大型公共建筑屋面太阳能技术的应用研究

【摘要】：随着我国能源匮乏与建筑高能耗矛盾的不断加剧，大型公共建筑的能耗已成为人们关注和研究的热点问题。特别是采用了空间结构的大型公建，由于其使用功能的特殊性，导致其能源消耗总量大、波动性大。如何利用建筑外表面积大、屋面开阔的特点，合理利用屋面空间，推广可再生能源的利用，实现太阳能建筑一体化，研究其意义重大，是未来建筑节能发展的必然趋势。 本文以研究太阳能技术在大型公共建筑中的应用为出发点，通过现场调研分析，将其应用归纳为：光热应用、光照明应用、光伏应用等三种应用方式；重点分析太阳能技术组合应用的可行性，提出应根据建筑内部实际需求，合理划分屋面不同应用太阳能接收载体的布置区域，最大限度利用屋面空间，提高太阳能利用效率。其中，光伏技术是未来太阳能技术发展的重点，以光伏应用与屋面的结合技术为主要研究对象展开分析。根据光伏方阵与屋面的结合程度，将其划分为分离式（BAPV）和合一式（BIPV）。从屋面光伏组件选择、光伏组件的布置、组件支承形式选择，以及系统结构设计四方面分析研究两类光伏屋面的体系结构及设计特点。结果表明BIPV式屋面一体化程度高，但体系个性大于共性，设计时应具体问题具体分析；BAPV式屋面的半独立性，在现有光伏技术基础上更利于保证屋面组件发电效率，通用性更高。 归纳BAPV式屋面的设计流程为：光伏组件选择→屋面组件排列→支架选型→支架结构设计。经过综合分析对比，提出光伏组件选择、排列及支架选型的优化方案。支架结构的优化设计，首先，根据不同规范标准的公式构成及计算结果分析，对屋面光伏支架设计风荷载标准值及荷载组合进行对比分析，提出建议使用的屋面光伏支架设计风荷载计算公式和荷载组合；其次，根据上述分析结果，运用Sap2000数值模拟软件对不同风荷载设计组合值情况下的光伏支架结构进行数值模拟分析，分析不同情况下各构件的挠度值，得出支架结构在不同工况下的作用规律，提出优化方案。综合上述结果，给出BAPV式屋面体系的优化设计方案，并结合工程实例，分析验证优化方案的实际可行性及优化效果。 以上海世博会中国主题馆光伏屋面体系为例，对其实际应用效果进行分析，结果表明该体系年发电量约为2.80×106度，理论上可满足建筑主体正常运转340天，且节能减排效果十分可观。因此，将光伏系统与建筑屋面的结合，对于大型公共建筑和社会都具有一定的应用价值和推广前景。 【关键词】：公共建筑 太阳能 光伏屋面 优化设计
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU242;TU18
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 课题研究背景10-13
• 1.1.1 我国建筑能耗情况10-11
• 1.1.2 太阳能应用技术11-12
• 1.1.3 大型公共建筑特点12-13
• 1.2 国内外太阳能技术应用概况13-17
• 1.2.1 国外研究动态13-15
• 1.2.2 国内研究现状15-17
• 1.3 课题研究意义17-18
• 1.4 研究内容与技术路线18-20
• 2 太阳能技术的应用方式20-32
• 2.1 光热技术20-23
• 2.1.1 工作原理20
• 2.1.2 应用系统及构成20-22
• 2.1.3 综合应用22-23
• 2.2 光照明技术23-26
• 2.2.1 工作原理23-24
• 2.2.2 直接采光照明24
• 2.2.3 转移采光照明24-26
• 2.3 光伏技术26-29
• 2.3.1 工作原理26-27
• 2.3.2 电池种类27-28
• 2.3.3 承载体选择28-29
• 2.4 屋面与光伏技术29-31
• 2.4.1 分离式屋面（BAPV）29-30
• 2.4.2 合一式屋面（BIPV）30-31
• 2.5 本章小结31-32
• 3 屋面光伏结构体系分析32-44
• 3.1 应用特点32-34
• 3.1.1 建筑屋面造型要求32
• 3.1.2 系统运行方式32-33
• 3.1.3 电池组件匹配33-34
• 3.2 合一式屋面设计分析34-36
• 3.2.1 光伏组件选择34-35
• 3.2.2 光伏组件布置35-36
• 3.2.3 体系结构设计36
• 3.3 分离式屋面设计分析36-40
• 3.3.1 光伏电池选择36-37
• 3.3.2 光伏组件布置37-38
• 3.3.3 支承形式选择38-39
• 3.3.4 体系结构设计39-40
• 3.4 光伏支架设计40-42
• 3.4.1 设计依据40
• 3.4.2 支架布置40-41
• 3.4.3 连接方式41-42
• 3.5 本章小结42-44
• 4 分离式光伏屋面的优化设计44-65
• 4.1 光伏方阵的排列44-46
• 4.1.1 光伏组件选择44-45
• 4.1.2 光伏组件布置45-46
• 4.2 设计风荷载取值46-50
• 4.2.1 基本参数确定46
• 4.2.2 风荷载计算46-49
• 4.2.3 对比分析49-50
• 4.3 光伏支架设计50-59
• 4.3.1 设计基本参数50-51
• 4.3.2 荷载组合51-52
• 4.3.3 数值模拟52-54
• 4.3.4 结果与分析54-58
• 4.3.5 优化设计方案58-59
• 4.4 实例对比分析59-64
• 4.4.1 基本数据参数59-60
• 4.4.2 确定组件及支架形式60-62
• 4.4.3 支架优化设计62-64
• 4.4.4 经济效益64
• 4.5 本章小结64-65
• 5 光伏屋面系统工程应用效果分析65-71
• 5.1 工程概况65-67
• 5.1.1 总体设计65-66
• 5.1.2 组件选型66
• 5.1.3 支架设计66-67
• 5.2 系统发电量及节能效果67-70
• 5.2.1 影响因素67-68
• 5.2.2 理论模型68-69
• 5.2.3 效果分析69-70
• 5.3 本章小结70-71
• 6 结论与展望71-73
• 6.1 结论71-72
• 6.2 展望72-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-77
• 附录77

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

太阳能光伏技术与建筑应用    李蔚;

21世纪太阳能发电的展望    杨金焕,陈中华

推广光伏建筑一体化(BIPV)的几个关键问题探析    孙颖;糜仲春;罗林;

光导照明系统的基本原理及使用概况    徐登辉;刘志东;

光伏支架结构优化设计研究    陈源;

光电屋顶结构设计    龙文志;

太阳能:采暖-制冷-热水三联供    肖昭文;

“十二五”建筑节能专项规划    

混凝土平屋面光伏组件支架的连接设计    祁建洲;

论空间结构的形式和分类    董石麟,赵阳

设置TLD钢结构高层建筑舒适度控制设计的实用方法    李春祥

混合回归模型及其在群体结构风响应时域分析中的应用    王修琼,张相庭

巨型框架刚性模型风荷载特性的风洞试验研究    贾彬;王汝恒;王钦华;王皆伟;

高层建筑风荷载研究成果的述评    熊曜;王汝恒;佟伟;

单跨空冷支架结构风载体型系数数值模拟研究    赵更歧;楚留声;白国良;赵春莲;李红星;李晓文;冉灏;唐六九;

大跨索膜结构空气动力失稳的时程分析法    茆会民

大跨索膜结构动力位移的等效线性化分析    茆会民

基于风洞模拟试验的干煤棚网壳结构表面风压分析    马昌勤;苏晓文;邓东升;

污水源热泵在合肥地区应用潜力分析    沈念俊;刘圣武;宣浩;

太阳能地板辐射采暖系统的应用研究    贺立三;刘振波;高林朝;高艳军;

论建筑业发展循环经济    段宗志;李大华;

我国太阳能建筑技术的应用发展探讨    邸芃;王垚;

中低温地热发电系统的研究与应用    骆超;马伟斌;龚宇烈;

消防水池蓄热的主动式太阳能采暖系统性能分析    庾汉成;李晶;

中低温地热发电系统的应用    曲勇;骆超;龚宇烈;

太阳能热水系统的安全性    丁海兵;

生物质能发电技术及其应用    刘婷婷;余英;赵碧光;朱春;

丘陵山区太阳能利用现状和发展趋势    王海军;祝诗平;

秸秆节能墙体的应用研究    邸芃;戢娇;

对地热能开发利用问题的几点思考    夏正兴;何跃平;朱烨昕;顾持真;姜晨光;

光伏跟踪系统智能控制方法的研究    徐晓冰

城市能源战略储备系统研究    秦青林

大型风电机组变桨距控制策略研究    王哲

太阳能地下混凝土存取热试验研究与数值模拟    赵研

基于酞菁铜的太阳能电池的研究    刘一婷

集成GUD系统的低能耗建筑设计研究    石峰

高速铁路大跨度预应力混凝土连续梁桥徐变变形对车—桥系统耦合振动的影响研究    罗浩

西部山区谷口处桥位风特性观测与风环境数值模拟研究    张玥

一种单层折面网壳结构的理论分析和试验研究    邢栋

兆瓦级垂直轴风力发电机组的关键技术研究    葛俊旭

绿色建筑评价体系研究    王胜玲

湘南板梁古村传统民居生态策略研究    周婧

采集太阳光的照明系统研究    张耀明

利用光纤的建筑照明    郑振

太阳能光伏建筑一体化    龙文志;

中国空间结构的二十年    蓝天;刘枫;

玻璃采光顶在大跨度屋盖中应用的实践与探索    姚裕昌;冯若强;张桂先;王德勤;花定兴;许建航;

一种新的屋面防水构造    邹尚云,谌延安

对屋面防水渗漏问题的探讨    杨举,辛继荣

砖壳屋面防水效果如何    胡河洋;

屋面及厨厕地面防止渗漏的几点具体措施    汤小平

复合排汽排水植被屋面的特点及构造    叶琳昌

屋面防水的新材料及施工    张军

粉煤灰类屋面防水材料    芈建华,颜承越

屋面防水施工控制要点    朱万友

化工材料在屋面防水中的应用    方叶强

一种先进的屋面防水维护系统    叶军

屋面防水渗漏的原因及防治    刘付中;张红彬;

浅谈屋面防水的施工技术    吴万仁;程莲清;刘燕;

小议“建筑工程屋面防水”    任志平;白露;

屋面防水最实效做法    侯军;关文卫;

屋面防水技术的应用与实效做法    张青峰;

浅谈屋面防水技术的应用措施    张杰;程存蟠;

浅议屋面防水技术的应用与做法    徐泽涛;刘毅;

屋面防水技术的应用与实效做法    胡淑芳;

屋面雨水渗透动力特性及等压构造屋面防水原理的应用    王仲辰;

谈谈屋面防水材料及施工的现状    王永法;

从中外建筑看我国屋面防水系统状况    王新

凡士通屋面防水系统进入中国    吕焕来

长三角地区轻型屋面绿化对策    吴锦华　李玉岭

注重环保是屋面防水材料的发展趋势    章轶

浅析建筑屋面及楼板渗漏的防治    上海博索建筑装饰有限公司 朱德明

屋面垫层在坡屋面防水中的应用    袁灿光

屋面防水配套材料及专业设备研发大有作为    刘广胜 上海东方雨虹总工程师

日本研制高性能新型屋面防水法    包新春

防火安全——防水行业面临施工大考    本报记者 贺丹

屋面防漏措施浅析    祝冬标

大型公共建筑屋面太阳能技术的应用研究    申薇