特别策划基于光伏建筑一体化（BPV)的智慧化产能建筑设计研究张宏'，Manfred Norbert FISCH,胡心怡'，Elisabeth ENDRES,罗申4(1.东南大学建筑学院，江苏南京210096：2.SIZ energie+-,Niedersachsen Braunschweig D-38106:3.TUBraunschweig,Niedersachsen Braunschweig D-38106:4.东南大学建筑设计研究院有限公司，江苏南京210096)摘要：建筑通过对太阳能等可再生能源的利用，从传统的能源消耗方转变为产能一用能结合体，产能建筑通过满足自身能耗需求和富余电量上网，可以进一步转化为小型能源共享站。以SDC2018太阳能十项全能竞赛参赛项目“C-HouS”为例，探索基于光伏建筑一体化的智慧化产能房屋设计方法，将降低能耗与提高产能相结合，在保证达到产能目标的同时，兼顾建筑美观性要求：研究智慧化产能用能方式，利用智慧化储能系统和房屋控制系统，提高自用电比例。仿真模拟结果和实地建造后的测试结果证明了C-HouS熙能够实现产能目标。关键词：光伏建筑一体化：产能建筑：智慧建筑：性能设计：国际太阳能十项全能竞赛中图分类号：TM71文献标志码：AD0I:10.19421/j.cnki.1006-6357.2020.08.004光伏板温度和发电效率变化。文献[8]研究了BIPV0引言建筑中光伏板与建筑墙体构成的双层立面表皮(double随着生活水平的提高，人们对舒适环境的需求导致skin facades,DSF),在机械通风和自然通风两种情况下建筑用能不断增长，该需求与应对环境剧变和资源短缺空腔内部的空气流动情况。文献[9]从系统工程应用而提出的节能要求之间的矛盾日益凸显[)。2017年，中的角度出发，从技术、设计、实施3个方面研究了BIPV国建筑能耗为9.5×10t标准煤，占全国能源消费总量建筑中光伏系统的设计流程。文献[10]针对光伏电池的21.1%。全国建筑面积共643亿m2,其中居住建筑占储能系统优化设计，提出了一种考虑电池循环老化、电71%,其能耗占全国建筑能耗总量的62%[)。将可再生网缓解和当地使用时间定价的新型能源管理策略。文献能源技术与建筑相结合，可以将建筑物从纯粹的能源使[11]从建筑设计结合的角度，介绍了以近零能耗为目用者转变为能源生产者[们。光伏建筑一体化(building标的光伏建筑一体化设计新方法，并从整体设计、部品integrated photovoltaic,.BIPV)是指将光伏板与建筑外设计和能源利用3个层面与传统的光伏建筑一体化进行围护构件组结合，使之成为建筑立面设计的一部分，而了对比。非简单直接地将光伏板附着于现有建筑表面(building本文以2018国际太阳能十项全能竞赛（简称SDC2018)参赛作品“C-House”为例，主要阐述了以BPV系统应用和发展的激励机制[s),全球BPV市场当前产能建筑为导向的BIPV建筑方案设计阶段的性能设计要规模约为2.3GW(约占全球光伏市场的1%)[6。国内外点，以及设备系统和光伏系统的产能用能方式，并且从针对BIPV的研究主要有光伏产品研究、系统工程应用、智慧储能系统和智能房屋控制系统两个方面实现了智慧建筑设计结合3个方面。文献[7]从光伏产品研究出化能源调控。基于光伏建筑一体化的智慧化产能房屋设发，建立BIPV系统热力学模型时考虑太阳辐射的周期性计研究，为减少建筑能耗，提高光伏能原利用效率，实和光伏板的最佳倾角，并计算室内达最高温度情况下，现建筑行业和能源行业的可持续发展提供了新的思路。1项目概况基金项目：国家自然科学基金项目(51778119)Supported by National Natural Science Foundation of China“C-House”产能房屋项目位于山东省德州市太阳(51778119)能小镇内，为二层框式轻型钢结构住宅，占地共625，[引文信息]张宏，FISCH MN,胡心怡，等.基于光伏建筑一体化(BIPV)的智慧化产能建筑设计研究[J].供用电，2020，37(8:21-27.ZHANG Hong,Manfred Norbert FISCH,HU Xinyi,et al.Research on fdesign strategies of intelligent energy-plus house based onBIPV [J].Distribution Utilization,2020,37 (8):21-27.DISTRIBUTION UTILIZATION供用电2020.0821(C)1994-2022 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net特别策划建筑面积183。该项目由东南大学一布伦瑞克工业大体构件和围护结构构件围绕核芯筒布置，对空间进行限学联队(TUBSEU团队)共同设计、研发和建造，采用定组合，形成平面灵活可变的通用空间和简洁的立方体主动式的能源核芯筒(Cor)与被动节能的建筑外壳外形。规则的建筑形体具有较低的体形系数，保障了建(Cube)结合的能源策略，打造出一套完整的智慧产能筑保温隔热性能。室内空间除核芯筒外没有实体隔墙，用能系统，使C-House成为一个纯电力的光伏建筑一体采用可变家具和帘幕进行隔断，能够有效减少采暖制冷化智慧产能房屋，见图1。该项目参加了2018国际太阳能耗，见图4。在进行形体设计的同时，考虑到对建筑能十项全能竞赛，最终获得了并列综合第三名和建筑第整体性能的优化。三名的成绩。一层平面二层平面餐厅厨房核核芯简车库图1C-House建成实景Fig.1 The completed C-House real scene图2建筑平面示意2建筑方案设计阶段的性能设计Fig.2 Building layoutBIPV建筑要实现产能，首先要通过各类被动式节能措施降低建筑本身能耗，再利用光伏发电满足能耗需水管、电缆和通风管道求，盈余发电量输入电网[。国际能源署(InternationalEnergy Agency)的ANNEX-30号研究表明，早期方案设计会对建筑物的性能产生重大影响，节能潜力的40%以上来自于前期调研和方案设计阶段)。随着设计流程毛细管网的进步，建筑性能改善的作用越来越弱，但相应的成本却逐渐攀升，特别是建筑建成后附加的节能设备改造和维护费用巨大，却收效甚小[1)。在方案设计阶段，建筑师需要做出建筑形式、朝向、开窗方式等大量基本决技术设备策，不同的建筑设计方案之间的能耗差别巨大，如果能通风机组够在此阶段运用能耗定量计算，对建筑设计提出节能方技术设备面的有利建议，供建筑师参考，将大大增强建筑设计的可控性，避免返工带来的大量修改工作，节省后期细化设计阶段的人力、物力与时间成本[)。因此，在构件图3核芯筒设备布置示意法建筑设计方法的指导下，以产能为导向的BIPV建筑在Fig.3 Equipment layout diagram of the core tube方案阶段就应该利用结构体构件、围护结构构件和性能构件进行形体和性能方面的协同设计，利用这些构件初步限定空间、形成性能、实现功能【2.1形体设计C-House以简洁的立方体(Cube)与集成核芯筒(Core)的组合为核心设计理念（见图2），其中Core是C-House的心脏，包含厨房、浴室、厕所、楼梯间、设备间（包括卤水-水型热泵、2000L储热器、2m3储冰器、图4可变家具作室内隔断示意通风机组等所有电气设备)和所有管道（见图3）。结构Fig.4 Variable furniture as indoor partition22供用电2020.08DISTRIBUTION UTILIZATION(C)1994-2022 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net