CN111719745A - 被动式光伏幕墙 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种被动式光伏幕墙,它包括光伏组件幕墙、玻璃幕墙和凸面镜。其中,光伏幕墙上设置有光伏组件,光伏组件的背板设置有镜面结构;玻璃幕墙位于幕墙的下方;凸面镜设置在所述玻璃幕墙与所述建筑主体结构之间;照射到所述凸面镜上的直射光束经由所述凸面镜散射后到达所述镜面结构,再由镜面结构反射后进入室内。与现有技术相比,本发明提供的被动式光伏幕墙通过将光伏发电与幕墙相结合,降低建筑物一次能源的消耗;并且可阻挡部分光束直接照射到室内,在夏季炎热和光照强烈的时段内降低室内的强光照射,避免室内温度过高,达到有效降低空调耗电的效果,在外部环境较弱时补充室内采光,以降低照明耗电。

Description

被动式光伏幕墙
技术领域
本发明涉及一种幕墙技术领域,尤其涉及一种被动式光伏幕墙。
背景技术
近年来,气候改变和全球变暖问题已成为全人类面对的首要问题,越来越多的国家领导人开始注重这些问题,政府也颁布了不少新的政策法规。在建筑行业中,建筑师在可持续设计中也起到了很重要的作用,对于建筑布局、朝向、节能减排等方面注重可持续设计。
2005年,国家出台了公共建设第一个节能标准。节能建筑,准确的说是从国标50189出现开始的,也就是2005年出现了绿色建筑评价标准,到2012年,出台了被动式太阳能建筑标准,这两个是我们行业的技术基础。意大利,荷兰等一些发达国家的公司和技术,都已经慢慢的进入国内。而我们国家真正有技术依据的,一个是《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2015,一个是《绿色建筑评价标准》,一个是《被动式超低能耗居住建筑节能设计标准》。
被动式节能建筑,主要是指不依赖于自身的建筑设备,通过建筑自身的围护结构、空间形式、建筑表皮材质与结构等方式来实现低耗能的建筑,为人类创造舒适的建筑环境。而被动式节能建筑与新能源发电的结合在国内也已经有了应用,但集成化程度不高,还有进一步改进以降低能耗的空间。
发明内容
针对上述现有技术中的不足,本发明的目的在于提供一种被动式光伏幕墙,其可有效降低建筑物的能耗。
本发明提供的一种被动式光伏幕墙,包括:
光伏组件幕墙,其上设置有光伏组件,所述光伏组件的背板设置有镜面结构;所述光伏组件幕墙设置在第一龙骨上,所述第一龙骨的上端通过第一建筑主体预埋件固定在建筑内窗上方的建筑物主体结构上;
玻璃幕墙,其位于所述光伏组件幕墙的下方;玻璃幕墙设置在第二龙骨上,所述第二龙骨的上端与所述第一龙骨的下端相连接,所述第二龙骨的下端通过第二建筑主体预埋件固定在建筑内窗下方的建筑物主体结构上;以及
凸面镜,其用于补充室内采光,所述凸面镜设置在所述玻璃幕墙与所述建筑主体结构之间;照射到所述凸面镜上的直射光束经由所述凸面镜散射后到达所述镜面结构,再由镜面结构反射后进入室内。
优选地,还包括电控转轴,所述电控转轴与所述凸面镜相连接,所述电控转轴用于驱动所述凸面镜绕其转动,从而调整所述凸面镜与垂直方向的夹角。
优选地,当所述凸面镜与垂直方向的夹角大于或等于45°时,凸面镜呈展开状态,此时可通过凸面镜与镜面结构相配合向室内补充采光;当所述凸面镜与垂直方向的夹角小于或等于45°时,凸面镜呈收起状态,此时凸面镜不向室内补充采光。
优选地,还包括上百叶窗、下百叶窗以及控制所述上百叶窗和所述下百叶窗同时开启或关闭的控制装置,所述上百叶窗位于所述光伏组件幕墙的上端并且固定在所述第一龙骨上,所述下百叶窗位于所述玻璃幕墙的下端并且固定在所述第二龙骨上。
优选地,所述上百叶窗和所述下百叶窗均为电控百叶窗,所述控制装置为电控装置,所述电控装置与分别与所述上百叶窗和所述下百叶窗电连接。
优选地,还包括新风系统,所述光伏组件幕墙、所述玻璃幕墙、所述上百叶窗、所述下百叶窗和所述建筑内窗围合形成的腔体,所述新风系统用于将所述腔体内的热量输送至室内。
优选地,所述新风系统包括单向进风风扇和过滤装置,所述过滤装置设置在所述单向进风风扇前端的新风系统的进风口内。
优选地,关闭所述上百叶窗和所述下百叶窗,利用所述光伏组件发电产生的余热加热所述腔体内的空气,加热后的空气经所述新风系统过滤后输送到室内为室内供暖。
优选地,所述光伏组件幕墙的安装角度根据建筑物的经纬度进行确定。
优选地,所述光伏组件的安装倾角根据建筑物的经纬度和方位角进行确定。
与现有技术相比,本发明提供的被动式光伏幕墙具有以下优点:
1)光伏组件幕墙可阻挡部分光束直接照射到室内,在夏季炎热和光照强烈的时段内降低室内的强光照射,避免室内温度过高,达到有效降低空调耗电的效果。
2)由凸面镜和镜面结构组成防眩目折射采光系统,先采用凸面镜散射光束,再使用光伏组件背面的镜面结构折射光线进入室内,消除了光束的炫目效果,在保持眼睛舒适的情况下保证室内充分的采光,以降低照明耗电;
3)由光伏组件幕墙、玻璃幕墙、上下两个电控百叶和建筑内窗围合形成的空腔,冬季寒冷时关闭百叶,利用光伏发电产生的余热与室内进行冷热空气交换,交换冷热空气通过新风系统进行,新风系统配置过滤装置,空腔内气体进入室内时,空气得到净化,在采暖的同时保证空气质量良好,新风系统内配置储能电池,由光伏发电对储能电池进行充电,无需使用市电。
4)夏季炎热时,打开百叶形成烟囱效应,让热气自然排走。本发明提供的幕墙降低建筑能耗,增加绿色建筑评分,同时提高室内人员居住舒适性;
5)本发明提供的被动式光伏幕墙可降低建筑物一次能源的消耗,且相对于传统的光伏幕墙,本发明中的幕墙可根据建筑物所在地区的经纬度、方位角等因素确定光伏组件的安装倾角,以提高光伏组件的发电量。
上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代,只要能够达到本发明的目的。
附图说明
在下文中将基于仅为非限定性的实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中:
图1为本发明一实施例提供的被动式光伏幕墙的结构示意图;
图2为图1中I处的放大图。
附图标记说明:
1、光伏组件幕墙;
2、玻璃幕墙;
3、建筑内窗;
4、建筑物主体结构;
5、上百叶窗;
6、下百叶窗;
7、凸面镜;
8、电控转轴;
9、新风系统;
10、第一建筑主体预埋件;
11、第二建筑主体预埋件;
12、第一龙骨;
13、第二龙骨;
14、室内栏杆;
15、光束;
16、腔体;
17、室内空间;
H1、光伏组件幕墙净高度;
H2、玻璃幕墙净高度;
A、平置位置;
B、下垂位置。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述,基于本发明中的具体实施方式,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式,都属于本发明所保护的范围。
如图1所示,本实施例中提供的被动式光伏幕墙,包括光伏组件幕墙1、玻璃幕墙2、上百叶窗5、下百叶窗6电控装置(图中未示出)、凸面镜7机构和新风系统9。光伏组件幕墙1位于在玻璃幕墙2的上方,光伏组件幕墙1和玻璃幕墙2均固定在龙骨上,而龙骨通过建筑主体预埋件固定在建筑物主体结构4上。上百叶窗5设置在光伏组件幕墙1的上端、下百叶窗6设置在玻璃幕墙2的下端,上百叶窗5和下百叶窗6均为电控百叶窗,电控装置用于控制上百叶窗5和下百叶窗6的开启和关闭。光伏组件幕墙1、玻璃幕墙2、上百叶窗5、下百叶窗6以及建筑内窗3围合形成三角形的腔体16,新风系统9用于在冬季时将该三角形的腔体16内的热量输送至室内空间17;凸面镜7机构设置玻璃幕墙2与建筑之间,起到散射和反射光束15的作用,用于补充室内采光。
光伏组件幕墙1上设置有光伏组件,如CIGS光伏组件,优选将光伏组件产生的电能储存到储能电池内,将CIGS光伏组件的背板上设置有镜面结构,可反射光束15,背板与凸面镜7相配合用于补充室内采光。光伏组件幕墙1设置在第一龙骨12上,第一龙骨12的上端通过第一建筑主体预埋件10固定在建筑内窗3上方的建筑物主体结构4上,第一龙骨12的下端连接第二龙骨13;光伏组件幕墙1向下倾斜设置,光伏组件幕墙1安装高度和安装角度可根据楼层间高度和所在地区的维度进行确定。楼层间高度越大,每层间的光伏组件幕墙净高度H1可设计得越高,安装的光伏组件数量越多,发电量越大,整体以不影响室内人员的视线为原则;根据建筑物所处纬度不同,可以设计不同的安装角度,原则上高纬度地区安装角度大于低纬度地区,以保证发电量。另外,光伏组件幕墙1可起到一定的遮阳作用,在夏季炎热和光照强烈的时段内降低室内的强光照射,避免室内温度过高,达到降低空调能耗的效果。使用本发明提供的被动式光伏幕墙发电可降低建筑物一次能源的消耗,且相对于传统的光伏幕墙,本发明中的幕墙可根据建筑物所在地区的经纬度、方位角等因素,确定光伏组件的安装倾角,以提高光伏组件的发电量。
玻璃幕墙2设置在第二龙骨13上,第二龙骨13的下端通过第二建筑主体预埋件11固定在建筑内窗3下方的建筑物主体结构4上,第二龙骨13的上端与第一龙骨12的下端相连接。玻璃幕墙2向上倾斜设置,其安装高度以不影响室内人员视线为原则,优选地,玻璃幕墙净高度H2应高于平均人体高度。玻璃幕墙2优选中空玻璃幕墙2。
凸面镜7机构包括凸面镜7和电控转轴8,电控转轴8与凸面镜7相连接并驱动凸面镜7绕电控转轴8转动,从而调整凸面镜7的安装角度(即凸面镜7与垂直方向的夹角),使凸面镜7呈展开或收起状态。如图2所示,当凸面镜7处于平置位置A时凸面镜7呈展开状态,此时凸面镜7与垂直方向的夹角大于或等于45°,直射的自然光光束15通过玻璃幕墙2后,部分光束15通过建筑内窗3照射进室内,以保证室内基础采光,部分光束15通过凸面镜7散射后到达光伏组件的背板的镜面结构,由镜面结构反射后进入室内,不仅补充了室内的采光,而且对于直射的阳光光束15起到了防眩目的效果。在内窗采光充分的情况下,电控转轴8带动凸面镜7向下转动,使其与垂直方向的夹角逐渐缩小,当凸面镜7处于下垂位置B时,凸面镜7呈收起状态,此时凸面镜7与垂直方向的夹角小于或等于45°,此时照射到凸面镜7的光束15散射后无法到达光伏组件的镜面结构,因此凸面镜7不会对室内采光进行补充。电控转轴8与凸面镜7既可以固定在建筑物主体结构4上,也可以固定在玻璃幕墙2下部的龙骨上,在本实施例中,电控转轴8与凸面镜7固定在建筑物主体结构4上,通过遥控器进行人工控制,室内人员可根据需要自行调节是否需要由凸面镜7反射进行室内采光补充。
上百叶窗5位于光伏组件幕墙1的上端,并且通过燕尾钉固定在第一龙骨12上,下百叶窗6位于玻璃幕的额下端,并且通过燕尾钉固定在第二龙骨13上。上百叶窗5和下百叶窗6均由电控装置控制,上百叶窗5和下百叶窗6一同开启,一同关闭。夏季炎热的环境下,上百叶窗5和下百叶窗6同时开启,被动式光伏幕墙和建筑内窗3围合形成三角形的腔体16内的热空气形成烟囱效应,热气自然排走。上百叶窗5和下百叶窗6同时开启前,应收起凸面镜7,以保证烟囱效应通道不受阻碍,保证空腔散热。冬季寒冷的环境下,上百叶窗5和下百叶窗6同时关闭,将三角形的腔体16内的热气加以利用,降低建筑采暖能耗。
新风系统9包括单向进风风扇和过滤装置,过滤装置设置在单向进风风扇前端的新风系统9的进风口内,过滤装置用于除去进入进风口的空气中的污染物,保证进入室内的空气的质量,使室内空气不受污染。新风系统9运行所需电力可由蓄电池提供,该蓄电池可以由光伏发电直接充电。冬季寒冷时关闭上、下百叶窗6,利用光伏组件发电产生的余热加热腔体16内的空气,使原本温度较低的冷空气变成热空气,腔体16内的热空气经新风系统9过滤后输送到室内空间17,为供暖的同时保持室内空气质量良好,降低冬季采暖能耗。
光伏组件幕墙1上的光伏组件发电为新风系统9、电动百叶窗以及凸面镜7机构提供电能,在实现被动式光伏幕墙电能自给自足的同时,多余电量还可储存到储能电池内,供给建筑物使用,降低建筑物的一次能耗,为绿色建筑评价加分。
建筑内窗3优选采用双层玻璃,起到隔热和透光的作用。本实施例中的建筑内窗3采用落地窗,同时需要加装室内栏杆14以起到保护作用。
最后应说明的是:以上实施方式及实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施方式及实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述实施方式或实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施方式或实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种被动式光伏幕墙,其特征在于,包括:
光伏组件幕墙,其上设置有光伏组件,所述光伏组件的背板设置有镜面结构;所述光伏组件幕墙设置在第一龙骨上,所述第一龙骨的上端通过第一建筑主体预埋件固定在建筑内窗上方的建筑物主体结构上;
玻璃幕墙,其位于所述光伏组件幕墙的下方;玻璃幕墙设置在第二龙骨上,所述第二龙骨的上端与所述第一龙骨的下端相连接,所述第二龙骨的下端通过第二建筑主体预埋件固定在建筑内窗下方的建筑物主体结构上;以及
凸面镜,其用于补充室内采光,所述凸面镜设置在所述玻璃幕墙与所述建筑主体结构之间;照射到所述凸面镜上的直射光束经由所述凸面镜散射后到达所述镜面结构,再由镜面结构反射后进入室内。
2.根据权利要求1所述的被动式光伏幕墙,其特征在于,还包括电控转轴,所述电控转轴与所述凸面镜相连接,所述电控转轴用于驱动所述凸面镜绕其转动,从而调整所述凸面镜与垂直方向的夹角。
3.根据权利要求2所述的被动式光伏幕墙,其特征在于,当所述凸面镜与垂直方向的夹角大于或等于45°时,凸面镜呈展开状态,此时可通过凸面镜与镜面结构相配合向室内补充采光;当所述凸面镜与垂直方向的夹角小于或等于45°时,凸面镜呈收起状态,此时凸面镜不向室内补充采光。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的被动式光伏幕墙,其特征在于,还包括上百叶窗、下百叶窗以及控制所述上百叶窗和所述下百叶窗同时开启或关闭的控制装置,所述上百叶窗位于所述光伏组件幕墙的上端并且固定在所述第一龙骨上,所述下百叶窗位于所述玻璃幕墙的下端并且固定在所述第二龙骨上。
5.根据权利要求4所述的被动式光伏幕墙,其特征在于,所述上百叶窗和所述下百叶窗均为电控百叶窗,所述控制装置为电控装置,所述电控装置与分别与所述上百叶窗和所述下百叶窗电连接。
6.根据权利要求4所述的被动式光伏幕墙,其特征在于,还包括新风系统,所述光伏组件幕墙、所述玻璃幕墙、所述上百叶窗、所述下百叶窗和所述建筑内窗围合形成的腔体,所述新风系统用于将所述腔体内的热量输送至室内。
7.根据权利要求6所述的被动式光伏幕墙,其特征在于,所述新风系统包括单向进风风扇和过滤装置,所述过滤装置设置在所述单向进风风扇前端的新风系统的进风口内。
8.根据权利要求6所述的被动式光伏幕墙,其特征在于,关闭所述上百叶窗和所述下百叶窗,利用所述光伏组件发电产生的余热加热所述腔体内的空气,加热后的空气经所述新风系统过滤后输送到室内为室内供暖。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的被动式光伏幕墙,其特征在于,所述光伏组件幕墙的安装角度根据建筑物的经纬度进行确定。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的被动式光伏幕墙,其特征在于,所述光伏组件的安装倾角根据建筑物的经纬度和方位角进行确定。
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