[00925581]太阳能季节性蓄热和地源热泵复合的建筑供热技术开发与应用

本项目属可再生能源利用技术领域。针对北方地区建筑供热空调采用地埋管地源热泵系统全年冷热负荷不平衡和太阳能供热夏季用不了，冬季不够用的技术瓶颈，对太阳能季节性蓄热和地源热泵复合的建筑供热关键技术进行了系统深入研究，着重开发太阳能和浅层地热能等可再生能源在建筑中高效复合利用技术，开创建筑供热空调节能减排新途径。采用理论研究与工程实践相结合的技术路线，系统深入地研究了太阳能季节性蓄热和浅层地热能在建筑中复合高效利用关键技术，建立了基于地埋管季节性蓄热的地下传热模型，揭示了深层岩土蓄热与传热规律；开发了太阳能蓄热与地源热泵复合系统的优化设计模拟软件，解决了季节性蓄热地热换热器传热分析及其设计的技术难题。与简化模型相比计算精度提高25%，计算时间仅为常用的数值方法的0.1%。开拓出通过大空间多维非稳态地下传热分析与工程应用的新途径，形成了适合各类建筑使用的太阳能季节性蓄热和地源热泵复合的供热空调技术体系。开发了太阳能的集热、季节性蓄热与地源热泵复合供热的低品位热能高效利用系统及其监控平台。实现了太阳能集热器、地埋管换热器、地源热泵与建筑供热空调系统的优化设计与运行。能够在线采集储存系统运行的各个参数，适时调控太阳能集热系统、蓄热系统和辅助供热系统的利用方式，实现了太阳能直接利用、间接利用和地下蓄存等优化监控；与常规系统相比，太阳能利用率提高了30％，地源热泵系统能效比提高8%。非冬季的太阳能季节性蓄热，提升了北方地区地源热泵的供热能力，扩大了太阳能与浅层地热能建筑供热空调的应用区域，提高了系统可靠性。研制了适合小型系统的太阳能集热器、热泵及毛细管网复合供热空调装置。研制的平板集热器采用高选择性磁控溅射吸热涂层，吸收率达到95%以上；应用纳米自洁技术，延长了集热器玻璃洁净无污垢时间，提高了系统的光热转换效率；研发的由太阳能集热器、储热水箱、地源或水源热泵及自动控制系统等构成的装置，实现了太阳能季节性或昼夜储存及其直接或辅助间接采暖，提高了太阳能利用率；热泵辅助太阳能供生活热水与传统的电辅加热相比，系统能效比提高10%以上。建设了太阳能蓄热与浅层地热能复合利用示范工程，研究成果在武警山东省总队后勤基地及山东华元建设集团综合楼等40余项工程中应用，获得1项国内发明专利授权、1项软件著作授权和3项实用新型专利授权；参与撰写专著1部；在国内外重要学术刊物上发表论文25篇，其中SCI收录4篇，EI收录6篇，产生了重要影响。初步统计，近三年本项目产生经济效益6.8亿元，折合节约标准燃煤3.8万吨，减少二氧化碳排放9.2万吨。本项目成果扩大了太阳能与浅层地热能建筑供热的应用区域，促进了机械、玻璃、塑料和地质勘察等相关行业的发展，形成的技术体系将在北方地区建筑，尤其是我省乃至全国中小城镇和新农村建筑供热中发挥越来越大的作用，为节能减排事业的发展和太阳能与浅层地热能利用技术的进步及其推广应用做出了重要贡献。