及越來越多地引起社會上人們的普遍關注。目前我國已有的建筑面積已達到460億平方米，且99％屬于高耗能建筑！按照目前的發展速度，預計到2020年，每年還將新增20億建筑面積，而且基本上都屬于高耗能的建筑，屆時建筑能耗將占社會總能耗的35％左右。因此，建筑節能成為了緩解能源危機問題較為直接有效的方式之一。

太陽能光伏一體化建筑是建筑節能與可再生能源綜合利用的產物；通過將太陽能光伏電池集成到建筑外圍護結構表面或徹底取代外圍護結構成為建筑的一部分，不僅可以減少建筑對常規能源的依賴，還可以充分利用建筑圍護結構外表面并在發電的同時改善圍護結構的性能。由于屋頂上擁有可觀的太陽能資源，并且也便于光伏系統的安裝，光伏屋頂成為了光伏建筑一體化的最主要應用形式之一，但隨著城鎮經濟的快速發展，土地價值越來越高，高層建筑越來越多，對于這種高層建筑來說，由于屋頂面積十分有限，在屋頂布置的光伏發電系統面積也十分有限，因此，光伏幕墻可以對屋頂太陽能光伏系統的安裝不足進行有效補充，并且有望成為建筑分布式能源發展的一種重要應用形式。其中，由于雙層光伏幕墻不僅適合于新建建筑表面上的安裝，還適合于已建建筑表面上的改造，且因為通風空氣層的存在有著更好的熱、電性能，成為光伏幕墻最常見的安裝形式，在綠色節能建筑中得到了越來越多的應用。

由于在建筑外表面安裝了光伏組件，在白天內的每個時刻光伏組件對外界太陽輻射的吸收再利用的程度是不一樣的，因此，計算此類建筑的房間負荷時就需要詳細分析光伏組件的發電過程及其與建筑墻體間復雜的熱電耦合過程。在一些能耗模擬軟件中，如EnergyPlus等，只是將空氣層等效為一個熱阻，并未考慮光伏組件與墻體間的復雜關系。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有雙層非透明光伏幕墻結構的建筑室內負荷計算方法。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種具有雙層非透明光伏幕墻結構的建筑室內負荷計算方法，包括以下步驟：

步驟1、確定單位面積光伏幕墻表面接收的太陽輻射量；

步驟2、計算光伏幕墻系統的初始發電量；

步驟3、建立雙層非透明光伏幕墻系統內光伏組件、空氣層、建筑墻體的換傳熱方程；

步驟4、采用熱電耦合方法對雙層非透明光伏幕墻的熱、電性能進行迭代求解；

步驟5、計算建筑室內負荷。

與現有技術相比，本發明的顯著優點為：(1)建立復雜的雙層非透明光伏幕墻傳熱方程和光伏發電模型，詳細分析了外界環境參數(輻照、室外溫度、風速)、光伏組件各種性能參數(開路電壓、短路電流、峰值功率、峰值功率處電壓、峰值功率處電流、溫度系數)及空氣層尺寸對建筑墻房間空調負荷的影響，能指導設計人員通過參數優化的方法對光伏幕墻建筑房間的空調負荷和電性能進行優化設計；(2)采用熱電耦合分析方法，并充分考慮多環境因素和多邊界條件，對光伏組件-空氣層-建筑墻體間的傳熱-發電性能進行解耦和再耦合式的迭代求解，能夠準確的計算出光伏幕墻建筑房間的空調負荷和電性能。

附圖說明