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现代建筑立面上光伏发电幕墙的应用

发表时间：2021/4/26 来源：《基层建设》2020年第33期作者：李慧影

[导读] 摘要：在一个完整的建筑工程中，质量和美观必须同时存在，甚至具有同样地位的重要性。

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        摘要：在一个完整的建筑工程中，质量和美观必须同时存在，甚至具有同样地位的重要性。尤其在一些大城市中，建筑的外观水平一定程度上展示了城市的经济状况和精神风貌，在一些大厦的玻璃幕墙设计中，人们能够增强视觉上的美感，一定程度上影响人们生活和工作的情绪。但是，不可否认的是，就我国目前的发展状况而言，幕墙工程的设计规划和施工操作还存在不同程度的问题，日益复杂的造型要求，逐渐提升的质量难度以及受力标准。也正是基于此，设计更为美观的玻璃幕墙、选用更为环保和安全的材料、保证幕墙施工质量、把控各个环节内的规范操作成为建筑行业的新挑战。
        关键词：现代建筑立面；太阳能光伏；发电幕墙；应用；
        引言
        光伏建筑一体化（Building-IntegratedPhotovoltaics，BIPV）的概念于1991年被正式提出，明确指出光伏组件不仅具备发电功能，还是建筑物的一部分，如建筑的瓦、幕墙、采光顶等。光伏建筑一体化主要有两种方式，一是普通光伏构件，即光伏组件与建筑结合，光伏组件依附于建筑物上，建筑物主要作为光伏组件载体；二是建材型光伏构件，即光伏组件与建筑集成，可代替部分建筑材料使用。目前，在BIPV项目中，光伏幕墙构件的应用最为广泛.
        1幕墙对于现代建筑的重要作用
        幕墙的出现给传统建筑行业带来了新的动力，用幕墙取代了传统的钢筋混凝土墙，幕墙一方面可以改善建筑的美观，另一方面也可以减轻项目本身的负担，从而使设计者能够创造更大的空间特别是，就公共设施而言，公共建筑是为全体人民设计的，而传统的办公和住房建筑往往十分普遍，使用幕墙可以大大提高建筑物的艺术美感，并为进出建筑物的人带来精神上的乐趣。此外，一些公共设施由于其规模和基本功能，是城市纪念碑，如果使用幕墙建造，其外观将加强与周围建筑的区别，使公共项目能够为自己的功能增加艺术层面，成为新的旅游纪念碑和非旅游纪念碑
        2光伏发电幕墙技术难点与原理
        现存墙体结构以及太阳能光伏集热器的安装方式不能很好地进行结合，从而造成现有的墙体无法满足太阳能便捷安装的需要；另外，在现存墙体与太阳能进行安装后通常会因太阳能热水器受到较大风力时产生晃动、存在安全隐患。显然，现有的传统太阳能光伏集热器与外墙无法有效地满足人们的需求，而发展一种使用广泛、绿色环保、节能省工、设计先进合理的太阳能光伏集热器一体化装配式外墙将成为一种趋势。装配式建筑的所用构件由于在自动化工程车间生产，其拥有更完善的抗冲击性，与此同时，在现场施工安装期间使得工人更易操作，从而可得到更为广泛地推广。
        3光伏发电幕墙在当代建筑立面设计中的应用
        3.1垂直光伏幕墙
        如果该条文与结构支撑分开，则为非结构支撑。此布置不受结构支撑的影响，并且可以使用独立的外表面积和灵活的设计根据不同的外表面积来构建墙-光伏幕墙。与此同时，生产可以标准化，并适用于商业综合体、图书馆和展览馆等建筑物的立面。建筑立面还可以设计为一面墙-可呼吸的绿色玻璃幕墙，具体取决于当地温度，在温度较高时使用墙的扫描效果-双层玻璃幕墙，以减少进入建筑的太阳辐射能量墙的温室效应-光伏幕墙在较低的温度下用于改善建筑的隔热性能和减少热能消耗。
        3.2智能型幕墙的使用
        智能型幕墙由于其高度的灵活性以及强大的拓展功能，在公共设施项目中的使用量也呈现逐年上升趋势，因此对于智能幕墙的节能工作也要给予重视。从总体上来说，比较常见的智能幕墙有双层呼吸式幕墙以及光伏幕墙两种。首先来说双层呼吸幕墙，这种幕墙由内外两层玻璃构成，玻璃之间设置有热通道，借助于专业的幕墙通风开关在空气可以在幕墙中流通，就如同人类呼吸一样，能够将阳光照射时产生的热量带走。

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此外在幕墙的底部还设计了进风口，顶部设有排风装置，通过这两个装置让幕墙能够抽取室内的废气，让室内空气保持新鲜。再来说光伏幕墙，光伏幕墙的结构是在双层玻璃中间加入太阳能转换装置，将太阳能转化为电能，供建筑物使用。在进行光伏幕墙设计的时候，要充分利用幕墙中的空腔，将太阳能装置所需要的线路进行隐藏处理，避免影响外观。在使用光伏幕墙之后，一方面可以节省传统施工材料的使用量，对于控制成本有着很大的帮助，另一方面这种幕墙并不是反射或者过滤太阳光，而是直接利用太阳光，在降低了屋顶以及墙面温度的同时也为建筑提供了源源不断的能源，提高了太阳能这种清洁能源在供电系统中的比例。
        3.3铜铟镓硒光伏幕墙的实施
        结合幕墙施工要求，竖向龙骨通过预制埋件稳固在墙体上，起到空间分隔和承重的作用，横向龙骨通过连接件与竖向龙骨连接。光伏组件的尺寸和排布图决定了组件的安装间隔。CIGS光伏组件通过铝合金扣条压接在龙骨上，调整位置后，扣条与龙骨间涂结构胶固定。根据幕墙安装技术要求，CIGS光伏组件采用定制的合金型材边框，边框与组件之间胶粘连接固定成型。光伏幕墙与其他部位建筑材料的接口处，考虑到组件的电气发热特性，应采用防火材料封堵，形成防火隔离，本应用案例是在厚硅酸钙板中间夹防火岩棉。结合光伏幕墙与建筑墙体之间的空气腔，光伏组件的通风散热采用自然通风+机械通风方式，空气腔的下部设置了通风百叶，机械通风根据组件背面的温度阈值进行开启判断。光伏组件阵列安装在有光照的建筑屋顶和墙面，直接吸收太阳能，夏天避免了屋顶、墙面因阳光直射造成的温度过高，起到降低空调负荷、改善室内环境的作用。
        3.4倾斜式光伏幕墙
        建筑外表面立面采用倾斜处理是当代建筑常用的方法。倾斜建筑体不仅造型独特、视觉冲击力强，又增加了光伏受光面增大发电量。对于当代建筑比如商业综合体建筑、博物馆和展览馆等，在满足相关功能前提下，如果将南立面倾斜设计，这样光伏组件就形成了倾斜式光伏幕墙，这样就实现建筑的能源供应。
        4光伏建筑设计的推广
        建筑光伏的应用对于组件产品规格的多样化提出了新要求，一方面，建筑设计对于光伏组件的色彩、透光度、耐热、抗酸碱、安全等要求进一步多样化，对产品的适用性要求也有提高；另一方面，光伏组件在建筑中的应用场景要不断扩展，深入研究光伏组件与建筑设计结合的情况，使光伏建筑从展示性向实用性过渡；再就是目前光伏幕墙的设计实施参照现有建筑电气、幕墙玻璃及光伏组件等标准，光伏组件建材适应性的规范和标准也有待深化.
        结束语
        光伏幕墙替代传统幕墙和砌体维护墙体，既满足建筑外立面的封闭、美化及实用功能，又可为建筑提供清洁能源。通过将光伏组件与建筑立面的不同方式的组合，使光伏发电幕墙成为建筑的有机组成部分，达到能源与建筑的完美结合。因此光伏发电幕墙在当代建筑立面的应用研究和推广中，我们首先应该由常规的设计思想向绿色、智慧建筑的方向转变。其次，应根据当代建筑立面实际情况，开发适应当代建筑立面光伏幕墙的构造技术，使建筑本身成为一个能源的提供者而不是纯粹的消耗者。光伏发电幕墙在当代建筑立面上的应用是当代绿色、智慧建筑的发展方向。
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        [3]牟方堃.浅谈太阳能光伏发电与建筑一体化的应用[J].现代建筑电气，2020，11（01）：54-58.
        [4]张要锋，廖慧娟.光伏幕墙设计影响因素的探究[J].门窗，2019（22）：2.
        [5]朱旺.光伏幕墙在光伏建筑一体化中的应用与发展[J].建筑施工，2019，41（09）：1728-1729.