平板太阳能屋顶的保温性能与承载力研究

【摘要】：“哥本哈根世界气候会议”后,对于我国的碳排放情况,中国以高姿态提出了自己的严格标准。“低碳”将成为国家积极推广和发扬的节能主题,绿色能源的开发和利用必将对节能减排继续发挥巨大的推动作用。现如今,高层住宅日益兴起,严重的能源损耗问题已经显现。随着石油和煤炭等传统能源的日渐紧张,太阳能无疑成为最安全、清洁和量足的能源,并且日益受到国家和人民的重视。在我国,太阳能光热工程的规模正在逐渐扩大,并且开发了一系列配合建筑使用的光热产品。合理利用太阳能光热产品可以大大降低建筑本身的能耗,而我国大多数建筑物的表面在一般情况下光照充足,这样就为太阳能供热提供了可能的场所。如今,太阳能热水系统已成为建筑节能的发展趋势,但是在实际应用过程中,在建筑设计阶段就把太阳能产品融入建筑中的一体化理念并没有完全实现,建筑与太阳能集热设备的协调及后期物业管理等方面也会因此显现诸多问题。其次,传统的太阳能集热器安装理念使得零散的太阳能光热板在不同程度上影响了建筑本身的美观,甚至还会留下一定的安全隐患,所有这些问题都或多或少阻滞了太阳能热水系统在建筑中的良性发展,太阳能与建筑的一体化势在必行。 本文首先从建筑设计角度提出了太阳能的建筑一体化的必要性,其次研究了平板太阳能集热器作为屋面保温材料的保温性能以及作为直接承受荷载的屋面面层的承载力。在板的保温性能方面,实验测得平板集热器传热系数平均值和最大值分别为4.721W/(m2·K)和18.354W/(m2·K),还达不到节能要求,需要根据浙江省《居住建筑节能设计标准》DB33/1015-2003中关于屋面传热系数限值0.8W/(m2-K)来计算出屋面还需增加的XPS保温层厚度,计算得到需增加的保温层平均厚度和最大厚度分别是23.5mm和28.1mm。在板的承载力方面,跟据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012计算出的正常使用荷载组合值为0.994kN/m2,用加载试验和ABAQUS模拟出的结果均证明了板的承载力满足使用要求。平板太阳能集热器可以用作屋面结构并安全使用。 【关键词】：建筑节能一体化 平板太阳能集热器 保温性能 承载力研究 有限元分析
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU111.41;TU18
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 选题背景与意义9-11
• 1.2 太阳能建筑一体化运用形式11-15
• 1.2.1 太阳能光伏一体化12-14
• 1.2.2 太阳能光热一体化14-15
• 1.3 太阳能热水系统的建筑一体化15-19
• 1.3.1 国外住宅太阳能热水系统应用概况16-18
• 1.3.2 国内住宅太阳能热水系统应用现状18-19
• 1.3.3 太阳能热水系统发展重点19
• 1.4 本课题研究的内容和意义19-20
• 1.5 本章小结20-21
• 第二章 平板太阳能集热器在建筑中的应用21-35
• 2.1 平板集热器的构造和吸热原理22
• 2.2 平板太阳能集热器的优势22-24
• 2.3 平板太阳能集热器建筑一体化设计原则24-28
• 2.3.1 功能性原则26
• 2.3.2 美观性原则26-27
• 2.3.3 适宜性的原则27-28
• 2.4 平板太阳能集热器实际应用28-32
• 2.4.1 屋顶式28-30
• 2.4.2 外墙式30-32
• 2.5 本章小结32-35
• 第三章 平板太阳能集热器的保温性能研究35-55
• 3.1 屋面常用保温材料35-37
• 3.2 太阳能平板集热器构件化37
• 3.3 实验内容、方法以及数据37-41
• 3.3.1 模型选择37-38
• 3.3.2 实验内容及方法38-41
• 3.4 实验数据41-46
• 3.5 热工计算46-53
• 3.5.1 建筑传热原理介绍46-47
• 3.5.2 热工计算47-53
• 3.6 本章小结53-55
• 第四章 平板太阳能集热器的承载力研究55-71
• 4.1 荷载设计方法以及荷载组合计算55-58
• 4.1.1 荷载设计方法55-56
• 4.1.2 荷载组合计算56-58
• 4.2 平板集热器承载力实验研究58-61
• 4.2.1 实验设计58-59
• 4.2.2 实验过程和数据分析59-61
• 4.3 用ABAQUS进行单向板跨中挠度分析61-68
• 4.3.1 ABAQUS有限元分析软件介绍61-62
• 4.3.2 建立模型62-63
• 4.3.3 模型分析63-68
• 4.4 结果对比68-69
• 4.5 本章小结69-71
• 第五章 结论及展望71-73
• 5.1 结论71-72
• 5.2 对今后工作的建议72-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-79
• 攻读学位期间发表的学术论文79

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