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加群請(qǐng)私信：“加群”轉(zhuǎn)自國(guó)家住宅工程中心，機(jī)電人脈編輯，分享供學(xué)習(xí)，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系刪除“30·60”雙碳目標(biāo)提出后，發(fā)展綠色建筑，推動(dòng)能源清潔，低碳高效安全利用將成為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和和任務(wù)目標(biāo)的重要途徑。光伏與建筑相結(jié)合是光伏應(yīng)用中最重
加群請(qǐng)私信：“加群”
轉(zhuǎn)自 國(guó)家住宅工程中心，機(jī)電人脈編輯，分享供學(xué)習(xí)，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系刪除
“30·60”雙碳目標(biāo)提出后，發(fā)展綠色建筑，推動(dòng)能源清潔，低碳高效安全利用將成為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和和任務(wù)目標(biāo)的重要途徑。光伏與建筑相結(jié)合是光伏應(yīng)用中最重要領(lǐng)域之一，綠色建筑即以光伏為代表的清潔能源建筑應(yīng)用迎來(lái)了快速的發(fā)展機(jī)遇期。結(jié)合工程實(shí)踐，對(duì)不同類(lèi)型建筑中光伏系統(tǒng)可安裝部位進(jìn)行研究，推導(dǎo)出光伏組件可安裝面積的計(jì)算方法，為光伏建筑推廣提供經(jīng)濟(jì)上的測(cè)算依據(jù)。
#1不同建筑類(lèi)型光伏組件可安裝部位
工程應(yīng)用中 , 建筑中可用于安裝光伏組件的部位主要有屋面、立面墻、幕墻、遮陽(yáng)構(gòu)件等幾個(gè)部位。除高層住宅外，其他類(lèi)型的建筑屋頂部分一般遮擋較少，除了部分設(shè)備占地外，其余空間均適宜安裝光伏系統(tǒng)。而立面安裝，對(duì)于不同類(lèi)型的建筑造型特點(diǎn)、使用功能需求等要求不同，立面中光伏系統(tǒng)安裝的優(yōu)先級(jí)也有區(qū)別。對(duì)常見(jiàn)類(lèi)型的建筑立面安裝光伏系統(tǒng)的可行性與優(yōu)先級(jí)分析如下。
住宅建筑 由于居住空間對(duì)于自然采光的要求較高，且建筑主要立面窗戶較多，實(shí)墻面小而分散，安裝光伏系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性低，不宜在立面安裝光伏組件。
大型商業(yè)建筑 建筑的采光主要靠?jī)?nèi)部照明，自然采光的重要性比住宅建筑要低一些，立面多為玻璃幕墻或大面積的實(shí)墻面，可利用這些立面資源安裝光伏組件。
辦公建筑中 主要使用空間對(duì)采光要求較高，而輔助空間采光要求不高，這部分空間對(duì)應(yīng)的墻面或幕墻可用于安裝光伏組件；此外，辦公建筑對(duì)遮陽(yáng)有一定要求，可結(jié)合遮陽(yáng)功能，設(shè)置外置光伏遮陽(yáng)構(gòu)件。
文化建筑中 建筑形體整體性較強(qiáng)，立面元素較為規(guī)整，多為大面積墻面或玻璃幕墻；而室內(nèi)采光主要靠電氣照明解決，對(duì)自然采光的要求稍低，因此可充分利用立面資源安裝光伏組件。綜上分析，不同類(lèi)型建筑適用的光伏構(gòu)件安裝部位如表 1 所示。
#2不同建筑部位的光伏系統(tǒng)安裝面積比例
坡屋面安裝
1）坡屋面安裝比例影響因素
坡屋面主要應(yīng)用于低層住宅建筑，朝向以南北向?yàn)橹鳎露仍?0°至35°之間。由于屋面北坡安裝光伏系統(tǒng)效率過(guò)于低下，不建議安裝。
2）安裝面積比例
對(duì)于雙坡屋面而言，僅南坡適合安裝，約為屋面面積的50%；對(duì)于四坡屋面而言，優(yōu)先考慮南坡，其次東、西坡也可以安裝，安裝面積約為屋面面積的70%。由于坡屋面與地面水平夾角的三角函數(shù)關(guān)系，坡度30°時(shí)，屋面面積約為水平投影面積的1.15倍，由于通常情況下屋面并不規(guī)整，高低錯(cuò)落，在進(jìn)行屋面安裝面積估算時(shí)，可按水平投影面積的60% 計(jì)算。
3）安裝面積估算
根據(jù)控制性詳細(xì)規(guī)劃的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行估算時(shí)，可直接用建筑密度指標(biāo)進(jìn)行估算，即：可安裝面積=建筑基底面積×60%= 用地面積×建筑密度×60%。
雙屋面安裝位置
四坡屋面安裝位置
平屋面安裝
1）平屋面安裝比例影響因素
光伏系統(tǒng)與平屋面同時(shí)應(yīng)用的工況主要存在于大型的商業(yè)、文化、醫(yī)院等類(lèi)型建筑中。在這些類(lèi)型的建筑中安裝光伏系統(tǒng)時(shí)，受到的因素影響主要包括以下幾方面：
屋面光伏系統(tǒng)安裝影響因素及安裝范圍示意
2）安裝面積比例
綜合考慮以上設(shè)備、樓梯間及電梯機(jī)房、女兒墻、光伏系統(tǒng)檢修通道等因素的影響，平屋面安裝光伏系統(tǒng)時(shí)，可安裝面積按屋面面積的70%考慮。根據(jù)控制性詳細(xì)規(guī)劃的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行估算時(shí)，可直接用建筑密度指標(biāo)進(jìn)行估算，即：可安裝面積=建筑基底面積×70%=用地面積×建筑密度×70%。
墻面安裝
1）建筑外立面日照面積系數(shù)
為便于項(xiàng)目前期對(duì)光伏系統(tǒng)在立面安裝規(guī)模的估算，課題組引入“建筑外立面日照面積系數(shù)”的概念，即能夠接收太陽(yáng)照射的立面全面積與建筑總建筑面積的比。在相同的建筑面積下，不同建筑形體的建筑立面面積不同，在常規(guī)大型公共建筑中，建筑進(jìn)深方向一般不會(huì)低于20m，不會(huì)大于50m，且考慮到抗震需求，長(zhǎng)寬比一般不超過(guò) 6。以標(biāo)準(zhǔn)層建筑面積2000㎡為例，相同建筑面積下，其平面形狀變形范圍為 44.7m×44.7m~20m×100m，即其平面周長(zhǎng)為179m ~240m。
相同建筑面積（2000m2 ）下不同平面形狀的邊長(zhǎng)
為避免西曬，建筑朝向絕大多數(shù)為南北向，由于北立面不適合安裝光伏系統(tǒng)，去掉標(biāo)準(zhǔn)層北側(cè)邊長(zhǎng)，則南、東、西各方向的邊長(zhǎng)之和在 130m~140m。大部分 公共建筑的建筑層高為 4m 左右，則標(biāo)準(zhǔn)層的南、東、西各立面面積之和的范圍在130×4至140×4之間，即520~560m2 。則適合安裝光伏系統(tǒng)的建筑外立面日照面積系數(shù)等于南東西各立面面積之和與總建筑面積之比，即單層各立面面積之和與標(biāo)準(zhǔn)層面積之比，即0.26~0.28，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)層面積越小，比值越趨向較大值，故宜取 0.28。
2）墻面安裝比例
公共建筑非幕墻立面安裝范圍示意
3）安裝面積估算
綜合以上影響因素，在大型商業(yè)建筑的墻面上用于建筑光伏的墻面面積約占所安裝墻面面積比例為0.5×（1-0.2）=0.4。
根據(jù)控制性詳細(xì)規(guī)劃的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行估算時(shí)，可用容積率指標(biāo)進(jìn)行估算，即：墻面可安裝面積 = 用地面積× 容積率 × 立面日照面積系數(shù)（0.28）× 安裝面積系數(shù)（0.4）。
光伏幕墻安裝
1）幕墻安裝影響因素
幕墻可廣泛應(yīng)用于各類(lèi)公共建筑中，影響光伏幕墻安裝面積的比例主要包括以下兩個(gè)：
幕墻開(kāi)啟扇示意圖
8 ② 遮擋情況 與墻面安裝情況相同，幕墻安裝同樣受外部環(huán)境遮擋和自身遮擋兩種情況的影響，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，遮擋因素造成的安裝面積損失為 20%，遮擋因子為 0.2。
2）安裝面積比例
考慮前述遮擋情況與開(kāi)啟扇比例，則單一立面的光伏組件安裝面積系數(shù)為（1-0.2）×0.8=0.64。
根據(jù)控制性詳細(xì)規(guī)劃的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行估算時(shí)，可用容積率指標(biāo)進(jìn)行估算，即：墻面可安裝面積 = 用地面積 × 容積率 × 立面日照面積系數(shù)（0.28）× 安裝面積系數(shù)（0.64）。
立面遮陽(yáng)
1）光伏遮陽(yáng)安裝規(guī)模影響因素
立面遮陽(yáng)主要應(yīng)用于商業(yè)建筑、辦公建筑、文化建筑中，起到發(fā)電作用的同時(shí)，還作為建筑立面的裝飾元素。當(dāng)作為光伏發(fā)電的載體時(shí)，立面遮陽(yáng)主要采用水平遮陽(yáng)的形式。出于建筑立面形象的需求，窗戶、幕墻及水平遮陽(yáng)板一般為通長(zhǎng)設(shè)置，較少采用獨(dú)立的窗上遮陽(yáng)形式。當(dāng)前市場(chǎng)主要光伏構(gòu)件產(chǎn)品的尺寸多在900×1600 左右，出挑寬度利用光伏組件的短邊，基本可以滿足水平遮陽(yáng)需求。水平遮陽(yáng)的安裝面積與所在立面面積的比值約為 23%。
水平光伏遮陽(yáng)安裝示意
#3各類(lèi)建筑光伏安裝面積估算
一棟建筑之中通常可以安裝多種形式的光伏系統(tǒng)，根據(jù)以上對(duì)各部位安裝面積比例的分析，總結(jié)出通用的安裝面積估算公式，不同類(lèi)型的建筑可根據(jù)自身的特點(diǎn)從中擇取相應(yīng)的安裝部位進(jìn)行估算。公式如下：
其中：
η屋面 為屋面安裝比例系數(shù)，坡屋面時(shí)為 0.6，平屋面時(shí)為 0.7；
S屋面 為屋面面積，其值等于用地面積 × 建筑密度；
μi為分項(xiàng)系數(shù)，表示該種安裝方式的墻面占南、東、西墻面總面積的比例，各項(xiàng)分項(xiàng)系數(shù)總和不大于 1；
η幕墻 為幕墻安裝比例系數(shù)，一般取 0.64；
S幕墻 為幕墻安裝立面面積，其值等于總建筑面積×立面日照表面系數(shù)，其中，總建筑面積 = 用地面積×容積率，立面日照表面系數(shù)取 0.28；
η遮陽(yáng) 為遮陽(yáng)板安裝面積比例系數(shù)，一般取 0.18；
S遮陽(yáng) 為遮陽(yáng)安裝立面面積，其值等于總建筑面積×立面日照表面系數(shù)，其中，總建筑面積 = 用地面積×容積率，立面日照表面系數(shù)取 0.28；
η墻面 為墻面安裝面積比例系數(shù)，一般取 0.4；
S墻面 為安裝墻面面積，其值等于總建筑面積×立面日照表面系數(shù)，其中，總建筑面積 = 用地面積×容積率，立面日照表面系數(shù)取 0.28。
住宅建筑
住宅建筑中，建筑光伏系統(tǒng)主要安裝在坡屋面，故光伏系統(tǒng)面積估算為：S=η屋面 S 屋面 =0.6 S 用地 K
其中：
K 表示控制性詳細(xì)規(guī)劃中用地的建筑密度；
商業(yè)建筑
大型商業(yè)建筑中，建筑立面形式多為干掛鋁板、干掛石材、玻璃幕墻等形式，多數(shù)設(shè)置中庭采光，屋面多為平屋面，建筑光伏系統(tǒng)的安裝方式主要有平屋面安裝、光伏采光頂、光伏幕墻、光伏遮陽(yáng)等形式。則商業(yè)建筑光伏系統(tǒng)安裝面積估算為：
其中:
K 表示控制性詳細(xì)規(guī)劃中用地的建筑密度；
V 表示控制性詳細(xì)規(guī)劃中用地的容積率；
β 表示建筑日照立面面積系數(shù)，取 0.28；
μi 表示該種安裝方式的墻面占南、東、西墻面總面積的比例
辦公建筑
辦公建筑中，屋面多為平屋面，由于采光要求，一般不采用幕墻安裝，建筑光伏系統(tǒng)的安裝方式主要有平屋面安裝、光伏墻面、光伏遮陽(yáng)等形式。則辦公建筑光伏系統(tǒng)安裝面積估算為：
其中:
K 表示控制性詳細(xì)規(guī)劃中用地的建筑密度；
V 表示控制性詳細(xì)規(guī)劃中用地的容積率；
β 表示建筑日照立面面積系數(shù)，取 0.28；
μi 表示該種安裝方式的墻面占南、東、西墻面總面積的比例
文化建筑
文化建筑中，建筑光伏系統(tǒng)主要安裝在平屋面、幕墻與遮陽(yáng)板，該類(lèi)型建筑光伏系統(tǒng)面積估算為：
其中:
K 表示控制性詳細(xì)規(guī)劃中用地的建筑密度；
V 表示控制性詳細(xì)規(guī)劃中用地的容積率；
β 表示建筑日照立面面積系數(shù)，取 0.28；
μi 表示該種安裝方式的墻面占南、東、西墻面總面積的比例
劉陽(yáng)遠(yuǎn)