寒冷地区钢结构工业建筑与太阳能光伏一体化设计研究 .pdf

寒冷地区钢结构工业建筑与太阳能光伏 一体化设计研究 摘要：根据前期的国内外调研报告,从设计和技术两个层面入手,归纳整理寒 冷地区钢结构工业建筑与太阳能光伏一体化设计策略。在技术层面上,着重从安 装方式与构造连接技术方面研究太阳能光伏与钢结构工业建筑墙面、屋面以及建 筑构件(遮阳、雨篷等)的整合设计：在设计层面上,分别从建筑朝向选择、阴影 及遮挡的避免、光伏组件的适配性选型、光伏安装倾角的确定、光伏组件的通风 降温设计和色彩效果、肌理表现、透光性变化、美学设计手法等方面研究钢结构 工业建筑与太阳能光伏一体化的高效性设计和美观性设计。 关键词：钢结构工业建筑;太阳能光伏系统;光伏组件;一体化设计 1、前言 太阳能是名副其实的清洁能源，利用太阳能发电，在可持续提供能源的同时， 不排放温室气体及其有害物质，是推进建筑节能和治理大气污染的重要途径．我 国有２／３以上覆盖的区域，年日照时数不小于２２００ｈ，具有良好的太阳能 资源条件．为了充分利用我国得天独厚的太阳能资源，缓解电力紧张局面、改善 能源结构、保护环境、减少污染．近年来，国家已陆续出台了相关的鼓励政策， 推动太阳能发电产业． ２、钢结构住宅太阳能光伏一体化结合形式 钢结构工业建筑太阳能光伏一体化设计实质是利用建造于屋顶、向阳外墙面 及附属场地的光伏组件，吸收太阳光辐射能量来发电．用户可选择 “自发自用、 余电上网”或“全额上网”的分布式发电模式，具备两大特征：一是发电设施位 于用户附近；二是接入配电网并在当地消纳．其在工程具体应用上，主要有以下 ３种方式：至今，太阳能光热、光伏发电技术已基本成熟，并已实现大规模生 产．而将太阳能发电技术融合于工业建筑建筑中，尚处于研究试点阶段．因此， 国家在倡导绿色建筑、推进建筑产业化发展的同时，将太阳能发电技术融于绿色 钢结构工业建筑建筑体系中，已成为发展低碳型城市的必然趋势． １）新城市统筹钢结构工业建筑太阳能光伏屋顶．随着我国城镇化步伐的提 速，一些传统的建造工艺正在消失，轻钢建筑作为环保、先进的结构体系，具有 施工迅速、现场没有湿作业等优点，正在逐渐渗入市场，对新城市建设和翻新等 工程具有非常重要的推动作用．国家在长期研究节能减排，以及环境污染的治理， 以此为契机，大力发展新城市统筹轻钢装配式住宅，融合太阳能光伏发电技术， 必将成为新城市建设的一大热点．这种统筹轻钢装配式工业建筑具有规整、统一 的外界面，屋顶面积相对宽阔，将太阳能光伏组件安装于屋顶．具有以下优点： 一是提升企业的建筑形象；二是比较容易统筹协调，有助于推进美丽城市建设． ２）轻钢结构别墅太阳能光伏屋顶．随着经济社会的快速发展及人们生活质 量的提高，企业对厂房的品质要求不断提高，在城市和不少工业区陆续涌现了大 量的装配式建筑．轻钢结构作为钢结构工业建筑体系的一种新兴建筑，由于自重 轻、施工周期短、能实现灵活多变的造型，越来越受到大众的青睐．这种屋顶以 双坡、多坡向屋顶居多，其南向屋顶接受太阳光辐射时间长，受热均匀．将太阳 能光伏组件固定在屋顶支撑构件上或直接采用光伏复合屋面板，既可以实现将太 阳能转换为电能，可以提升建筑的形象魅力，是未来工业建筑的主导结构趋势． ３）钢结构工业建筑太阳能光伏一体化．由于我国人多地少，资源缺乏，像 工业园区、市政设施建筑这种建筑可能成为现代产业发展的主流，相比之下，单、 多层工业建筑有着更广阔的市场前景．由于单、多层钢结构建筑承重结构件可以 全部采用钢构件，施工速度快、结构自重轻，地基处理费用相对较低，经济性 好．另外，钢结构适应大开间建筑，使得建筑物内部空间布置较灵活．这些优点 无疑是其他常规建筑体系无法超越．因此，未来中国的钢结构建筑必将发展为现 代工业的主导潮流．太阳能光伏发电技术应用在单、多层钢结构工业建筑中，主 要有以下两种方式：即太阳能光伏屋顶和太阳能墙面. 由于城市建筑屋顶单体可利用面积小，且存在较多难以利用的异形屋顶，有 可能会导致发电量不足．因此，将高层钢结构工业建筑中的向阳外墙面充分利用 起来，是切实可行的措施．将太阳能光伏组件安装在阳台之外，或安装太阳能光 伏窗来实现发电，从而解决由于屋顶可用面积少而导致发电不足的问题. ３、钢结构住宅与太阳能光伏一体化设计构造 建在钢结构工业建筑之上的分布式太阳能光伏发电系统的应用前景十分广阔， 因为这种发电系统可以实现将太阳能直接转换为电能，并且光伏组件与建筑钢构 件的连接形式方便可靠．目前，按照与钢结构工业建筑围护