隨著我國城市化水平和人們對生活質(zhì)量要求的不斷提高，建筑能耗在未來總能耗中所占比例將繼續(xù)增加。在我國建筑能耗占社會總能耗的30%以上，而其中由于門窗引起的建筑能耗占建筑總負荷的60%以上，因此門窗不僅是建筑行業(yè)的重要組成部分，也是貫徹國家建筑節(jié)能政策的攻關(guān)重點?，F(xiàn)如今在建筑美化方面玻璃幕墻更是使用頻繁，加大了建筑能耗損失。
為實現(xiàn)建筑美化與節(jié)能一體化，筆者提出一種通風型太陽能光伏雙層玻璃幕墻，將太陽能光伏產(chǎn)業(yè)與雙層玻璃幕墻結(jié)合，利用通風換熱、調(diào)節(jié)氣流組織達到節(jié)能的效果。
隨著我國城市化水平和人們對生活質(zhì)量要求的不斷提高，建筑能耗在未來總能耗中所占比例將繼續(xù)增加。在我國建筑能耗占社會總能耗的30%以上，而其中由于門窗引起的建筑能耗占建筑總負荷的60%以上，因此門窗不僅是建筑行業(yè)的重要組成部分，也是貫徹國家建筑節(jié)能政策的攻關(guān)重點?，F(xiàn)如今在建筑美化方面玻璃幕墻更是使用頻繁，加大了建筑能耗損失。
為實現(xiàn)建筑美化與節(jié)能一體化，筆者提出一種通風型太陽能光伏雙層玻璃幕墻，將太陽能光伏產(chǎn)業(yè)與雙層玻璃幕墻結(jié)合，利用通風換熱、調(diào)節(jié)氣流組織達到節(jié)能的效果。
根據(jù)國際權(quán)威機構(gòu)的預(yù)測，到21世紀50年代，全球直接利用太陽能的比例將會發(fā)展到世界能源結(jié)構(gòu)中13%～15%，成為未來的主要能源之一。太陽能作為一種清潔、高效和永不衰竭的新能源，為充分利用投射于建筑圍護結(jié)構(gòu)上的太陽能資源，將太陽能光伏與玻璃幕墻相結(jié)合的太陽能光伏幕墻的概念也已提出，并在歐美地區(qū)已有不少的應(yīng)用工程項目，尤其是在德國。國內(nèi)如北京的部分奧運場館，深圳、上海等某些示范建筑也采用了太陽能光伏幕墻設(shè)計。
光伏幕墻可原地發(fā)電、原地使用，杜絕了由一般化石燃料發(fā)電所帶來的嚴重空氣污染。它集合了光伏發(fā)電技術(shù)和幕墻技術(shù)，因此太陽能光伏系統(tǒng)與建筑的結(jié)合成為了住宅建筑中的一個最新亮點，代表了建筑光伏一體化技術(shù)的最新發(fā)展方向
01
國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
國際上對于雙層玻璃幕墻的性能研究已有不少報道，德國的Till Pasquay等對德國三幢雙層玻璃幕墻建筑的結(jié)構(gòu)進行了介紹，比利時的Andre De Herd等通過TAS軟件主要研究了風向?qū)﹄p層玻璃幕墻傳熱和通風性能的影響；Ikbal Centier等人用TAS和CFD軟件對單層玻璃幕墻和雙層玻璃幕墻的能耗、熱舒適性和水汽凝結(jié)情況進行了對比研究；瑞士的Henrich Manz通過CFD模擬和模型實驗測試了自然通風條件下雙層玻璃幕墻系統(tǒng)的傳熱問題；但是將太陽能光伏電池與雙層玻璃幕墻結(jié)合起來研究的并不多見，有加拿大的Andreas K.Athienitis和Remi Charron對單層單元式雙層玻璃幕墻與太陽電池一體化結(jié)構(gòu)的性能進行了一些理論研究和分析。
中國科學技術(shù)大學的裴剛等結(jié)合實驗研究了單層光伏窗、雙層光伏窗和通風雙層光伏窗3種結(jié)構(gòu)的光伏窗對建筑得熱、建筑采光和光電轉(zhuǎn)換的不同影響。
中國科學技術(shù)大學的何偉等提出了空冷型雙層光伏窗的概念，在合肥地區(qū)以辦公建筑為研究對象對其進行了性能研究，并與普通光伏窗和中空型雙層光伏窗進行了對比分析。
中國科學技術(shù)大學的張永煦加工了可逆空冷型雙層光伏窗，并在夏季氣候條件下進行了空冷型雙層光伏窗和單層光伏窗的性能對比實驗。
香港城市大學的周天泰對非晶硅透光性光伏玻璃在香港某辦公樓外窗中的應(yīng)用進行了實驗和模擬研究。
已有的研究表明，雙層玻璃幕墻的性能受到很多因素的影響，如周邊環(huán)境參數(shù)，幕墻的物理尺寸大小，幕墻各個組成部分的熱物理性質(zhì)、光學參數(shù)、空氣動力學參數(shù)等，而已有的研究主要針對較透明的幕墻結(jié)構(gòu)，基本上沒有考慮玻璃幕墻高吸收率的影響，而光伏電池的存在，使通風型太陽能光伏雙層玻璃幕墻的透過率、吸收率等光學特性完全不同于傳統(tǒng)的雙層玻璃幕墻，光伏幕墻的存在形成了對空氣腔體的兩側(cè)非對稱加熱，強化了雙層玻璃幕墻空氣空腔的熱效應(yīng)，空氣腔體流道內(nèi)空氣壓力場、速度場和溫度場的分布將隨著太陽輻射強度、光伏電池覆蓋率等參數(shù)發(fā)生變化，已有的研究并不能給與通風型太陽能光伏雙層玻璃幕墻性能分析提供足夠的信息。
02
通風型光伏雙層玻璃幕墻原理
太陽能光伏幕墻雖然能夠利用投射到窗面上的太陽輻射，減少太陽輻射直接進入室內(nèi)，但商業(yè)光伏幕墻的成本較高，轉(zhuǎn)換效率只有10%～15%左右，在夏季，剩下的近80%的太陽輻射被轉(zhuǎn)化為熱量使光伏電池的溫度升高，從而降低光伏電池效率的同時，剩余30%以上的熱量以對流換熱和長波輻射的形式進入室內(nèi)，增加室內(nèi)熱負荷。另外由于太陽能光伏幕墻溫度的升高導致近幕墻位置的熱舒適度大大降低，而在冬季，玻璃幕墻較大的傳熱系數(shù)又增加了建筑的熱負荷，從而加大了建筑的運行成本和能耗水平。
為降低太陽能光伏玻璃幕墻增加的室內(nèi)負荷，提高能源綜合利用效率，降低太陽能光伏玻璃幕墻使用成本，提出設(shè)計了通風型太陽能光伏雙層玻璃幕墻結(jié)構(gòu)，光伏電池吸收太陽輻射時將產(chǎn)生大量余熱，強化了雙層玻璃幕墻空氣空腔的熱效應(yīng)，根據(jù)需
