“可再生能源与建筑集成技术研究与示范”项目——课题三/子课题:太阳能双效集热器系统对建筑负荷的影响

在太阳能应用中，太阳能制热水和太阳能采暖是两种发展较为普遍的应用形式。但这两类传统太阳能应用形式仍然存在的一些不足，制约了其进一步的发展和推广。

热科学教学课程体系的改革建设

近几年 ,我们热能动力专业从课程设置到课程内容都作了较大的调整。我们首先确立了热科学教学体系的基本框架 ,然后对实验课程体系建设、计算机及自动控制技术在热能动力专业的应用和促使选修课成为必修课重要补充等几个重要的教育环节进行重点建设 ,已取得一些明显的效果。

太阳能光伏光热/催化净化复合技术的研究进展

太阳能光伏光热综合利用系统(PV/T)可产生电能和热能,综合效率大幅提升,但仍存在功能有限、全光谱利用率不高、对回收热能利用形式单一等问题。针对当前PV/T存在的问题,提出太阳能光伏光热/催化净化复合技术的新概念、新系统和新功能。该复合技术实现发电、采暖和净化等多样化功能,并开发了多种太阳能光伏光热/净化建筑一体化系统,不仅进一步提高了系统的综合利用效率、增强了功能性,且提升了室内热环境和空气品质。该文介绍了作者近年来的研究,包括光/热催化型Trombe墙系统、光/热催化型光伏光热复合墙系统、光/热催化型光伏通风窗系统和光伏光热/热除菌杀毒系统,拓展了太阳能光伏光热建筑一体化系统的研究和应用,为实现太阳能在建筑上的高效多功能利用以及营造健康舒适的室内环境提供新方法。

“可再生能源与建筑集成技术研究与示范”项目——课题三/子课题:光伏双层窗热性能CFD模拟分析

在现代建筑中，窗户已经称为室内热负荷的重要来源。国内外的学者对各种气候条件下的不同窗户结构节能效率做了大量研究．H．Manz，Faggembauu等[1-2]研究了各种结构的双层玻璃幕墙并发展了热流动模型来研究其性能。

“可再生能源与建筑集成技术研究与示范”项目——课题三:太阳能集热建筑模块研究与开发

课题总目标 本课题的总目标是围绕太阳能集热模块与建筑围护结构的一体化及同寿命问题进行攻关，以太阳能空气集热模块和基于空气集热、热压通风原理的被动采暖，降温模块及技术研究为主．使建筑模块的集热性能在符合国家集热器相关标准的前提下．满足新建或既有建筑围护结构的各项性能指标．

冰源热泵系统在设施水产养殖中的技术经济性研究

针对目前刺参养殖的水温调控系统能耗大及适用性差等问题,提出基于冰源热泵的高效清洁供热及结合跨季节蓄冷实现全年冷热管理的技术思路,采用冰源热泵系统和跨季节蓄冷型冰源热泵系统对养殖水体温度进行调控,建立模型定量对比分析系统的运行能效及技术经济性。结果表明:(1)冰源热泵系统供热和供冷时的性能系数分别为3.33和3.39,全年一次能源利用率为1.05,比燃煤锅炉+冷水机组系统高出34.6%;费用年值最低,投资回收期为3~5年,具有良好的经济效益和应用前景。(2)跨季节蓄冷型冰源热泵系统全年一次能源利用率为1.46,比冰源热泵系统高39.1%,全年运行费用最低;跨季节蓄冷技术的应用有效提升了系统能效,大幅减少供冷运行费用,具有较大发展潜力。

低膨胀系数聚酰亚胺膜材料结构与性能关系

聚酰亚胺(PI)膜材料热膨胀系数(CTE)的可控调节在半导体制造、芯片封装以及柔性显示等领域具有十分重要的意义.本研究从CTE原理出发,总结了在分子水平和凝聚态水平对PI膜CTE的调节方法.着重考察了分子主链结构、序列结构、取代基结构、共聚、分子内/间相互作用、交联等分子链结构改变以及引入无机纳米颗粒、共混、取向、控制PI薄膜相转化过程、调控PI薄膜的制备等凝聚态结构对PI膜CTE的影响以及研究进展进行总结.并对低CTE的PI膜材料的调控的未来发展趋势进行展望.

基于蓄热式固定床气化装置的木质生物质固废气化CFD模拟

基于计算流体力学-稠密离散相模型,建立新型蓄热式气化装置的数值模拟模型,根据上吸式固定床气化特性优化了前处理设置,研究不同过量空气系数下炉内流体流速、压力、温度与组分的分布,分析炉内各组分质量分数在不同时刻及过量空气系数下的分布及演化规律。研究表明,颗粒床层为影响流体流速、压降的主要因素,流体流经床层产生了50~75 Pa的压降。炉内温度场呈现出明显的干燥-热解-还原氧化分区,各工况的温度曲线几乎重叠,大致存在4个拐点。在低过量空气系数区间,气化剂流率的提升对燃气组分影响不大。气化装置的设计有利于提升燃气中H2的质量分数及CO/CO_(2)的质量分数之比,有效提升了燃气热值。

一种用于光电/光热综合利用的光谱选择性金属网格涂层

针对光电/光热综合利用(PV/T),提出一种纳米级金属(银)网格涂层,在太阳辐射波段(0.3~2.5μm)具有高透过率,在红外波段(2.5~25μm)具有高反射率,与全波段(0.3~25μm)高吸收/发射的PV/T吸收器结合可产生太阳辐射波段高吸收、红外低发射的光谱选择特性,从而显著降低PV/T的辐射热损。基于时域有限差分方法,模拟分析网格周期、宽度和厚度对金属网格涂层光谱特性的影响。结果表明:当纳米金属网格的周期为500 nm,厚度为50 nm、宽度为30 nm时,其太阳波段透过率达到0.90,红外反射率达到0.88。与已有ITO光谱选择性涂层相比,金属网格涂层的太阳辐射透过率提高20%,红外反射率提高24%,同时薄层电阻(5.3Ω/Sq)降低47%。

光热催化百叶型Trombe墙性能的实验探究

针对Trombe墙存在夏季过热、冬季室内污染物易积累等问题,提出光热催化百叶型Trombe墙新系统,在冬季实现采暖和甲醛净化、夏季实现净化的同时,能将太阳辐射反射到室外,缓解室内过热。光热催化百叶能同时利用光能和热能驱动催化净化反应,还可产生协同效应来增强反应效率。首先探究不同比例的光热催化剂对甲醛降解性能的影响,并测试不同甲醛浓度、紫外辐照度和催化温度条件下的甲醛降解性能,揭示太阳辐射作用下的光热协同净化效应;然后搭建光热催化百叶型Trombe墙实验测试系统,探究不同太阳辐照度和百叶翻转角度下光热催化百叶型Trombe墙的热性能和甲醛降解性能。研究结果表明:光热催化剂比例为10%的光热复合催化剂的除醛效率最佳;太阳辐射使得光热复合催化剂的活化能降低了14.46%~31.25%,产生了光热协同效应;光热催化百叶型Trombe墙的采暖效率可达到46.21%,每小时产生的干净空气量(CADR)最大为81.47 m^(3)/h,且墙体的采暖效率和甲醛净化效率均随太阳辐照度和百叶翻转角度的增大而增大。

一种新型全铝扁盒式PV/T热水系统

将单晶硅光伏电池与全铝扁盒式太阳能热水器集热板通过特殊工艺粘结起来,制成了一套自然循环式光伏光热一体化(PV/T)系统,在利用太阳能发电的同时提供热水。于04年7月-10月在合肥地区进行了室外实验,测试并讨论了该系统以不同水量和不同初始水温运行时的光电光热性能。结果表明,当m/Ac>80kg/m2时,这种PV/T热水系统的发电效率在10.15%左右,热效率在50%左右,光电光热总效率可以达到60%左右,光电光热综合性能效率可以达到70%左右。相对于单纯的光伏系统或自然循环式太阳能热水系统,这种PV/T热水系统具有占地面积小、综合效率高等优点。

空气源热泵热水系统即刻加热模式和循环加热模式的对比

建立了空气源热泵在即刻加热(即热)模式和循环加热(循环)模式下制取热水的对比试验台,并对两种模式制取热水的运行性能作了对比研究。在环境温度为(19±0.5)℃条件下,分别将176kg热水从初温20℃加热至55℃,即热模式平均COP比循环模式高出24%,同时冷凝加热功率也提高了约20%。结果表明,即热模式不仅具有更高的COP,还具有更高的冷凝加热功率,节约了电能消耗,缩短了加热时间。同时即热模式下冷凝压力、压缩比、压缩机最高出口温度等重要参数都要优于循环模式。显示出了空气源热泵热水系统在即热模式下具有更优越的热泵性能。

一种四季节能的空调器制热水的新技术

从有效能利用的观点出发,分析了现有空调器和电热水器的效率,分析表明电热水器的有效能利用效率远比热泵低。并首次公开了利用现有空调器改进的四季节能冷暖空调热水三用机的专利方案,测试表明用三用机制生活热水与电热水器相比年均节电70%～80%。

陶瓷微球填充型隔热涂料的有效导热系数

利用SEM对一种陶瓷微球填充型隔热涂料进行了分析,在此基础上运用数值单元体法建立了计算其有效导热系数的模型.分别讨论了球壁厚度、球壁有效导热系数及陶瓷微球填充率等3个主要因素对该涂料有效导热系数的影响.为验证计算结果,利用稳态平板法测试了几种隔热涂料的导热系数.研究发现:选用壁面薄的陶瓷微球可制成性能较好的隔热涂料;陶瓷球壁的有效导热系数对涂料的有效导热系数影响很大,前者必须很低,比如小于0.05 W/(m.K),才可显著降低涂料有效导热系数;增加填充率可明显降低涂料有效导热系数;填充陶瓷微球确可改善涂料隔热性能,但程度有限.

一种新型的与建筑一体化太阳能双效集热器系统的实验研究

提出了一种新型的与建筑一体化太阳能双效集热器系统,该系统有两种工作模式:被动采暖工作模式和集热水工作模式。由系统工作在被动采暖工作模式下的实验结果可以得到:系统房间内空气存在温度分层现象,测试期间上下位置最大温差为4.2℃,平均温差约为2.7℃;系统在被动采暖工作模式下工作时对房间温度的提高作用明显,实验测试结果显示,实验期间系统房间平均温度达到24.7℃,相对环境温度升高平均达到19.9℃。通过系统以自然循环方式工作在集热水工作模式下的实验测试结果,可以得到实验期间在集热水工作模式下系统的热效率为52.8%,集热器单位面积太阳得热为4.16MJ/m^2。

有机朗肯循环热电联供系统的实验研究

有机朗肯循环低温热力循环性能优越,易于小型化和自动运行,非常适合于分布式热电联供系统。依托已有的ORC-CHP实验平台,对热源温度101℃,膨胀机乏汽余热利用温度21.6～48.7℃时系统的热力性能进行了实验研究。在该温度范围内,ORC-CHP系统的综合能量效率96%～97%,其中热功转换效率4.4%～5.1%,乏汽余热利用效率91%～92%;从可用能角度出发,系统综合可用能效率50.0%～75.3%,其中热功可用能效率24.4%～19.2%,乏汽余热可用能效率25.7%～56.2%。实验表明该系统可以高效利用膨胀机乏汽余热,明显提高了有机朗肯循环的综合利用效率。

光伏-直膨太阳能热泵系统在变水温工况下的实验研究

提出了一种新型光伏-直膨太阳能热泵(PV-DXSAHP)的系统原理,建立了PV-DXSAHP系统试验台。对PV- DXSAHP系统在水温从15℃升高到55℃工况下的动态性能进行了测试和分析,结果显示,在水温升高到55℃时,PV-DXSAHP系统COP为4.1,测试过程的平均光电效率为13.2%。研究表明PV-DXSAHP系统具有优越的热泵性能和光电转换效率。

基于煤气化的CO2零排放煤基能源系统研究进展

燃煤排放的CO2是温室效应的最大贡献者,煤基能源系统也就成为实现CO2零排放的重点研究对象.分析了国内外零排放煤基能源系统的研究进展,归纳了目前煤基能源系统实现CO2零排放的三种途径:基于IGCC系统的开拓研究,包括燃烧后分离与回收、燃烧前合成煤气处理与分离以及以IGCC为基础的煤基动力化工多联产系统;CO2接受体气化法为基础的煤基能源系统和化学链式煤气化煤基能源系统.

据热扩散率最小离散度确定导热系数的新热探针法

本文介绍了一种新的用热探针测导热系数的方法 ,它与传统方法不同 ,不是从模型的算式中直接求出导热系数 ,而是从误差分析出发 ,据导热系数λ误差最小时热扩散率α的离散度也最小的原理导出的方法 .理论和实验证明了该方法可以消除实验不满足理论模型和测试者主观性的误差 ,有与热丝法相当的高精度 .本方法已编成数据处理软件 。

PV/T太阳能热泵系统的性能研究

提出一种新型的太阳能热泵系统———PV/T-SAHP系统,该系统具有光电/光热综合利用的功能;建立了PV/T-SAHP系统的动态模型,对该系统的运行特性进行了数值模拟。结果显示,PV/T-SAHP系统的电效率和热效率较传统的太阳能系统和热泵系统都有明显提高,运行能耗较普通热泵大幅度降低;系统PV/T蒸发器的面积、管间距、倾角等参数的变化对电效率和热性能会产生比较大的影响,是系统优化设计的关键因素。