“十二五”农村领域首批预备项目---边境团场村镇建筑节能技术集成示范项目推荐书(编辑修改稿)

“十二五”农村领域首批预备项目---边境团场村镇建筑节能技术集成示范项目推荐书(编辑修改稿)内容摘要：

行安全、使用寿命长的优点。 因此 平板集热器在全世界范围内得到了大面积的推广和应用。 我国太阳热水器的开发研究，从 60 年代开始，由引进国外的铜铝复合条带生产线生产吸热体，使我国平板集热器的质量上了一个新的台阶。 清华大学、中国科技大学及中科院广州能源研究所分别对平板集热器隔热层最佳厚度、集热器空气夹层的最佳间距进行了理论分析和传热试验研究。 浙江大学和中国科技大学在透明蜂窝结构最佳化方面也进行了大量的理论分析、试验研究以及技术开发工作，这些研究工作使平板集热器的热性能有了不同程度的改善。 尽管平板集热器价格低廉，但平板集热器的应用也受到了一定的 15 限 制，主要表现在：一方面工作温度低，目前，只能满足人们的洗浴要求；另一方面，热损失大、效率低。 为了提高集热器的集热效率，人们研制了内管与外管间抽真空的全玻璃真空管，大大地减少了集热器的对流、辐射和热传导造成的热损失。 真空管集热器于 20 世纪 70年代研制成功。 我国清华大学发明了采用磁控溅射技术研制成功多层（渐变）铝 —氮 /铝选择性吸收涂层，将全玻璃真空集热技术提高了一大步。 全玻璃真空管集热器实现了了全年利用的目标，热效率较高。 但承压能力小，而且在使用过程中，如果空晒时间过长，而系统突然注入冷水时容易炸管。 为了克服全 玻璃真空管集热器的这种弊端，世界各国科学家又研制了热管式和 U 型管式玻璃真空管集热器。 对于 U型管式玻璃真空管集热器，热量在传递过程中经过了两次接触热阻，一是铜肋翼与玻璃内管之间空气间隙，这部份影响使集热器的集热效率降低 10%左右；另一个接触热阻是铜肋翼与 U 型管之间的接触热阻。 对于热管式玻璃真空管也会遇到同样的问题，另外在集热器使用过程中，热管内会逐渐积聚不凝结气体（惰性气体），不凝结气体的逐渐增多势必会影响到热管的工作性能。 针对以上问题，大连理工大学开发了石墨填充真空玻璃管开式毛细管太阳能集热管、石墨填充真 空玻璃管闭环毛细管太阳能集热管。 通过对单根石墨填充 U 型管式玻璃真空管热性能的试验研究表明，这种填充式集热器可以提高集热效率 10%。 但填充真空玻璃管式集热器的结构类型还需要进一步优化；集热器集热温度以及循环流体流量对集热器效率的影响仍需要进一步研究；填充材料的经济性以及对集热器结构的影响还需要研究。 在太阳能热利用中，另一个主要问题是太阳能的间歇性以及不可靠性，因此蓄热装置是太阳能热利用系统中重要设备。 随着太阳能采暖系统的发展，传统的显热蓄热已经无法满足需要。 目前，相变蓄热 16 材料（ PCM）应用在太阳能热利用系统 得到了广泛的研究，美国、德国、日本等国家一直处于领先地位，其研究范围涉及相变材料蓄放热理论分析、数值计算、实验研究、应用研究乃至技术经济分析等各个方面。 我国对蓄热相变的理论和应用也进行了研究，早期主要研究对象是相变蓄热材料中的无机水合盐类， NaSO410H2O 是开发研究最早的一种。 1983 年，华中师范大学对典型的无机水合盐 NaSO410H2O和 NaCH3COO3H2O 的成核作用进行了系统研究，较好地解决了无机水合盐的过冷问题。 90 年代初， PCM 逐渐应用于被动式太阳暖房中。 1992 年，清华大学对相变蓄 热材料在太阳房中的应用进行了研究。 结果表明相变蓄热材料在白天有效储存太阳热能，夜间向室内供热，减少太阳房温度波动，提高了室内温度。 20 世纪 90 年代中期，研究重点转向了有机蓄热材料及固 固相变蓄热材料，从应用范围来看，国内的蓄热材料目前只是应用在被动式太阳暖房中，其他领域应用很少。 20xx 年，北京建筑工程学院利用 35 种 PCM（石蜡、月桂酸、硬脂酸等）构成储热单元， PCM 封装在高密度聚乙烯管内，与单一PCM 的系统相比，相变传热速度明显提高，储热放热速率的均匀性得到明显改善，系统效率平均提高 30%~40%，并 且将相变储热系统应用于太阳能供暖系统中，白天，太阳能集热器供水流经封装的 PCM蓄热，夜间，供暖侧供水流经封装的 PCM 取热，该系统可以保证供暖系统运行的稳定性和连续性，并且具有极大的经济效益、环境效益和社会效益。 由于 PCM 本身存在导热系数低的缺点，在一定程度上制约了PCM 的实际应用。 为了提高 PCM 的导热工特性，研究者们通常采取在 PCM 中添加金属填料、石墨、在封装壁面上加肋片以及进行胶 17 囊封装或将不同的 PCM进行组合等方法来提高 PCM的蓄放热性能。 尽管 PCM 应用于太阳能热利用系统得到了大量的研究，但目前主要集中 于 PCM 的蓄放热工特性、蓄放热装置结构和装置性能的影响因素，但是没有针对蓄放热装置提出具体的性能参数、曲线以及装置的设计流程。 （ 4）太阳能与土壤源热泵复合热源供热技术 土壤源地源热泵系统特别是垂直埋管式系统因其节能、环保不受地质条件的影响，被公认为最具有发展潜力的地源热泵技术。 但是在我国新疆等一些气候寒冷地区，建筑的冬季供热负荷远大于夏季制冷负荷，并且由于土壤温度较低，单一的地源热泵系统为了满足建筑热负荷的需求，势必要选择较大功率的热泵机组并增加地下热交换井的数量，这样就造成系统投资过大，整体经济性降低。 同时在热泵系统的长期连续运行状态下，地下埋管换热器的进出口循环水温度将越来越低，这将导致热泵机组蒸发温度的下降和循环性能系数的降低，另一方面，过低的埋管换热器进水温度有可能产生载冷剂结冻的现象，或者由于热泵机组的低温保护而频繁地自行停机。 因此，有必要针对寒冷地区的气候特点，寻找一种更为理想的采暖空调系统，地源热泵及太阳能集热器联合供暖系统正是针对这一特定气候特点而提出的。 将太阳能集热器和埋地盘管组合的设想是 Penrod 于 1956 年首次提出的，随后又相继给出了太阳能 地源热泵系统的工作原理和设计过程。 1977 年能源危机过后美国等国家加强了对土壤源热泵的研究。 19781981 年，美国布鲁克海文国家实验室对带圆柱型地下储能灌的串联太阳能热泵系统经行了实验和模拟研究，结果表明：在冬季供暖运行工况下，地下储能灌可以使太阳能热泵工作性能更稳定，而且可以减少辅助热源的容量。 20 世纪 90 年来，由于世界各国对能源和环境问题更加重视，热泵技术的应用和发展也进入了一个全新快速 18 发展时期。 研究的热点开始集中在相互耦合的传热、传质模型上，以便更好地分析地下埋管换热器的换热性能。 同时，太阳能和地源热泵联合供暖系统的研究也得到了进一步的 发展。 20xx 年，美国的Andrew D Chiasson 与 Cenk Yavuzturk 用 TRNSYS 作为平台，对带有太阳能集热器的地源热泵系统进行了模拟研究，采用了包括芝加哥、盐湖城和丹佛在内的具有不同气候特点的 6 个美国城市的气候参数进行了为期 20 年的模拟，证明了联合系统的节能效果。 随着计算机技术的迅速发展，计算机模拟技术已广泛地应用于埋管换热器和太阳能集热器的性能研究与设计方法中。 A. Ucar 和 M Inalli 对带地下圆柱形储能罐的太阳能供热系统的地下温度场分布进行了模拟研究，并就集热器面积、储能容器 容积及其埋设深度等因素，对地下温度场分布的影响进行了比较分析。 近年来土耳其对太阳能热泵以及和土壤源热泵相结合系统的研究越来越多， Onder Ozgener、 Arif Hepbasli 研究、测试了太阳能热泵系统相结合 U 型管土壤换热器的性能，结果表明这种组合形式可以降低土壤耦合热泵系统的设计尺寸，并且由于有较高的换热流体温度，提高了热泵性能系数。 我国对太阳能耦合土壤源热泵的研究起步较晚，天津商学院、上海交通大学、哈尔滨工业大学、东南大学、青岛理工大学等先后对其进行了实验及理论研究，取得了一定的成果。 19941995 年在天津商学院进行了太阳能热泵和土壤源热泵交替运行供暖的性能试验研究，之后对带有螺旋管的太阳能 土壤源耦合热泵系统进行了理论和实验研究，在自行建立的低品位能利用实验台上，进行了太阳能热泵和土壤源热泵交替运行的实验，测试太阳能热泵、土壤源热泵以及太阳能土壤源耦合热泵系统各自的性能，同时测试了土壤换热器的换热性能，结果表明垂直螺旋管土壤换热器单位面积的取热率是单管水平换 19 热器的 18 倍，相应的系统 COP 提高了 21%。 青岛理工大学和东南大学对太阳能 土壤源耦合热泵系统联合供暖运行模式也进行探讨，之后青岛 理工大学有结合地板辐射空调系统进一步研究运行方式，初步得出了地源热泵和太阳能热泵的运行时间比例。 哈尔滨工业大学一直从事太阳能 土壤源耦合热泵系统的实验和理论研究，进行了多年的供暖、供冷实验，并对太阳能季节性蓄热、相变蓄热等进行了研究。 近年来天津大学对太阳能跨季节蓄热进行了一系列研究，蓄热装置包括埋地盘管和地埋水箱，分析了供暖系统的长期性运行特性，并模拟了地下土壤的蓄热特性，并针对示范工程开展相应的应用研究。 中南大学通过数值模拟分析了埋管间距对蓄热与释热的运行热性的影响，但未结合蓄热源进行整体分析。 之后，杨 卫波等建立了考虑地下水渗流与热湿迁移影响的准三维 U 型埋管土壤蓄热的数学模型，探讨了利用太阳能 土壤源热泵中原有钻孔 U 型埋管进行太阳能跨季节性土壤蓄热的可行性及其特性，得出了地下水渗流的存在可以强化地下埋管的换热效果，但不利于用埋管作为蓄热装置。 我国到 2020 年我国将使可再生能源占中国能源总需求的 15%。 建筑中应用可再生能源是利用可再生能源最大的领域，也是可再生能源利用的重点。 20xx 年颁布了《中华人民共和国节约能源法》和《民用建筑节能条例》，强调了国家对我国大力发展可再生能源建筑应用的鼓励和支持。 在 “十一 五 ”科技支撑计划重点项目 “可再生能源与建筑集成技术研究与示范 ”和建设部、财政部开展的可再生能源建筑一体化规模化应用示范的带领下，各地纷纷出台地方可再生能源建筑应用的指导意见、技术手册、标准图集等。 太阳能光热利用建筑一体化研究方面也有了重大突破；太阳能光热技术、地源热泵技术、太阳能光伏发电技术等多项可再生能源技术应用于建筑中，并进行了规模化的 20 示范研究，推动了可再生能源建筑应用的快速发展，提高了可再生能源建筑应用的认识，解决了可再生能源建筑应用的部分关键技术，制定了部分的标准规范和手册图集，产品质量进一步提升， 产业规模进一步扩大，部分建筑中可再生能源的作 用已经有所体现。 大规模推广可再生能源建筑应用的良好态势已经形成。 上述成果为本项目在兵团城镇建设中开展太阳能 土壤源热泵复合冷热源供热空调提供了科学的技术保障。 2．项目申请单位及主要参与单位研究基础（已有的研究开发经历，科技成果、科研条件与研究开发队伍现状等） （ 1） 项目申请单位及主要参加单位 科研条件与 研究基础 项目申报单位： 石河子大学 是国家“ 211 工程”重点建设高校和国家西部重点建设高校，现由国家教育部和新疆生产建设兵团共建。 现有 11 个农业部、自治区、兵团重点学 科；有省部共建国家重点实验室培养基地 1 个，农业部重点实验室 1 个，农业部工程中心 1 个，教育部重点实验室 2 个，教育部工程中心 2 个，兵团重点实验室 3个，是兵团和自治区重点科研基地。 石河子大学 坚持走产学研一体化道路，发挥大综合、强应用的学科优势，近年来，学校主持国家“ 973 计划”项目 1 项、国家“ 863计划”项目 2 项、国家科技支撑计划项目 4 项、国家哲学社会科学重大招标项目 3 项，立项省部级以上科研项目 640 项，取得科研成果300 余项，获省部级以上奖励 200 余项。 学校 在小城镇建设、绿洲生态、建筑节能、水资源优化配置、新 能源开发等方面形成了具有鲜明地区特色的研究方向，形成了以中青年学术带头人和骨干为主的学术梯队，近年主持承担了国家自然科学基金项目 “新疆高寒地区节能农宅的热工研究（ 20xx20xx）、国家社科基金项目 “新疆绿洲产业生态化、经济循环化与城乡统筹发展战略研究 ”（ 20xx20xx）、科技部软 21 科学基金项目 “伊犁河流域国际合作开发战略研究 ”（ 20xx～ 20xx）、兵团课题 “新疆单层民宅适宜的节能体系研究 ”（ 20xx—20xx）、石河子大学工科振兴科技专项 “小城镇住宅节能技术集成与示范 ”（ 20xx年 —20xx 年）等项 目，其中， “新疆高寒地区节能农宅的热工研究 ”项目在农八师 136 团（小拐镇）建立了示范工程， “小城镇住宅节能技术集成与示范 ”项目在农八师 121 团（炮台镇）建立了示范工程，成果鉴定达到国内先进水平。 20xx 年获得具有节能环保功效的 “单面彩刚钢多功能复合板材 ”实用新型专利的授权。 石河子大学水利建筑工程学院 1999 年对 134 团下（野地镇）室外排水工程进行设计 ， 该项目荣获 20xx 年兵团首届 “昆仑杯 ”建设科技成果二等奖。 石河子大学勘测设计研究院承担过 18 个兵团农牧团场危旧住房改造工程的设计与研究项目，完成了大量工业 与民用建筑项目的设计任务。 石河子大学具有多学科交叉、优势互补、相互融合、联合攻关的优势。 主要参加 单位 1： 大连理工大学 于 1949 年建校， 1960 年 成 为教育部直属全国重点大学 ，自 1996 年 起开始 实施 “ 211 工程 ” 建设，自 20xx 年 起开始 实施 “ 985 工程 ” 建设 ， 20xx 年 12 月被中央确定为中管干部学校。 学校 以人才培养为根本，本科生教育与研究生教育。