[发明专利]具有双层非透明光伏幕墙结构的建筑室内负荷计算方法

说明书

本发明公开了一种具有双层非透明光伏幕墙结构的建筑室内负荷计算方法，基于光伏组件、中间空气层及建筑墙体之间的能量平衡方程和光伏发电模型，确定光伏组件的发电量和建筑房间的得热量，并通过发电模型与传热模型之间的动态耦合迭代，详细分析了光伏组件、中间空气层及室外环境参数对建筑房间得热的影响情况，并计算出具有此类非透明光伏幕墙结构的建筑室内负荷。本发明详细分析了外界环境参数、光伏组件各种性能参数及空气层尺寸对建筑墙房间空调负荷的影响，能指导设计人员通过参数优化的方法对光伏幕墙建筑房间的空调负荷和电性能进行优化设计。

技术领域

本发明涉及建筑室内负荷计算方法，具体涉及一种具有双层非透明光伏幕墙结构的建筑室内负荷计算方法。

背景技术

随着社会经济的发展和人类科技文明的进步，人们对居住环境的要求越高，高质量的室内环境必然会消耗更多的能源；据统计，在2017年，建筑能耗占总能源消费的30％以上，这个问题以及越来越多地引起社会上人们的普遍关注。目前我国已有的建筑面积已达到460亿平方米，且99％属于高耗能建筑！按照目前的发展速度，预计到2020年，每年还将新增20亿建筑面积，而且基本上都属于高耗能的建筑，届时建筑能耗将占社会总能耗的35％左右。因此，建筑节能成为了缓解能源危机问题较为直接有效的方式之一。

太阳能光伏一体化建筑是建筑节能与可再生能源综合利用的产物；通过将太阳能光伏电池集成到建筑外围护结构表面或彻底取代外围护结构成为建筑的一部分，不仅可以减少建筑对常规能源的依赖，还可以充分利用建筑围护结构外表面并在发电的同时改善围护结构的性能。由于屋顶上拥有可观的太阳能资源，并且也便于光伏系统的安装，光伏屋顶成为了光伏建筑一体化的最主要应用形式之一，但随着城镇经济的快速发展，土地价值越来越高，高层建筑越来越多，对于这种高层建筑来说，由于屋顶面积十分有限，在屋顶布置的光伏发电系统面积也十分有限，因此，光伏幕墙可以对屋顶太阳能光伏系统的安装不足进行有效补充，并且有望成为建筑分布式能源发展的一种重要应用形式。其中，由于双层光伏幕墙不仅适合于新建建筑表面上的安装，还适合于已建建筑表面上的改造，且因为通风空气层的存在有着更好的热、电性能，成为光伏幕墙最常见的安装形式，在绿色节能建筑中得到了越来越多的应用。

由于在建筑外表面安装了光伏组件，在白天内的每个时刻光伏组件对外界太阳辐射的吸收再利用的程度是不一样的，因此，计算此类建筑的房间负荷时就需要详细分析光伏组件的发电过程及其与建筑墙体间复杂的热电耦合过程。在一些能耗模拟软件中，如EnergyPlus等，只是将空气层等效为一个热阻，并未考虑光伏组件与墙体间的复杂关系。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有双层非透明光伏幕墙结构的建筑室内负荷计算方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种具有双层非透明光伏幕墙结构的建筑室内负荷计算方法，包括以下步骤：

步骤1、确定单位面积光伏幕墙表面接收的太阳辐射量；

步骤2、计算光伏幕墙系统的初始发电量；

步骤3、建立双层非透明光伏幕墙系统内光伏组件、空气层、建筑墙体的换传热方程；

步骤4、采用热电耦合方法对双层非透明光伏幕墙的热、电性能进行迭代求解；

步骤5、计算建筑室内负荷。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：(1)建立复杂的双层非透明光伏幕墙传热方程和光伏发电模型，详细分析了外界环境参数(辐照、室外温度、风速)、光伏组件各种性能参数(开路电压、短路电流、峰值功率、峰值功率处电压、峰值功率处电流、温度系数)及空气层尺寸对建筑墙房间空调负荷的影响，能指导设计人员通过参数优化的方法对光伏幕墙建筑房间的空调负荷和电性能进行优化设计；(2)采用热电耦合分析方法，并充分考虑多环境因素和多边界条件，对光伏组件-空气层-建筑墙体间的传热-发电性能进行解耦和再耦合式的迭代求解，能够准确的计算出光伏幕墙建筑房间的空调负荷和电性能。

附图说明