高层住宅太阳能热水系统一体化设计研究

【摘要】：“哥本哈根世界气候会议”结束后,中国以高姿态对国内的碳排放提出了自己的标准,“低碳”将成为国家积极推广的主题,绿色能源利用必将继续发挥巨大的推动作用。日益兴起的高层住宅建筑,严重的能耗问题已经显现,生活热水的总负荷占到建筑总能耗的10%～20%。采用太阳能供应生活热水成为发展趋势,然而在实际应用过程中,在建筑设计与太阳能设备的协调性及后期物业管理机制等方面,出现很多问题,阻滞了太阳能热水系统在高层住宅中的进一步推广。 本文从建筑设计角度,首先针对高层住宅的常用三种太阳能热水系统形式,对每户用热水成本与应用特点进行了比较,提出集中太阳能热水系统的优势与发展潜力。然后针对高层住宅与集中太阳能热水系统设备相关的整合方法,以及与系统后期运行管理之间的关系等,通过定量研究与定性分析,提出相关设计建议,为建筑师进行高层住宅太阳能热水系统一体化设计应用提供参考。本论文主要在以下几点进行研究: (1)结合某高层住宅集中太阳能热水系统,对2009年6月份～10月份的太阳能热利用测试数据进行了整理,分析计算了不同气象条件下的太阳能保证率、辅助热源供热率与用热水成本,为高层住宅太阳能一体化设计分析提供数据支持。 (2)对具有代表意义的高层住区太阳能热水利用情况进行调研,分析了高层住户用热习惯与影响因素,提出不同经济地区的人均用热水量估算值,供建筑师在确定集热面积、集热控制规模、运行管理政策的制定等环节参考。 (3)定量计算了不同形式的集热器与不同屋顶结合时的有效得热量,提出一种折线双坡不对称集热屋顶设计思路,分析与其相适应的平面组合关系,并对屋顶集热规模的计算进行了探讨。 (4)定量研究立面集热器与窗口遮阳功能的关系,分析了集热器与立面结合的适宜倾角与间距,并对其有效得热量进行计算;结合典型高层住宅布局模式,研究不同高度的遮挡高层住宅对北向住宅的日照影响,得出集热器最低悬挂高度的影响规律,为建筑师在高层住区规划与集热器在立面的布置方案提供依据。 (5)分析了集中太阳能系统热水成本的构成及相关影响,结合调研数据,提出适应于集中太阳能热水系统的用热管理方法与计量方式。 【关键词】：高层住宅 太阳能热水系统 一体化设计
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TU822
【目录】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 研究背景9-14
• 1.1.1 国外住宅太阳能热水系统应用概况9-12
• 1.1.2 国内高层住宅太阳能热水系统应用现状12-13
• 1.1.3 相关理论研究13-14
• 1.2 研究课题的提出与意义14-15
• 1.3 研究的主要内容15-17
• 第二章 高层住宅太阳能热水系统市场应用研究17-31
• 2.1 太阳能替代常规能源的经济性17-19
• 2.2 太阳能热水系统每户用热水成本估算19-27
• 2.2.1 分户太阳能热水系统每户用热水成本21-22
• 2.2.2 集中太阳能热水系统每户用热水成本22-25
• 2.2.3 集中－分户太阳能热水系统每户用热水成本25-27
• 2.2.4 总结27
• 2.3 高层住宅太阳能热水系统市场应用特点比较27-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 高层住宅集中太阳能热水系统测试31-53
• 3.1 测试高层住宅基本概况31-33
• 3.2 测试内容33-35
• 3.2.1 月均太阳能保证率33-34
• 3.2.2 辅助热源供热率34-35
• 3.2.3 集中太阳能系统用热水成本35
• 3.3 测试结果35-49
• 3.3.1 六月份测试数据36-38
• 3.3.2 七月份测试数据38-41
• 3.3.3 八月份测试数据41-44
• 3.3.4 九月份测试数据44-46
• 3.3.5 十月份测试数据46-49
• 3.4 分析与讨论49-51
• 3.5 本章小结51-53
• 第四章 高层住宅住户用热水量调研与分析53-66
• 4.1 住户用热水量实态调查54-56
• 4.2 住户用热水量主要影响因素56-62
• 4.2.1 用热水习惯与用热水量57-58
• 4.2.2 住户家庭结构与用热水量58-59
• 4.2.3 住户家庭人数与用热水量59
• 4.2.4 住户消费要求与用热水量59-62
• 4.3 保证家庭健康生活的用热水量62-64
• 4.4 人均用热水量的估算64-65
• 4.5 本章小结65-66
• 第五章 高层住宅屋顶集热设计分析66-103
• 5.1 集热器性能比较66-72
• 5.2 太阳辐射量计算与分析72-79
• 5.3 屋顶形式与集热器有效得热量79-87
• 5.3.1 理论计算模型80-83
• 5.3.2 计算结果与分析83-87
• 5.4 折线双坡不对称太阳能屋顶设计形式87-102
• 5.4.1 坡屋顶坡度设计87-89
• 5.4.2 坡屋顶空间利用89-91
• 5.4.3 坡屋顶太阳能利用形式比较91-94
• 5.4.4 折线双坡不对称屋顶太阳能一体化设计思路94-102
• 5.4.4.1 户型平面各功能单元96-98
• 5.4.4.2 关于集热规模的探讨98-102
• 5.5 本章小结102-103
• 第六章 高层住宅立面集热设计分析103-122
• 6.1 立面可利用集热位置103-105
• 6.2 立面有效日照时间段分析105-107
• 6.3 立面集热器倾角的确定107-111
• 6.4 立面集热器的有效得热量111-115
• 6.4.1 集热器竖直安置于立面111-113
• 6.4.2 集热器呈一定倾角安置于立面113-114
• 6.4.3 结论114-115
• 6.5 立面集热器布置高度115-121
• 6.5.1 研究对象条件的设定115-116
• 6.5.2 板式高层住宅对北侧住宅的遮挡影响116-119
• 6.5.3 塔式高层住宅对北侧住宅的遮挡影响119-121
• 6.5.4 结论121
• 6.6 本章小结121-122
• 第七章 高层住宅太阳能用热分析122-137
• 7.1 集中太阳能热水系统用热成本调研122-124
• 7.2 集中太阳能热水系统热水成本的构成124-127
• 7.3 集中太阳能热水系统运行阶段热水成本过高的原因分析127-132
• 7.3.1 系统损耗方面的原因127-129
• 7.3.2 住户方面的原因129-131
• 7.3.3 其它方面的原因131-132
• 7.4 集中太阳能热水系统用热方法的改进132-134
• 7.5 政府制定相应鼓励政策134-135
• 7.6 本章小结135-137
• 第八章 论文总结137-140
• 8.1 研究成果与创新之处简述137-138
• 8.2 存在的不足及今后的研究方向138-140
• 参考文献140-148
• 附录1 高层住宅小区太阳能集热器类型统计148-150
• 附录2 高层住宅太阳能热水系统应用情况调查150-154
• 附录3 高层住宅户型平面尺寸统计154-157
• 附录4 文中符号注释表157-161
• 发表论文和科研情况说明161-162
• 致谢162

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