【开卷有益】建筑光伏幕墙系统热电产能影响特性与耦合计算模型实验研究

文摘 2023-08-22 17:13 北京

Experimental study on thermoelectric effect pattern analysis and novel thermoelectric coupling model of BIPV facade system 
Yijun Fu, Wei Xu*, Zhichao Wang, Shicong Zhang, Xi Chen, Xinyu Zhang

研究背景：可再生能源产能是实现建筑零碳运行的重要技术措施，建筑光伏一体化（BIPV）技术逐渐成为建筑零碳能源系统中必不可少的环节，尤其对于以高层建筑集中的城市地区，光伏幕墙技术是高层建筑实现零碳目标的一种重要技术手段。在实际工程应用中，发电量与产热量是光伏幕墙系统实际运行过程中两种最直接的产能形式，两者间相互影响，同时改变了原有建筑的负荷与能耗需求。既有研究仅以BIPV系统发电为重点，系统热电产能间互相影响作用机理与特性尚不明确。

研究概况：中国建筑科学研究院傅伊珺等人针对光伏幕墙系统实际运行工况下系统热电特性及耦合影响规律进行实验研究，首先分析了光伏幕墙系统主要热电产能形式，确定了系统热电耦合特性实验测试方法与系统主要产热与发电性能指标；随后基于室外建筑光伏幕墙系统测试实验台，长期监测实际运行工况下系统热电性能参数；分析了热电性能指标在实际运行工况下的变化特性；确定了系统热电产能耦合影响规律和光伏幕墙系统热电耦合因数。通过数据分析确定了各因数间的数学关联，最后基于此数学关联，采用长期实测数据建立并验证了新型光伏幕墙系统热电耦合计算模型，科学地量化了光伏幕墙系统实际运行工况下系统热电耦合影响规律，并有效提升了系统热电性能预测精度。

   文章刊登于Renewable energy期刊，影响因子8.7

研究成果：（1）空气流道由100mm增大至400mm，日总太阳辐射量相同且空气流道内部烟囱效应存在时，系统产热量与平均产热效率分别提高53.22%和12.27%，系统发电量与平均发电效率分别降低46.15%和3.07%。（2）空气流道由100mm增大至400mm，日总太阳辐射量相同且空气流道内部烟囱效应存在时，系统产热量相较于发电量在总产能两中占比提升约15%。（3）系统热电耦合因数包括光伏幕墙背板温度、空气流道平均温度、空气流道内部平均流速、室外环境温度和室外太阳辐射量，各因数间存在潜在数学关联。（4）基于长期实测热电耦合因数数据建立光伏幕墙系统实际运行工况下热电耦合计算模型，量化系统热电耦合影响规律，与实测值最大误差不超过6.21%，有效提升了系统热电性能预测精度。

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