PVT＾带光伏、热泵和暖通空调系统的立面模块

陈讲运清洁能源

原创

2022-12-7 07:49 · 来自北京

弗劳恩霍夫 / 赫伯特·辛内斯比希勒

图2 带落地光伏元件的EE立面模块（演示器）外景。

弗劳恩霍夫建筑物理研究所IBP和能源经济与能源系统技术IEE的研究人员正在开发一种立面模块，该模块集成了技术建筑设备，并为其提供可再生能源，以加热，冷却和通风其后面的房间。

简而言之

■ 建筑行业的改造率显然太低，无法实现能源转型目标。一种方法是对组件进行更高程度的预制。

■ 符合气候目标的建筑物（翻新）的关键要素是隔热良好的建筑围护结构、与建筑相关的光伏系统、由可再生电力供电的热泵和带热回收功能的通风。

■ 一个研究项目将这些关键元素结合在一个模块化立面中：每个模块由一个用于发电的光伏系统、一个用于加热和冷却的微型热泵、一个带有热回收和真空绝热元件的分散通风装置组成。唯一的介质供应是电源连接。

在德国，建筑物的使用占总能源需求和温室气体排放量的很大一部分。因此，能源优化的建筑、智能控制和网络以及经济和气候友好的房屋能源供应是成功实现能源和热转型的核心。

光伏（PV）将在可持续能源的未来中发挥重要作用，并占据新的领域，例如在现有外墙的翻新中。在新建筑和能源优化建筑中，光伏是零或净零平衡的关键，因为建筑物的能源需求无法完全避免，但可以在运行期间不提供温室气体排放。

可再生能源模块立面

弗劳恩霍夫建筑物理研究所IBP和弗劳恩霍夫能源经济与能源系统技术研究所IEE的研究团队目前正在开发一种所谓的RE模块立面（可再生能源模块立面），该立面为建筑物提供环保电力，从而加热，冷却和通风其后面的房间。每个立面模块的能源供应商（图1）是一个光伏元件，为微型热泵提供驱动能量，以实现高效的加热和冷却发电以及具有热回收功能的分散式HVAC系统。

所有必要的技术组件都包含在模块化立面的每个元素中，从而实现高度的预制。由联邦经济事务和能源部（BMWi）资助的联合研究项目的项目合作伙伴是Implenia Fassadentechnik作为EE模块化立面的设计者，Lare Luft- und Kältetechnik开发热泵和LTG用于分散通风技术。

微创立面改造

该研究项目的目的是开发具有成本效益的模块化翻新和新立面，从而使翻新是微创的。Fraunhofer IEE的项目经理兼科学家Jan Kaiser表示：“我们不是在翻新整个建筑，而只是翻新外墙。旧的立面将被新的工业预制模块所取代。通过集成的加热，冷却和通风技术，立面将具有多功能性，同时适应新能源标准。

弗劳恩霍夫 / 赫伯特·辛内斯比希勒

图2 测试室的EE模块立面视图，包括测量技术和用户模拟。

由于模块可以预制，因此可以现成生产。这为规划者和投资者提供了高度的成本确定性和明确定义的成本框架。交换在短短几个小时内进行。由于供暖和通风技术已经集成，因此无需在建筑物中铺设新管道。立面只需要有一个电源连接，即使在没有光伏电力的时候也能为房间提供空调和通风。减少了施工现场的安装和协调工作。理想情况下，房间的用户在装修期间不必搬出。

EE模块化立面特别适用于办公和行政建筑以及使用骨架施工方法建造的学校 - 这种建筑方法在1950年代，1960年代和1970年代很常见。钢筋混凝土柱代替承重墙，支撑楼板。在翻新过程中，旧的立面元素被拆除，新的落地模块悬挂在建筑结构的前面。EE模块化立面的单个技术单元宽1.25米，深30厘米。每个单元可容纳约24米2空间大。

模块化立面作为能源围护结构

内置光伏系统为系统技术供电。热泵还充当热和冷却发电机，是技术单元的决定性部件。通过安装在光伏元件后面的气隙中的风扇对流器，它从外部空气中提取热量，并通过风扇对流器将其作为加热热量传递到其后面的（办公室）房间。如果它必须冷却而不是加热，则循环颠倒。

集成的分散式通风装置可调节空气交换和热回收。由于空气阻尼器的针对性互连，只需要一个风扇，从而最大限度地减少了功耗。俐通的通风装置通过襟翼控制在供气和排气操作之间循环切换，从而几乎呼吸。热回收通过蓄热器进行，蓄热器由于其设计而防止结冰。除了按需通风外，操作模式还可以实现夜间通风。立面模块中的真空隔热元件提供隔热。

“EE模块化立面提供精确协调的隔热和防晒，能耗低，易用性高，”弗劳恩霍夫IBP的科学家，Jan Kaiser在该项目中的同事Michael Eberl强调说。大约25%至30%的办公楼是在1950年至1990年左右之间以骨架结构建造的。它们的总能耗为 3.2 TWh/a。Kaiser：“使用我们的可再生能源模块外墙，消耗量可以减少到0.6 TWh/a。目前1%/年的低翻新率也可以通过高度预制来提高。

VERU中的测试

项目合作伙伴目前正在霍尔茨基兴的弗劳恩霍夫IBP能源和室内气候调查测试设施（VERU）南面及其后面的测试室中测试EE模块立面的演示器（图2）。演示器和测试室都配备了广泛的测量技术。

此外，还安装了随时间变化的受控内部热源和湿度源（模拟房间中的用户），以证明其在真实办公环境中的功能。除此之外，还确定了不同高度的空气温度、湿度和空气速度以及照度等参数，这些特征值与房间的舒适度有关。

记录EE模块立面技术单元各个组件的电力消耗以及光伏元件的产量，以创造能量平衡。所有组件的交互已经运行良好，目前正在优化各个组件。

编译 陈讲运