[论文分享]Optimizing daylight, sky view and energy production in semi-transparent photovoltaic facades of office buildings A comparative study in four climate zones
📃 基本信息
[论文标题] 《优化办公建筑半透明光伏幕墙的采光、天景视图和能源生产——四气候区的比较研究》
[期刊信息] Applied Energy (2024) | 作者: Masoud Ghasaban, Mansour Yeganeh, Mozhgan Irani
📌 一句话概括
该研究提出一种优化办公建筑南向幕墙的光伏设计方法，通过NSGA-II遗传算法平衡采光、视觉舒适和光伏发电性能，涵盖四种气候区。
📚 深度总结
本文研究探索了办公建筑南向幕墙上结合不透光a-Si光伏以及薄膜透明光伏模块（TFS）的设计优化，旨在提升能效、改善视觉舒适与采光环境。研究基于四个具有代表性气候地区（赫尔辛基、多伦多、利雅得、特贝萨）开展，使用模拟工具Ladybug、EnergyPlus和Radiance对幕墙性能进行评估。
第一阶段: 通过模拟不同窗墙比（WWRs，39%-87%）和薄膜光伏模块的五种透明度选项（7%-50.2%），探讨采光、视觉舒适和光伏发电在不同气候区的表现。研究发现，随着WWR和光伏透明度的增加，能耗上升但采光改善。例如，赫尔辛基在WWR 70%-87%时具有较优视觉舒适，但需更多人工照明；利雅得和特贝萨的高日照区域中减少WWR可减少眩光但增大冷负荷。
第二阶段: 引入基于NSGA-II的遗传算法进行多目标优化，包括WWR、窗位置、高度及透明度的最佳组合。优化结果表明：
- 在赫尔辛基，最佳WWR为83%-87%，透明度为10%-25%，窗距地面0.1-0.2m，距天花板为0.1-0.15m；
- 在利雅得和特贝萨可接受的WWR降低至43%-49%，透明度为30%-80%，窗高度调至1.3-1.5m地面。
研究表明，不同气候区需因地制宜设计WWR和透明度。例如高日照区域通过较低WWR与高透明度结合以兼顾视觉舒适与光伏效率。
应用价值: 结合模拟和优化方法，本研究为建筑师提供了一种平衡光伏发电、视觉舒适和能耗的设计工具，特别适用于气候差异显著区域。
研究局限性包括：
- 仅测试两种光伏材料（a-Si和TFS），未考虑其他类型光伏；
- 未深入探讨幕墙组合对室内热舒适的影响。
本速览仅作研究参考，不替代原文阅读。如需引用，请参考原论文。
🔍 要点追溯
- 研究方法: 模拟分析（EnergyPlus+Radiance），多目标优化（NSGA-II遗传算法）
- 适用范围: 办公建筑南向幕墙设计（涵盖低至高日照区）
- 使用工具: EnergyPlus, Radiance, Ladybug Tools, WINDOW 7.8
- 数据来源: 本地气候资料，光伏模块制造商技术规格
- 参考标准: ASHRAE 90.1, CIE标准光照分类