摘要

摘要：介紹了薄膜光伏幕墻的結構、節(jié)能率計算。選定北京、上海、廣州，在夏季氣候條件下，對結合薄膜光伏組件的非節(jié)能墻體、節(jié)能墻體的節(jié)能率進行分析計算。結合薄膜光伏組件的非

摘要：介紹了薄膜光伏幕墻的結構、節(jié)能率計算。選定北京、上海、廣州，在夏季氣候條件下，對結合薄膜光伏組件的非節(jié)能墻體、節(jié)能墻體的節(jié)能率進行分析計算。結合薄膜光伏組件的非節(jié)能墻體，節(jié)能率可達72%；結合薄膜光伏組件的節(jié)能墻體，節(jié)能率可達34%。

關鍵詞：薄膜光伏幕墻；薄膜光伏組件；節(jié)能墻體；非節(jié)能墻體；節(jié)能率

Structure and Energy-saving Analysis of Thin-film Photovoltaic Curtain Wall

ZHANG Jun-mei，ZHENG Xin-min，LV Jian，DOU Xiao-qiu，YU Bin

Abstract：The structure and the calculation of energy-saving rate of thin-film photovoltaic curtain wall are introduced. Under the summer climate conditions in Beijing，Shanghai and Guangzhou，the energy-saving rates of both non-energy-saving wall and energy-saving wall with thin-film photovoltaic modules are analyzed and calculated. The former has energy-saving rate of 72%，and the latter has energy-saving rate of 34%.

Key words：thin-film photovoltaic curtain wall；thin-film photovoltaic module；energy-saving wall；non-energy-saving wall；energy-saving rate

薄膜光伏組件與建筑結合，不僅可作為建筑外窗玻璃、幕墻，還可根據(jù)建筑物整體要求改變顏色與透明度。因此，近年來薄膜光伏組件與建筑結合的一體技術得到迅速發(fā)展。本文結合夏季工況，對薄膜光伏組件作為建筑幕墻的結構和節(jié)能性進行分析。

1 薄膜光伏幕墻的結構與節(jié)能率計算

① 薄膜光伏幕墻的結構

本文研究的薄膜光伏幕墻是在基礎墻體外部加設薄膜光伏組件，基礎墻體與薄膜光伏組件中間有空氣夾層。薄膜光伏組件為雙層中空玻璃結構，在內層玻璃上鍍膜，外層玻璃為保護層。薄膜光伏組件與非節(jié)能墻體、節(jié)能墻體結合的薄膜光伏幕墻(以下分別簡稱為薄膜光伏幕墻1、2)的結構見圖1、2。薄膜光伏組件的物性參數(shù)見表1，非節(jié)能、節(jié)能墻體的物性參數(shù)見表2、3。

將薄膜光伏組件與墻體之間的空氣層視為純導熱層，這樣薄膜光伏幕墻夏季傳熱過程可以分為兩部分：幕墻表面的傳熱，包括幕墻內外表面與室內外環(huán)境以輻射、對流形式進行的傳熱；幕墻內部結構的傳熱，包括幕墻通過內外表面與室內外環(huán)境傳熱時，在幕墻內部結構中以導熱形式進行的傳熱

表1 薄膜光伏組件的物性參數(shù)

材料	厚度/mm	熱導率/(W·m^-1·K^-1)	密度/(kg·m^-3)	比定壓熱容/(kJ·kg^-1·K^-1)
保護層玻璃	6	0.780	2500.000	0.840
空氣層	10	0.023	1.205	1.005
菠膜層玻璃	8	0.780	2500.000	0.840

表2 非節(jié)能墻體的物性參數(shù)

材料	厚度/mm	熱導率/(W·m^-1·K^-1)	密度/(kg·m^-3)	比定壓熱容/(kJ·kg^-1·K^-1)
水泥砂漿	20	0.93	1800	1.050
磚墻	240	0.81	1800	0.879
石膏板	12	0.33	1050	1.050

表3 節(jié)能墻體的物性參數(shù)

材料	厚度/mm	熱導率/(W·m-1.K^-1)	密度/(kg·m^-3)	比定壓熱容 /(kJ·kg^-1·K^-1)
水泥砂漿	20	0.930	1800	1.050
聚苯乙烯板	80	O.042	30	1.380
泡沫混凝土	160	0.209	600	1.050
石膏板	20	0.330	1050	1.050

② 節(jié)能率計算

薄膜光伏幕墻的傳熱過程基于穩(wěn)態(tài)傳熱理論^[1]，夏季空調室外計算溫度θ_o,d的計算式為：

θ_o,d=θ_o,av+(θ_o,dr-θ_o,av)cos(15t-225) (1)

式中θ_o,d——夏季空調室外計算溫度，℃

θ_o,av——夏季空調室外計算平均溫度，℃

θ_o,dr——夏季空調室外計算干球溫度，℃

t——時間，h

考慮到太陽輻射，夏季空調室外綜合溫度的計算式為：

式中θ_c——夏季空調室外綜合溫度，℃

ε——薄膜光伏幕墻外表面對太陽輻射的熱吸收率，取0.65

E——太陽總輻射強度，W/m²

H——室外空氣與薄膜光伏幕墻外表面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/(m²·K)

根據(jù)穩(wěn)態(tài)傳熱原理有：

式中θ_i——室內溫度，℃

R_tot——薄膜光伏幕墻的總熱阻，m²·K/W

θ_j——薄膜光伏幕墻結構中第j個交界面的溫度，℃

R_i——薄膜光伏幕墻結構中第i層的熱阻，m²·K/W

結合薄膜光伏組件后產生的節(jié)能率△η的計算式為^[2]：

式中△η——結合薄膜光伏組件后產生的節(jié)能率

Ф_pv——薄膜光伏幕墻的熱流密度，W/m²

Ф_b——基礎墻體的熱流密度，W/m²

由式(4)可得：

式中R_b——基礎墻體的總熱阻，m²·K/W

R_pv——薄膜光伏組件和空氣層的熱阻，m²·K/W

2 算例分析

① 薄膜光伏幕墻1

以北京、上海、廣州為例，北京θ_o,av，取28.6℃，θ_o,dr，取33.2℃；上海θ_o,av取30.4℃，θ_o,av取34℃；廣州θ_o,av取30.1℃，θ_o,dr取33.5℃。經計算可得，不同地區(qū)南向薄膜光伏幕墻1與非節(jié)能墻體的熱流密度見圖3。由圖3可知，這3個地區(qū)墻體熱流密度最高值均出現(xiàn)在12:00左右。經計算可得，對于這3個地區(qū)，非節(jié)能墻體結合薄膜光伏組件后的節(jié)能率可達72%。