title: Αξιολόγηση ενεργειακής απόδοσης και οπτικής άνεσης ενσωματωμένων
ημιπερατών Φ/Β στοιχείων σε σκίαστρα

title: Evaluation of energy efficiency and visual comfort of integrated semi-transparent PV in shading devices
Creators: name: Σταματακης Αντωνιος
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2017

description: Τα σκίαστρα διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην ενεργειακή απόδοση των κτιρίων γραφείων προσαρμόζοντας την εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία. Το σχήμα των σκιάστρων επηρεάζει σε τέτοιο βαθμό που οδηγεί σε κυμαινόμενα αποτελέσματα όσον αφορά στις ανάγκες θέρμανσης, ψύξης, τεχνητού φωτισμού ή οπτικής άνεσης. Στο πλαίσιο των ενσωματωμένων φωτοβολταϊκών (Φ/Β) τεχνολογιών (BIPV), τα σκίαστρα μπορούν να ενσωματώσουν ημιπερατά Φ/Β στοιχεία για να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια καθώς και να εκμεταλλεύονται τη διαφάνειά τους, βελτιώνοντας έτσι την απόδοση των απλών σκιάστρων.

Η παρούσα εργασία παρουσιάζει μια συνδυασμένη μελέτη της ενεργειακής απόδοσης και της οπτικής άνεσης που παρέχεται από ημιπερατά Φ/Β στοιχεία ενσωματωμένα σε σκιάστρα. Στόχος είναι να διερευνηθούν οι ενεργειακές ανάγκες του χώρου για θέρμανση, ψύξη και η ενέργεια που χρησιμοποιείται για τον τεχνητό φωτισμό, μαζί με την ενέργεια που μπορεί να παράγει το Φ/Β σύστημα. Επιπλέον, η ποιότητα του οπτικού εσωτερικού περιβάλλοντος βρίσκεται υπό διερεύνηση.

Δεκατέσσερις διαμορφώσεις σταθερών σκιάστρων με νότιο προσανατολισμό έχουν μελετηθεί και κατηγοριοποιηθεί για ένα χώρο γραφείου, που βρίσκεται στη Μεσογειακή παράκτια πόλη των Χανίων, στην Κρήτη. Η απόδοση και η περατότητα των Φ/Β στοιχείων ορίστηκαν σε 6% και 10% αντιστοίχως. Κάθε μοντελοποιημένο σύστημα ενσωματώνεται στο Energy Plus για τη διεξαγωγή αναλύσεων συνολικής κατανάλωσης ενέργειας, παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από ημιπερατά Φ/Β στοιχεία καθώς και αναλύσεων οπτικής άνεσης.
Τα αποτελέσματα αποκαλύπτουν ότι στη συνολική ενεργειακή απόδοση, ο τύπος «Οριζόντιο & κατακόρυφο σκίαστρο πλήρους πρόσοψης» εμφανίζει την καλύτερη ενεργειακή απόδοση, μειώνοντας κατά 128,16% τις ενεργειακές ανάγκες σε σχέση με το «Απλό παράθυρο». Αντίθετα, ο τύπος «Οριζόντιες περσίδες με κλίση προς τα μέσα» εμφανίζει την χειρότερη ενεργειακή απόδοση, μειώνοντας κατά 50,32% τις ενεργειακές ανάγκες σε σχέση με το «Απλό παράθυρο». Η μελέτη δείχνει επίσης ότι όλα τα σκίαστρα με ενσωματωμένα ημιπερατά Φ/Β συστήματα με νότιο προσανατολισμό μπορούν να παράγουν αποτελεσματικά ηλεκτρική ενέργεια (από 178,25kWh/έτος έως 970,60kWh/έτος) η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τις ανάγκες τεχνητού φωτισμού (από 6,48kWh/έτος έως 258,10kWh/έτος). Τα ετήσια επίπεδα φυσικού φωτισμού σε όλα τα σκίαστρα φαίνεται να είναι χαμηλότερα από τα επίπεδα του «Απλού παραθύρου» (896,80lux) και κυμαίνονται από 89,29lux έως 727,98lux, καθώς επίσης εμφανίζουν πτωτική τάση κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού, ανεξάρτητα από το άφθονο φως της περιόδου. Σχετικά με την θάμβωση, όλα τα σκιάστρα φαίνεται να παρέχουν τιμές μεγαλύτερες από το κατώτατο όριο για χώρους γραφείων που είναι 22.
description: Shading devices (SDs) play an important role in the energy efficiency of office buildings by adjusting solar influx radiation. Influenced by the shape of the SD, this leads in ranging results regarding heating, cooling, artificial lighting demands or visual comfort. As part of BIPV technologies, SDs can integrate semi-transparent photovoltaics (STPV) in order to produce electricity as well as exploit PV modules transparency, thus improving the performance of simple SDs. This paper presents a combined study of building energy consumption, electricity production and visual comfort of STPV system integrated into SDs. The aim is to investigate space‘s energy needs for heating and cooling energy and the energy that is used for artificial lighting, along with the energy that the STPV can produce. Moreover, quality of the visual interior environment is under investigation. Fourteen south-facing configurations of fixed SDs have been studied and categorized for a single office room, located in Mediterranean coastal city of Chania, Crete, Greece. A PV efficiency and visual transparency of 6% and 10% were attributed respectively to STPV systems mounted on SDs. Each model is incorporated into Energy Plus to carry out overall energy consumption, PV electricity production and visual comfort analyses.
The results reveal that in overall energy performance, the SD ―Brise soleil full façade‖ contributes to the best energy performance, reducing overall energy demand by 128,16% according to ―Simple window‖. By contrast, the SD ―Horizontal louvers inwards inclined‖ contributes to the worst energy performance, reducing overall energy demand by 50,32% according to ―Simple window‖. The study also shows that all SDs with integrated south facing PV systems can efficiently produce PV electricity (178,25kWh/year up to 970,60kWh/year) which may be used for artificial lighting needs (6,48kWh/year up to 258,10kWh/year). Annual daylight levels seem to be lower than ― Simple window‘s‖ levels (896,80lux), ranging from 89,29lux to 727,98lux, as well as they appear a downward trend during summer time regardless of the abundant sky‘s daylight. According to glare, all SDs seem to provide values greater than office‘s threshold of 22.