寒冷地区集装箱度假屋太阳能集成与健康生态设计策略

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集装箱度假屋布局灵活、低碳环保,从建造和生态角度均具优势。但其室内舒适条件、能源利用方式限制了其长足发展和适宜应用。为此,论文立足集装箱度假屋模块化、可移动的使用特性,以寒冷地区为例,对集装箱度假屋的太阳能集成与健康生态设计策略进行了研究。第一章论述了集装箱度假屋的研究背景与理论基础,界定了论文的研究内容,提出了论文的研究意义与方法。第二章从被动、主动、健康生态设计等方面对单个集装箱、组合集装箱和集装箱建筑群三类实践案例进行了梳理和分析;参照公共建筑节能设计等标准建立了寒冷地区单个集装箱度假屋典型模型,运用Honeybee工具进行了能耗模拟。结果表明该模型供暖年耗热量较高,为实现集装箱度假屋的生态节能,应对集装箱度假屋的围护结构和形体进行优化设计。第三章研究了集装箱度假屋的被动太阳能集成。首先,选择外墙、屋面、底板保温层厚度作为变量,以保温材料投资费用与建筑运行费用之和最低为目标,运用Grasshopper-Galapagos优化平台,得出能耗和成本共同影响下集装箱度假屋各部位保温层厚度的最优化参数;对比分析了分别采用燃烧性能为B1级的XPS板和PU板作为保温材料时,不同节能率方案的厚度需求和空间占用情况;并设计了可整体更换的外墙、屋面、底板内保温模块。其次论文提出将集装箱度假屋组合类型分为紧凑式、庭院式、自遮阳式三类,通过能耗模拟对三类组合类型的形体节能性能进行了分析与优化;结果表明单位面积供暖年耗热量、供冷年耗冷量、年耗热耗冷量之和均与体形系数有明显的正相关性;在设计起始阶段应考虑选择具有节能潜力的形体组合类型;从节能角度出发应优先选用体形系数较小的方案;宜根据集装箱度假屋的主要使用季节权衡选择形体组合类型及朝向。第四章研究了集装箱度假屋的光伏集成与健康生态设计策略。首先结合集装箱度假屋使用特点提出了光伏系统的集成策略:适应气候、方便运输、契合模数;分别构建了单个集装箱、组合集装箱和场地应用三种场景下的光伏系统优化设计方案,产能模拟结果表明集装箱度假屋可以实现能量的自给自足,实现年净零能耗。其次通过设计实践进行了案例应用与分析,并通过健康舒适的室内环境、资源节约与循环利用、农业一体化设计等适宜性技术措施的应用,形成了完整的集装箱度假屋太阳能集成与健康生态设计策略体系。本文提出的集装箱度假屋太阳能集成与健康生态设计策略,在方案设计初期介入,从理论研究、优化研究、过渡到设计研究,达到集装箱度假屋设计与性能彼此支撑的研究目的,为集装箱度假屋的生态节能设计提供了参考和借鉴。
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