基于可再生能源利用的农村住宅技术系统设计研究

摘要

我国农村住宅在建设、使用过程中的能源消耗巨大，在全球能源资源状况日益紧张的今天，这一问题将会更加突出。本文在国家加速社会主义新农村建设和推进可再生能源利用的背景下，基于“十一五”国家科技支撑计划项目“村镇小康住宅关键技术研究与示范”的子题“村镇住宅节能关键技术研究与产品开发（2006BAJ04A05’）”，深入韩国、荷兰、国内大量实态调查、试验的基础上，以可再生能源技术利用为目标，对可再生能源技术系统与农村住宅设计展开研究，从而为东北农村住宅建设提供理论和实践依据。
　　论文首先通过对能源替代理论、技术系统论、耦合理论的解读，基于哲学层面上儒家的“万物一体”的思想，以天道自然、宇宙一体、一体归仁、生命感通、生生和谐的思维方式及生物理论的共生、应变思想提出了自耦合、共生耦合、应变耦合理论。基于住宅系统的建筑要素和技术要素，通过耦合界面提出太阳能利用技术系统与住宅系统的应变耦合模式、生物质能利用技术系统与住宅系统的连续共生耦合模式、能源综合利用技术系统与住宅系统的一体共生耦合模式、其它新能源利用技术系统与住宅系统的耦合设计模式。继而基于生物质能利用，将传统的火炕建造理念与燃池供暖技术耦合，形成一种新的供暖装置，并提出燃池技术系统自耦合设计的传热策略和运行策略；根据共生原理，提出了燃池技术与火炕文脉、火炕构造、节能灶、平面布局的连续共生耦合策略；并对其进行试验验证和经济评价。基于太阳能利用设计了太阳能卵石蓄热采暖装置，研究其自耦合策略及其与农村住宅系统应变耦合的设计策略，围护系统界面的应变耦合采取材料应变和围护构造应变的设计策略，室内系统界面的耦合，设计采取炕体构造应变和室内布局应变的耦合策略，并对其进行试验验证和经济评价。基于太阳能和生物质能利用，根据自耦合设计理论，对辽沈系列日光温室进行了设计研究，根据应变思想，探讨温室与沼气池应变耦合的设计策略，对其保温性能进行试验验证。最后，基于共生和应变原理探讨了能源综合利用技术系统与农村住宅在用地系统界面、围护系统界面、机械系统界面及结构系统界面的应变和一体共生的耦合设计策略，并以法库五位一体农宅为例，阐述了设计中如何应用耦合设计策略及适宜技术。
　　对以上问题的研究主要采用了建筑学、生物学、系统科学、能源等多学科交叉研究的方法，理论与实证研究相结合、定性与定量相结合以及综合研究的方法。
　　本文基于可再生能源利用，建立了农村住宅耦合设计理论框架、构建了耦合设计模式、提出有针对性的耦合设计策略为全面解读新农村住宅设计提供科学的观点和视角；燃池技术、卵石蓄热供暖技术、温室技术、综合能源利用技术对缓解能源紧张、解决农村洗澡难、冬季室内较冷、沼气产气量低、蔬菜供应困难等问题具有现实意义。

目录

基于可再生能源利用的农村住宅技术系统设计研究

STUDY ON RURAL HOUSE TECHNOLOGYSYSTEM DESIGN BASED ONRENEWABLE ENERGY UTILIZATION

摘要

Abstract

Contents

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 文献综述

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 研究内容与方法

1.3.1 研究范围

1.3.2 研究内容

1.3.3 研究方法

1.4 研究框架

第2章 农村住宅可再生能源利用设计理论

2.1 相关理论基础

2.1.1 能源替代理论

2.1.2 技术系统论

2.1.3 耦合理论

2.2 农村住宅耦合设计理论框架

2.2.1 自耦合

2.2.2 应变耦合

2.2.3 共生耦合

2.2.4 理论特征

2.3 耦合界面的形成

2.3.1 建筑要素

2.3.2 技术要素

2.3.3 耦合界面

2.4 农村住宅可再生能源利用耦合设计模式

2.4.1 太阳能利用技术系统应变耦合

2.4.2 生物质能利用技术系统连续共生耦合

2.4.3 能源综合利用技术系统一体共生耦合

2.4.4 其它可再生能源利用技术系统耦合

2.5 农村住宅耦合设计目标及原则

2.5.1 设计目标

2.5.2 设计原则

2.6 本章小结

第3章 燃池技术系统连续共生耦合设计

3.1 燃池技术系统自耦合

3.1.1 燃池技术系统核心理念

3.1.2 燃池技术系统构成要素

3.1.3 燃池技术系统自耦合策略

3.2 室内系统界面的连续共生耦合

3.2.1 燃池技术系统与火炕文脉的连续共生

3.2.2 燃池技术系统与火炕构造的连续共生

3.2.3 燃池技术系统与节能灶的连续共生

3.3 围护系统界面的连续共生耦合

3.4 燃池技术耦合系统的应用效果试验

3.4.1 试验条件

3.4.2 测点布置

3.4.3 测试仪器

测试结果

结论

3.5 燃池技术耦合系统评价

3.5.1 经济分析

3.5.2 经济综合评价

3.5.3 生态效益

3.6 本章小结

第4章 卵石蓄热采暖技术系统应变耦合设计

4.1 卵石蓄热采暖技术系统自耦合

4.1.1 卵石蓄热采暖技术系统核心理念

4.1.2 卵石蓄热采暖技术系统构成要素

4.1.3 卵石蓄热采暖技术系统自耦合策略

4.2 围护系统界面的应变耦合

4.2.1 材料应变

4.2.2 构造应变

4.3 室内系统界面的应变耦合

4.3.1 炕体构造应变

4.3.2 室内布局应变

4.4 卵石蓄热采暖技术耦合系统应用实证

4.4.1 示范房设计

4.4.2 保温效果测试

4.5 卵石蓄热采暖技术耦合系统评价

4.5.1 经济分析

4.5.2 综合评价

4.6 本章小结

第5章 温室技术系统应变耦合设计

5.1 温室系统自耦合

5.1.1 温室技术系统核心理念

5.1.2 温室技术系统构成要素

5.1.3 温室技术系统自耦合策略

5.2 温室技术与沼气池系统应变耦合

5.2.1 沼气池技术系统

5.2.2 应变布局

5.2.3 安全应变

5.3 围护系统界面的应变耦合

5.4 温室技术耦合系统节能实证

5.4.1 试验方法

5.4.2 测试仪器

5.4.3 结果分析

5.4.4 结论

5.5 本章小结

第6章 能源综合利用一体共生耦合设计

6.1 用地系统界面的耦合

6.1.1 形态应变

6.1.2 用地应变

6.1.3 庭院共生

6.2 围护系统界面的共生耦合

6.2.1 墙体共生

6.2.2 构造应变

6.3 机械系统界面的应变耦合

6.4 结构系统界面的耦合

6.4.1 安装一体共生

6.4.2 性能应变耦合

6.5 综合能源利用技术系统耦合设计实证

6.5.1 现状分析

6.5.2 方案设计

6.5.3 耦合策略

6.5.4 经济分析

6.6 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书

致谢

个人简历