太阳能与建筑集成设计及其仿真评价研究

【摘要】：在全世界日益增长的能源消耗中,无论是发达国家还是发展中国家,建筑能耗约占到1/3的比例。尽可能使用可再生能源,减少建筑能耗,是当今许多国家节能环保政策的重点,太阳能作为最重要的可再生能源,在各个国家都得到了积极推广应用,太阳能光伏、光热系统与建筑的集成设计是目前研究的主要方向。 本文通过大量的查阅太阳能系统相关资料、归纳总结并且结合实例分析来建立太阳能系统与建筑集成的设计方法,为具体的设计提供依据。具体研究内容包括： (1)研究可持续发展理论、可持续设计理论、建筑今后的发展方向,太阳能系统的原理等,阐述太阳能与建筑集成的机理,从理论上分析太阳能与建筑集成的可行性,系统中各自发挥的作用。 (2)在对基本理论分析的基础上,提出太阳能系统与建筑集成的具体设计方法,分别从太阳能光伏系统、太阳能光热系统、太阳能空调系统三方面展开,从整体规划、建筑设计、太阳能系统设计、结构安全设计等方面论述太阳能与建筑集成设计的具体步骤、方法等。 (3)研究虚拟仿真技术的原理、方法及在太阳能与建筑集成设计中的应用,通过运用虚拟仿真中的虚拟现实技术和能效模拟技术对太阳能与建筑集成设计的评价,可以在系统设计之初发挥重要的作用,并且进一步指导系统的设计。 (4)选取三个运用了太阳能与建筑集成设计的实际案例进行分析。对三个实际案例进行建模,通过模型完整的展现出建筑的外观,为系统整体设计提供直观的判断；对三个实际案例的模型进行软件模拟分析,模拟太阳能系统的效果,通过方案模拟与具体设计做对比,为太阳能建筑的集成设计做参考依据。 将太阳能系统与建筑做为一个整体进行考虑,以最大限度的发挥两者的优势是本文考虑的核心问题,集成设计的思想贯穿全文。本文主要是提出太阳能与建筑集成设计的方法,以及虚拟仿真手段对太阳能与建筑集成设计的评价。本文所提出的评价方法在初始阶段就能很大程度上优化太阳能与建筑的集成设计,能更好的促进太阳能在建筑上的运用。 【关键词】：太阳能建筑 集成设计 虚拟仿真 评价
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TU18
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-11
• 第1章 绪论11-30
• 1.1 选题来源与背景11-14
• 1.1.1 选题来源11
• 1.1.2 选题背景11-14
• 1.2 研究目的、意义14-16
• 1.2.1 研究目的14-15
• 1.2.2 研究意义15-16
• 1.3 国内外研究现状与问题分析16-25
• 1.3.1 国外研究状况16-20
• 1.3.2 国内研究状况20-24
• 1.3.3 问题分析与总结24-25
• 1.4 相关概念及研究范畴25-27
• 1.4.1 太阳能25-26
• 1.4.2 建筑节能26-27
• 1.5 本文研究的内容、方法27-30
• 1.5.1 研究内容27-28
• 1.5.2 研究方法与技术路线28-30
• 第2章 基础理论分析30-40
• 2.1 可持续发展理论与设计30-32
• 2.1.1 可持续发展理论概念30-31
• 2.1.2 可持续设计31-32
• 2.2 全寿命周期理论32-33
• 2.3 建筑集成设计与评价33-37
• 2.3.1 建筑的发展方向33-34
• 2.3.2 集成设计34-35
• 2.3.3 建筑设计评价35-37
• 2.4 虚拟仿真技术37-38
• 2.5 上述理论方法对本文研究的指导分析38
• 2.6 本章小结38-40
• 第3章 太阳能与建筑集成设计机理40-63
• 3.1 太阳能与建筑集成机理分析40-45
• 3.1.1 太阳能与建筑集成基础40-43
• 3.1.2 太阳能与建筑集成原理43-45
• 3.2 太阳能光伏系统与建筑集成机理45-52
• 3.2.1 太阳能光伏发电主要部件45-48
• 3.2.2 太阳能光伏发电系统48-50
• 3.2.3 太阳能光伏系统与建筑集成机理分析50-52
• 3.3 太阳能光热系统与建筑集成机理52-62
• 3.3.1 太阳能集热器52-54
• 3.3.2 太阳能热水系统54-58
• 3.3.3 太阳能空调系统58-62
• 3.3.4 太阳能光热系统与建筑集成机理分析62
• 3.4 本章小结62-63
• 第4章 太阳能与建筑集成设计方法63-87
• 4.1 太阳能与建筑集成总体设计步骤63-64
• 4.2 太阳能与建筑集成设计总则64-71
• 4.2.1 规划设计要求64-68
• 4.2.2 建筑设计68-70
• 4.2.3 太阳能系统设计70-71
• 4.3 太阳能光伏系统集成设计71-76
• 4.3.1 太阳能光伏系统与建筑集成的设计要点71-72
• 4.3.2 建筑设计72-73
• 4.3.3 发电系统设计73-74
• 4.3.4 结构安全设计74-75
• 4.3.5 使用维护75-76
• 4.4 太阳能热水系统集成设计76-82
• 4.4.1 太阳能热水系统与建筑集成设计要点77-78
• 4.4.2 建筑设计78-79
• 4.4.3 热水系统设计79-80
• 4.4.4 结构安全设计80-81
• 4.4.5 使用维护81-82
• 4.5 太阳能空调系统集成设计82-86
• 4.5.1 太阳能集热系统与建筑集成设计的要点82-86
• 4.5.2 太阳能空调系统与建筑集成设计方法86
• 4.6 本章小结86-87
• 第5章 太阳能与建筑集成设计虚拟仿真评价方法87-97
• 5.1 虚拟仿真技术在建筑节能中的应用技术87-91
• 5.1.1 虚拟现实88-90
• 5.1.2 能效模拟90-91
• 5.2 虚拟仿真应用软件91-93
• 5.2.1 建模软件3DStudioMAX91-92
• 5.2.2 生态模拟软件ECOTECT92-93
• 5.3 虚拟仿真技术在太阳能与建筑集成设计中的应用93-95
• 5.4 太阳能与建筑集成设计系统计算与评价模型95-96
• 5.5 本章小结96-97
• 第6章 实例分析97-140
• 6.1 武汉市建筑环境分析97-99
• 6.1.1 武汉市气候特点97-98
• 6.1.2 ECOTECT模拟分析最佳朝向98-99
• 6.2 武汉理工大学综合楼99-111
• 6.2.1 工程概况100
• 6.2.2 太阳能光伏系统集成设计100-101
• 6.2.3 建模说明101
• 6.2.4 模型展示分析101-105
• 6.2.5 模型导入105-106
• 6.2.6 模拟分析106-111
• 6.3 武汉市柏泉还建小区111-126
• 6.3.1 工程概况111-112
• 6.3.2 太阳能热水系统集成设计112-115
• 6.3.3 建模说明115
• 6.3.4 模型展示分析115-119
• 6.3.5 模型导入119-120
• 6.3.6 模拟分析120-126
• 6.4 武汉理工大学科技园126-138
• 6.4.1 工程概况126
• 6.4.2 太阳能空调系统集成设计126-127
• 6.4.3 建模说明127
• 6.4.4 模型展示分析127-131
• 6.4.5 模型导入131-132
• 6.4.6 模拟分析132-138
• 6.5 本章小结138-140
• 第7章 总结与展望140-143
• 7.1 总结140-141
• 7.2 创新点141
• 7.3 展望141-143
• 致谢143-144
• 参考文献144-148
• 附录：研究生期间发表的论文及参研项目等148

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