太阳能光伏屋顶对城市热环境及能源供需影响的模拟

发布时间：2024-06-11 03:24

　　太阳能光伏屋顶的安装在一定程度上缓解城市化带来的能源危机和城市热环境的破坏。本文将太阳能板的传热模型引入WRF的多层城市冠层方案中,在线模拟太阳能屋顶两种安装形式(贴覆式和支架式)对城市热环境及能量平衡的影响。结果表明:(1)安装贴覆式光伏屋顶可以使白天城市2m气温降低0.28°C,支架式屋顶白天降温0.22°C,夜间支架式降温效果更明显,与普通屋顶相比,降温0.24°C。贴覆式屋顶在13时对室内的降温效果最明显,而支架式屋顶时间相对滞后,在14时达到峰值。东部沿海地区可能会因为海陆环流受影响出现局部升温现象。另外光伏效率每增加10%,商业区城市气温最多下降0.13°C。(2)商业区城市表面边界层垂直风速减弱,湍流动能减少,一定程度上抑制白天边界层的发展,降低边界层的高度。在湍流发展旺盛的情形下,光伏屋顶的削弱作用更加明显。贴覆式光伏屋顶由于白天表温更低,对大气的加热作用弱于其他两种屋顶,湍流动能强度最弱。(3)当城市屋顶100%铺设太阳能光伏屋顶,对于住宅区光伏发电量基本能够满足,对于商业区,光电转换效率为32%时发电量能够全部负担空调能耗。此外其经济收益也颇为可观,在假设成本不变的...

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【部分图文】：

图2屋顶安装方式示意

目前光伏板的安装方式主要有3种：带通风流道支架安装、贴覆式安装及封闭流道的支架安装（王玥，2017）。文中在WRF模式中引入了较为常见的带通风流道的支架安装以及贴覆式安装两种方式（图2）的计算过程。参考Krauter的分层理论模型（Krauter,etal,1990）将光伏板分....

图3各气象要素（2m气温（a—d）、2m相对湿度（e—h）、10m风速（i—l））模拟与观测值时间序列

从图7可以看出，光伏屋顶对于潜热通量的影响很小，特别是商业区，其城市覆盖率高，大多为不透水面，普通屋顶的潜热通量峰值仅为37.98W/m2。贴覆式安装和支架式安装分别减少了1.28和1.16W/m2。除了地表的热通量，建筑物的废热排放也可能对近地层气温产生影响。由于光伏板的遮....

图4江苏省7月24日2m气温模拟（色阶）与观测（图中数字）水平分布

湍流动能作为湍流边界层中最重要的物理量之一，关系到边界层内动量、热量及水汽的垂直输送。光伏屋顶影响近地面气象要素的同时，对于湍流动能也可能产生影响。图52017年7月21—27日光伏屋顶（a、b.支架式，c、d.贴覆式）与对照算例中2m气温（单位：°C）的差值（a、c.06—....

图52017年7月21—27日光伏屋顶（a、b.支架式，c、d.贴覆式）与对照算例中2m气温（单位：°C）的差值（a、c.06—18时平均降温幅度，b、d.19—05时平均降温幅度）

图4江苏省7月24日2m气温模拟（色阶）与观测（图中数字）水平分布以南京站为例，图9给出南京站7月21—27日湍流动能的时、空分布特征。

本文编号：3992332