太阳能技术在建筑上的应用研究

西安科技大学硕士学位论文太阳能技术在建筑上的应用研究姓名：王垚申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：邸芃@论文题目：太阳能技术在建筑上的应用研究专业：结构工程硕士生：王垚（签名）指导教师：邸芃（签名）摘要我国的房屋建筑规模堪称世界第一，现有建筑总面积已达400多亿平米，到2020年新增城镇民用建筑面积将再增100—150亿平米。但现有的建筑中95%以上都是高能耗建筑。这对我国本就贫乏的能源造成了巨大压力。因此将太阳能技术与建筑相结合，大力研究可再生能源，对能源的可持续利用，环境资源的保护有着十分重要的战略意义。本文从太阳能建筑技术入手，通过调研、收集、整理和分析相关资料，结合具体工程实际对建筑设计、构造措施以及热环境性能进行了调查研究，并分别对被动式和主动式太阳能建筑进行了深入的研究。提出了被动式和主动式太阳能技术在建筑中应用的策略和措施。首先就被动式太阳房的形式和设计要点进行了阐述和分析，从太阳房的最佳朝向范围、建筑物体型、建筑平面设计等方向进行了深入细致的研究。对被动式太阳能建筑外围护结构的节能设计上提出了相应的建议。研究指出：在农村被动式太阳能建筑形式的选择上，对于面积比较小的南向房屋可以采用直接受益式技术，而对于面积较大的南向房间宜采用直接受益与阳光间相组合的方式则更好；同时提出了被动式太阳能建筑外围护结构的节能措施。在主动式太阳能建筑技术研究上：通过市场调研对各类太阳能集热器的形式和特点进行了比对和分析，根据太阳能热水系统与建筑结合的现状，提出了优选方案和选用原则，以及太阳能建筑一体化的结合措施。研究证明：真空管集热器在热能吸收、使用寿命等方面都优于平板集热器，是集热器应用的趋势；太阳能建筑一体化在遵循外观和谐、结构安全、管线简短、系统稳定的原则上，将太阳能热水系统与建筑物的屋面、墙体、阳台板以及遮阳板等建筑物构件紧密结合，以使其成为建筑物的一部分。在与建筑结合上，整体式太阳能热水系统适合应用于平屋顶房屋；分离式更适合与建筑相结合而达到一体化的效果，同时它也适合应用于任何层高的房屋中，因此是未来太阳能建筑一体化应用发展的趋势。本文还结合太平庄村太阳能热水系统工程实例，对该太阳能采暖系统的经济性和系统运行的效果进行了计算与评价。节能计算表明：太平庄村太阳能热水系统的投资成本为32000元，每年节约费用约为3720元，可在8年回收成本，从而证明了其研究成果对于新农村和城市住宅建设都具有一定的工程应用价值和推广前景。关键词：太阳能；被动式；主动式；太阳能一体化研究类型：应用研究Subject：：：：TheApplicationandResearchofSolarEnergyTechnologyontheBuildingSpecialty：：：：ConstructionEngineeringName：：：：WangYao(Signature)Instructor：：：：DiPeng(Signature)ABSTRACTThescaleofbuildingcoustructioninourcountrycanberatedasthefirstinwholeworld,whichcurrentlyexiststhegrossfloorareaof40billionandwillbeincreasedby10to15billionsquaremetersofthecivilgrossfloorareaincitiesandtowns.However,exceeding95%ofthepresentbuildingsarehighlyenergy-consumingconstructions.Thiswillcausetremendouspressureuponthepoorenergyofourcountry.Thereforeitownsvitalstrategicimportanceuponthesustainableuseofenergyandtheprotectionofenvironments&resourcesthatwewillcombinethetechnologyofsolarenergywithbuildingsandresearchreproducibleenergy.Thisessaywillcommencewiththeconstructingtechnoloyofsolarenergy.Byinvestigating,collecting,sortingandanalyzingupontherelatedmaterial,itwillrespectivelyanalyzethesolarenergybuildingsinactiveandpassiveformscombiningwiththeinvestigationandstudyofconstructingdesign,structuremeasuresandthermalenvironmentinspecificprojects.Aboveall,thisessaywillconductthedescribtionandanalysisupontheformanddesignofthepassivesolarhouse.Fromtheaspectsofthescaleofthebesttowardsinthesolarhouse,thebodytypeofbuildingsandtheflatdesignofbuildings,itwillmakedeepandmeticulousresearch.Anditwillraisecorrespondingproposalsontheenergy-savingdesignoftheexternalbuildingenvelopeinpassivesolarenergybuildings.Thisstudywillsuggestthat,intheselectionofpassivesolarengergybuildingformsinrural,thedirectlybenefitingtechnologycanbeadoptedforrelativelysmallareaofsouthorientinghouse,whilethecombiningformofthecombinationbetweenthedirectlybenefitingandsunshinebenefitingcanbebetteradoptedforthelargerareaofsouthorientinghouse.Meanwhile,itwillproposetheenergy-savingmeasuresoftheexternalbuildingenvelopeinpassivesolarenergybuildings.Inthestudyoftheactivesolarenergyconstructingtechnology,bymarketinvestigationandstudy,thisessaywillconductcomparisonandanalysisupontheformsandfeaturesofallkindsofsolarthermalcollectors.Basedonthecurrentsituationofthecombinationofthesolarwaterheatingsystemandbuildings,itwillproposetheoptimizingprogramsandselectionprinciplesandthecombinativemeasuresofintegratedsolarenergybuildings.Thisstudywilldemonstratethat,vacuumtubecollectorssurpasstheflatplatecollectorintheaspectsofheatabsorptionandservicelifetime,whichwillbethetendencyoftheapplicationoftheheatcollectors.Intheprinciplesoftheappearanceofharmony,structuralsafety,theconcisenessofthepipelines,systemstability,theintegratedsolarenergyconstructionwilltightlyconnectthesolarwaterheatingsystemwiththebuildingcomponentsoftheroofing,wallbody,balconyslabandsunshield,soastomakeitbecomeonepartofthebuilding.Inthebuildingcombination,theintegralsolarwaterheatingsystemissuitableforapplyingintheflatroofhouses.Whilethediscretesolarwaterheatingsystemismoresuitableforcombiningwiththebuildingstoachievetheintegratedeffect.Meanwhileitisalsosuitableforapplyinginanystoreyhouses.Thereforeitisthetendencyoftheapplicationanddevelopmentoffurturesolarbuildingintegration.Inaddtion,thisessaywilltakethesolarwaterheatingsystemprojectofTaipinzhuangvillageasexampleandcalculateandevaluatetheeconomicalefficiencyandtheeffectofsystemoperationofthissolarheatingsystem.Thecalculationinenergy-savingshowsthat,theinvestedcostofthesolarwaterheatingsystemofTaipinzhuangvillageisRMB32,000andtheanaulreducingexpenseisapproximateRMB3,720,whichcanrecoverthecostin8years.ThistherebydemonstratethattheresearchingresultobtainscertainprojectapplicatingvalueandpromotionprospectsforbothNewCountrysideandUrbanHousingConstruction.Keywords:SolarEnergyPassiveFormActiveFormSolarEnergyIntegrationThesis:ApplicationResearch1绪论11绪论1.1选题的背景1.1.1世界能源问题与建筑耗能21世纪是人类历史上社会生产力高度发展,科学技术突飞猛进的时代。工业革命的浪潮提高了人类战胜自然的能力,摆脱了自然环境的束缚,依靠大规模的工业化生产,创造了前所未有的物质文明。人类社会在这样高速发展的同时,也造就了世界范围内的能源消费量大幅度的增长。近四十年来世界的经济发展很快,许多国家高速度的实现了现代化,这些都有赖于能源的大量开采和有效利用（如图1.1）。但是由于常规能源的有限性和分布不规则性,随着经济全球化和工业化现代化进程的飞速发展；以及人们对地球资源不假思索的大规模开发所造成的惊人浪费，使得世界大部分国家能源供应的不足