上海高层住宅外界面太阳能系统整合设计研究

论文摘要

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。

论文目录

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