【文章內容簡介】 行安全、使用壽命長的優(yōu)點。因此 平板集熱器在全世界范圍內得到了大面積的推廣和應用。我國太陽熱水器的開發(fā)研究，從 60 年代開始，由引進國外的銅鋁復合條帶生產線生產吸熱體，使我國平板集熱器的質量上了一個新的臺階。清華大學、中國科技大學及中科院廣州能源研究所分別對平板集熱器隔熱層最佳厚度、集熱器空氣夾層的最佳間距進行了理論分析和傳熱試驗研究。浙江大學和中國科技大學在透明蜂窩結構最佳化方面也進行了大量的理論分析、試驗研究以及技術開發(fā)工作，這些研究工作使平板集熱器的熱性能有了不同程度的改善。 盡管平板集熱器價格低廉，但平板集熱器的應用也受到了一定的 15 限 制，主要表現(xiàn)在：一方面工作溫度低，目前，只能滿足人們的洗浴要求；另一方面，熱損失大、效率低。為了提高集熱器的集熱效率，人們研制了內管與外管間抽真空的全玻璃真空管，大大地減少了集熱器的對流、輻射和熱傳導造成的熱損失。真空管集熱器于 20 世紀 70年代研制成功。我國清華大學發(fā)明了采用磁控濺射技術研制成功多層（漸變）鋁 —氮 /鋁選擇性吸收涂層，將全玻璃真空集熱技術提高了一大步。全玻璃真空管集熱器實現(xiàn)了了全年利用的目標，熱效率較高。但承壓能力小，而且在使用過程中，如果空曬時間過長，而系統(tǒng)突然注入冷水時容易炸管。為了克服全 玻璃真空管集熱器的這種弊端，世界各國科學家又研制了熱管式和 U 型管式玻璃真空管集熱器。對于 U型管式玻璃真空管集熱器，熱量在傳遞過程中經過了兩次接觸熱阻，一是銅肋翼與玻璃內管之間空氣間隙，這部份影響使集熱器的集熱效率降低 10%左右；另一個接觸熱阻是銅肋翼與 U 型管之間的接觸熱阻。對于熱管式玻璃真空管也會遇到同樣的問題，另外在集熱器使用過程中，熱管內會逐漸積聚不凝結氣體（惰性氣體），不凝結氣體的逐漸增多勢必會影響到熱管的工作性能。 針對以上問題，大連理工大學開發(fā)了石墨填充真空玻璃管開式毛細管太陽能集熱管、石墨填充真 空玻璃管閉環(huán)毛細管太陽能集熱管。通過對單根石墨填充 U 型管式玻璃真空管熱性能的試驗研究表明，這種填充式集熱器可以提高集熱效率 10%。但填充真空玻璃管式集熱器的結構類型還需要進一步優(yōu)化；集熱器集熱溫度以及循環(huán)流體流量對集熱器效率的影響仍需要進一步研究；填充材料的經濟性以及對集熱器結構的影響還需要研究。 在太陽能熱利用中，另一個主要問題是太陽能的間歇性以及不可靠性，因此蓄熱裝置是太陽能熱利用系統(tǒng)中重要設備。隨著太陽能采暖系統(tǒng)的發(fā)展，傳統(tǒng)的顯熱蓄熱已經無法滿足需要。目前，相變蓄熱 16 材料（ PCM）應用在太陽能熱利用系統(tǒng) 得到了廣泛的研究，美國、德國、日本等國家一直處于領先地位，其研究范圍涉及相變材料蓄放熱理論分析、數(shù)值計算、實驗研究、應用研究乃至技術經濟分析等各個方面。 我國對蓄熱相變的理論和應用也進行了研究，早期主要研究對象是相變蓄熱材料中的無機水合鹽類， NaSO410H2O 是開發(fā)研究最早的一種。 1983 年，華中師范大學對典型的無機水合鹽 NaSO410H2O和 NaCH3COO3H2O 的成核作用進行了系統(tǒng)研究，較好地解決了無機水合鹽的過冷問題。 90 年代初， PCM 逐漸應用于被動式太陽暖房中。 1992 年，清華大學對相變蓄 熱材料在太陽房中的應用進行了研究。結果表明相變蓄熱材料在白天有效儲存太陽熱能，夜間向室內供熱，減少太陽房溫度波動，提高了室內溫度。 20 世紀 90 年代中期，研究重點轉向了有機蓄熱材料及固 固相變蓄熱材料，從應用范圍來看，國內的蓄熱材料目前只是應用在被動式太陽暖房中，其他領域應用很少。 20xx 年，北京建筑工程學院利用 35 種 PCM（石蠟、月桂酸、硬脂酸等）構成儲熱單元， PCM 封裝在高密度聚乙烯管內，與單一PCM 的系統(tǒng)相比，相變傳熱速度明顯提高，儲熱放熱速率的均勻性得到明顯改善，系統(tǒng)效率平均提高 30%~40%，并 且將相變儲熱系統(tǒng)應用于太陽能供暖系統(tǒng)中，白天，太陽能集熱器供水流經封裝的 PCM蓄熱，夜間，供暖側供水流經封裝的 PCM 取熱，該系統(tǒng)可以保證供暖系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和連續(xù)性，并且具有極大的經濟效益、環(huán)境效益和社會效益。 由于 PCM 本身存在導熱系數(shù)低的缺點，在一定程度上制約了PCM 的實際應用。為了提高 PCM 的導熱工特性，研究者們通常采取在 PCM 中添加金屬填料、石墨、在封裝壁面上加肋片以及進行膠 17 囊封裝或將不同的 PCM進行組合等方法來提高 PCM的蓄放熱性能。盡管 PCM 應用于太陽能熱利用系統(tǒng)得到了大量的研究，但目前主要集中 于 PCM 的蓄放熱工特性、蓄放熱裝置結構和裝置性能的影響因素，但是沒有針對蓄放熱裝置提出具體的性能參數(shù)、曲線以及裝置的設計流程。 （ 4）太陽能與土壤源熱泵復合熱源供熱技術 土壤源地源熱泵系統(tǒng)特別是垂直埋管式系統(tǒng)因其節(jié)能、環(huán)保不受地質條件的影響，被公認為最具有發(fā)展?jié)摿Φ牡卦礋岜眉夹g。但是在我國新疆等一些氣候寒冷地區(qū)，建筑的冬季供熱負荷遠大于夏季制冷負荷，并且由于土壤溫度較低，單一的地源熱泵系統(tǒng)為了滿足建筑熱負荷的需求，勢必要選擇較大功率的熱泵機組并增加地下熱交換井的數(shù)量，這樣就造成系統(tǒng)投資過大，整體經濟性降低。 同時在熱泵系統(tǒng)的長期連續(xù)運行狀態(tài)下，地下埋管換熱器的進出口循環(huán)水溫度將越來越低，這將導致熱泵機組蒸發(fā)溫度的下降和循環(huán)性能系數(shù)的降低，另一方面，過低的埋管換熱器進水溫度有可能產生載冷劑結凍的現(xiàn)象，或者由于熱泵機組的低溫保護而頻繁地自行停機。因此，有必要針對寒冷地區(qū)的氣候特點，尋找一種更為理想的采暖空調系統(tǒng)，地源熱泵及太陽能集熱器聯(lián)合供暖系統(tǒng)正是針對這一特定氣候特點而提出的。 將太陽能集熱器和埋地盤管組合的設想是 Penrod 于 1956 年首次提出的，隨后又相繼給出了太陽能 地源熱泵系統(tǒng)的工作原理和設計過程。 1977 年能源危機過后美國等國家加強了對土壤源熱泵的研究。 19781981 年，美國布魯克海文國家實驗室對帶圓柱型地下儲能灌的串聯(lián)太陽能熱泵系統(tǒng)經行了實驗和模擬研究，結果表明：在冬季供暖運行工況下，地下儲能灌可以使太陽能熱泵工作性能更穩(wěn)定，而且可以減少輔助熱源的容量。 20 世紀 90 年來，由于世界各國對能源和環(huán)境問題更加重視，熱泵技術的應用和發(fā)展也進入了一個全新快速 18 發(fā)展時期。研究的熱點開始集中在相互耦合的傳熱、傳質模型上，以便更好地分析地下埋管換熱器的換熱性能。同時，太陽能和地源熱泵聯(lián)合供暖系統(tǒng)的研究也得到了進一步的 發(fā)展。 20xx 年，美國的Andrew D Chiasson 與 Cenk Yavuzturk 用 TRNSYS 作為平臺，對帶有太陽能集熱器的地源熱泵系統(tǒng)進行了模擬研究，采用了包括芝加哥、鹽湖城和丹佛在內的具有不同氣候特點的 6 個美國城市的氣候參數(shù)進行了為期 20 年的模擬，證明了聯(lián)合系統(tǒng)的節(jié)能效果。隨著計算機技術的迅速發(fā)展，計算機模擬技術已廣泛地應用于埋管換熱器和太陽能集熱器的性能研究與設計方法中。 A. Ucar 和 M Inalli 對帶地下圓柱形儲能罐的太陽能供熱系統(tǒng)的地下溫度場分布進行了模擬研究，并就集熱器面積、儲能容器 容積及其埋設深度等因素，對地下溫度場分布的影響進行了比較分析。 近年來土耳其對太陽能熱泵以及和土壤源熱泵相結合系統(tǒng)的研究越來越多， Onder Ozgener、 Arif Hepbasli 研究、測試了太陽能熱泵系統(tǒng)相結合 U 型管土壤換熱器的性能，結果表明這種組合形式可以降低土壤耦合熱泵系統(tǒng)的設計尺寸，并且由于有較高的換熱流體溫度，提高了熱泵性能系數(shù)。 我國對太陽能耦合土壤源熱泵的研究起步較晚，天津商學院、上海交通大學、哈爾濱工業(yè)大學、東南大學、青島理工大學等先后對其進行了實驗及理論研究，取得了一定的成果。 19941995 年在天津商學院進行了太陽能熱泵和土壤源熱泵交替運行供暖的性能試驗研究，之后對帶有螺旋管的太陽能 土壤源耦合熱泵系統(tǒng)進行了理論和實驗研究，在自行建立的低品位能利用實驗臺上，進行了太陽能熱泵和土壤源熱泵交替運行的實驗，測試太陽能熱泵、土壤源熱泵以及太陽能土壤源耦合熱泵系統(tǒng)各自的性能，同時測試了土壤換熱器的換熱性能，結果表明垂直螺旋管土壤換熱器單位面積的取熱率是單管水平換 19 熱器的 18 倍，相應的系統(tǒng) COP 提高了 21%。 青島理工大學和東南大學對太陽能 土壤源耦合熱泵系統(tǒng)聯(lián)合供暖運行模式也進行探討，之后青島 理工大學有結合地板輻射空調系統(tǒng)進一步研究運行方式，初步得出了地源熱泵和太陽能熱泵的運行時間比例。哈爾濱工業(yè)大學一直從事太陽能 土壤源耦合熱泵系統(tǒng)的實驗和理論研究，進行了多年的供暖、供冷實驗，并對太陽能季節(jié)性蓄熱、相變蓄熱等進行了研究。 近年來天津大學對太陽能跨季節(jié)蓄熱進行了一系列研究，蓄熱裝置包括埋地盤管和地埋水箱，分析了供暖系統(tǒng)的長期性運行特性，并模擬了地下土壤的蓄熱特性，并針對示范工程開展相應的應用研究。中南大學通過數(shù)值模擬分析了埋管間距對蓄熱與釋熱的運行熱性的影響，但未結合蓄熱源進行整體分析。之后，楊 衛(wèi)波等建立了考慮地下水滲流與熱濕遷移影響的準三維 U 型埋管土壤蓄熱的數(shù)學模型，探討了利用太陽能 土壤源熱泵中原有鉆孔 U 型埋管進行太陽能跨季節(jié)性土壤蓄熱的可行性及其特性，得出了地下水滲流的存在可以強化地下埋管的換熱效果，但不利于用埋管作為蓄熱裝置。 我國到 2020 年我國將使可再生能源占中國能源總需求的 15%。建筑中應用可再生能源是利用可再生能源最大的領域，也是可再生能源利用的重點。 20xx 年頒布了《中華人民共和國節(jié)約能源法》和《民用建筑節(jié)能條例》，強調了國家對我國大力發(fā)展可再生能源建筑應用的鼓勵和支持。在 “十一 五 ”科技支撐計劃重點項目 “可再生能源與建筑集成技術研究與示范 ”和建設部、財政部開展的可再生能源建筑一體化規(guī)?；瘧檬痉兜膸ьI下，各地紛紛出臺地方可再生能源建筑應用的指導意見、技術手冊、標準圖集等。太陽能光熱利用建筑一體化研究方面也有了重大突破；太陽能光熱技術、地源熱泵技術、太陽能光伏發(fā)電技術等多項可再生能源技術應用于建筑中，并進行了規(guī)模化的 20 示范研究，推動了可再生能源建筑應用的快速發(fā)展，提高了可再生能源建筑應用的認識，解決了可再生能源建筑應用的部分關鍵技術，制定了部分的標準規(guī)范和手冊圖集，產品質量進一步提升， 產業(yè)規(guī)模進一步擴大，部分建筑中可再生能源的作 用已經有所體現(xiàn)。大規(guī)模推廣可再生能源建筑應用的良好態(tài)勢已經形成。上述成果為本項目在兵團城鎮(zhèn)建設中開展太陽能 土壤源熱泵復合冷熱源供熱空調提供了科學的技術保障。 2．項目申請單位及主要參與單位研究基礎（已有的研究開發(fā)經歷，科技成果、科研條件與研究開發(fā)隊伍現(xiàn)狀等） （ 1） 項目申請單位及主要參加單位 科研條件與 研究基礎 項目申報單位： 石河子大學 是國家“ 211 工程”重點建設高校和國家西部重點建設高校，現(xiàn)由國家教育部和新疆生產建設兵團共建?，F(xiàn)有 11 個農業(yè)部、自治區(qū)、兵團重點學 科；有省部共建國家重點實驗室培養(yǎng)基地 1 個，農業(yè)部重點實驗室 1 個，農業(yè)部工程中心 1 個，教育部重點實驗室 2 個，教育部工程中心 2 個，兵團重點實驗室 3個，是兵團和自治區(qū)重點科研基地。 石河子大學 堅持走產學研一體化道路，發(fā)揮大綜合、強應用的學科優(yōu)勢，近年來，學校主持國家“ 973 計劃”項目 1 項、國家“ 863計劃”項目 2 項、國家科技支撐計劃項目 4 項、國家哲學社會科學重大招標項目 3 項，立項省部級以上科研項目 640 項，取得科研成果300 余項，獲省部級以上獎勵 200 余項。 學校 在小城鎮(zhèn)建設、綠洲生態(tài)、建筑節(jié)能、水資源優(yōu)化配置、新 能源開發(fā)等方面形成了具有鮮明地區(qū)特色的研究方向，形成了以中青年學術帶頭人和骨干為主的學術梯隊，近年主持承擔了國家自然科學基金項目 “新疆高寒地區(qū)節(jié)能農宅的熱工研究（ 20xx20xx）、國家社科基金項目 “新疆綠洲產業(yè)生態(tài)化、經濟循環(huán)化與城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展戰(zhàn)略研究 ”（ 20xx20xx）、科技部軟 21 科學基金項目 “伊犁河流域國際合作開發(fā)戰(zhàn)略研究 ”（ 20xx～ 20xx）、兵團課題 “新疆單層民宅適宜的節(jié)能體系研究 ”（ 20xx—20xx）、石河子大學工科振興科技專項 “小城鎮(zhèn)住宅節(jié)能技術集成與示范 ”（ 20xx年 —20xx 年）等項 目，其中， “新疆高寒地區(qū)節(jié)能農宅的熱工研究 ”項目在農八師 136 團（小拐鎮(zhèn)）建立了示范工程， “小城鎮(zhèn)住宅節(jié)能技術集成與示范 ”項目在農八師 121 團（炮臺鎮(zhèn)）建立了示范工程，成果鑒定達到國內先進水平。 20xx 年獲得具有節(jié)能環(huán)保功效的 “單面彩剛鋼多功能復合板材 ”實用新型專利的授權。石河子大學水利建筑工程學院 1999 年對 134 團下（野地鎮(zhèn)）室外排水工程進行設計 ， 該項目榮獲 20xx 年兵團首屆 “昆侖杯 ”建設科技成果二等獎。 石河子大學勘測設計研究院承擔過 18 個兵團農牧團場危舊住房改造工程的設計與研究項目，完成了大量工業(yè) 與民用建筑項目的設計任務。石河子大學具有多學科交叉、優(yōu)勢互補、相互融合、聯(lián)合攻關的優(yōu)勢。 主要參加 單位 1： 大連理工大學 于 1949 年建校， 1960 年 成 為教育部直屬全國重點大學 ，自 1996 年 起開始 實施 “ 211 工程 ” 建設，自 20xx 年 起開始 實施 “ 985 工程 ” 建設 ， 20xx 年 12 月被中央確定為中管干部學校。 學校 以人才培養(yǎng)為根本，本科生教育與研究生教育