零能耗太阳能住宅原型设计与技术策略研究

【摘要】：发展太阳能建筑是实现社会节能减排的重要途径。随着可持续发展概念的充实,以及生活方式的转变,太阳能住宅建筑设计需要不断应对社会、经济和技术上的新挑战,才能真正具有可实施性。2002年以来,在美国和欧洲举办的“太阳能十项全能”国际建筑竞赛从理念、技术、功能、美学等方面对这些挑战提出了创新性的应对方案。本文通过历届竞赛的参赛团队、评价标准和参赛方案的技术特点,分析了其中体现的太阳能建筑发展趋势;并以天津大学2010年的参赛作品——“太阳花”住宅建筑为案例,探讨了符合中国现实的太阳能建筑一体化设计方法以及适宜、高效的技术策略;在此基础上,应用生命周期评价和生命周期成本方法,对Sunflower的全生命周期能源、资源消耗、环境影响和成本进行了分析和计算,同时与同类普通住宅及其他SDE作品进行了比较研究,以评价此原型的优势和局限性。 【关键词】：生命周期分析 零能耗建筑 太阳能居住建筑 居住原型 太阳能十项全能竞赛
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TU18;TU241
【目录】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-20
• 1.1 研究背景与目的9-10
• 1.1.1 研究背景9-10
• 1.1.2 研究目的10
• 1.2 国内外研究现状及发展动态10-16
• 1.2.1 国外研究动态10-13
• 1.2.2 国内研究动态13-16
• 1.2.3 研究发展趋势16
• 1.3 研究内容16-17
• 1.4 研究方法和技术路线17-19
• 1.4.1 研究方法17-18
• 1.4.2 技术路线18-19
• 1.5 论文创新点19-20
• 第二章 零能耗太阳能住宅研究——以太阳能十项全能竞赛为例20-64
• 2.1 零能耗太阳能建筑的概念与定义20-27
• 2.1.1 低能耗和微能耗建筑20-23
• 2.1.2 零能耗建筑23-26
• 2.1.3 零能耗太阳能建筑26-27
• 2.1.4 研究对象界定27
• 2.2 太阳能十项全能竞赛27-31
• 2.2.1 竞赛缘起27-28
• 2.2.2 竞赛评审项目28-29
• 2.2.3 竞赛设计理念29-30
• 2.2.4 竞赛要求30-31
• 2.3 零能耗太阳能住宅被动式设计31-44
• 2.3.1 形体布局33-35
• 2.3.2 空间组织35-37
• 2.3.3 剖面设计37-38
• 2.3.4 太阳能表皮38-42
• 2.3.5 热储存技术42
• 2.3.6 其他生态建筑技术42-44
• 2.4 主动式太阳能建筑技术44-56
• 2.4.1 SD 竞赛中太阳能光热技术44-46
• 2.4.2 SD 竞赛中太阳能光电技术46-49
• 2.4.3 SD 太阳能热、电联产技术(PV/T)49-51
• 2.4.4 太阳能建筑一体化技术(BISS)51-54
• 2.4.5 光电储存和并网技术54
• 2.4.6 智能房屋控制系统和能量管理系统54-56
• 2.5 零能耗太阳能住宅的工业化与市场化56-61
• 2.5.1 模数化设计：灵活性与可移动性57-58
• 2.5.2 可扩展性：适应不同规模住宅58-59
• 2.5.3 经济可行性59-61
• 2.6 结论与讨论61-64
• 2.6.1 结论62-63
• 2.6.2 研究问题63-64
• 第三章 Sunflower 太阳能居住原型设计、建造与性能实测64-122
• 3.1 SDE2010 竞赛65-75
• 3.1.1 SDE2010 竞赛项目与规则66-68
• 3.1.2 Sunflower 工作内容与团队组成68-69
• 3.1.3 Sunflower 建造过程与公众参观69-73
• 3.1.4 气候分析与设计策略73-75
• 3.2 建筑设计75-80
• 3.2.1 庭院空间的现代转译75-77
• 3.2.2 空间组织77-78
• 3.2.3 功能适应性78-79
• 3.2.4 中国传统建筑形态的新诠释79-80
• 3.3 工程设计80-83
• 3.3.1 建造体系80-81
• 3.3.2 照明设计81-82
• 3.3.3 水系统设计82-83
• 3.4 被动式太阳能设计83-90
• 3.4.1 合理的体型系数和良好的保温性能83-85
• 3.4.2 直接受益采暖、自然采光通风策略85-89
• 3.4.3 分区采暖制冷策略89-90
• 3.5 太阳能光热系统设计90-93
• 3.5.1 光热系统组成90-92
• 3.5.2 光热系统设计92-93
• 3.6 太阳能光电系统设计93-96
• 3.6.1 光电系统设计93-94
• 3.6.2 PV/T 系统设计94-95
• 3.6.3 太阳能建筑一体化设计95-96
• 3.7 智能建筑控制系统96-99
• 3.7.1 光伏发电控制系统96-98
• 3.7.2 暖通空调控制系统98
• 3.7.3 热水控制系统98-99
• 3.8 模拟与实测结果分析99-120
• 3.8.1 马德里能耗分析99-101
• 3.8.2 气候分析101-104
• 3.8.3 计算机性能模拟结果104-110
• 3.8.4 建筑方案优化110-112
• 3.8.5 竞赛结果分析与总结112-117
• 3.8.6 天津条件下能量平衡计算117-120
• 3.9 结论与讨论120-122
• 3.9.1 结论120-121
• 3.9.2 研究问题121-122
• 第四章 SUNFLOWER 居住原型生命周期分析122-157
• 4.1 生命周期分析122-126
• 4.1.1 生命周期分析方法122-124
• 4.1.2 生命周期分析数据库与工具124-125
• 4.1.3 中国建筑生命周期评价研究现状125-126
• 4.2 零能耗建筑与生命周期分析126-130
• 4.2.1 零能耗太阳能建筑的生命周期分析127-128
• 4.2.2 SDE2010 作品的生命周期评价128-130
• 4.3 SUNFLOWER 居住原型生命周期评价报告130-155
• 4.3.1 目标和范围的确定132-133
• 4.3.2 生命周期清单分析和影响评价133-136
• 4.3.3 计算结果及其解释136-148
• 4.3.4 与普通同类住宅的比较分析148-153
• 4.3.5 与其他 SDE 太阳房原型的比较分析153-155
• 4.4 结论与讨论155-157
• 第五章 结论与讨论157-164
• 5.1 研究内容总结157-158
• 5.2 研究结论158-161
• 5.2.1 零能耗太阳能住宅技术策略和发展动态158-159
• 5.2.2 中国零能耗太阳能住宅设计与实验159-160
• 5.2.3 中国零能耗太阳能住宅生命周期评价160-161
• 5.3 未来发展161-163
• 5.4 结语163-164
• 参考文献164-170
• 发表论文和参加科研情况说明170-171
• 致谢171-172
• 附录172-173

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