引言目前,清洁可再生能源的利用已经成为世界各国的重点议题,太阳能属于无污染且丰富的可利用能源,光伏建筑一体化是现在最有前景的太阳能利用技术。研究太阳能利用与建筑节能的有机结合具有非常积极深远的意义。我国光伏行业快速发展,近年来光伏系统相关组件的成本降低了将近80%,促进了其他结构与光伏系统构件相结合的可能性。目前光伏发电的单价已经在用户侧实现了全面平价,表明光伏系统与建筑结构结合具有巨大的潜力。2020年我国既有建筑面积总量达700亿m2,其中,城镇既有居住建筑面积近300亿m2。在目前的时代背景下,我国建筑行业可持续发展的必经之路是转向发展既有存量建筑。我国目前既有居住建筑存量巨大,既有建筑改造是涉及民生的重大问题。国际社会上,已有很多国家对既有建筑改造进行相关探索。如日本政府通过制定相关的建筑改造法律和标准,推进了建筑节能改造的相关补贴实施,降低能耗的同时促进了现存居住建筑节能改造工作的顺利进行,提高了居住建筑的舒适性,在存量建筑年代也促进了国内经济的蓬勃发展。土地资源有限导致无法持续建设地面电站,为了光伏产业能够持续发展,我国现存的既有建筑成为光伏产业的新型载体,建筑必然成为光伏行业新焦点。1既有住区建筑光伏改造的用户调研以光伏系统入驻住区建筑为基础,在社会层面进行既有住区建筑加装光伏系统的住户调研,重点关注住区建筑的屋顶和墙面以及用户的入住体验等,采用网络平台的随机发放问卷形式进行调查,经过筛选共回收有效问卷138份。1.1调查问卷基本情况本次问卷调研通过用户基本信息(年龄、地域)、建筑信息(建设年代、屋顶形式、住宅小区体量、外墙保温、屋顶保温防水和住户对目前建筑的满意度)、室内舒适度(室内舒适度影响因素认知、冬季室内满意度、采暖条件下住所温度、夏季室内满意度、是否开启空调以及室内采光感觉)、光伏改造意愿(是否利用太阳能、太阳能利用形式了解、是否经历过太阳能改造、是否接受太阳能改造、光伏建筑一体化政策了解程度和是否选择加装光伏系统的态度调查)等三大类23个问题进行,调查不同地区不同年代建筑的基本情况和改造情况、住户室内舒适度情况和对光伏系统的接受程度情况,为既有住区建筑加装光伏系统的可行性提供参考。1.2建筑信息结果与分析整理调查问卷结果,本次问卷发放的地区主要集中在辽宁和河南等寒冷地区,大部分数据为北方寒冷地区样本。本次调研中,参与调研的对象多为60岁以下群体,占比83%;大部分住宅建设于2000年前后,占比为96%;住宅楼的屋顶形式主体主要为平屋顶,占比为78%;小区的体量分布比较均匀,6栋以内、6栋~12栋、12栋以上建筑的占比为30∶38∶32,接近1∶1∶1,可以代表不同小区的特点和区别;在外墙保温和屋顶保温防水两项统计中,原有保温建筑的占比分别49%和52%,占比不高。建筑外墙、屋顶保温情况如图1所示。图1建筑外墙、屋顶保温情况10.3969/j.issn.1004-7948.2023.03.004.F1a110.3969/j.issn.1004-7948.2023.03.004.F1a2由图1可知,通过对2000年前后建成建筑进行分析,2000年前建成建筑占调研总建筑的比值为42.02%,无保温未进行改造建筑占总建筑的比值为39.13%,具有一定的代表性。在外墙无保温且未进行改造的统计中,2000年前建成建筑占比为62.96%;外墙原有保温统计中,2000年前建成建筑占比为22.39%。2000年以前建成建筑屋顶原有保温占比为20.84%;屋顶无保温且未进行改造的占比为69.23%。1.3舒适度调研结果与分析不同建成年代的室内满意度对比如图2所示。无论冬季还是夏季,住户对室内环境的满意度均较低,其中2000年前建成的建筑冬季采暖室温在18 ℃以下的占比为64%。室内风的强度、湿度和温度3项数据在冬夏两季的统计中,整体室内满意度均偏低,2000年后的住区建筑满意度整体高于2000年前的建筑,高出约10%,既有住区住户对室内环境舒适度提高具有明显的期望。图2不同建成年代的室内满意度对比10.3969/j.issn.1004-7948.2023.03.004.F2a110.3969/j.issn.1004-7948.2023.03.004.F2a21.4光伏改造意愿结果分析光伏改造意愿统计方面,参与调研的住户中,对太阳能利用形式不了解的住户数量仅占5%,不接受利用太阳能的住户数量仅占7%,对太阳能利用政策的了解比较缺乏、不了解太阳能政策的调研用户占比为43%,住户对太阳能利用了解程度不够,但对太阳能持有开放支持态度。住户对光伏改造也存在一些担忧,其中住户更关注光伏发电的安全性能否得到保障。2仿真模拟选取沈阳市某小区为目标典型小区,小区建设于2000年左右。目标小区的12栋住宅楼以行列式分布,建筑面积为5.67万m2,居民共648户,建筑尺寸为50 m×13 m×18 m,南北间距30 m,东西间距15 m。小区模型如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.03.004.F003图3小区模型Ecotect模拟小区阴影情况如图4所示。小区南立面仅有秋季上午和冬季有所遮挡;西立面在春夏秋上午和冬季有自身遮挡,其余时间均无遮挡;东立面在春夏秋三季上午无自身阴影遮挡,其余时间均有遮挡;北立面仅有夏季和秋季下午无遮挡,其余时间均有阴影遮挡。经过模拟计算该小区建筑屋顶年度累积太阳辐射量最多,其次是南立面、西立面、东立面和北立面。与该小区阴影分析结果一致。建筑各表面年度累积太阳辐射量如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.03.004.F004图4Ecotect模拟小区阴影情况10.3969/j.issn.1004-7948.2023.03.004.T001表1建筑各表面年度累积太阳辐射量楼号屋顶南立面西立面东立面北立面总计1号楼1 062 510653 754538 000301 448213 2402 768 9522号楼1 062 511653 466486 237301 701214 5422 718 4573号楼1 062 510661 580483 026321 356213 3352 741 8074号楼1 062 510653 767538 000298 038200 7672 743 0825号楼946 208650 958483 538305 769198 4802 574 9536号楼1 062 510640 721483 049321 356200 5442 708 1807号楼1 062 510643 832538 000298 237200 1992 742 7788号楼1 062 510639 940483 593298 684200 2512 684 9789号楼1 062 510659 245477 632321 356199 8952 720 63810号楼1 062 510644 785538 000301 683200 0672 747 04511号楼1 062 510659 363483 636318 047198 4502 722 00612号楼1 062 510662 641538 000318 045200 2092 781 405Wh/m23结语(1)通过在社会层面发放问卷调研,2000年以前的住宅建筑外墙和屋顶保温效果低于2000年以后建成的住宅,2000年以前的住宅建筑具有提升空间,改造潜力巨大;住户对冬夏两季的室内满意度整体偏低;住户对于太阳能利用政策需加强了解,但住户对光伏系统的接受程度较高。(2)沈阳市某小区12栋住宅楼中,小区年度累计太阳辐射量最多的为位于西南角的12号楼,年度累计太阳辐射量最少的为位于小区中央的5号楼,该小区整体区域接受太阳辐射量的趋势一致,建筑接收太阳辐射总量均为屋顶南立面西立面东立面北立面,其中住宅楼东立面和北立面接收的太阳辐射量与另外3个立面的差距很大,出于经济性考虑,该小区加装光伏系统的合理区域为建筑的屋顶、南立面和西立面。
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