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摘要：为研究太阳能光伏遮阳屋面的降温节能效果，选定广州市区某办公大楼太阳能光伏遮阳屋面进行降温实测，并对典型办公建筑进行全年能耗模拟分析。测试和模拟结果表明，太阳能光伏遮阳屋面能显著降低屋面接收的太阳辐射量、屋面温度以及顶层房间空调冷负荷。与无遮阳情况相比，在夏季晴天太阳能光伏遮阳屋面降低屋面接收太阳辐射量最大可达925W/m2，约为太阳总辐射量的90.2%;降低屋面温度最大可达6.1℃，对应降温率为14.3%;降低顶层房间全年冷负荷量高达10.48%，节能效果显著。
关键词：太阳能光伏;屋面;遮阳;降温;节能
引言
国内已有太阳能光伏在建筑方面应用的相关研究多侧重于安装朝向及倾角优化，缺少对太阳能光伏遮阳屋面的降温节能效果研究。因此，本文以广州市某办公楼为测试对象，开展对太阳能遮阳屋面的现场实测，并结合模拟分析，研究其在广州炎热夏季条件下的降温节能效果。
1太阳能建筑一体化
1.1一体化的现状
现阶段我国太阳能热水系统大部分情况还是以家用为主，成为房屋建成后用户购买和安装的一个后置部件，其中存在的很多问题已经成为太阳能一体化推广的应用的制约因素。从设计角度，太阳能热水器一般由给排水设计专业人员完成。设计过程往往缺少建筑师结构师的参与，没有与结构安全相关的计算，缺乏与各专业相关的通用设计图集和应用技术规范。从视觉角度，影响建筑美观。由于很多房屋在建筑设计之初未考虑太阳能热水器的安装位置，太阳能热水系统与建筑形象不协调，破坏建筑景观。绝大多数的太阳能热水器属于事后安装，没有统一规划，安装时间不同步，规格各异，安装位置参差不齐，管道布置凌乱，造成杂乱无章的无序状态，形成视觉污染；从产品角度，太阳能产品还没有做到构件化、规模化、标准化。另外，集热器存在着采光、外观的特殊要求，在安装朝向、安装位置等方面的局限性，很难与建筑及城市景观融为一体，同时还存在着安装安全等缺陷。
2实验测试研究
实测办公楼位于东经113°18'45″，北纬23°9'10″。该办公楼邻边建筑低矮，与附近高楼间距较大，周边无高大乔木遮挡，最大程度减小了周围环境对实测结果的影响。本实测为对比测试，需同时进行，以消除室外气候差异对测试效果的影响。办公楼朝向大体上为坐东北朝西南。图1为太阳能遮阳屋面实况图。
实验测试参数为室外太阳辐射强度和屋顶外表面温度。实测用实验仪器主要有:温度传感器、太阳总辐射传感器、数据采集模块等。仪器参数如表1所示。
表1实验仪器及测量参数
3实测分析
测试时间为2017年8月7日，属于广州地区典型的高温时期，测试天气为常见的多云转晴天气。图3显示了测试日有遮阳和无遮阳两种情况下屋面接收到的室外太阳总辐射强度变化趋势。由图可知，太阳辐射强度均呈现先增大后减小的变化趋势。其中，有遮阳的情况下屋面接收到的太阳辐射变化曲线较为平缓，在15:00左右达到峰值113W/m2;无遮阳的情况下屋面接收到的太阳辐射变化趋势更为明显，变化幅度更大，在13:00左右达到峰值1025W/m2。有遮阳与无遮阳两种情况下屋面接收到的太阳总辐射量最大差值出现在13:00，达到925W/m2，约为太阳总辐射量的90.2%。图中太阳总辐射强度在9:00有明显降低趋势，是由于该时刻天气由晴转为多云所致，天气放晴后太阳总辐射强度恢复正常。有遮阳情况下屋面接收的太阳总辐射强度峰值出现时刻(15:00)比无遮阳情况下(13:00)约延后2h，这是由于太阳能遮阳板安装具有一定倾斜角度(西北高、东南低)，太阳斜射时会对有遮阳情况下屋面接收太阳辐射强度有一定增强作用所致。
图3有遮阳和无遮阳情况下屋面接受太阳总辐射强度变化趋势图
图4显示了测试日有遮阳和无遮阳两种情况下屋面温度变化趋势。由图可知，两种情况下屋面温度均呈现先增大后减小的变化趋势，与室外太阳辐射变化趋势基本一致。其中，有遮阳情况下屋面温度最大出现在16:00，为39.1℃;无遮阳情况下屋面温度最大出现在14:00，为43.8℃。有遮阳与无遮阳两种情况下屋面温度最大差值出现在13:00，为6.1℃，降温率为14.3%。图中屋面温度在15:00明显降低，这是由于该时段“太阳雨”天气所致。
4不同层高的选择方案
建筑物根据层高的不同，被分为低层建筑，多层建筑和高层建筑。所以，下面根据不同层高类型的房屋提出了太阳能热水器系统的选择方案（1）多层住宅解决方案一般情况下，多层住宅的屋面面积充足，住户水压可至屋面。可选择系统种类较多。①首选单台一体式热水器小区集体安装。对于顶层热水压力问题，可采用一体式承压热水器或者安装增压水泵的方式解决。②次之为联集管等分离式热水系统。③第三为阳台或者南立面壁挂式系统。（2）小高层住宅解决方案一般情况下，小高层住宅的屋面面积比较充足，小区给水系统有的采用统一泵站增压，有的分为市政与泵站结合使用。可选择的系统种类比较多。①若水压可至屋面，首先选择单台一体式热水器小区集体安装。②次选联集管式热水系统，或者其它类型的分离式系统。③最后选阳台或者南向立面等壁挂式系统。（2）高层住宅一般情况下，高层住宅的的屋面面积比较小，小区给水系统分为市政与泵站结合使用。①对于从顶层向下数的1—7层，水压一般可至屋面，则可选择单台一体式热水器小区集体安装；或者选择阳台、墙面壁挂式分离热水系统解决；②对于中间的若干层，可选用阳台、墙体壁挂式分离热水系统解决。如果屋面充足，可以选用联集管式或者其它分离式系统解决。③对于底部采光不好的几层，需使用联集管等分离式热水系统来解决。结语通过实测和模拟对比分析广州地区办公建筑在有遮阳和无遮阳情况下屋面接收太阳辐射强度、屋面温度和顶层房间空调冷负荷，结果表明:(1)太阳能遮阳屋面能显著降低屋面接收的太阳辐射量和屋面温度。在夏季晴天，与无遮阳情况相比，太阳能遮阳屋面降低屋面接收太阳辐射量最大可达925W/m2，约为太阳总辐射量的90.2%;降低屋面温度最大可达6.1℃，对应降温率为14.3%。(2)太阳能遮阳屋面能有效降低顶层房间空调冷负荷，节能效果显著。在冷负荷最大的7月，有遮阳情况下顶层房间空调冷负荷降低强度可达到1.33kW·h/m2，全年总冷负荷降低率可达10.48%。
参考文献
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