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光伏建筑一体化在城市住宅中应用潜力的研究-以天津地区为例

作　者: 王晋
导　师: 高辉
学　校: 天津大学
专　业: 建筑学
关键词: 光伏建筑一体化城市住宅潜力
分类号: TU241
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

巨大的建筑耗能（主要是化石能源）导致了大量的温室气体排放，因而在新的能源规划中迫切需要使用可再生能源。尤其是在市政能源和环境规划中，越来越重视城市对太阳能资源的利用。伴随着光伏产业的进展，在城市范围内使用太阳能光伏发电系统将具有很大的发展空间，城市光伏的大量使用必将改变目前的能源供应结构。太阳能光伏（PV）系统是公认的目前为止，最适宜应用在城市地区与建筑结合的太阳能利用技术之一。因此，需要研究计算和评估光伏系统输出量的方法，以估算太阳能光伏在城市住宅上应用的实际产能水平。本文针对城市住宅的光伏建筑一体化应用，从建筑设计的角度研究了光伏系统与城市住宅一体化的适宜设计方法。在对天津市城市住宅建筑实地调研的基础上，建立具有代表性的各类城市住宅及小区布局模型，并对住户全年用电量进行统计。根据天津地区典型气象年的太阳辐射数据，结合太阳辐射的地理分布特征和利用太阳能的具体情形，选用技术比较成熟的并网光伏系统作为评价对象，建立城市住宅屋顶和南立面可用太阳能资源评估方法模型，特别是对于住宅建筑外界面能有效利用太阳能光伏的面积进行了研究，并以天津市为例对城市住宅的光伏潜力进行了分析计算。通过定量研究与定性分析，得出各类城市住宅在不同规划布局下的光伏潜力，提出相关设计建议，为建筑师进行城市住宅的光伏规划设计提供参考。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-21
  1.1 研究背景  8-17
    1.1.1 光伏建筑一体化（BIPV）定义  8-9
    1.1.2 国外城市住宅光伏建筑一体化发展及研究现状  9-13
    1.1.3 国内城市住宅光伏建筑一体化发展及研究现状  13-17
  1.2 课题的提出与意义  17-19
    1.2.1 研究课题的提出  17-18
    1.2.2 研究意义  18-19
  1.3 研究内容及方法  19-21
    1.3.1 主要研究内容  19-20
    1.3.2 研究方法  20-21
第二章城市住宅光伏建筑一体化设计方法研究  21-31
  2.1 BIPV 的优越性  21-23
  2.2 BIPV 的影响因素  23-25
  2.3 城市住宅光伏建筑一体化设计方法  25-31
    2.3.1 住宅屋顶的光伏一体化设计  26-28
    2.3.2 住宅立面的光伏一体化设计  28-29
    2.3.3 住宅阳台的光伏一体化设计  29-30
    2.3.4 住宅外遮阳与光伏一体化设计  30-31
第三章天津城市住宅调研  31-47
  3.1 计算模型与调查方法  31-32
    3.1.1 选择计算模型  31
    3.1.2 调查方法分析  31-32
  3.2 天津城市住宅建筑信息调查  32-42
    3.2.1 调查对象概况  32-34
    3.2.2 住宅空间布局特点  34-35
    3.2.3 住宅建筑形态分析  35-39
    3.2.4 住宅建筑立面可利用面积  39-42
  3.3 天津城市住宅耗电量调查  42-47
    3.3.1 原始数据整理  42-45
    3.3.2 城市住宅单位面积耗电量计算  45-46
    3.3.3 与宏观模型校核  46-47
第四章城市住宅光伏表面设计分析  47-69
  4.1 太阳辐射量计算与分析  47-52
    4.1.1 最佳倾角的概念  47
    4.1.2 最佳倾角的研究  47-48
    4.1.3 太阳辐射量计算  48-52
  4.2 住宅光伏屋顶设计分析  52-58
    4.2.1 住宅屋顶的利用  52-53
    4.2.2 屋顶可利用面积估算  53-58
  4.3 住宅光伏立面设计分析  58-69
    4.3.1 立面可利用光伏电池的位置  58-60
    4.3.2 立面有效日照时间段分析  60-62
    4.3.3 立面光伏电池的高度设计  62-68
    4.3.4 住宅立面光伏倾角的确定  68-69
第五章城市住宅光伏潜力计算  69-86
  5.1 光伏系统发电量计算  69-71
    5.1.1 光伏电池的选择  69
    5.1.2 计算方法研究  69-71
  5.2 光伏潜力计算说明  71-75
    5.2.1 潜力研究方法的说明  71
    5.2.2 关于能耗形式的说明  71-72
    5.2.3 计算模型  72
    5.2.4 数据准备  72-75
  5.3 理想状况下各类住宅的光伏输出量  75-78
    5.3.1 多层住宅光伏输出量计算  75-76
    5.3.2 小高层住宅光伏输出计算  76-77
    5.3.3 塔式高层住宅光伏输出计算  77-78
  5.4 实际状况下各类城市住宅光伏潜力计算  78-82
    5.4.1 住宅建筑朝向正南时光伏潜力分析  79-80
    5.4.2 住宅建筑朝向南偏东 15°时住宅光伏潜力分析  80-81
    5.4.3 住宅建筑朝向南偏东 30°时住宅光伏潜力分析  81
    5.4.4 光伏屋顶的潜力值计算  81-82
  5.5 城市住宅光伏潜力分析  82-86
第六章城市住宅光伏建筑一体化经济和环境效益浅析  86-91
  6.1 BIPV 经济效益概述  86-87
  6.2 BIPV 环境效益概述  87
  6.3 国家和地方推动太阳能光伏发电应用的有关政策法规  87-88
  6.4 典型案例分析  88-91
第七章总结  91-93
  7.1 主要研究成果  91-92
  7.2 存在的不足及今后的研究方向  92-93
参考文献  93-98
发表论文和科研情况说明  98-99
致谢  99

光伏建筑一体化在城市住宅中应用潜力的研究-以天津地区为例

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