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个人对于2012B题太阳能小屋设计的分析CUMCM2012


【CUMCM2012】 个人对于 2012B 题太阳能小屋设计的分析
2012 年全国大学生数学建模竞赛已于 9 月 10 日上午结束。今年全 国数模的四个问题分别是 A 题葡萄酒的评价、B 题太阳能小屋的设计、 C 题脑卒中发病环境因素分析及干预、D 题 机器人避障问题。A 题由 西农林科技大学葡萄酒学院专家组讨论提出,B 题由天津大学建筑学院 2010 国际太阳能十项全能参赛队指导老师高辉以及项目团队房涛等提 出。 CUMCM2012B 太阳能小屋的设计要求学生根据给出的建筑要求, 为大同市设计一个太阳能小屋,并对所设计的小屋外表面优化,铺设光 伏电池。实际上是研究太阳能小屋光伏电池的最优铺设问题。天津大学 建筑学院设计的“未来小屋”采用了“光伏发电技术”,通过 PV 板(光 伏电池板)产生直流电,储存在蓄电池中备用,或通过逆变器变为交流 电用于小屋电力供给,剩余电量则送入电网,从而满足了小屋的全部供 电需求。

图 天津大学 2010 参赛设计即 CUMCM2012B 题设计图

小屋的设计者采用了“光伏发电技术”,通过 PV 板(光伏电池板) 产生直流电,储存在蓄电池中备用,或通过逆变器变为交流电用于小屋 电力供给,剩余电量则送入电网,从而满足了小屋的全部供电需求;采 用了天大自主研发的“辐射板技术”,将吸收太阳辐射而产生的热能作 为热源为室内供暖,同时利用太空辐射制冷技术为室内供冷,结合水源

热泵技术调节室内温、湿度,保证舒适的室内环境要求,利用了真空管 高温集热技术来提供烹调用热。 小屋通过太阳能供热的梯级利用满足建 筑的不同用热需求,使屋内四季保持在恒温 24℃±1℃,湿度 40~55% 左右。此外,小屋还创新性地采用了“小型微电网的监控及能量管理技 术”,构建了小型可靠的微电网系统和能量优化管理系统。通过能量控 制优化管理,最大程度地利用太阳能,在保证可靠性前提下实现屋内能 源的优化自给调控,保持室内环境的舒适。 小屋在建筑设计上力求中国建筑特色,突出“天人合一”的古典中 国哲学和人文特征,借鉴北方的合院民居、云南“一颗印”和“徽派建 筑”的传统建筑空间及风格,通过被动式自然调节技术的应用,如自然 采光、自然通风等,使建筑最大限度地节约能源。同时,采光天井、镂 空的木质格扇,门前竹林、花池、木桥、流水等结构和设施的采用,体 现了中国传统建筑文化的底蕴。此外,为避免建造场地被破坏,抵抗外 力作用,保证建筑物安全,小屋还采用了天大专项设计的装配式钢板底 座传递荷载和现代木结构梁柱框架体系的结构技术。 而同时,山西大同将举办 2013 国际太阳能十项全能竞赛。 http://www.dt.gov.cn/zxbs/ShowArticle.asp?ArticleID=6855 近年来,大同市一直在积极寻找传统能源城市的转型发展之路。到 2013 年太阳能十项全能竞赛举办之时,大同将形成 5 万吨多晶硅、1 吉 瓦太阳能组件,300 兆瓦太阳能电站的完整产业链,建成全球最大的太 阳能产业基地。 数学建模竞赛 B 题实际上要求按照天津大学 2010 年参赛设计求解 光伏电池的最优铺设,同时,在第三问,也为参加 2013 山西大同竞赛 提供设计模板。


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