光伏发电与智能遮阳技术相结合让建筑更节能

:苏黎世联邦理工学院的研究人员开发的太阳能外墙将光伏发电与智能遮阳技术相结合，实现了建筑的最佳能量平衡。

由建筑系统教授ArnoSchlüter及其研究小组开发的一种自适应太阳能幕墙系统，可实现各个房间的自调节，使其产生的能量超过一年中消耗的能量。其最新研究成果发表在最新一期的Nature Energy杂志上。

创新的外立面包括安装在轻质钢缆网上的可移动太阳能电池板阵列。它们可以单独控制，并通过柔软的机器元件实现垂直和水平移动。这些软机器执行器是系统的核心：其由在压力下改变其形状的软材料和刚性U形接头构成，使它们能够锁定位置以抵御恶劣天气甚至风暴。

研究人员测试了该系统的耐候性，并在Hnggerberg校区使用多个原型进行了测量。他们发现，在晴朗的夏日，可移动太阳能电池板的能量比安装在建筑物外立面上的静态太阳能电池板多大约50％。

然而，立面不仅可以发电，还可以控制多少光和热量透过建筑围护结构，从而调节内部气候。自适应学习算法控制面板的运动，以便在加热和冷却内部空间时节省成本降低净能量需求。同时，该算法还考虑了建筑物当前的使用情况并相应地调整气候。

为了确定理论上可以减少房间能耗的程度，研究人员使用原型数据模拟了几种情景。他们计算了在开罗，苏黎世和赫尔辛基建造带有可移动太阳能外墙的建筑的节能潜力。通过这样做，他们对办公室和住宅用空间进行了模拟

结果表明，办公室的节能往往高于生活空间，温暖而非寒冷气候，尤其是中欧等温带地区，其节能效果更明显。ArnoSchlüter总结了这些发现：“环境条件变化越大，自适应立面的好处就越大。”

在根据最新标准建造的建筑物中，温带地区（在本例中为苏黎世）的办公空间模拟中可以看到最佳的能量平衡。在一年中需要内部供暖和制冷的情况下，自适应外墙产生了舒适的室内环境所需能量的115％的电量。

同样好的结果来自1920年以前建造的开罗房屋的办公空间模拟，其需要更多的遮阳和冷却。在这种情况下，外立面产生了114％的年度能源需求。换句话说，该研究强调了新旧建筑的节能潜力，但外墙必须始终与内部空间及其使用相结合。

“我们希望解决建筑物中用户舒适度和能源效率之间的权衡，”ArnoSchlüter说。“从理论上讲，最节能的空间将没有窗户。因此，我们很高兴地展示建筑物内部和外部之间的智能接口如何能够提供最佳的用户舒适度并产生多余的能量。”

Schlüter教授的团队正在研究自适应太阳能立面对物理建筑的影响：该系统是Dübendorf的NEST研究大楼最顶层平台上建造的未来派“HiLo”单元的一部分。

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