摘要 光伏 (PV) 供暖是一种很有前途的技术,可实现建筑领域无化石燃料供暖和碳中和。经济高效的储能对于解决光伏供暖中的供需时间不匹配问题至关重要。在此,我们提出使用建筑围护结构作为光伏供暖系统的有源储能装置的概念,从而将建筑围护结构转变为热电池。实验结果表明,储能容量为 142 kW h/m 2 ,高于传统储能系统。我们开发了一个自上而下的宏观绩效评估模型,以量化使用建筑围护结构作为储能的光伏供暖系统的贡献。根据我们的估计,嵌入围护结构的系统每年可在中国北方减少与供暖相关的二氧化碳排放 7435.7 吨。我们的研究为创新节能建筑储能系统提供了见解,有助于实现全球碳中和和可持续发展。
该技术通过使用改进的鼓风机门对建筑围护结构加压,然后分配雾化、无毒、水基密封剂,密封剂会自动被吸入泄漏处,从而密封建筑围护结构。在部署系统之前,所有已完成的水平表面和不应密封的开口均已覆盖。然后对空间加压,无线网状网络控制喷嘴阵列,并跟踪建筑物泄漏的空气分配密封剂。密封剂颗粒是超低挥发性有机化合物 (VOC),不会释放气体,它们会逐渐相互叠加,将围护结构泄漏封闭到系统软件指定的程度。该系统可以密封直径最大为 ½” 的孔洞。在控制密封剂分配的同时,实时监测温度、气压和湿度。密封程序完成后,可在 30 分钟内重新进入空间。本次评估的自动空气密封由 Aeroseal 提供。
为了降低建筑物的能耗并限制其对环境的影响,近年来人们更加关注自适应建筑围护结构技术。智能材料结合了传感器和执行器的双重功能,是自适应技术的极佳盟友。它们的响应性通过配置为类似于自然生物皮肤的活界面的建筑围护结构促进了建筑物与环境之间的动态交互。本研究旨在探索智能材料的当前趋势和潜在应用,以定义环境自适应建筑围护结构的仿生解决方案。从指定自适应和响应解决方案之间的细微区别开始,使用 PRISMA 方法进行系统的文献综述,并进行文献计量分析,以确定关键词的主要常见出现、主要地理区域和主要来源。仅考虑对光、温度和水等环境触发因素作出反应的材料,以创建设计矩阵,丰富仿生自适应模型的实施阶段,并为研究人员提供用于仿生设计阶段的新有用工具。这项研究展示了如何使用智能材料来实现仿生外壳的响应功能,能够调节温度、屏蔽太阳辐射、过滤或对可变的环境参数做出反应。智能材料在建筑中的应用仍然有限,为未来的研究发现和建筑技术、生物学和材料科学之间的协同合作铺平了道路,并带来了更可持续的建筑环境。
以下是有关新型智能住宅的一些信息。净零能耗住宅通过节能建筑和技术以及太阳能等可再生能源的整合,产生的能源与它使用的能源一样多。下图突出显示了一些独特的建筑功能,这些功能使这些新型住宅变得智能高效。
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更大的可再生能源渗透率需要增加能源存储容量。需要长时储能 (LDES) 来平衡间歇性可再生能源供应与每日、每周甚至季节性的供应变化。在这些时间尺度上,传统的电化学电池变得不经济。固体颗粒热能存储 (TES) 是解决此问题的可行解决方案。固体颗粒可以达到比传统聚光太阳能 (CSP) TES 系统中使用的熔盐更高的温度 (> 1,100 ◦ C)。更高的温度可产生更高的功率循环热电转换效率。然而,在这些较高的温度下,更大的热损失和绝缘材料成本可能会抵消效率效益。在这项工作中,对能够储存 5.51 GWht 的全尺寸 3D 安全壳筒仓的绝缘设计进行了热分析,用于 LDES 用于电网电力。使用瞬态 FEA 方法模拟了提出的操作条件。经过 5 天(120 小时)的储存,在设计储存温度 1,200 ◦ C 下实现了 < 3% 的热能损失。考虑并满足了材料的热极限。还研究了存储系统性能对操作、气候和时间变化的敏感性。这些变化对系统的热效率影响很小,但对绝缘设计的其他方面确实具有重大影响。