Фотоэлектрические окна открывают путь для повышения энергоэффективности небоскребов

Небоскребы доминируют на городских горизонтах, но эти массивные конструкции со стеклянными стенами можно сделать более энергоэффективными за счет добавления теплоэффективных фотоэлектрических (PV) окон, согласно анализу, проведенному исследователями из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL).

Их результаты, опубликованные в журнале One Earth , излагают правила проектирования зданий, которые могут привести к созданию конструкции с нулевым или даже положительным потреблением энергии.

На здания приходится более трети мирового потребления энергии и почти столько же глобальных выбросов углекислого газа. Но, сочетая PV с оконными технологиями с высокими тепловыми характеристиками, новые здания могут стать важным инструментом в борьбе с изменением климата , отмечают исследователи.

Современные офисные здания выделяются своими вырисовывающимися стеклянными фасадами, в отличие от тех дней, когда они были построены из бетона и однокамерных окон. Например, в здании Equitable Building в Нью-Йорке соотношение окон и стен составляет 25%. Для сравнения, городская башня Bank of America Tower открылась в 2016 году, 101 год спустя, с коэффициентом 71%.

Исследователи рассмотрели здания с соотношением окон к стене 95%, получившие название «сильно остекленные», для большей части своего анализа, чтобы четко проиллюстрировать влияние остекления на энергоэффективность здания. Улучшения в технологиях остекления, такие как окна с тройным остеклением, помогли повысить энергоэффективность зданий, но пока не получили широкого распространения.

Исследователи смоделировали воздействие трех различных типов фотоэлектрических технологий остекления, включая переключаемую фотоэлектрическую технологию NREL. Различные технологии остекления были реализованы в здании в восьми городах, каждый из которых находится в разном климате. Помимо PVwindow, исследователи также полагались на программные платформы EnergyPlus и OpenStudio.

С таким количеством окон и солнечным светом, проникающим внутрь, здания с большим количеством остекления должны расходовать значительную энергию для охлаждения находящихся в них людей. Фотогальванические (PV) окна обеспечивают теплоизоляцию здания и используют поглощенную энергию для выработки электроэнергии. В течение года исследователи обнаружили четкую тенденцию генерации фотоэлектрических модулей в климате с погодой, которая сильно меняется в зависимости от сезона.

Моделирование показало, что в Денвере, например, локальная фотоэлектрическая генерация может вдвое сократить усредненную за день электрическую нагрузку здания для 12-этажного здания с толстым остеклением. Они также определили, что фотоэлектрические окна в Денвере могут сократить выбросы двуокиси углерода на 2 миллиона килограммов в год.

Моделирование показало ступенчатое увеличение производительности для каждого из трех изученных вариантов фотоэлектрического остекления и продемонстрировало снижение энергопотребления и выбросов углекислого газа в восьми климатических зонах.

Исследователи обнаружили, что энергопотребление возрастает, когда в здании больше окон, чем стен. Однако потребление энергии падает, когда соотношение увеличивается и включает в себя фотоэлектрическое остекление. Действительно, большая высота от пола до пола в сочетании с фотоэлектрическим остеклением снижает энергопотребление здания. Соедините фотоэлектрическое остекление с фотогальваническими панелями снаружи здания, особенно обращенными на восток и запад, чтобы захватить солнце ранним утром и поздним днем, и этот небоскреб может достичь нуля.

Исследователи отметили, что фотоэлектрическое остекление можно сочетать с солнечными батареями на крыше, чтобы увеличить количество вырабатываемой электроэнергии, с потенциалом выработки большего количества энергии, чем требуется зданию, за счет использования высокоэффективных фотоэлектрических окон и уникальной геометрии здания . Переход может решить задачи по изменению климата, не жертвуя архитектурной свободой застекленных фасадов.

Дополнительная информация: Винсент М. Уилер и др., Фотогальванические окна сокращают энергопотребление и выбросы CO2 на 40 % в зданиях с высоким остеклением, One Earth (2022). DOI: 10.1016/j.oneear.2022.10.014

 

Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК

Бесплатная служба распространения новостей для научных организаций и стартапов

hello@technovery.com