上海高层住宅外界面太阳能系统整合设计研究

【摘要】： 目前,高层住宅对于建设用地紧张、寸土寸金的上海,无疑已成为发展的趋势,尤其是10～15层的高层住宅发展建设迅猛,且已成为主流。我国在低、多层住宅上应用太阳能技术已较为成熟,但在高密度城市的高层住宅中推行太阳能一体化设计有待启动,并迫在眉睫。论文以上海高层住宅为主体,将太阳能作为建筑学与太阳能技术结合的一座“桥梁”,以建筑外界面作为太阳能系统与建筑整合设计研究的最基本的着眼点。 首先,对近两年上海高层住宅室内热环境和能耗现状进行了测试与调查。研究了上海高层住宅室内热舒适性和能耗结构的特点。研究显示,作为非采暖地区的上海,冬夏两季室内热舒适较差,居民多通过消耗电能来换取室内热舒适度。随着居民生活水平的提高,住宅生活耗能的缺口日益增大,给城市环境造成了极大的压力。提出未来高层住宅的发展,不仅需要节能,更需要利用可再生能源进行“开源”。 其次,结合上海的气候特点,对比中国北方地区、欧洲及北美地区太阳能资源,并纵观全球的太阳能产业、市场以及政策等方面的现状与经验,探讨了上海高层住宅推广应用太阳能的可能性。剖析了在上海高层住宅上应用太阳能发展缓慢的原因和存在的问题。 在理论论证方面,论文以发展的眼光对建筑外界面的概念进行了诠释,引入系统思维和生态观,对整合的思想与内涵进行梳理。提出太阳能与建筑系统的整合,应基于保证建筑室内舒适的前提下,遵循整体性的原则,协调太阳能系统与建筑系统的视觉与功能的关系,从而达到建筑节能减排的目的。并进一步提出整合设计的可操作的三个途径:太阳能集成技术策略、建筑整合设计的方法和政策的引导机制。 论文的核心部分是从应用角度对“整合设计的方法与途径”的深入研究。着重研究了在满足规范日照间距的前提下,高层住宅南立面接受太阳能的日照时长和太阳能采集器宜放置的最佳位置。在太阳能系统整合设计中,着重分析了当前我国较为成熟的太阳能热水系统技术方案的运行原理与系统特点,结合实际工程,以整个太阳能应用系统为对象,探讨了实际推行太阳能应用的效果。论文针对目前上海高层住宅的屋顶、墙体、阳台的等外界面现状,剖析开发有限的外界面区域可能途径,提出太阳能采集器与建筑外界面整合的形式、程度与整合的构筑方法。 在上述研究的基础上,本论文旨在立足上海高层住宅,研究太阳能同建筑整合设计中的标准设计方法和各种途径。开发高层住宅的新型外界面,从设计技术的角度解决一体化的应用问题。研究结论不仅对推动我国生态型高层住宅具有积极的意义,同时为建筑师利用太阳能的建筑创作提供了新的源泉。 【关键词】：上海高层住宅 外界面 太阳能应用技术 整合设计
【学位授予单位】：同济大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TU18
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-15
• 第1章 绪论15-36
• 1.1 挑战与使命15-23
• 1.1.1 人口与能源消耗的挑战15-17
• 1.1.2 环境的可持续性问题17-20
• 1.1.3 太阳能利用的使命20-23
• 1.2 太阳能建筑的研究与实践23-29
• 1.2.1 国外太阳能建筑发展概述23-25
• 1.2.2 中国的“阳光事业”25-29
• 1.3 问题域29-31
• 1.3.1 上海29
• 1.3.2 高层住宅的界定29-30
• 1.3.3 外界面的开发30-31
• 1.3.4 整合设计的提出31
• 1.4 研究方法31-32
• 1.4.1 文献阅读31-32
• 1.4.2 调查与测试32
• 1.4.3 计算与模拟32
• 1.4.4 重点深入32
• 1.5 论文研究的内容与框架32-36
• 1.5.1 主要内容和最终目标33-35
• 1.5.2 研究框架35-36
• 第2章 上海高层住宅室内热环境与能耗分析研究36-67
• 2.1 上海自然条件分析36-39
• 2.1.1 地理概况36-37
• 2.1.2 人口密度37-38
• 2.1.3 气候特征38-39
• 2.2 上海高层住宅室内热环境调查39-47
• 2.2.1 发展概状39-40
• 2.2.2 调查与测试内容40-42
• 2.2.3 高层住宅基本特征42-44
• 2.2.4 住户的生活方式与习惯44-45
• 2.2.5 居室通风换气与室内空气质量45-47
• 2.3 上海高层住宅室内热舒适研究47-55
• 2.3.1 对住户热感觉的统计分析48-49
• 2.3.2 室内温湿度测试结果49-52
• 2.3.3 室内热舒适性分析52-55
• 2.4 上海高层住宅的能耗现状与外围护结构节能潜力分析55-63
• 2.4.1 采暖制冷设备使用调查及能耗现状55-59
• 2.4.2 居民生活热水能耗分析59-60
• 2.4.3 外围护结构保温隔热的性能状况60-63
• 2.5 小结63-67
• 第3章 上海高层住宅利用太阳能的可行性分析67-104
• 3.1 上海地区的太阳能资源67-70
• 3.1.1 上海的太阳能资源67-68
• 3.1.2 与我国西部、北部地区太阳能资源比较68-69
• 3.1.3 与欧洲及北美洲地区太阳能资源的比较69-70
• 3.2 太阳能技术、产业和市场的发展现状分析70-83
• 3.2.1 国外太阳能热水利用现状71-74
• 3.2.2 国内太阳能热水利用行业发展的特点74-77
• 3.2.3 全球太阳能光伏利用的发展及未来趋势77-83
• 3.3 激励政策对太阳能利用的影响与启示83-94
• 3.3.1 全球激励政策概述83-84
• 3.3.2 国外激励政策国家案例分析84-91
• 3.3.3 国内激励政策现状与启示91-94
• 3.4 上海高层住宅建筑利用太阳能现状与存在的问题94-103
• 3.4.1 居民对太阳能利用的了解程度调查94-95
• 3.4.2 上海住宅节能与太阳能利用计划95-97
• 3.4.3 上海建筑利用太阳能的技术含量调查97-100
• 3.4.4 存在的问题100-103
• 3.5 小结103-104
• 第4章 关于太阳能系统与建筑外界面整合设计理论的思考104-156
• 4.1 建筑外界面的思考104-110
• 4.1.1 建筑外界面的界定104-105
• 4.1.2 基本功能属性105-108
• 4.1.3 “层”与“片”的结构原理108-109
• 4.1.4 外界面与太阳能利用系统的关联109-110
• 4.2 整合的思想与内涵110-115
• 4.2.1 系统思维的引入110-111
• 4.2.2 整体生态建筑观:可持续太阳能建筑设计111-113
• 4.2.3 “以少致多”的整合思想113-114
• 4.2.4 整合的内涵114-115
• 4.3 整合的目标、原则与视觉表现115-125
• 4.3.1 整合目标:舒适与节能减排115-121
• 4.3.2 整体性的设计原则121-123
• 4.3.3 整合的视觉表现:太阳能技术的美学与细部123-125
• 4.4 整合设计的可操作途径125-154
• 4.4.1 太阳能系统的集成模式与策略125-148
• 4.4.2 太阳能建筑整合设计的方法148-152
• 4.4.3 完善的政策与法规的引导机制152-154
• 4.5 小结154-156
• 第5章 城市环境下高层住宅外界面的太阳能应用研究156-185
• 5.1 上海住宅区总体规划概述156-164
• 5.1.1 布局特点156-161
• 5.1.2 日照标准161-162
• 5.1.3 朝向与间距162-163
• 5.1.4 小区环境满意度调查163-164
• 5.2 日照对建筑获得太阳能的影响164-168
• 5.2.1 太阳高度角对太阳辐射强度的影响164-166
• 5.2.2 日照阴影的“时间性”166
• 5.2.3 最大太阳能围合体166-168
• 5.3 上海高层住宅外界面日照时长研究168-183
• 5.3.1 研究的问题168-169
• 5.3.2 日照分析主、客体建筑范围和对象的确定169-171
• 5.3.3 高层板式住宅的日照时长分析171-177
• 5.3.4 十八层塔式住宅的日照时长分析177-181
• 5.3.5 观测分析181-182
• 5.3.6 结论182-183
• 5.4 小结183-185
• 第6章 高层住宅中太阳能系统整合设计研究185-235
• 6.1 高层住宅中太阳能系统的选用185-190
• 6.1.1 适于高层住宅的太阳能技术系统模式的选用原则185-186
• 6.1.2 太阳能系统对建筑外界面形式的要求186-189
• 6.1.3 高层住宅太阳能技术系统优化设计189-190
• 6.2 太阳能热水器系统组成与集热器设计190-203
• 6.2.1 太阳能热水器系统组成190-196
• 6.2.2 太阳能热水器(集热器)选择的原则196
• 6.2.3 太阳能热水器(集热器)安装位置的选择196-197
• 6.2.4 集热器采光面积的确定方法197-200
• 6.2.5 集热器方位与倾角的确定方法200-201
• 6.2.6 集热器间距的确定方法201-203
• 6.3 高层住宅太阳能热水系统规划设计方案研究203-215
• 6.3.1 太阳能热水系统分类203-206
• 6.3.2 高层住宅的太阳能热水系统技术的选用206-207
• 6.3.3 太阳能热水系统总体规划设计原则207-209
• 6.3.4 高层住宅太阳能热水系统技术方案分析209-215
• 6.4 高层住宅太阳能热水系统的经济性能分析215-234
• 6.4.1 经济效益的评定指标215-220
• 6.4.2 技术经济性能比较220-225
• 6.4.3 工程实践案例研究225-234
• 6.5 小结234-235
• 第7章 高层住宅外界面整合设计研究235-282
• 7.1 上海高层住宅外界面现状与问题调查235-240
• 7.1.1 屋顶样式与风格235-236
• 7.1.2 墙面形式特点与设计表达236-237
• 7.1.3 阳台形态与气候适应性调查237-240
• 7.2 高层住宅被动式太阳能建筑设计研究240-249
• 7.2.1 屋顶的保温与隔热240-242
• 7.2.2 通风墙体242-243
• 7.2.3 窗与遮阳243-246
• 7.2.4 附加阳光间246-249
• 7.3 高层住宅一体化设计形式研究249-265
• 7.3.1 顶界面太阳能一体化设计249-254
• 7.3.2 墙体与太阳能一体化设计254-256
• 7.3.3 阳台栏板与太阳能一体化设计256-261
• 7.3.4 室外遮阳与太阳能一体化设计261-262
• 7.3.5 高层住宅立面一体化的整体设计262-265
• 7.4 建筑外界面整合设计构造技术265-281
• 7.4.1 支架式构造设计266-272
• 7.4.2 叠合式构造设计272-276
• 7.4.3 组合模块方式276-281
• 7.5 小结281-282
• 第8章 结语282-287
• 致谢287-288
• 参考文献288-297
• 附录A 上海高层住宅冬季状况调查问卷297-302
• 附录B 上海高层住宅节能与太阳能应用夏季状况调查302-306
• 附录C 实验测点布置及试验设备介绍306-307
• 附录D 上海高层住宅调查一览表307-310
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果310

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百罗高速公路人文景观整合设计    蓝常菱;罗洁;

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建筑新价值体系的承载——绿色建筑    钱颖初;

水电站监控系统与五防系统的整合设计    洪伟;

太阳能应用技术及其在青海地区的适应性    喜文华;张兰英;袁俊;王伯军;

太阳能应用技术在人-居-环境关系中的地位    郑宏飞;杨英俊;王保国;

内爆加载下果冻内外界面不稳定性数值计算    柏劲松;李平;陈森华;廖海东;杨礼兵;姜洋;

住宅建筑太阳热水系统整合设计的思路    何少平;王贺;

太阳能建筑的整合设计    赵群;李桂文;

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茶叶包装改进与市场竞争力    徐雪松;

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