夏熱冬暖地區(qū)光伏建筑一體化的新實(shí)踐

　　1.前言

　　1991年光伏建筑一體化(Building-integrated Photovoltaics)的概念被正式提出，簡單地講，就是將光伏組件（詞條“光伏組件”由行業(yè)大百科提供）或材料作為建筑物的一部分，同時發(fā)揮其發(fā)電功能[1]。BIPV的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了光伏發(fā)電由邊遠(yuǎn)地區(qū)和特殊應(yīng)用向城市過渡，由集中電站向分布式供電模式過渡，該技術(shù)可進(jìn)一步結(jié)合發(fā)電側(cè)運(yùn)行優(yōu)化和用戶側(cè)需求預(yù)測管理技術(shù)，必將成為最具前景的建筑節(jié)能技術(shù)之一。

　　BIPV的優(yōu)點(diǎn)相當(dāng)明顯：1)使用清潔能源，減少燃煤發(fā)電的使用量，減輕了環(huán)境污染;2)發(fā)電就地使用，減少發(fā)輸配電過程的損耗;3)具有保溫（詞條“保溫”由行業(yè)大百科提供）隔熱及采光通風(fēng)功能，可降低空調(diào)和采暖負(fù)荷;4)充當(dāng)建筑物的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，節(jié)約了外裝材料，也節(jié)省了寶貴的城市用地資源[2]。

　　我國在2006年6月實(shí)施的GB/T50378-2006 《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》中也明確提出：將可再生能源發(fā)電作為綠色建筑評價的最優(yōu)選項;2014年《國務(wù)院關(guān)于促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的若干意見》發(fā)布后，各地區(qū)積極制定配套政策和實(shí)施方案，有力推動了分布式光伏（詞條“光伏”由行業(yè)大百科提供）發(fā)電的多種方式利用，截止2013年底，我國分布式光伏發(fā)電累計總裝機(jī)容量突破300萬千瓦[3,4]，

　　光伏產(chǎn)品與建筑集成到一起，統(tǒng)一規(guī)劃、設(shè)計和施工，在滿足建筑功能的同時，又可產(chǎn)能，是一種先進(jìn)的綠色建筑技術(shù)。目前，光伏建筑一體化的常見應(yīng)用形式有：光伏幕墻、光伏采光頂、光伏欄桿、光伏百葉以及光伏小品。光伏百葉在建筑的應(yīng)用實(shí)例較少，大面積應(yīng)用的更是屈指可數(shù)。

　　順德區(qū)第一人民醫(yī)院易地新建項目光伏發(fā)電工程，是一個光伏建筑一體化應(yīng)用的典型案例，該項目在立面大面積使用光伏百葉的元素，并且在建筑群屋面的花架安裝了光伏系統(tǒng)（詞條“光伏系統(tǒng)”由行業(yè)大百科提供），在不改變建筑外觀的前提下，既為建筑供能，又成為夏熱冬暖地區(qū)建筑必不可少的遮陽構(gòu)件（詞條“構(gòu)件”由行業(yè)大百科提供）。

　　2.工程概況

　　本項目位于廣東省佛山市順德區(qū)(地區(qū)環(huán)境溫度：年平均溫度22攝氏度，最高氣溫39.3攝氏度，最低氣溫達(dá)4.1攝氏度;日照時間：年均日照1489.2小時，全年平均輻射量5361.1MJ/m2)，在順德人民醫(yī)院的立面和屋頂安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)（詞條“光伏發(fā)電系統(tǒng)”由行業(yè)大百科提供）(其中立面面積10360平方米)，共安裝光伏百葉百葉9807塊，光伏組件2464塊，總功率1013.6kW。

　　3.光伏建筑一體化設(shè)計

　　本項目光伏系統(tǒng)的安裝區(qū)域分為屋面花架和立面兩個部分。其中，屋面花架分別有1#、5#、6#、7#樓，立面分別有1#、2#、3#、5#、6#、7#樓。

　　3.1建筑設(shè)計

　　3.1.1屋面花架光伏系統(tǒng)

　　屋面花架作為建筑結(jié)構(gòu)的一部分，其作用主要是裝飾，少部分可以遮陽，這在建筑設(shè)計中是一個非常常見的元素。然而，這類飄板、格柵、花架等，往往是不具備遮陽、導(dǎo)光、導(dǎo)風(fēng)、載物、輔助綠化等功能作用的裝飾構(gòu)件。在花架安裝光伏系統(tǒng)，特別是已建建筑，是改變花架使用功能的重要手段，使其既保持觀賞性、遮陽，還可以發(fā)電，為建筑產(chǎn)能。以順德人民醫(yī)院為例：

　　(1)安裝區(qū)域

　　本系統(tǒng)安裝于順德人民醫(yī)院1#、5#、6#、7#樓的花架上。該醫(yī)院建筑群設(shè)計的花架凸出于建筑，只具框架不具有功能，安裝光伏系統(tǒng)以后，不會改變現(xiàn)有建筑造型和外觀，使其成為建筑的遮陽構(gòu)件，還可以發(fā)電。

　　(2)結(jié)構(gòu)安裝

　　光伏系統(tǒng)利用花架梁為主體梁，Z型鋼為次橫梁，通過后置連接埋板固定次橫梁于花架梁上，形成光伏系統(tǒng)龍骨結(jié)構(gòu)，支撐上部光伏組件。光伏組件通過不銹鋼螺栓（詞條“螺栓”由行業(yè)大百科提供）與次橫梁有效連接。經(jīng)計算，符合建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)規(guī)范。

　　3.1.2 立面百葉光伏系統(tǒng)

　　光伏幕墻、光伏百葉是光伏系統(tǒng)在立面運(yùn)用的主要形式。相比于幕墻，百葉有其獨(dú)有的特點(diǎn)：可根據(jù)不同地區(qū)太陽高度角以最佳傾角安裝、通風(fēng)、遮陽、可以安裝在普通幕墻外起到裝飾建筑的效果。本文以順德人民醫(yī)院為例，介紹光伏百葉在建筑的運(yùn)用。

　　(1)建筑設(shè)計

　　順德人民醫(yī)院建筑群的設(shè)計是在玻璃幕墻外安裝光伏百葉。此種設(shè)計決定了光伏百葉分格必須服從于玻璃幕墻的分格。而因建筑造型或使用功能的原因，玻璃幕墻的分格有多種尺寸，使得光伏百葉組件的尺寸多達(dá)15種。整個建筑群共安裝光伏百葉組件1369塊，總功率1013.6kW。

　　經(jīng)過陰影分析和計算，確定光伏百葉的最小間距為650mm，傾角為15°。如圖：

　　(2)結(jié)構(gòu)安裝

　　光伏百葉的立柱必須與建筑玻璃幕墻的豎向分格縫對齊，在層間與建筑結(jié)構(gòu)連接，在能滿足結(jié)構(gòu)安全的同時，使整個系統(tǒng)與建筑形成有機(jī)整體。

　　光伏百葉因其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，不可能使用幕墻框架結(jié)構(gòu)來安裝。通常玻璃百葉的安裝，歸納起來通常為兩種形式，一是點(diǎn)玻式，而是夾板式。點(diǎn)玻百葉安裝方便、形式美觀，適應(yīng)絕大部分安裝環(huán)境，但是價格昂貴。夾板式則需要在合適的安裝環(huán)境下使用，才能達(dá)到形式美觀、安裝方便的效果，但其價格相比點(diǎn)玻式便宜不少。本項目使用了夾板安裝技術(shù)，安裝節(jié)點(diǎn)如下圖。

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