《建筑可再生能源关键技术研究与应用》

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该项目属于能源与环境技术领域。

建筑量大面广,其能耗占城市总能耗的比例已经超过25%并还在不断增加。可再生能源的应用可有效降低建筑能耗,是建筑能源技术发展的重要趋势。建筑可再生能源普及程度不高,产业发展急需高效设备,满足全国特别是长江流域逐步增强的供暖需求;需要优化设计提升系统整体性能;需要实时监测技术实现系统的客观评价。

该项目创新性地提出跨临界高温热泵装置及其配套高性能混合工质,开发了关键算法和软件,大规模推广应用和开发区域可再生能源实时监测技术,并以重大技术突破推动行业技术进步和产业规模化发展。主要技术创新包括:

1.实现了供暖热泵设备从理论到设备的重大突破。率先研发出可真正实现“一机两用”的跨临界高温热泵装置,开发了相应的热泵工质物性分析与临界热泵热力学算法及计算程序,研发高性能混合工质优选技术,发现具有明显性能优势的混合工质。经实验测试,其热泵系数在蒸发温度5摄氏度和70摄氏度以上出水温度条件下超过3.0,远高于行业同期平均水平。

2.浅层地热端设计优化的理论创新与应用技术突破。依托所研究的新型土壤热物性计算模型及竖直埋管直线源综合模型,研制了掌握核心技术并获得国家发明专利授权的新型土壤热物性测试仪,相比国内同期同类仪器体积缩小一倍以上同时精度大幅提高,适用范围更加广泛。研发周期性脉冲负荷简化方法分析修正技术和换热器换热性能影响因素分析技术,开发土壤热物性参数计算软件,扫除了技术应用的主要障碍。

3.创新性提出地表水端的设计优化技术并软件化。新建了地表水源热泵三维动态水体温度模型,研发地表水不同深度水体的最大承载负荷及其相应的垂直温度分布规律这2项业内的领先算法。研发不同类型盘管换热器的换热模型并开发设计评估软件,大幅度提升了系统设计的准确性。

4.首创了可再生能源建筑应用成套监测评价技术。对可再生能源的合理评价可促进产业健康发展,通过研发可再生能源监测系统,形成了测试、监测、展示的成套测评技术,以实时的实际运行数据准确表征实际能效。成功实现了建筑可再生能源的大范围应用与示范。

上述各项技术在全国特别是长三角地区推广应用,包括上海世博文化中心、世博轴等标志性场馆,及全面应用在国家级示范项目“崇明国家可再生能源建筑应用示范县”。应用面积超过310万平方米,规模化推动了技术的应用与推广。

该项目形成了一批具有自主知识产权的软、硬件技术成果,开发了高效热泵、土壤热物性测试仪等行业关键产品及4款软件;获得授权专利13项,其中发明3项;发表论文39篇,其中SCI/EI检索16篇,论文累计他引121次。项目近三年促进相关单位直接新增产值超过13亿元,年度直接间接经济效益合计超过1.5亿元。

成果说明

(1)对社会发展的作用:该项目形成了建筑可再生能源应用关键技术,在高效设备及其配套材料、系统整体性能 优化的设计方法、科学合理的监测评估技术方面实现了重大技术突破。高效设备和优化设计技术大幅度增强了可再生能源应用效果,增强社会对产品和技术的信任度,促进产业结构升级,为推动产业化发展提供重要支撑。科学的监测方法客观评价可再生能源应用效果,推动了行业内部监督评价机制的完善,实现行业技术跨越性发展。 (2)推广应用情况:技术在全国各地尤其是长三角地区大规模推广。在上海世博文化中心、世博轴等众多重要场馆进行了

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