劉婷婷 苗家齊

摘 要 夏熱冬冷地區(qū)，建筑外窗通過(guò)結(jié)合太陽(yáng)能光伏光熱一體化系統(tǒng)，將太陽(yáng)能資源轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)起來(lái)，減少太陽(yáng)輻射通過(guò)外窗進(jìn)入建筑的熱能，降低了建筑的能耗。其所存儲(chǔ)的電能用于通電玻璃所需的耗能，一方面改善太陽(yáng)輻射的不穩(wěn)定性對(duì)室內(nèi)采光的影響，另一方面起到了遮擋視線的作用。

關(guān)鍵詞 太陽(yáng)能;節(jié)能窗;光伏光熱;夏熱冬冷地區(qū)

在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，外窗是建筑物內(nèi)部與外部環(huán)境熱量交換最頻繁的部位，時(shí)刻影響著室內(nèi)熱舒適度和建筑節(jié)能。門窗占據(jù)建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積的一部分，門窗能耗約占建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)總能耗的二分之一，外窗通過(guò)太陽(yáng)輻射使室內(nèi)獲得熱量而成為得熱構(gòu)件[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在采暖或空調(diào)建筑中，冬季單層玻璃窗的熱能損耗約占供熱負(fù)荷30%～50%，夏季因太陽(yáng)輻射熱透過(guò)單層玻璃窗射入室內(nèi)而損耗的冷能約占空調(diào)負(fù)荷的20%～30%[2]。因此，提高外窗整體性能，將太陽(yáng)能與建筑外窗有機(jī)結(jié)合，既充分利用太陽(yáng)能，又減少由外窗引起的建筑能耗。

1我國(guó)太陽(yáng)能資源的分布和應(yīng)用

由表1可知，夏熱冬冷地區(qū)大部分城市在我國(guó)太陽(yáng)能資源一般的地區(qū)，需要采取有效的技術(shù)手段和設(shè)計(jì)方法來(lái)提高太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換效率，增加電能的轉(zhuǎn)化，增加可再生能源的供應(yīng)，減少不可再生能源的損耗。

太陽(yáng)能的應(yīng)用分為主動(dòng)式應(yīng)用和被動(dòng)式應(yīng)用。被動(dòng)式應(yīng)用可以充分利用其自身與周邊環(huán)境的關(guān)系提供供暖、制冷和照明，從而減少電器設(shè)備的使用，降低能耗。主動(dòng)式應(yīng)用則需要通過(guò)科學(xué)的技術(shù)手段來(lái)收集和存儲(chǔ)太陽(yáng)能，從而將其轉(zhuǎn)化為光能或電能。

夏熱冬冷地區(qū)建筑能耗主要產(chǎn)生于電器的夏季降溫、冬季采暖以及過(guò)渡季節(jié)除濕三方面。中國(guó)的5個(gè)建筑熱工分區(qū)內(nèi)，唯一對(duì)采暖與空調(diào)均有較長(zhǎng)時(shí)間要求的地區(qū)是夏熱冬冷地區(qū)[3]。因此，結(jié)合夏熱冬冷地區(qū)的氣候特點(diǎn)，促進(jìn)太陽(yáng)能與建筑外窗的結(jié)合應(yīng)用，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2建筑外窗

2.1 太陽(yáng)輻射得熱

通常情況下（入射角<60°），太陽(yáng)光照射到外窗玻璃上，一部分被反射，一部分被吸收，一部分進(jìn)入室內(nèi)，未被反射的太陽(yáng)輻射熱能使得窗戶升溫和室內(nèi)溫度升高。因此，玻璃的反射率越高，通過(guò)率和吸收率越低，太陽(yáng)輻射得熱量就越少，室內(nèi)熱環(huán)境的舒適度就更加適宜[4]。

2.2 不同種類玻璃的熱工性能

玻璃的傳熱系數(shù)越大，保溫隔熱能力就越差，通過(guò)玻璃的能量損失就會(huì)越多，以及窗的遮陽(yáng)系數(shù)越低，遮陽(yáng)性能就越好。因此，在選擇玻璃時(shí)應(yīng)該選擇。傳熱系數(shù)和遮陽(yáng)系數(shù)都較低的玻璃，保證室內(nèi)熱環(huán)境的穩(wěn)定性。

2.3 影響因素

夏熱冬冷地區(qū)，要想實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能需要做到減小外窗傳熱系數(shù)、減小外窗太陽(yáng)得熱系數(shù)，且減小太陽(yáng)得熱系數(shù)節(jié)能效果更加明顯，即夏熱冬冷地區(qū)建筑外窗節(jié)能應(yīng)該以隔熱為主。通過(guò)外窗產(chǎn)生的冷熱負(fù)荷與窗墻比成正比，建筑能耗會(huì)受到外窗熱工性能參數(shù)變化的影響[5]。

3太陽(yáng)能光伏光熱一體化系統(tǒng)

電池表面溫度的升高會(huì)降低太陽(yáng)能光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率。太陽(yáng)能光伏光熱一體化系統(tǒng)是指在光伏電池正常工作時(shí)利用水冷或風(fēng)冷的方式將電池工作產(chǎn)生的熱量帶走，一方面降低電池表面溫度提高電池工作時(shí)光電轉(zhuǎn)換效率，另一方面對(duì)被帶走的熱量加以利用得到額外的收益，達(dá)到光電熱的高效利用。將太陽(yáng)能光伏光熱一體化系統(tǒng)與建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)窗戶相結(jié)合，既可以改變通過(guò)窗戶進(jìn)入室內(nèi)的熱量，又可以利用太陽(yáng)能電池發(fā)電，減少能耗節(jié)約能源[6]。

3.1 運(yùn)行原理

太陽(yáng)光照射到光伏電池板上，一部分太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)于蓄電池中，用于通電玻璃調(diào)光膜的使用，剩余被光伏電池板吸收的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成熱能導(dǎo)致其表面溫度上升，通過(guò)自然通風(fēng)散熱降低電池板表面的溫度，提高電池發(fā)電效率，增加電池板發(fā)電量，提高整體的綜合效率。

3.2 太陽(yáng)能電池

光伏裝置是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，太陽(yáng)能電池的電能儲(chǔ)蓄與使用關(guān)系著整體的運(yùn)行狀況。太陽(yáng)能電池根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)不同，可以分為單晶硅電池、多晶硅電池、薄膜太陽(yáng)能電池和敏感涂層太陽(yáng)能電池四種。單晶硅電池制作復(fù)雜但發(fā)電效率高，發(fā)電率為15%。多晶硅電池造價(jià)相對(duì)較低，但發(fā)電率也低，僅為12%。薄膜電池發(fā)電率低于晶體硅電池，早期僅為6%，目前略有提升。敏感涂層太陽(yáng)能不支持長(zhǎng)時(shí)間發(fā)電，不能用于長(zhǎng)期供電的裝置[3]。

太陽(yáng)能輻射并不穩(wěn)定，會(huì)隨著季節(jié)、天氣、時(shí)間的變化而變化，無(wú)法提供連續(xù)穩(wěn)定的供能。蓄電池把剩余能量存儲(chǔ)起來(lái)，使得在太陽(yáng)能微弱的天氣里，可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高電能質(zhì)量與可靠性。

3.3 新增價(jià)值

太陽(yáng)能光伏光熱系統(tǒng)將充分利用太陽(yáng)能的輻射熱和電池工作產(chǎn)生的熱量，通過(guò)水冷技術(shù)帶走熱量，一方面降低電池表面溫度，提高太陽(yáng)能光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率，另一方面對(duì)熱量加以利用，將熱量用于提高水溫，提供建筑室內(nèi)的熱水供應(yīng)。

4通電玻璃調(diào)光膜

通電玻璃將液晶調(diào)光膜牢固黏結(jié)在兩片普通浮法玻璃之間利用了液晶的電致透射、散射現(xiàn)象，使得調(diào)光玻璃在通電狀態(tài)下為透明玻璃狀，斷電狀態(tài)下則透光而不透明，呈霧化狀。在外窗上結(jié)合應(yīng)用這種技術(shù)，進(jìn)一步控制整體系統(tǒng)通過(guò)感應(yīng)光照的強(qiáng)弱來(lái)影響電能轉(zhuǎn)化的多少，進(jìn)而調(diào)節(jié)通電玻璃調(diào)光膜霧化程度的大小，進(jìn)而起到改變進(jìn)入室內(nèi)的光照強(qiáng)弱，改善室內(nèi)光環(huán)境的舒適度，也起到了窗簾遮擋視線的作用，簡(jiǎn)化窗簾的安裝使用。

5節(jié)能環(huán)保

近年來(lái)，國(guó)家越來(lái)越重視節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電將成為未來(lái)世界能源供應(yīng)的主體?？稍偕茉丛诳偰茉唇Y(jié)構(gòu)的比重將不斷提升，太陽(yáng)能光伏發(fā)電在世界總電力供應(yīng)的所占比重也將逐年攀升，太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)將有良好的發(fā)展前景和能源領(lǐng)域重要的戰(zhàn)略地位。太陽(yáng)能的應(yīng)用前景非常廣闊，而將太陽(yáng)能與建筑外窗結(jié)合應(yīng)用必將成為未來(lái)建筑節(jié)能首要重視的方面。建筑外窗為太陽(yáng)能光伏光熱系統(tǒng)提供足夠的豎向面積，節(jié)約土地、節(jié)省構(gòu)架，優(yōu)化太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化電能的方式，與建筑形成一體化。未來(lái)太陽(yáng)能會(huì)有更多的更好的發(fā)展前景，隨著太陽(yáng)能與建筑外窗一體化研究的不斷深入，將提供更完善的節(jié)能方式，最終實(shí)現(xiàn)建筑零能耗、零排放，為全世界節(jié)約資源和環(huán)境保護(hù)做出貢獻(xiàn)。

6結(jié)束語(yǔ)

夏熱冬冷地區(qū)，在一定條件下，建筑外窗通過(guò)結(jié)合太陽(yáng)能光伏光熱一體化系統(tǒng)，能夠合理利用太陽(yáng)能降低建筑能耗，提高可再生能源的利用率，降低不可再生能源的損耗。首先通過(guò)太陽(yáng)能光伏光熱系統(tǒng)將太陽(yáng)能資源轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)起來(lái)，減少太陽(yáng)輻射通過(guò)外窗進(jìn)入建筑的熱能，降低了建筑的能耗。然后將存儲(chǔ)的電能用于通電玻璃調(diào)光膜所需的耗能，一方面改善太陽(yáng)光的不穩(wěn)定性對(duì)室內(nèi)采光的影響，另一方面起到了遮擋視線的作用，“解放”窗簾。最后，整個(gè)系統(tǒng)形成一個(gè)有機(jī)整體，提高了太陽(yáng)能的利用率，減少了由外窗引起的建筑能耗，起到了遮陽(yáng)、隔熱、遮視線的作用，將各功能進(jìn)行了整合處理，提升系統(tǒng)的整體性能，減少不必要的損耗。

參考文獻(xiàn)

[1] 付祥昭.夏熱冬冷地區(qū)建筑節(jié)能技術(shù)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002：203.

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[3] 趙志青.夏熱冬冷地區(qū)建筑外立面光伏系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)研究[D].南昌：南昌大學(xué)，2014.

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[6] 孫愛(ài)洲.窗式太陽(yáng)能PV-T系統(tǒng)性能研究及優(yōu)化[D].南京：南京理工大，2013.

作者簡(jiǎn)介

劉婷婷（1996-），女，浙江溫州人;就讀院校：溫州大學(xué)，專業(yè)：建筑學(xué)，學(xué)歷：本科在讀。

苗家齊（1997-），男，內(nèi)蒙古赤峰市人;就讀院校：溫州大學(xué)，專業(yè)：建筑學(xué)，學(xué)歷：本科在讀。