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太阳能居住建筑采暖系统优化决策及市场化推广研究

杨建平  
【摘要】: 在整个能源消耗系统中,建筑物既是能源的主要消耗者,又是环境污染的主要排放源,建筑能耗问题已成为普遍关注的焦点。解决建筑能耗问题的一项重要举措,就是要开发利用可再生能源、减少常规能源的消耗。 本文以太阳能居住建筑及其采暖系统为研究对象,在文献研究和本基金项目团队已取得的相关技术研究成果的基础上,以能源-经济-环境一体化、技术经济学、公共经济学等理论为指导,以建筑节能为主线,以被动式太阳能利用为基础,以太阳能居住建筑的市场化推广应用为目标,对新增采暖区(城市)居住建筑采暖能源需求、被动式太阳能居住建筑采暖方式优化决策、被动式太阳能采暖系统和主被动结合的整体太阳能采暖系统优化决策、太阳能居住建筑市场化推广利益主体行为博弈和太阳能居住建筑增量成本分摊等进行了深入系统的分析与研究,并提出了太阳能居住建筑市场化推广的政策建议。本文的研究思路和相关成果不仅对于太阳能居住建筑采暖决策具有重要的理论意义和参考价值,而且对于节约采暖运行成本,提高建筑热环境质量等具有现实意义和实用价值。 本文的主要研究思路与成果如下: (1)本文针对新增采暖区没有采暖能源统计数据,需求预测困难的实际情况,在深入分析居住建筑采暖能源需求影响因素的基础上,运用多元回归分析,构建了参照区(城市)居住建筑采暖能源需求预测模型,进而通过引入气候、建筑体形系数、建筑朝向等修正系数,构建了新增采暖区(城市)居住建筑采暖能源需求预测模型。并以拉萨市为例,按设定的住宅集中供热面积占居住总面积的不同比例,分别预测了采暖能源需求量。另外,从节能的角度,提出了优化被动式建筑设计和优化选择主动采暖系统等居住建筑采暖能源节约的主要技术路径。 (2)从系统论的角度出发,根据可持续发展理论和全寿命周期评价理论,在3E系统的基础上,提出了被动式太阳能居住建筑采暖系统(采暖方式)的“全寿命周期-3E+S+T”三维理论评价模型;从能源、经济、环境、社会和技术等方面深入分析了影响采暖方式选择的影响因素,并在此基础上,优化构建了被动式太阳能居住建筑采暖方式综合评价指标体系;进而建立了基于改进AHP和熵技术组合权重的灰色关联度采暖方式决策模型。同时,以拉萨典型的被动式太阳能居住建筑为例进行实证研究,得出了当地最适宜的被动式太阳能居住建筑的采暖方式。 (3)在分析建筑热平衡和太阳能采暖系统关系的基础上,从技术经济和节能的角度,深入分析了建筑物屋面、外墙、外窗等六个围护结构变量及其属性,运用0-1规划思想引入围护结构决策变量,通过分析围护结构组合做法与节能率和单方造价增加总额之间的关系,以一定节能率下围护结构组合做法的单方造价增加总额最低为目标,构建了被动式太阳能采暖系统优化模型,通过拟合两者函数关系曲线确定了被动式太阳能采暖系统的经济节能率区间;并在此基础上,构建了主被动结合的太阳能采暖系统整体优化模型,同样确定了整体太阳能采暖系统的经济节能率区间。同时,本文还专门对优化模型进行了算法设计,并编写了基于Dve-Cpp开发软件环境的计算机程序。另外,以拉萨典型居住建筑作为对比房,对新建居住建筑太阳能采暖系统进行了实证研究,研究为拉萨及类似地区建筑节能设计标准和配套标准图集的编制提供了依据。 (4)从公共经济学的视角,将太阳能居住建筑界定为混合产品中的准公共产品,并探讨了其外部性特征。运用动态博弈的理论和方法,构建了中央与地方政府关于财政补贴的完全信息动态博弈模型,以及政府与购房者关于太阳能居住建筑增量成本分摊的不完全信息动态博弈模型。以拉萨为例,引入意愿调查法,从购房者角度对太阳能居住建筑增量成本的分摊进行了初步设计。另外,在明确政府角色定位的基础上,从法律法规、标准规范、政府合作机制、财税激励政策、能效标识、专业服务市场、技术创新、宣传教育、国际合作等方面提出了具体的实施建议。 本研究得到国家自然科学基金重点项目“西藏高原节能居住建筑体系研究”(编号50638040)的资助。


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