建筑中主动应用太阳能烟囱效应的设计策略

【摘要】：当前,全球能源系统危机四伏,在能耗巨大的建筑领域利用新能源与可再生能源技术意义巨大。在建筑中主动式应用太阳能烟囱效应,就是将建筑与太阳能烟囱整合,利用太阳能烟囱效应直接在建筑中生产电能,是建筑中利用可再生能源的新途径。目前,在建筑中主动式应用太阳能烟囱效应的研究刚刚起步,研究成果主要集中在技术领域,致力于解决建筑中太阳能烟囱发电系统效率优化的问题,而对建筑空间与太阳能烟囱发电系统的整合,太阳能烟囱发电系统对建筑外部造型、内部空间的影响等建筑设计方面的问题则鲜有涉及。本文从建筑设计的角度出发,对太阳能烟囱效应在建筑中的主动式应用进行探索,在整理相关研究成果、分析研究动态的基础上,讨论了太阳能烟囱与建筑空间结合的可能性,并提出了建筑与太阳能烟囱效应发电系统整合的设计要点,最后结合实际案例——如东新区会馆方案进一步探讨建筑主动应用太阳能烟囱效应的设计策略。本文共七章:第一章介绍研究背景并对相关概念进行辨析,界定研究对象,阐述研究意义,明晰研究思路。第二章为相关理论和实践动态综述,研究了太阳能与风能在建筑中的利用、太阳能烟囱效应发电和太阳能烟囱效应在建筑中的利用,详述了三者的发展历程、现有成果以及研究动态。第三章对太阳能烟囱效应发电基础理论进行深入研究,阐述了太阳能烟囱效应发电的基本形式与组成、发电功率影响因素,并介绍了太阳能烟囱效应发电目前遇到的瓶颈和综合运用的潜力。该章节为建筑中主动式应用太阳能烟囱效应的研究打下了理论基础。第四章和第五章对建筑中主动利用太阳能烟囱效应的设计策略进行了探索:第四章讨论了太阳能烟囱与建筑空间结合的可能性,并分析比较了不同的结合形式;第五章首先分析了主动式应用的前提条件,接着从空间整合、效率优化、技术、安全等方面综合考虑,提出了主动式应用的设计要点。第六章以笔者实际参与项目——如东新区会馆建筑方案为例,根据前文提出的太阳能烟囱与建筑的结合形式和设计要点,提出了建筑主动应用太阳能烟囱效应的具体设计方案。第七章为结语部分,概括了本文主要论点,并分析了现有研究的不足,对后续研究进行了展望。 【关键词】：太阳能烟囱效应 主动式应用 建筑设计 整合设计策略
【学位授予单位】：南京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU201.5
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-16
• 第一章 绪论16-24
• 1.1 研究背景16-19
• 1.1.1 世界能源现状与动态16
• 1.1.2 建筑能耗与可再生能源利用研究现状16-19
• 1.2 概念界定19-21
• 1.2.1 烟囱效应与太阳能烟囱效应的区别19-20
• 1.2.2 太阳能烟囱发电站20-21
• 1.2.3 太阳能烟囱效应在建筑中的主被动利用21
• 1.3 研究对象和重难点21
• 1.4 研究意义21-22
• 1.5 研究方法与思路框架22-24
• 1.5.1 研究方法22-23
• 1.5.2 论文框架23-24
• 第二章 研究现状与发展动态综述24-42
• 2.1 太阳能在建筑中的利用24-27
• 2.1.1 太阳能在建筑中的被动式利用24-25
• 2.1.2 太阳能在建筑中的主动式利用25-27
• 2.2 风能在建筑中的利用27-29
• 2.2.1 风能在建筑中的被动式利用27-28
• 2.2.2 风能在建筑中的主动式利用28-29
• 2.3 太阳能烟囱效应发电研究动态29-35
• 2.3.1 国内外研究历程与应用现状29-33
• 2.3.2 理论研究和实践应用动态33-35
• 2.4 建筑中利用太阳能烟囱效应研究动态35-42
• 2.4.1 被动式利用研究历程与应用现状35-36
• 2.4.2 主动式利用研究历程与应用现状36-38
• 2.4.3 理论研究和实践应用动态分析38-42
• 第三章 太阳能烟囱效应发电基础理论研究42-54
• 3.1 太阳能烟囱效应发电的形式42-43
• 3.2 太阳能烟囱效应发电系统的组成43-44
• 3.3 影响发电功率的主要因素44-51
• 3.3.1 自然环境条件对发电功率的影响46-47
• 3.3.2 系统几何特性对发电功率的影响47-50
• 3.3.3 材料物理属性对发电功率的影响50-51
• 3.3.4 功率影响因素小结51
• 3.4 太阳能烟囱效应发电的问题和应用潜力51-54
• 3.4.1 存在的问题51-52
• 3.4.2 应用潜力52-54
• 第四章 太阳能烟囱与建筑空间的结合54-62
• 4.1 太阳能烟囱与建筑结合的形式54-58
• 4.1.1 烟囱状高塔与建筑的结合54
• 4.1.2 集热棚与建筑的结合54-55
• 4.1.3 结合形式55-56
• 4.1.4 结合原型56-58
• 4.2 结合原型比较58-60
• 4.2.1 结合原型功率分析58-59
• 4.2.2 结合原型比较59-60
• 4.3 本章小结60-62
• 第五章 整合设计要点62-87
• 5.1 前提条件分析62-69
• 5.1.1 自然环境条件62-65
• 5.1.2 当地经济实力和人口密度65
• 5.1.3 建筑规模65-67
• 5.1.4 其他条件67-69
• 5.2 烟囱状高塔与建筑的整合设计69-76
• 5.2.1 烟囱与建筑的相对位置70-72
• 5.2.2 烟囱高度和建筑高度的关系72-73
• 5.2.3 烟囱的直径73-74
• 5.2.4 烟囱的形状74
• 5.2.5 防火安全措施74-76
• 5.3 集热棚和蓄热层与建筑的整合设计76-81
• 5.3.1 集热棚和蓄热层与建筑的相对位置76-79
• 5.3.2 集热棚的面积79
• 5.3.3 集热棚的坡度79-80
• 5.3.4 蓄热层的蓄热方式与材料选择80-81
• 5.4 涡轮机与建筑的整合设计81-85
• 5.4.1 涡轮机的最佳位置81
• 5.4.2 涡轮机的数量与安装方式81-83
• 5.4.3 降噪设计83-84
• 5.4.4 安全措施84-85
• 5.5 本章小结85-87
• 第六章 如东新区会馆案例研究87-98
• 6.1 项目概况87-88
• 6.1.1 如东概况87
• 6.1.2 项目背景87-88
• 6.2 总体构思88-89
• 6.3 整合设计要点89-95
• 6.3.1 烟囱状高塔与会馆的整合设计89-91
• 6.3.2 集热棚和蓄热层与会馆的整合设计91-95
• 6.3.3 涡轮机与会馆的整合设计95
• 6.4 发电功率分析95-96
• 6.5 本章小结96-98
• 第七章 结语98-100
• 7.1 结论98-99
• 7.2 不足与展望99-100
• 参考文献100-105
• 成果105-106
• 致谢106

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