光伏發(fā)電與智能遮陽技術(shù)相結(jié)合讓建筑更節(jié)能

:蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員開發(fā)的太陽能外墻將光伏發(fā)電與智能遮陽技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了建筑的最佳能量平衡。

由建筑系統(tǒng)教授ArnoSchlüter及其研究小組開發(fā)的一種自適應(yīng)太陽能幕墻系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)各個(gè)房間的自調(diào)節(jié)，使其產(chǎn)生的能量超過一年中消耗的能量。其最新研究成果發(fā)表在最新一期的Nature Energy雜志上。

創(chuàng)新的外立面包括安裝在輕質(zhì)鋼纜網(wǎng)上的可移動(dòng)太陽能電池板陣列。它們可以單獨(dú)控制，并通過柔軟的機(jī)器元件實(shí)現(xiàn)垂直和水平移動(dòng)。這些軟機(jī)器執(zhí)行器是系統(tǒng)的核心：其由在壓力下改變其形狀的軟材料和剛性U形接頭構(gòu)成，使它們能夠鎖定位置以抵御惡劣天氣甚至風(fēng)暴。

研究人員測試了該系統(tǒng)的耐候性，并在Hnggerberg校區(qū)使用多個(gè)原型進(jìn)行了測量。他們發(fā)現(xiàn)，在晴朗的夏日，可移動(dòng)太陽能電池板的能量比安裝在建筑物外立面上的靜態(tài)太陽能電池板多大約50％。

然而，立面不僅可以發(fā)電，還可以控制多少光和熱量透過建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，從而調(diào)節(jié)內(nèi)部氣候。自適應(yīng)學(xué)習(xí)算法控制面板的運(yùn)動(dòng)，以便在加熱和冷卻內(nèi)部空間時(shí)節(jié)省成本降低凈能量需求。同時(shí)，該算法還考慮了建筑物當(dāng)前的使用情況并相應(yīng)地調(diào)整氣候。

為了確定理論上可以減少房間能耗的程度，研究人員使用原型數(shù)據(jù)模擬了幾種情景。他們計(jì)算了在開羅，蘇黎世和赫爾辛基建造帶有可移動(dòng)太陽能外墻的建筑的節(jié)能潛力。通過這樣做，他們對(duì)辦公室和住宅用空間進(jìn)行了模擬

結(jié)果表明，辦公室的節(jié)能往往高于生活空間，溫暖而非寒冷氣候，尤其是中歐等溫帶地區(qū)，其節(jié)能效果更明顯。ArnoSchlüter總結(jié)了這些發(fā)現(xiàn)：“環(huán)境條件變化越大，自適應(yīng)立面的好處就越大。”

在根據(jù)最新標(biāo)準(zhǔn)建造的建筑物中，溫帶地區(qū)（在本例中為蘇黎世）的辦公空間模擬中可以看到最佳的能量平衡。在一年中需要內(nèi)部供暖和制冷的情況下，自適應(yīng)外墻產(chǎn)生了舒適的室內(nèi)環(huán)境所需能量的115％的電量。

同樣好的結(jié)果來自1920年以前建造的開羅房屋的辦公空間模擬，其需要更多的遮陽和冷卻。在這種情況下，外立面產(chǎn)生了114％的年度能源需求。換句話說，該研究強(qiáng)調(diào)了新舊建筑的節(jié)能潛力，但外墻必須始終與內(nèi)部空間及其使用相結(jié)合。

“我們希望解決建筑物中用戶舒適度和能源效率之間的權(quán)衡，”ArnoSchlüter說?！皬睦碚撋现v，最節(jié)能的空間將沒有窗戶。因此，我們很高興地展示建筑物內(nèi)部和外部之間的智能接口如何能夠提供最佳的用戶舒適度并產(chǎn)生多余的能量。”

Schlüter教授的團(tuán)隊(duì)正在研究自適應(yīng)太陽能立面對(duì)物理建筑的影響：該系統(tǒng)是Dübendorf的NEST研究大樓最頂層平臺(tái)上建造的未來派“HiLo”單元的一部分。

原標(biāo)題:光伏發(fā)電和智能遮陽相結(jié)合讓建筑更節(jié)能