以广州为例的湿热地区非封闭遮阳散热表皮建筑光伏一体化设计研究

【摘要】：节约能源和保护环境是当代世界的重要议题之一。光伏作为值得信赖的可再生能源技术之一,可直接把太阳能转化为电能。光伏技术与建筑结合因具有多种优势得到越来越多关注。国家住房和城乡建设部于2010年颁布并实施的《JGJ 203-2010民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范》,预示着我国光伏建筑一体化步入从示范工程应用向工程化规模应用转变的大发展时期。我国关于光伏建筑一体化的研究取得了一些成果,但研究范围宽泛。针对设计层面的研究重在光伏建筑一体化案例介绍和形态角度的总结,缺乏系统的具有地区针对性的设计研究。以此为研究背景,本文将问题的讨论建立在“湿热地区光伏建筑一体化形式”层面,以“复合表皮”概念作为讨论重点。通过以更加全面的角度对现有光伏建筑一体化案例的分析总结和湿热地区建筑复合表皮策略的讨论,提出适应湿热地区气候的光伏建筑一体化形式。通过计算机模拟方法分析评价该形式对建筑遮阳、室内自然采光及光伏发电的影响。 从五个角度包括光伏组件的一体化位置、光伏材料和组件种类、光伏组件安装倾角方位、影响光伏组件排布方式的建筑形态和光伏一体化程度对现有光伏建筑一体化案例分析总结,得到可视化的抽象图示。多角度的目的在于使设计师从各个因素综合选择中得到具体的光伏建筑一体化形式,避免仅从形态上借鉴。 本文提出光伏建筑一体化设计的核心任务是寻求满足建筑和光伏发电双重要求的建筑形式。根据湿热地区高温高湿的气候特点,该地区光伏建筑一体化设计的平衡点主要在于形式对遮阳散热与光伏发电要求的同时满足。据此提出湿热地区非封闭遮阳散热光伏一体化表皮建筑形式。并以广州气候数据为基础提出四种具体表皮形式。 通过计算机模拟所提形式对遮阳效果、自然采光和光伏发电的影响使本文对湿热地区建筑光伏一体化形式的研究方法从单一定性认识转向综合定量分析。研究重点是以湿热地区非封闭遮阳散热光伏一体化表皮建筑形式的光伏组件布局、透光率、朝向、方位倾角为研究对象,利用ECOTECT模拟软件进行探索研究。 通过模拟发现,不同形式、不同布局、不同透光率、不同方位的非封闭遮阳散热光伏一体化表皮建筑在对室内太阳辐射降低的同时,也对自然采光产生了一定影响,但都满足使用要求。不同形式、不同布局非封闭遮阳散热光伏一体化表皮建筑对其光伏组件受遮挡情况有不同影响,导致光伏发电能力不同。通过对比模拟分析得到四种表皮形式同时满足遮阳、自然采光、光伏发电三者要求的相对优化形式相关参数的取值范围。 希望本文针对湿热地区气候提出的非封闭遮阳散热光伏一体化表皮建筑形式及模拟数据能作为选择参考,对该地区光伏建筑一体化设计有所帮助。同时为其他气候区域的光伏建筑一体化形式设计研究提供方法上的参考。 【关键词】：湿热地区 光伏建筑一体化 建筑复合表皮 遮阳 模拟分析
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 论文研究的背景、目的和意义12-13
• 1.2 论文议题相关研究状态13-16
• 1.3 研究对象的界定16
• 1.4 论文结构和研究方法16-19
• 1.4.1 论文框架16-17
• 1.4.2 论文研究方法17-18
• 1.4.3 论文研究框架图18-19
• 第二章 光伏建筑一体化概述19-28
• 2.1 光伏建筑一体化概念19-21
• 2.1.1 光伏发电原理19
• 2.1.2 光伏建筑一体化定义19-20
• 2.1.3 光伏建筑一体化的优势20
• 2.1.4 光伏建筑一体化的使用年限和成本20-21
• 2.2 光伏建筑一体化的组成21-25
• 2.2.1 光伏电池21-23
• 2.2.2 光伏组件23-24
• 2.2.3 光伏系统其他设备24-25
• 2.3 光伏建筑一体化设计概述25-26
• 2.3.1 设计的首要问题25
• 2.3.2 设计的核心任务25-26
• 2.4 本章小结26-28
• 第三章 光伏建筑一体化的形式28-42
• 3.1 一体化的位置29-32
• 3.1.1 屋面29-30
• 3.1.2 立面30-32
• 3.2 选用的光伏材料32-35
• 3.3 光伏组件的安装倾角和方位35-36
• 3.4 光伏组件与之结合的建筑形态36-37
• 3.5 一体化程度37-40
• 3.6 本章小结40-42
• 第四章 湿热地区建筑复合表皮策略42-52
• 4.1 建筑复合表皮概念的由来42-45
• 4.1.1 从建筑围护结构到建筑表皮概念42-43
• 4.1.2 从单层表皮到双层表皮——应对气候的发展趋势43
• 4.1.3 从双层表皮到复合表皮概念43-45
• 4.2 湿热地区建筑复合表皮的内涵45-48
• 4.2.1 传统及近现代建筑应对气候的启示45-46
• 4.2.2 光伏发电作为应对气候传统策略的拓展46-48
• 4.3 湿热地区建筑非封闭遮阳散热表皮光伏一体化策略48-51
• 4.3.1 非封闭VS 封闭48-49
• 4.3.2 遮阳散热表皮建筑形式的光伏一体化49-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第五章 湿热地区非封闭遮阳散热表皮建筑光伏一体化形式52-65
• 5.1 湿热地区非封闭遮阳散热表皮建筑光伏一体化形式的影响因素52-59
• 5.1.1 五种影响因素的分析52-56
• 5.1.2 延伸的问题56-59
• 5.2 湿热地区非封闭遮阳散热表皮建筑光伏一体化形式类型59-63
• 5.2.1 水平光伏遮阳百叶形式59-61
• 5.2.2 水平光伏挡板遮阳百叶形式61-62
• 5.2.3 垂直光伏挡板遮阳百叶形式62
• 5.2.4 垂直光伏遮阳百叶形式62-63
• 5.3 本章小结63-65
• 第六章 湿热地区非封闭遮阳散热表皮建筑光伏一体化形式模拟研究65-86
• 6.1 模拟研究的内容66
• 6.2 模拟研究的目的和工具66-70
• 6.2.1 模拟研究目的和精度定位66-67
• 6.2.2 模拟软件介绍67-68
• 6.2.3 模拟研究采用的指标68-70
• 6.3 不同形式的模拟研究70-84
• 6.3.1 基本模型建立70-71
• 6.3.2 模型的建立71-73
• 6.3.3 太阳辐射对比分析73-77
• 6.3.4 采光对比分析77-80
• 6.3.5 光伏遮阳板的阴影遮挡分析80-84
• 6.4 本章小结84-86
• 第七章 湿热地区非封闭遮阳散热表皮建筑光伏一体化形式优化模拟研究86-132
• 7.1 “1 水平18°”形式优化模拟研究86-95
• 7.1.1 模型建立86-87
• 7.1.2 太阳辐射分析87-90
• 7.1.3 室内自然采光分析90-92
• 7.1.4 光伏遮阳板阴影遮挡分析92-95
• 7.1.5 结论95
• 7.2 “2 水平90°”形式优化选择模拟研究95-104
• 7.2.1 不同间距形式96-101
• 7.2.2 不同透光率形式101-104
• 7.3 “3 垂直0°”形式优化选择模拟研究104-118
• 7.3.1 不同间距形式104-109
• 7.3.2 不同朝向109-118
• 7.4 “4 垂直30°”形式优化选择模拟研究118-130
• 7.4.1 不同倾角118-125
• 7.4.2 不同间距125-130
• 7.5 本章小结130-132
• 结论132-136
• 1. 本文的研究结论132-135
• 2. 本文研究的应用前景135
• 3. 本文研究工作的不足与展望135-136
• 参考文献136-138
• 附录一 光伏建筑一体化实际案例总结列表138-142
• 附录二 从化市图书馆方案介绍142-143
• 附录三 广州珠江电厂办公楼方案介绍143-144
• 攻读博士/硕士学位期间取得的研究成果144-145
• 致谢145-146
• 附件146

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