建筑立面碳中和新思路：光伏绿化如何实现多目标共赢？

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（来源：江苏现代能源微网）

导 读

在全球“双碳”目标背景下，建筑行业作为碳排放“大户”，如何实现绿色低碳转型成为关键课题。建筑立面的设计，尤其是光伏与绿化技术的结合，被认为是实现建筑碳中和的有效路径之一。然而，过去的研究大多只关注光伏或绿化的单一应用，缺乏对两者协同设计与多目标优化的系统探索。

最近，一项围绕“建筑光伏绿化一体化立面设计”的研究取得了重要进展。该研究首次提出了一套完整的多目标优化设计方法，并在深圳深汕中学的实践中验证其可行性，实现了降低全生命周期碳排放13%、降低成本23% 的双重目标，同时保障了室内光环境的舒适度。以下为研究要点：

引言 ：建筑碳中和需在设计中综合权衡减碳、经济与舒适性能。现有研究多聚焦单一技术维度，缺乏对光伏与绿化复合立面的多目标优化。本研究旨在提出光伏绿化一体化立面多目标优化方法，实现减碳、成本与舒适性能的协同提升。

1、建筑光伏绿化立面协同减碳作用机理

1.1光伏立面减碳机理

通过可再生能源生产降低运行碳排放，但受材料、安装方式及光热环境影响，需综合评估全生命周期碳排放与经济性。

1.2 绿化立面减碳机理

通过植物碳汇与隔热作用间接减碳，但其构造形式与植物类型影响建造阶段碳排放与成本。

1.3 协同减碳机理

光伏与绿化在立面空间中存在竞争关系，需根据局部光照条件与成本效益优化配置，实现减碳与经济效益平衡。

2 建筑光伏绿化立面多目标优化设计方法

方法包含三部分：

• 设计方案原型：基于市场调研，选取遮阳光伏与牵引式垂直绿化作为设计原型，参数化控制窗墙比、遮阳形态与布置层数。

• 目标计算模型：评估全生命周期碳排放（FLCCE）、全生命周期成本（FLCC）和有效日光照度（UDI），构建多维性能指标。多目标决策：采用NSGA-2算法优化设计

• 参数：筛选满足经济、舒适与减碳目标的非支配解。

3 深汕中学设计实践

3.1 设计参量选取

以南立面遮阳光伏和东西立面垂直绿化为重点，优化窗墙比、遮阳长度与角度等参数。

3.2 性能计算

通过能耗与光环境模拟，计算基准与优化方案的FLCCE、FLCC与UDI。

3.3 多目标优化结果

优化后非支配解中：

• 减碳最优解：FLCCE降低15.5%，但成本增加7.8%；

• 经济最优解：FLCC降低7.3%，FLCCE降低11.4%；

• 平衡解：FLCCE与FLCC分别降低13.0%与23.1%，且UDI达标。

普适策略：光伏自上而下布置以最大化发电，绿化自下而上布置以优化养护成本与环境舒适性。

该研究不仅提供了一套科学可信的光伏绿化立面设计方法，也为建筑设计师、开发商与政策制定者提供了可落地的技术路径。在“双碳”目标驱动下，建筑不再只是能耗者，更可以成为能源生产者与碳汇载体。

未来，我们有理由期待更多“会发电、会呼吸”的建筑立面，在城市中悄然推动一场绿色革命。

来源：BIPV在线