基于BIM技術(shù)的裝配式住宅光伏一體化設(shè)計(jì)探討

■ 崔艷秋 劉曉玥 劉 伊 蔡洪彬

0 引言

隨著我國(guó)“3060”雙碳政策的深入，新型儲(chǔ)能作為能源領(lǐng)域碳達(dá)峰的關(guān)鍵支撐，也立下2030年實(shí)現(xiàn)全面市場(chǎng)化發(fā)展的新目標(biāo)；而光伏發(fā)電憑借其不消耗燃料且對(duì)環(huán)境無(wú)污染的優(yōu)勢(shì)，成為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要措施。[1-2]在技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)下，我國(guó)光伏技術(shù)飛速發(fā)展，光電轉(zhuǎn)化率不斷提高，帶動(dòng)了光伏系統(tǒng)成本的下降（圖1），光伏裝機(jī)容量達(dá)到世界第一（圖2）。

圖1 光伏累計(jì)裝機(jī)增長(zhǎng)帶動(dòng)成本下降

圖2 各國(guó)新增光伏需求變化（2013—2020年）

在全球現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)中，城市住宅能源需求占比 67%以上，產(chǎn)生的CO2排放量超出全球排放量70%[3]。我國(guó)2020年發(fā)布的《綠色建筑創(chuàng)建行動(dòng)方案》（建標(biāo)〔2020〕65 號(hào)）中，提出要加強(qiáng)裝配式住宅設(shè)計(jì)要求，規(guī)范構(gòu)件選型，提高裝配式建筑構(gòu)配件標(biāo)準(zhǔn)化水平[4]。推進(jìn)光伏一體化等新型儲(chǔ)能手段在住宅建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用，是解決建筑行業(yè)能耗問(wèn)題的有效措施之一，響應(yīng)了國(guó)家改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、提高能源利用效率，推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的號(hào)召，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)一些學(xué)者針對(duì)裝配式住宅太陽(yáng)能一體化設(shè)計(jì)展開(kāi)了研究。張先勇等[5]將PVsyst 光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件和eQUEST 能耗計(jì)算軟件與BIM 技術(shù)結(jié)合，確定光伏組件及逆變器的選型及安裝等關(guān)鍵參數(shù)，模擬光伏發(fā)電量，并通過(guò)建立住宅的信息模型進(jìn)行建筑能耗分析，給出能耗優(yōu)化建議；郭娟利等[6]提出裝配式建筑太陽(yáng)能“族”庫(kù)建立的原則與方法，并基于 BIM 平臺(tái)，對(duì)建筑立面太陽(yáng)能組件安裝方式、太陽(yáng)能組件安裝傾角進(jìn)行對(duì)比分析；董玉寬等[7]通過(guò)“配套零件-光伏組件-構(gòu)造系統(tǒng)”模式，建立CIGS 光伏建筑構(gòu)件族庫(kù)，并在實(shí)際項(xiàng)目中驗(yàn)證該設(shè)計(jì)方法的可行性。這些研究對(duì)光伏系統(tǒng)與建筑設(shè)計(jì)的結(jié)合多從普適性理論角度入手，而沒(méi)有將定量分析和BIM 技術(shù)與光伏一體化設(shè)計(jì)方案結(jié)合，缺乏光伏模塊庫(kù)建立的標(biāo)準(zhǔn)與經(jīng)驗(yàn)。本文通過(guò)構(gòu)建光伏組件與建筑構(gòu)件相結(jié)合的光伏BIM 族庫(kù)，將光伏一體化技術(shù)融入裝配式住宅前期設(shè)計(jì)和模擬分析過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)節(jié)能與美觀的雙目標(biāo)，并結(jié)合實(shí)際案例，驗(yàn)證這一設(shè)計(jì)方法的可行性。

1 BIM 與裝配式住宅光伏一體化

光伏建筑一體化(Building Integrated Photovoltaic，BIPV) 是指將光伏構(gòu)件集成到建筑上，使其成為建筑整體的有機(jī)組成部分，通過(guò)光伏發(fā)電降低建筑能耗，達(dá)到節(jié)能目的的技術(shù)[5]。BIPV 技術(shù)的關(guān)鍵是集成化設(shè)計(jì)，因此BIPV 項(xiàng)目需要建筑設(shè)計(jì)者與光伏發(fā)電等部門深入配合，不僅要保證光伏發(fā)電（PV）的效率，還要保持建筑的美觀性。但目前裝配式住宅設(shè)計(jì)與光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程往往相互割裂[8]，建筑師難以理解光伏系統(tǒng)的形態(tài)與構(gòu)成，工程師則需要根據(jù)建筑設(shè)計(jì)在PVsyst、TRNSYS、Design Builder 和IDA-ICE 等軟件中重新建模，用來(lái)評(píng)估太陽(yáng)輻射并優(yōu)化BIPV系統(tǒng)。這種重復(fù)建模過(guò)程會(huì)導(dǎo)致大量信息丟失，并消耗大量時(shí)間和人力成本。Shahryar Habibi[9]的研究表明，建筑設(shè)計(jì)和能源模擬工具之間仍存在一定的限制，多數(shù)建筑設(shè)計(jì)工具更注重整體美觀性而不是整個(gè)系統(tǒng)組成的性能。

建筑信息模型（BIM）技術(shù)是由20世紀(jì)末的美國(guó)科學(xué)家提出的一種基于計(jì)算機(jī)的建筑模擬系統(tǒng)[10]。BIM 技術(shù)的核心價(jià)值在于以三維信息模型作為集成平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)的協(xié)同工作[11]。將BIM 技術(shù)引入建筑設(shè)計(jì)前期，使光伏系統(tǒng)介入建筑正向設(shè)計(jì)，具有以下5 個(gè)方面優(yōu)勢(shì)：①BIM信息模型可包含光伏系統(tǒng)組件所有的數(shù)據(jù)信息，包括太陽(yáng)能組件的性能指標(biāo)、尺寸信息、廠家、型號(hào)、成本等，數(shù)據(jù)完備性高；②BIM 平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目在多個(gè)專業(yè)間的資源整合和信息共享，提高工作效率，提高裝配式住宅施工準(zhǔn)確性；③建筑信息模型可視化可以在設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行組件變化和即時(shí)表達(dá)，反復(fù)調(diào)整優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，達(dá)到美觀性與功能性的雙目標(biāo)；④利用科學(xué)可靠的建筑信息模型獲取準(zhǔn)確的工程數(shù)據(jù)與信息，將工程模型數(shù)據(jù)細(xì)分至構(gòu)件、材料，進(jìn)行結(jié)構(gòu)管線計(jì)算及光伏系統(tǒng)造價(jià)估算，提高建筑施工圖設(shè)計(jì)階段和預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)階段的準(zhǔn)確性和質(zhì)量[12]；⑤實(shí)現(xiàn)與建筑產(chǎn)品信息庫(kù)對(duì)接，將光伏系統(tǒng)部件作為標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品生產(chǎn)，提高施工裝配效率，促進(jìn)光伏一體化的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

影響裝配式住宅光伏發(fā)電效率的因素除了光伏板參數(shù)，還有光伏模塊安裝位置、安裝傾角、系統(tǒng)產(chǎn)熱量、管線設(shè)計(jì)等。在住宅方案設(shè)計(jì)階段，通過(guò)在Revit 軟件中建立基礎(chǔ)模型，可準(zhǔn)確描述項(xiàng)目中的光伏族圖元組功能和屬性集，對(duì)不同方案進(jìn)行量化分析。光伏建筑構(gòu)件族庫(kù)可根據(jù)不同設(shè)計(jì)階段建立不同精度等級(jí)的族文件，以滿足每個(gè)設(shè)計(jì)階段對(duì)模型的精度要求，適應(yīng)光伏一體化項(xiàng)目 BIM 模型全過(guò)程設(shè)計(jì)；其通過(guò)接口接入性能分析軟件中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)輻射分布、光伏發(fā)電量的分析，同時(shí)保證構(gòu)件管線的合理排布。在BIM 軟件中，可對(duì)光伏組件的安裝位置、安裝傾角、安裝面積等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)修改，快速對(duì)接PVsyst、Design Builder 等量化分析軟件，實(shí)現(xiàn)可視化的建筑技術(shù)集成方案設(shè)計(jì)。

2 裝配式住宅光伏族庫(kù)的創(chuàng)建

裝配式住宅采用工業(yè)化生產(chǎn)方式，由預(yù)制部品部件在工地裝配式集成建造而成[13]。這與 BIM 建筑信息模型不同構(gòu)件“族”具有很高的契合度，大量“族”構(gòu)件的真實(shí)屬性可以反映出裝配式建筑部件的材料屬性與構(gòu)造方式，提高建筑信息的集成度與可視化。

在 Revit 軟件中，基于建筑構(gòu)造技術(shù)和光伏系統(tǒng)尺寸及構(gòu)成特點(diǎn)，將光伏面板與建筑屋頂、墻體、陽(yáng)臺(tái)及一些立面遮陽(yáng)功能構(gòu)件相結(jié)合，構(gòu)建、完善包含光伏發(fā)電系統(tǒng)“族”的建筑構(gòu)造單元“族”，上傳到云協(xié)作平臺(tái)上進(jìn)行存儲(chǔ)。光伏建筑構(gòu)件族庫(kù)可以根據(jù)建筑設(shè)計(jì)不同階段的需要，導(dǎo)出不同精度的模型文件供不同模擬分析軟件使用。通過(guò)軟件分析，可以合理安排光電板的布設(shè)位置和數(shù)量，確定光伏設(shè)備的最佳傾角，估算光伏系統(tǒng)的年發(fā)電量。構(gòu)建完備的光伏族庫(kù)可以作為一個(gè)完整的構(gòu)造單元在建筑設(shè)計(jì)前期被調(diào)用，并根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目情況靈活調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)。

2.1 屋頂光伏模塊

光伏構(gòu)件與屋頂結(jié)合是最常見(jiàn)的結(jié)合方式，有利于光伏構(gòu)件的安裝和圍護(hù)，減少能源回收時(shí)間；但由于城鎮(zhèn)住宅屋頂面積有限，難以滿足中高層住宅的需求，常與立面太陽(yáng)能模塊結(jié)合使用。在屋頂布設(shè)光伏組件時(shí)，需要預(yù)留應(yīng)急疏散場(chǎng)地，以滿足消防疏散要求。

住宅屋面形式主要分為平屋面和坡屋面。由于平屋面需要額外安裝具有一定坡度的光伏支架以保證太陽(yáng)能的利用效率，因此光伏系統(tǒng)與坡屋面結(jié)合一體化程度更高。光伏系統(tǒng)與住宅屋頂?shù)慕Y(jié)合形式主要有附件式和整合式。其中，附件式的光伏組件相對(duì)獨(dú)立，在平屋面可以通過(guò)支架布置為傾角陣列（圖3），在坡屋面可以結(jié)合屋面坡度布置（圖4），但都要避免光伏組件之間的自遮擋[14]；整合式的光伏組件是將光伏系統(tǒng)與屋面組成一個(gè)有機(jī)整體，如：以光伏瓦組件替代傳統(tǒng)屋面瓦等（圖5）。

圖3 平屋面光伏模塊

圖4 坡屋面光伏模塊

圖5 光伏瓦模塊

2.2 墻體光伏模塊

光伏系統(tǒng)與屋面結(jié)合雖在朝向選擇、結(jié)合方式、技術(shù)成熟度等方面有一定優(yōu)勢(shì)，但我國(guó)城市住宅類型大多為多層或高層，屋頂面積占比有限，因此，增加立面太陽(yáng)能模塊更有利于提高中高層住宅的太陽(yáng)能利用效率，并且可以減少能源輸送距離，降低成本。光伏組件與住宅墻體的結(jié)合通常也有兩種方式：一種是通過(guò)螺栓或框架梁安裝在住宅外墻表面的組合式光伏墻面（圖6）；另一種是采用以光伏幕墻取代外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的取代式（圖7）。光伏系統(tǒng)與墻體一體化設(shè)計(jì)時(shí)，光伏板的材料顏色、肌理、形狀都會(huì)對(duì)建筑立面效果產(chǎn)生影響，更需要考慮整體的協(xié)調(diào)性、美觀性。

圖6 組合式光伏墻面模塊

圖7 光伏幕墻模塊

2.3 陽(yáng)臺(tái)光伏模塊

陽(yáng)臺(tái)作為住宅立面不可或缺的組成部分，具有一定獨(dú)立性和模塊性，與光伏組件進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)的程度較高。①光伏組件可與開(kāi)敞式陽(yáng)臺(tái)頂部結(jié)合，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電和陽(yáng)臺(tái)遮陽(yáng)的目的（圖8）；②光伏組件可與陽(yáng)臺(tái)圍護(hù)構(gòu)件結(jié)合，在通過(guò)傾斜實(shí)現(xiàn)更大的發(fā)電效率的同時(shí)，也可以給住宅立面增加多樣性與美觀性（圖9）；③光伏組件可與陽(yáng)臺(tái)欄桿構(gòu)件進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，通過(guò)具有可透光性的薄膜電池組件營(yíng)造輕盈感（圖10）。

圖8 封閉式光伏陽(yáng)臺(tái)模塊

圖9 開(kāi)放式光伏陽(yáng)臺(tái)模塊

圖10 光伏欄桿模塊

2.4 遮陽(yáng)光伏模塊

將光伏組件與具有遮陽(yáng)功能的建筑立面構(gòu)件相結(jié)合，主要是與窗口遮陽(yáng)板、窗口遮陽(yáng)百葉和遮陽(yáng)雨篷等遮陽(yáng)構(gòu)件進(jìn)行一體化處理[15]，可以在利用太陽(yáng)能的同時(shí)起到調(diào)節(jié)室內(nèi)光環(huán)境的效果。窗口遮陽(yáng)光伏板和遮陽(yáng)光伏雨篷中的光伏組件可以附加在遮陽(yáng)構(gòu)件上（圖11），也可以直接將光伏板作為遮陽(yáng)構(gòu)件（圖12）；窗口遮陽(yáng)光伏百葉可以根據(jù)使用者在不同時(shí)段的需求，通過(guò)手動(dòng)或自動(dòng)追蹤的方式對(duì)百葉角度進(jìn)行靈活調(diào)整，控制進(jìn)入室內(nèi)的光線量（圖13）。

圖11 光伏雨篷模塊

圖12 光伏窗戶遮陽(yáng)板模塊

圖13 光伏百葉模塊

3 案例分析

3.1 案例概況

某裝配式高層公寓樓項(xiàng)目基地位于山東省濟(jì)南市（圖14），屬于寒冷地區(qū)，氣候特征為冬季寒冷干燥，夏季較長(zhǎng)且炎熱濕潤(rùn)。根據(jù)我國(guó)太陽(yáng)能資源分布情況，該地區(qū)的年均太陽(yáng)輻射總量約在1 450～1 660 kWh/ m2，屬于較為適合太陽(yáng)能建筑一體化利用的二類地區(qū)。項(xiàng)目總用地面積為46 617.0 m2，總建筑面積為74 881.6 m2，建筑高度為87.5 m，建筑面積為37 440.8 m2，規(guī)劃戶數(shù)為867 戶。

圖14 項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案效果圖

3.2 基于BIM 的光伏一體化設(shè)計(jì)

3.2.1 Ecotect 輔助下的太陽(yáng)輻射分析

對(duì)于光伏系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，安裝在建筑屋頂及立面上會(huì)受到不同程度的陰影遮擋，導(dǎo)致其實(shí)際輸出功率低于預(yù)期值。在該項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案中，首先在Ecotect 軟件中建立公寓樓單體及周圍建筑的分析模型，導(dǎo)入項(xiàng)目所在城市（濟(jì)南市）的氣象數(shù)據(jù)；然后對(duì)公寓樓屋頂及各個(gè)立面根據(jù)參數(shù)化細(xì)粒度劃分成若干小塊，對(duì)每個(gè)小塊的全年太陽(yáng)輻射強(qiáng)度進(jìn)行模擬分析并得出強(qiáng)弱分布（圖15），得到適合設(shè)置光伏發(fā)電設(shè)備的部分作為基礎(chǔ)進(jìn)行下一步設(shè)計(jì)，可在最大程度上減少輸出能量損耗，降低陰影遮擋概率。

圖15 建筑立面太陽(yáng)輻射分析

由表1圍護(hù)結(jié)構(gòu)太陽(yáng)輻射分析結(jié)果可知：建筑屋頂?shù)奶?yáng)輻射量最大，適于完整布設(shè)光伏發(fā)電裝置；建筑南側(cè)墻面的下部因受到部分遮擋，不適于布設(shè)光伏設(shè)備，應(yīng)將光伏板布設(shè)于南側(cè)墻面上部及東西角部；建筑西立面和東立面由于受到遮擋影響，太陽(yáng)輻射量較小，布設(shè)光伏板的經(jīng)濟(jì)效益較低；而建筑東側(cè)山墻面的太陽(yáng)輻射峰值量雖然較高，但由于建筑遮擋作用，只有上部少數(shù)部分可以有光伏利用潛力；建筑北側(cè)雖遮擋較少，但受到的太陽(yáng)輻射峰值僅為243.8 kWh/m2，光伏利用價(jià)值也較低。

表1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)太陽(yáng)輻射分析結(jié)果

3.2.2 光伏系統(tǒng)配置

本方案出于對(duì)建筑形體及光伏發(fā)電量的考慮，綜合考慮光電轉(zhuǎn)換效率、使用壽命、經(jīng)濟(jì)性、透光性、供應(yīng)鏈等因素，選擇轉(zhuǎn)換效率最高、制造技術(shù)最成熟、特性較穩(wěn)定、使用時(shí)間長(zhǎng)的成型單晶硅電池板產(chǎn)品作為光伏建筑族庫(kù)的電池組件（表2）。電池組件與建筑部品相結(jié)合，可組合為光伏屋頂矩陣、光伏陽(yáng)臺(tái)族庫(kù)構(gòu)件。項(xiàng)目采用分布式發(fā)電系統(tǒng)，總光伏裝機(jī)容量為419.9 kWp。

表2 光伏電池特性比較

根據(jù)Ecotect 對(duì)屋頂及各立面太陽(yáng)輻射量的模擬分析結(jié)果，在公寓樓屋頂布設(shè)559 個(gè)平屋面支架式光伏模塊（圖16），并在其南立面設(shè)置186個(gè)封閉式光伏陽(yáng)臺(tái)模塊（圖17），具體光伏系統(tǒng)布設(shè)參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 光伏系統(tǒng)主要參數(shù)

圖16 屋頂光伏模塊布置圖

圖17 南立面光伏模塊布置圖

3.2.3 PVsyst 輔助下BIPV 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

PVsyst 光伏設(shè)計(jì)軟件可根據(jù)輸入的氣象文件、光伏陣列面積、容量等進(jìn)行計(jì)算，為電氣設(shè)計(jì)提供建議。軟件數(shù)據(jù)庫(kù)包括美國(guó)NASA 等300 多個(gè)氣象網(wǎng)站的數(shù)據(jù)、上千種光伏組件和逆變器信息，能滿足用戶自定義的要求。本文利用其輔助設(shè)計(jì)功能對(duì)光伏組件的朝向、間距進(jìn)行優(yōu)化，并模擬BIPV 發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量。光伏組件的朝向與項(xiàng)目所在地理位置有關(guān)。由于該樓坐北朝南，其屋面與陽(yáng)臺(tái)雨篷的光伏組件均朝正南安裝 (即方位角為 0°)，以便接收到最理想的太陽(yáng)輻射。

對(duì)屋面族庫(kù)構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，使用PVsyst 中的MeteoNorm7.2 插件，將濟(jì)南市的氣象數(shù)據(jù)導(dǎo)入工程文件，設(shè)置為固定角安裝（Single Fixed Plane）。PVsyst 顯示組件中，當(dāng)傾角為32°時(shí)，斜面輻射與水平輻射的比值為最高值，相對(duì)于最優(yōu)化的損失比為0，此時(shí)接收到的太陽(yáng)輻射量為1 488 kWh/m2，即為傾角最優(yōu)值。因此，將屋頂光伏板設(shè)置為南向墻角32°時(shí)，可以最大程度地接收太陽(yáng)輻射。在設(shè)置立面光伏構(gòu)件時(shí)，傾角過(guò)大會(huì)影響到構(gòu)件美觀性，綜合考慮功能和發(fā)電效率后，將陽(yáng)臺(tái)光伏族庫(kù)構(gòu)件中的光伏板的傾斜角度設(shè)置為45°。此時(shí)的斜面輻射與水平輻射比值為1.09，接收到的太陽(yáng)輻射量為1 456 kWh/m2，相對(duì)于最優(yōu)化的太陽(yáng)輻射損失比為2.2%，損失值較小。將立面墻體光伏構(gòu)件的傾斜角度設(shè)置為90°，與外墻板平齊。此時(shí)斜面輻射與水平輻射比值為0.73，接收到的太陽(yáng)輻射量為973 kWh/m2，相對(duì)最優(yōu)化的太陽(yáng)輻射損失比為34.6%（圖18）。

圖18 不同傾斜角度輻射量對(duì)比圖

將光伏組件及其他光伏系統(tǒng)構(gòu)件的參數(shù)輸入PVsyst 后，得到發(fā)電量仿真結(jié)果。公寓樓屋面光伏組件年發(fā)電量為139 956 kWh、陽(yáng)臺(tái)光伏構(gòu)件年發(fā)電量為48 550 kWh，光伏系統(tǒng)全年總發(fā)電量約為188 506 kWh（表4）。

表4 光伏構(gòu)件年發(fā)電量統(tǒng)計(jì)表 單位：kWh

3.2.4 基于Design Builder 的建筑能耗分析

Design Builder 是由英國(guó)公司基于建筑能耗動(dòng)態(tài)模擬程序EnergyPlus開(kāi)發(fā)的一款綜合用戶圖形界面模擬軟件，在建筑采暖制冷、通風(fēng)、采光等方面的能耗模擬分析和經(jīng)濟(jì)分析的可信度較高。為計(jì)算光伏系統(tǒng)對(duì)本方案的節(jié)能貢獻(xiàn)，在Design Builder 中建立公寓樓的簡(jiǎn)化模型，在不考慮光伏系統(tǒng)存在的條件下進(jìn)行模擬。將濟(jì)南市的氣象數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入模型，并參考相關(guān)規(guī)范要求設(shè)置模型的人員活動(dòng)性、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、照明控制和暖通空調(diào)等參數(shù)（表5、6），得到該建筑的全年能耗逐日模擬結(jié)果（圖19）。

圖19 公寓樓全年溫度、得熱量及能耗逐日模擬結(jié)果

表5 圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置

通過(guò)模擬，可測(cè)算出該公寓樓的全年能耗為1 765 053.82 kWh，由此可計(jì)算出 BIPV 技術(shù)對(duì)本方案的節(jié)能率。其計(jì)算公式為：

式中，ηco為節(jié)能率；Eph為光伏系統(tǒng)發(fā)電量；Ebu為建筑原能耗（188 506 kWh）。

相比非光伏一體化設(shè)計(jì)方案，本項(xiàng)目的BIPV 設(shè)計(jì)方案可節(jié)能10.68%。按照濟(jì)南市居民用電平均電價(jià)0.547 元/kWh 計(jì)，相當(dāng)于每年約節(jié)省電費(fèi)103 075 元、節(jié)省76 156.1 kg 標(biāo)準(zhǔn)煤，同時(shí)減少排放污染性碳灰塵51 273.5 kg、減少碳排放187 940.24 kg。由此可見(jiàn)，基于BIM 族庫(kù)的光伏一體化設(shè)計(jì)對(duì)項(xiàng)目的節(jié)能減排具有積極有效的作用。

表6 人員活動(dòng)及系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間表

4 結(jié)語(yǔ)

據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，截止到2020年，我國(guó)城鎮(zhèn)居住建筑運(yùn)行階段能耗占全社會(huì)能源消耗總量的38%[16]；而目前我國(guó)大部分住宅都是高能耗建筑，城鎮(zhèn)居住建筑的節(jié)能減排對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)“3060”雙碳戰(zhàn)略目標(biāo)至關(guān)重要。隨著光伏系統(tǒng)裝機(jī)成本的下降、轉(zhuǎn)換效率的提高和生產(chǎn)施工技術(shù)的不斷進(jìn)步，光伏一體化已具備在我國(guó)大部分建筑中推廣的使用價(jià)值。本文采用基于BIM 技術(shù)的設(shè)計(jì)與分析方法，對(duì)住宅建筑方案前期進(jìn)行光伏一體化設(shè)計(jì)。運(yùn)用Revit 軟件，創(chuàng)建適用于住宅建筑的光伏建筑族庫(kù)；在建筑屋頂和立面設(shè)計(jì)的過(guò)程中，結(jié)合Ecotect 軟件、PVsyst 軟件，在綜合考慮建筑美觀和能耗影響各項(xiàng)因素的基礎(chǔ)上，優(yōu)選光伏板布設(shè)位置，并對(duì)光伏板傾角進(jìn)行優(yōu)化。經(jīng)驗(yàn)證，該設(shè)計(jì)方法可以有效節(jié)省建筑能耗，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和施工流程，充分發(fā)揮出裝配式建筑的優(yōu)勢(shì)和BIM 技術(shù)高度集成的特點(diǎn)，在裝配式住宅和光伏一體化設(shè)計(jì)方面具有廣闊的應(yīng)用前景。