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夏热冬暖地区光伏建筑一体化的新实践

来源:珠海市绿色建筑科技有限公司  作者:罗多 刘玉凤 余国保 王晓丹 陈征  日期:2015-4-13
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  摘要:光伏建筑一体化(BIPV)技术是新兴的建筑节能技术领域热点,本文介绍了顺德第一人民医院光伏花架和光伏百叶的发电工程:剖析其建筑一体化技术要点,计算其经济和环保效益,并指出BIPV工程质量和后期运营品质有赖于设计时须严格遵守建筑和电气安全各项相关设计规范。
  关键词:夏热冬暖、光伏建筑一体化、光伏百叶、建筑、电气、设计规范

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  1.前言

  1991年光伏建筑一体化(Building-integrated Photovoltaics)的概念被正式提出,简单地讲,就是将光伏组件(词条“光伏组件”由行业大百科提供)或材料作为建筑物的一部分,同时发挥其发电功能[1]。BIPV的出现,实现了光伏发电由边远地区和特殊应用向城市过渡,由集中电站向分布式供电模式过渡,该技术可进一步结合发电侧运行优化和用户侧需求预测管理技术,必将成为最具前景的建筑节能技术之一。

  BIPV的优点相当明显:1)使用清洁能源,减少燃煤发电的使用量,减轻了环境污染;2)发电就地使用,减少发输配电过程的损耗;3)具有保温(词条“保温”由行业大百科提供)隔热及采光通风功能,可降低空调和采暖负荷;4)充当建筑物的外围护结构,节约了外装材料,也节省了宝贵的城市用地资源[2]。

  我国在2006年6月实施的GB/T50378-2006绿色建筑评价标准》中也明确提出:将可再生能源发电作为绿色建筑评价的最优选项;2014年《国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见》发布后,各地区积极制定配套政策和实施方案,有力推动了分布式光伏(词条“光伏”由行业大百科提供)发电的多种方式利用,截止2013年底,我国分布式光伏发电累计总装机容量突破300万千瓦[3,4],

  光伏产品与建筑集成到一起,统一规划、设计和施工,在满足建筑功能的同时,又可产能,是一种先进的绿色建筑技术。目前,光伏建筑一体化的常见应用形式有:光伏幕墙、光伏采光顶、光伏栏杆、光伏百叶以及光伏小品。光伏百叶在建筑的应用实例较少,大面积应用的更是屈指可数。

  顺德区第一人民医院易地新建项目光伏发电工程,是一个光伏建筑一体化应用的典型案例,该项目在立面大面积使用光伏百叶的元素,并且在建筑群屋面的花架安装了光伏系统(词条“光伏系统”由行业大百科提供),在不改变建筑外观的前提下,既为建筑供能,又成为夏热冬暖地区建筑必不可少的遮阳构件(词条“构件”由行业大百科提供)

  2.工程概况

  本项目位于广东省佛山市顺德区(地区环境温度:年平均温度22摄氏度,最高气温39.3摄氏度,最低气温达4.1摄氏度;日照时间:年均日照1489.2小时,全年平均辐射量5361.1MJ/m2),在顺德人民医院的立面和屋顶安装光伏发电系统(词条“光伏发电系统”由行业大百科提供)(其中立面面积10360平方米),共安装光伏百叶百叶9807块,光伏组件2464块,总功率1013.6kW。

  3.光伏建筑一体化设计

  本项目光伏系统的安装区域分为屋面花架和立面两个部分。其中,屋面花架分别有1#、5#、6#、7#楼,立面分别有1#、2#、3#、5#、6#、7#楼。

  3.1建筑设计

  3.1.1屋面花架光伏系统

  屋面花架作为建筑结构的一部分,其作用主要是装饰,少部分可以遮阳,这在建筑设计中是一个非常常见的元素。然而,这类飘板、格栅、花架等,往往是不具备遮阳、导光、导风、载物、辅助绿化等功能作用的装饰构件。在花架安装光伏系统,特别是已建建筑,是改变花架使用功能的重要手段,使其既保持观赏性、遮阳,还可以发电,为建筑产能。以顺德人民医院为例:

  (1)安装区域

  本系统安装于顺德人民医院1#、5#、6#、7#楼的花架上。该医院建筑群设计的花架凸出于建筑,只具框架不具有功能,安装光伏系统以后,不会改变现有建筑造型和外观,使其成为建筑的遮阳构件,还可以发电。

  (2)结构安装

  光伏系统利用花架梁为主体梁,Z型钢为次横梁,通过后置连接埋板固定次横梁于花架梁上,形成光伏系统龙骨结构,支撑上部光伏组件。光伏组件通过不锈钢螺栓(词条“螺栓”由行业大百科提供)与次横梁有效连接。经计算,符合建筑结构相关规范。

  3.1.2 立面百叶光伏系统

  光伏幕墙、光伏百叶是光伏系统在立面运用的主要形式。相比于幕墙,百叶有其独有的特点:可根据不同地区太阳高度角以最佳倾角安装、通风、遮阳、可以安装在普通幕墙外起到装饰建筑的效果。本文以顺德人民医院为例,介绍光伏百叶在建筑的运用。

  (1)建筑设计

  顺德人民医院建筑群的设计是在玻璃幕墙外安装光伏百叶。此种设计决定了光伏百叶分格必须服从于玻璃幕墙的分格。而因建筑造型或使用功能的原因,玻璃幕墙的分格有多种尺寸,使得光伏百叶组件的尺寸多达15种。整个建筑群共安装光伏百叶组件1369块,总功率1013.6kW。

  经过阴影分析和计算,确定光伏百叶的最小间距为650mm,倾角为15°。如图:

  (2)结构安装

  光伏百叶的立柱必须与建筑玻璃幕墙的竖向分格缝对齐,在层间与建筑结构连接,在能满足结构安全的同时,使整个系统与建筑形成有机整体。

  光伏百叶因其结构特点,不可能使用幕墙框架结构来安装。通常玻璃百叶的安装,归纳起来通常为两种形式,一是点玻式,而是夹板式。点玻百叶安装方便、形式美观,适应绝大部分安装环境,但是价格昂贵。夹板式则需要在合适的安装环境下使用,才能达到形式美观、安装方便的效果,但其价格相比点玻式便宜不少。本项目使用了夹板安装技术,安装节点如下图。

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专家介绍

 罗多

铝门窗幕墙委员会专家组

工作单位:珠海兴业绿色建筑科技有限公司

技术职称:高级工程师

专业:幕墙结构设计

专长:各类新型幕墙结构设计、光伏建筑一体化的应用研究

原文地址:http://www.52mqw.com/info/2015-4-13/39003-1.htm
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