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太阳能光伏建筑一体化
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太阳能光伏建筑一体化
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摘 要2
1引言3
2国内外光伏建筑一体化的现状与发展3
2.1国内应用现状3
2.2国内光伏建筑一体化的发展4
3国外光伏建筑一体化的现状与发展8
4.光伏建筑一体化的优缺点9
4.1光伏建筑一体化的优点9
4.2光伏建筑一体化的缺点10
5.光伏建筑一体化的发展前景10
6.结束语13
7.致谢14
8.参考文献15
题目：
太阳能光伏建筑一体化
摘要
所谓太阳能与建筑一体化是将太阳能利用设施与建筑有机结合，利用太阳能集热器替代屋顶覆盖层或替代屋顶保温层，既消除了太阳能对建筑物形象的影响，又避免了重复投资，降低了成本。
太阳能与建筑一体化是未来太阳能技术发展的方向.把太阳能的利用纳入环境的总体设计，把建筑、技术和美学融为一体，太阳能设施成为建筑的一部分，相互间有机结合，取代了传统太阳能的结构所造成的对建筑的外观形象的影响;利用太阳能设施完全取代或部分取代屋顶覆盖层，可减少成本，提高效益.
关键词：
光伏发电;建筑;光伏建筑一体化
1引言
随着经济建设和人民生活水平的提高'城市花园';城市花园住宅已经成为潮流，同时能源危机和环境的恶化也在不断加剧，为此，既清洁又取之不尽的太阳能产品的开发和利用亟需普及，让太阳能产品助推城市花园化住宅实现既环保又节能，让未来住宅都太阳能化。
随着国内太阳热水器行业的发展，消费者对生活热水的要求，越来越高，而且对建筑的美观越来越重视，原有的闷晒式、紧凑式已不能满足人们的需求。
太阳能作为一种无处不在、取之不尽、用之不竭的，洁净无污染的能源正日益受到重视，它的广泛应用对于节约不可再生的矿物能源，保护环境，改善人类生存空间，实现经济社会的可持续性发展具有重要的意义．太阳能与建筑一体化将成为21世纪的市场热点，成为21世纪建筑节能市场的亮点。
太阳能建筑一体化-发展方向
2国内外光伏建筑一体化的现状与发展
2.1国内应用现状
自从上个世纪70年代末，中国实行改革开放政策以来，中国经济得到了巨大的发展．由于经济的不断发展和科技的突飞猛进，人们对建筑工程要求的数量上大发展的同时，对建筑工程美观、品质、安全、环境和功能方面提出了更大、更高的要求。
面对这样繁重而复杂的任务，建筑设计与营造必须要具有现代化理念，开发采用现代化技术和运用现代化管理。
其中智能化融入于建筑之中，乃是当今现代化建筑发展的一项重要内容和发展趋势。
我国的第一幢被动式太阳房建成于1977年，地点在甘肃省民勤县，是一栋南窗直接受益结合实体集热蓄热墙的组合式太阳房。
在20世纪80年代初，又通过国际合作项目，如中德新能源村、联合国开发署支持的甘肃太阳能采暖降温研究基地的建立使太阳房得到进一步发展。
在“六五”、“七五”、“八五”，包括到“十一五”期间，国家科技攻关计划中都列入了太阳能建筑项目，取得了一系列成效。
当前，我国被动式太阳房已进入规模普及阶段。
由群体太阳能建筑向太阳能住宅小区、太阳村、太阳城发展。
特别是常规能源相对缺乏、经济相对落后、环境污染比较严重的西部地区，发展速度更为迅速，有的地区年平均递增率达15%。
各地还制定了包括推广太阳能建筑的阳光计划，如投资额达4.28亿元的兰州市“阳光计划”，甘肃省临夏市建成了占地9.8公顷、建筑面积9.2万扩的太阳能小区，以及西藏计划投资900万元资助新建太阳房27万平方米等大型工程项目。
另外，我国首座全太阳能建筑已在北京落成，其占地8000平方米。
该全太阳能建筑，主体建筑室内的洗浴、供热、供电等所有能源都由太阳能来提供。
太阳能新村建筑南墙、屋顶坡面等位置都安装着数个太阳能集热器。
这些集热器在夏季可为空调设备提供驱动热源，在冬季可为采暖提供保障。
此外，建筑内还安装了全国最大的太阳能发电系统，投入运营后可提供50千瓦的电力，满足日常用电所需。
该工程是奥运场馆的试验性建筑，并且2008年我国奥运场馆的部分项目也将使用太阳能技术。
2.2光伏建筑一体化在国内的发展
太阳能建筑在中国已经历了几十年的发展。
最初的太阳能建筑为我国五六十年代的太阳房，主要采用被动技术，通过被动设计满足人们的基本需求。
现在，太阳能技术除被动技术外，还发展了主动技术，这主要表现在太阳能光热利用和太阳能光电利用两个方面。
光热利用主要是用于采暖和制冷，根据利用温度的高低分为高温利用、中温利用和低温利用。
工程供热主要是太阳能高温利用，日常的生活热水供应主要是低温利用。
太阳能光电技术主要是利用单晶硅或多晶硅将光能转化为电能，一般用于航天飞机、空间站或边远地区。
太阳能建筑的光电利用，主要是用来实现太阳能照明．太阳能光热技术在中国的应用非常广泛，具有良好的产业化和商业化基础。
而太阳能光电技术，由于其较高的成本，还未像光热那么普及。
下面按照时间和技术的更新将太阳能建筑划分为3个阶段，并结合实例加以介绍。
第一代太阳能建筑建于2002年，已运行3年多，总体运行很好，我们从中积累了大量数据；第二代为超级节能示范楼，2005年建成，用于接待VIP客人的客房，大量应用了太阳能和其它新能源；第三代太阳能建筑刚刚起步，在建中的皇明太阳能新总部大楼可以视为这一代的代表。
第一代太阳能建筑—初具雏形
2002年在山东德州的皇明科技园区，矗立起一栋栋外形独特的太阳能建筑，这是中国现代太阳能建筑发展的雏形。
也正是从这里开始，太阳能从单纯的生活热水利用逐步发展成为绿色生态建筑中重要的组成部分。
太阳能的有效利用需要与系统的建筑节能设计、先进的建筑节能技术和节能产品等优化组合，才能实现建筑耗能的结构调整，提高利用太阳能的保证率，为住宅提供采暖、制冷和生活用水，营造低能耗、高舒适、健康的居住环境，实现可再生能源的高效利用。
在一个四面透风的建筑中利用太阳能是毫无意义的。
太阳能热水系统在这代建筑中处于核心地位，通过在房屋的屋面和立面安装排放整齐的太阳能集热器，为建筑提供热水和采暖。
在这代建筑中，还采用了太阳能遮阳、太阳能除湿空调以及太阳能游泳池等技术。
其中，太阳能凉亭，太阳能水幕喷泉和太阳能墙等产品，由于同时具备了美观性与艺术性，收到了节能与美观的双重效果。
太阳能墙可以使一整面墙吸收太阳热能，从而形成一个巨大的吸热器，成为冬季重要的热源。
太阳墙由西山墙上大量的真空管组成，夏季将热量送到假山下的鹅卵石进行蓄热，冬季再将这些热能送入室内进行采暖。
太阳能凉亭兼具功能性和艺术性，既可以生产热水又可以产生电能，夏季还可以纳凉休闲，三位功能一体化。
第二代太阳能建筑—综合利用
在第一代太阳能建筑的基础上，第二代太阳能建筑在设计上提出了：
天地结合互补，开源节流并重的理念。
所谓天与地的结合就是既应用天上的太阳能，同时也应用地下的地热能，即土壤源。
通过综合使用可再生能源，减少传统能源的消耗。
开源指的是尽量利用太阳能等可再生能源，节流就是做好建筑的维护结构，最大限度地减少建筑能量的负荷。
这代建筑的能源供给来自于三个方面：
太阳能光热系统、太阳能光电系统和地源热泵辅助系统。
其中太阳能光热系统提供生活热水和采暖，太阳能光伏发电用于生活用电和设备用能，当其不足时，系统将自动切换至城市电网。
在这代建筑中，更加注重除太阳能系统外的一些节能技术和手段的利用，如太阳能预处理和置换式新风送风系统利用及建筑智能控制系统的利用。
智能控制系统可以保证建筑物不同人群或功能区对新风量和对温度的不同需要，从而最大限度地满足使用要求、最高效利用能源；在室外地下埋风道，利用土壤中的热能对新风进行冬季预热、夏季预冷处理，并结合置换式新风送风系统对回风中的热能回收，使送入建筑内的新风更舒适。
新风预处理系统；绿色照明和光导管技术；能量储存和回收系统；智能建筑控制系统；另外，此建筑也更加注重了太阳能技术与建筑艺术的结合，不仅在功能上满足人们的需求，还从建筑美学的角度。
第三代太阳能建筑——科技创新
第三代太阳能建筑在二代的基础上，加强了对一些关键技术的突破，如高性能维护结构的使用和先进的蓄能方法等。
目前这类建筑在国内尚属起步阶段，不少科研机构和设计机构正在研究探索。
皇明太阳能正在建设的总部大楼是这一代的代表。
该建筑是为2010年在德州举办世界太阳城而准备的，建筑面积5万m2，集热器的面积为5000m2.目前在世界范围内，这个项目的太阳能利用是最到位的，具体表现在：
利用被动技术，实现主体建筑的自然通风和采光；良好的外维护结构，使采暖和制冷的负荷控制在每平方米30W；高效节能的热交换新风系统，节能效率达到65%～70%；能源梯级利用。
利用地板采暖或制冷的回水，为空气进行预热处理。
在实现可再生能源利用的最大化方面主要表现在：
生活热水和游泳馆的利用达到100%；采暖达到60%～70%；太阳能与吸收式热泵相结合进行制冷，达到40%.从各方面的数据来看，都达到了很高的水平。
在设计过程中，应用了国际上流行的“能量平衡三重法”作为指导原则，即：
尽量减少建筑能源需求；尽量提升可再生能源提供率以及尽量提高传统能源使用效率。
此方法已经被广泛应用于不同国家和地区的绿色节能建筑中，并取得了很好的效果。
第三代太阳能建筑的发展已经扩展到不局限于利用太阳能，而是从建筑的各个方面出发，实现开源节流，降低建筑的能耗、提高可再生能源的利用（不局限于太阳能，包括利用风能、地热能、生物质能等），向着真正的绿色建筑迈进。
我们有理由相信，随着该领域研究的不断发展，节能方式的不断完善，太阳能建筑必将会有一个美好的未来，早日实现建造“双零建筑”（零能耗、零排放）的目标：
（1）绿色健康住宅根据国家有关部门的要求，已进入了试点应用研究的重点阶段，而作为可再生能源的太阳能热利用技术也同时进入了快速发展时期，太阳能热水器真成为广大民众绿色家电的首选。
建设部相继召开了“太阳能与建筑结合应用研讨会”，国家有关部门对这项课题十分重视并抓得很紧，建设部、科技部、经贸委先后分别下发了《建设部建筑节能“十五”计划纲要》、《科技型中小企业技术创新基金若干重点项目指南》、《新能源和可再生能源产业发展“十五”规划》、《关于组织实施资源节约与环境保护重大的通知》等文件，强调并提出课题开发应用的目标，明确了发展的重点和重点支持的具体项目。
为此，中国建筑标准设计研究所承担了编制建筑工程行业标准、建筑施工工法、标准设计图集等“太阳能供热制冷成套技术开发与示范”的课题，为太阳能与建筑一体化事业的健康稳步发展，也为我们设计单位承担这项课题的专项设计提供有利条件。
福州康安康合太阳能公司2002年在“湖前兰庭”9幢别墅做了第一个太阳能与建筑一体化示范工程，接着又在福州武警消防大厦、泉州“中远名城”，马尾“时代广场”商住楼等多处做了多例大型的太阳能集中供热系统工程，已全部通过验收投入使用，节能效果显著。
（2）据了解，目前太阳能利用与建筑一体化这项新课题主要是科研、院校在研究开发，一些能源技术开发公司承担施工安装，福州康安康合太阳能技术开发公司经过多年的研究、试验和开发，拥有“太阳能吸热瓦片”、“真空管太阳能中央热水器”、“不对称太阳能集热板”等多项国家实用型专利，该公司利用多项成果，专业从事太阳能集中供热建设，在解决太阳能与建筑一体化上取得很大突破，已经设计、安装了上述介绍的几项大工程，积累了很多的实践经验，取得了可喜的成绩。
目前建筑物空气温度调节消耗着大量的能量。
在我国，它要占到建筑物总能耗的约70％。
用空调机和燃煤来控制室温不仅消耗能量，带来外界的环境污染，而且并不能给室内人员带来健康的环境（虽然暂时它是舒适的）。
在太阳能用于采暖方面，除造价较高的被动式太阳房有一些示范型建筑外，还没有大规模的采用。
主动式太阳能供能由于成本更高，与我国的经济发展也是远不相适应。
因此，建筑供能的主动与被动相结合的思想及太阳能与常规能源相结合的思想。
按照房间的功能，采用不同方案的配合及交叉，这样可以大大降低太阳能用于建筑供能的一次投资和运行成本，使得整个方案在商业化的意义下具有可操作性。
被动采暖与降温的意义在于使建筑本身能量负荷大大降低（节能率约70％），使其所要求主动供能装置提供的能量大大降低。
也就是说，它将对昂贵装置的要求降低。
另外，被动供能是巧妙利用自然条件的变化来调节室内温度。
我们认为，建筑物内空气温度调节技术发展方向不应当是改变自然环境来满足人的要求，而是应当尽量巧妙地利用并顺应自然界来满足人们对健康和舒适的要求。
研究空调的目的应当是尽量减少人工环境，而不是相反。
主动供能的意义在于保障建筑室内的舒适性增加。
在主动与被动供能相互配合组成供能系统的情况下，整套建筑供能系统的设备性能将会提高，而尺寸和造价将会降低。
3国外太阳能建筑一体化的发展与现状
美国是世界上能量消耗最大的国家，国会先后通过了“太阳能供暖降温房屋的建筑条例”和“节约能源房屋建筑法规”等鼓励新能源利用的法律文件。
在经济上也采取有效措施，不仅在太阳能利用研究方面投入大量经费，而且由国会通过一项对太阳能系统买主减税的优惠办法。
因此，美国太阳能建筑的发展极为迅速，无论是对太阳能建筑的研究、设计优化，还是材料、房屋部件结构的产品开发、应用，以及真正形成商业运作的房地产开发，美国均处于世界领先地位，并在国内形成了完整的太阳能建筑产业化体系。
美国于上个世纪８０年代初就由新墨西哥洲的洛斯阿拉莫斯科学实验室编制出版了被动式太阳房设计手册。
此外，美国还出版了许多实用的被动式太阳房建筑图集，既介绍成功的设计实例，也有对太阳房原理、构造的详细说明。
这些工具书的发行和一些样板示范房屋的建立，对美国公众接受太阳房起到了很好的促进作用。
比较著名的示范建筑有：
位于新泽西州普林斯顿的凯尔布住宅；位于新墨西哥州科拉尔斯的贝尔住宅；位于新墨西哥州圣塔菲的圣塔菲太阳房；位于加利福尼亚州阿塔斯卡德洛的阿塔斯卡德洛住宅，以及位于新墨西哥州科拉尔斯的戴维斯住宅。
这些建筑采用壁炉或电散热器作辅助热源，但太阳能供暖率均在７５％以上，有的已达到１００％，例如阿塔斯卡德洛住宅。
早在上个世纪４０年代，美国麻省理工学院就开始利用太阳能集热器作为热源的供暖、空调系统研究，先后建成了ｗ号实验太阳房。
这些实验太阳房，即是最早的主动式太阳房。
到７０年代以后；又有华盛顿近郊的托马森太阳房和科罗拉多州丹佛市的洛夫太阳房等主动式太阳房的示范建筑建成。
这些太阳房的成功运行，说明太阳能供热、空调系统在技术上是完全可行的，但由于投资较大，推广普及程度不及被动式太阳房。
直到进入９０年代，由于开发出更加高效的太阳集热器和吸收式制冷机、热泵机组，应用范围才得以扩大。
日本在主动式太阳房的研究应用领域也处于世界前列。
１９７４年日本通产省制定了“阳光计划”，并按此计划建造了数幢典型太阳能采暖空调试验建筑，如矢崎实验太阳房。
而且多年来日本的太阳能采暖、空调建筑一直稳步发展，并已应用于大型建筑物上。
此外，法国、德国、澳大利亚、英国等发达国家也拥有相当先进的太阳能建筑应用技术。
著名的集热蓄热墙采暖方式即是法国人菲利克斯·特朗勃的专利，法国的奥代洛太阳房是该采暖理论转化为实际应用的第一个样板房。
英国利物浦附近的沃拉西的圣乔治郡中学，则是直接受益式太阳房最大和最早的样板之一。
尽管英国的太阳能资源并不丰富，该所中学安装的常规采暖系统却从未使用过。
最后值得一提的是近几年来在发达国家已有相当发展水平的“零能房屋”，即完全由太阳能光电转换装置提供建筑物所需要的全部能源消耗，真正做到清洁、无污染，它代表了２１世纪太阳能建筑的发展趋势。
由于许多国家的政府（如美国、德国）都制定了太阳能在国家总能源消耗中的所占比例应超过２０％的计划，相信这种“零能房屋”将会有十分良好的发展前景。
4.光伏建筑一体化的优缺点
4.1光伏建筑一体化的优点
（1）绿色能源。
太阳能光伏建筑一体化产生的是绿色能源，是应用太阳能发电，不会污染环境。
太阳能是最清洁并且是免费的，开发利用过程中不会产生任何生态方面的副作用。
它又是一种再生能源，取之不尽，用之不竭。
（2）不占用土地。
光伏阵列一般安装在闲置的屋顶或外墙上，无需额外占用土地，这对于土地昂贵的城市建筑尤其重要；夏天是用电高峰的季节，也正好是日照量最大、光伏系统发电量最多的时期，对电网可以起到调峰作用。
（3）太阳能光伏建筑一体技术采用并网光伏系统，不需要配备蓄电池，既节省投资，又不受蓄电池荷电状态的限制，可以充分利用光伏系统所发出的电力。
（4）起到建筑节能作用。
光伏阵列吸收太阳能转化为电能，大大降低了室外综合温度，减少了墙体得热和室内空调冷负荷，所以也可以起到建筑节能作用。
因此，发展太阳能光伏建筑一体化，可以“节能减排”。
4.2光伏建筑一体化的缺点
虽然太阳能光伏建筑一体化有高效、经济、环保等诸多优点，并已在世博场馆和示范工程上得以运用，但光伏建筑还未进入寻常百姓家，成片使用该技术的民宅社区并未出现。
这是由于太阳能光伏建筑一体化存有两大问题：
一是太阳能光伏建筑一体化建筑物造价较高。
一体化设计建造的带有光伏发电系统的建筑物造价较高，在科研技术方面还有待提升。
二是太阳能发电的成本高。
目前太阳能发电的成本是每度2.5元，比常规发电成本每度1元翻倍。
三是太阳能光伏发电不稳定，受天气影响大，有波动性。
这是由于太阳并不是一天24小时都有，因此如何解决太阳能光伏发电的波动性，如何储电也是亟待解决的问题。
5太阳能与建筑一体化市场前景
在近期召开的第八届中国国际住宅产业博览会上，建筑节能受到普遍关注。
据统计，在全国总能耗中，有三分之一是建筑能耗。
这当中，建筑物空气温度调节所消耗的能量，要占到建筑物总能耗的55％左右。
用空调和燃煤暖气来控制室温，不仅耗能高，且易污染环境。
太阳能与建筑一体化：
主要指太阳能的光热利用与建筑有机融合。
即在建筑规划初期，就把太阳能产品作为房屋建设的一种元素考虑进去，实现其与建筑的同步设计、同步施工、同步验收和同步后期管理等，从而达到降低建筑能耗的目的。
太阳能作为清洁的可再生能源日益被业界所重视。
太阳能与建筑一体化，作为太阳能产业的一个新增长点，展现出巨大的市场潜力。
住房和城乡建设部有关负责人给记者算了这样一笔账：
同样的建筑，如果都使用太阳能热利用系统的话，可以实现建筑节能10％至15％；太阳能热利用系统进入住宅解决方案，将使建筑能耗降低45％左右。
对房地产开发商来说，在建设项目中应用太阳能热利用系统，每平方米造价只会增加20元至70元。
我国有丰富的太阳能资源，有三分之二以上的地区年日照时数在2200小时以上。
如此充足的光照，使我国大部分地区都具备太阳能与建筑一体化的自然条件。
去年4月，国家发改委出台的《推进全国太阳能热利用工作实施方案》中指出，我国即将制定太阳能热水器的强制安装政策。
各地也针对太阳能与建筑一体化项目，出台了相应规定和资金补贴政策。
云南、山东、深圳等地有关部门规定，新建的12层及以下住宅必须应用太阳能热水系统；对太阳能与建筑一体化应用成效明显、规模较大、配套政策完善的企业将优先支持，并争取国家资金补助。
据了解，我国每年新建建筑面积约有20亿平方米。
《建筑节能“十五”计划和2010年规划》提出，到2015年，全国家庭太阳能热水器普及率要达到20％到30％。
这意味着一个巨大的商机。
目前，我国已有四分之一的太阳能企业进入了太阳能与建筑一体化领域。
力诺瑞特、皇明等知名太阳能企业均把太阳能与建筑一体化领域作为今后的重点开拓市场。
“这个市场若想进一步拓展，还有许多问题待解决。
”田灵江分析道：
现阶段我国太阳能热利用还处在初级阶段，设备的核心技术还有发展空间。
太阳能与建筑一体化技术上的不足与空白，需要逐一去解决；其次，我国对于“太阳能建筑”的准确定义还处在研究阶段，太阳能建筑的标准和体系也不健全。
而这些都是太阳能利用列入建筑工程设计环节，并作为一个“专业”纳入建筑体系的前提；此外，建筑开发企业作为产品的购买者，对太阳能产品的认识还有待提高。
对于进入太阳能与建筑一体化领域的企业，有关专家的建议是不断完善产品，加强与市场、建筑企业、设计师的对接：
企业作为太阳能热利用设备的设计者，若想使产品与建筑融为一体，就必须及时从建筑设计单位和建筑企业那里，获取其对设备要求的相关信息。
不同建筑，对太阳能产品的性能、外观等均有不同的设计要求，只有根据这些反馈信息不断调整、修正，才能使太阳产品的设计和生产与建筑的使用达到统一。
真正成为建筑的一个元素，而不是附加产品。
与此同时，企业作为太阳能热利用设备的生产者，必须生产出安全、节能、质量过关、符合建筑寿命的产品，其中的任何一项都是建筑开发企业决定是否购买的标准。
这就要求太阳能企业加大科研力度，提升产品质量。
田灵江说：
“太阳能与建筑一体化是多学科、多层面参与和合作的综合性事业，若想拓展该市场，还需要各个环节的共同努力。
现在，太阳能与建筑一体化项目还有很多问题需要解决，但可以肯定的是，随着内外部条件的日趋成熟，这个绿色产业前景一片光明。
”
6结束语：
我国政府注重可再生能源的发展，科技部、建设部等积极推进光伏科研和示范工程。
在这方面深圳积极走在前列，已经成为建设部太阳能和建筑一体化的主要示范城市。
深圳有很好的光伏产业基础，深圳政府已经制定十一·五规划，要在100万平米建筑面积推广太阳能应用光伏应用。
推广光伏发电项目，其中光伏屋顶－光伏发电是在城市发展的首推形式。
政府应当进行规划，大力支持，可以采用上网电价补助的政策，制定合理的上网电价。
建设部门应制定相应的政策，鼓励和激励房地产商大力采用光伏发电技术。
同时，政府要带头大力推广太阳能发电技术，有可能应率先在政府大楼、公共建筑、市政工程等推广太阳能利用；并且制定符合我国国情的太阳
能为主的激励政策，确定年度和中、长期发展目标，并建立检测、评估与监督机制，下大力促进我国光伏建筑
快速健康地发展。
7致谢：
在本次论文设计过程中，黄汉云老师对该论文从选题，构思到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导,使我得以最终完成毕业论文设计。
在学习中,老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模，导师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励着我。
这三年中还得到众多老师的关心支持和帮助。
在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意！
最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩的各位老师表示感谢。
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