光伏建筑的整体造型和细部设计.pdf

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1、特集SPECIALCOLLECTION绿色建筑·绿色建筑设计研究光伏建筑的整体造型和细部设计徐燊李保峰摘要/从光伏材料的特性出发，提出光伏构件集成到光伏建筑(BuildingIntegratedPhotovoltaic)是把太阳能电池建筑形体的多种设计方式，涉及整体造型和细部设计材料集成于建筑的屋面和墙面等围护结构的节能建筑，关键点两个层面。这些方法可为建筑师在光伏建筑的创作中是中间的单词Integrated，指集成、融合。它有3层涵义：其一，提供易操作的参照。使用了光伏材料的建筑变成了一座电站，为获到更多的电能，关键词/光伏建筑整体造型细部设

2、计基于光伏材料的特性，设计中需要考虑光伏构件在建筑上的布ABSTRACT/Startingfromthespecificpropertyofpho-置方式；其二，光伏材料的使用要以满足建筑使用功能为前提，tovoltaicmaterials,thispaperproposesmanymethodstointegratephotovoltaicstructuralmembersinto以符合其工程特性的造型展现新颖的建筑美学，以其特有的光building.Thesemethodscouldbeapplicablereferences泽、颜色和纹理

3、成为建筑创作的亮点；其三，光伏技术的使用forarchitectsinphotovoltaicbuilding’sholisticshapecreationanddetaildesign.要和自然采光、通风相互协调，集成了光伏材料的建筑围护结KEYWORDS/buildingintegratedphotovoltaic(BIPV),构要具有良好的热工性能，使建筑整体节能效果最优，满足防holisticshape,detaildesign水要求。光伏材料在太阳辐射下会产生“光伏效应”(PhotovoltaicEffect)，只有某些半导体材料才可

4、能具有此特性，如：单晶体硅、多晶体硅、非晶体硅、GaAs、GaAlAs、InP、CdS、CdTe等。目前有些材料尚处于研发阶段，而市场上批量生产用于建筑中的光伏材料主要是单晶体硅、多晶体硅、非晶体硅。单晶体硅和双晶体硅光伏材料的光电转化率较高，但造价高、受太阳直接辐射影响大、表面温度升高导致光电转化率下降显著；而非晶体硅光伏材料的特点恰好相反，光电转化率较低，造价也较低，光电转化率受太阳辐射入射角和表面温度的影响均较小。光伏材料发电是依赖于太阳辐射，因而集成于建筑上的光伏材料实际发电效率除与光伏材料自身的特性相关外，还与建筑所在地的地理纬度和气

5、候条件、光伏模块的布置方式和位置(方位角和倾斜角)、以及周边场地(遮挡情况)等因素相关。1光伏建筑的整体造型通常在建筑概念设计或者初步设计阶段基本确定了建筑整体造型，也大体上决定了光伏构件的布置方式，从而影响其发电的效果。因而此设计阶段，建筑师在考虑建筑功能和建筑规模的同时，也要考虑挖掘太阳能利用的潜力，从而确定有利于光伏构件布置的建筑造型。1.1竖直面(或者水平面)大多数建筑的形体还是方方正正，因而竖直的墙面和水平的平屋顶，只要朝向合适，都可以布置光伏构件。但最终何种国家自然科学基金资助项目(50978110)国家留学基金资助项目(20081

6、09599)布置方式更佳，要考虑当地的地理纬度和究竟有多大面积的墙作者单位：华中科技大学建筑与城市规划学院(武汉，430074)面或者屋面。考虑到太阳高度角的因素，高纬度地区(50°以收稿日期：2009-11-09建筑学报2010.1ARCHITECTURALJOURNAL60上)，竖直面接收太阳直接辐射较多，而低纬度地区(50°以顶是天然的倾斜面；对于公共建筑，可考虑协调建筑功能，在下)，水平面接收的太阳直接辐射较多。造型上设计出南向倾斜面(图2-1)。对于高层建筑(图1-1)，竖直墙面的面积较多而屋顶面面工程实例：位于英国桑德兰(北纬54°

7、54’，东经1°23’，海积有限，南向墙面可布置光伏材料。高纬度地区的高层建筑，光拔30m)的多克斯福德国际办公楼(DoxfordInternational,伏墙面更适合采用单晶硅或者多晶硅光伏材料，这是出于晶体Sunderland,UK,图2)。在南向入口大厅，幕墙与地面呈60°硅的光电转化率较高的特性来考虑。而低纬度地区的高层建筑，的倾斜角，幕墙中集成了多晶体硅的光伏材料。倾斜的墙体后墙面更适合选用非晶体硅光伏材料。低纬度地区建筑的南向墙是通高的共享大厅，同时大厅也成为热缓冲空间，冬季被动式面在夏季获得太阳直接辐射明显少于水平屋面和东西墙面

8、，在利用太阳能采暖，夏季利用自然通风降温。设计中还考虑了调室外较高的气温情况下，非晶体硅材料的光电转化率随表面温节光伏电池的间距和光伏材料的不透明度，