科创中国

新能源及节能技术,可再生清洁能源技术

气候变化是当今人类面临的重大全球性挑战，为应对气候变化，降低碳排放，中国政府提出于2030年前后达到二氧化碳排放量峰值，争取在2060年前实现碳中和的目标。可再生能源作为建筑领域“双碳”目标实现的重要支撑和关键途径，实现其高效供能及规模化应用迫在眉睫。浅层地热能是可再生能源建筑应用的主要形式之一，国内外相关机构对其开展了大量的研究及应用工作，但针对大型土壤源热泵系统地下能量补偿、大型埋管群水力自平衡及高效换热、原生污水和地表水中热能资源化利用过程中的堵塞、污垢、高效换热等影响其在建筑中规模化应用的核心难题仍未得到有效解决。鉴于此，本项目将着重于研究解决浅层地热能发展应用过程中的关键科学问题和技术瓶颈，着力于进一步完善可再生能源建筑高效供能设计技术、产品、装置与工程推广应用间的协调、匹配等现实难题，着眼于发展一套浅层地热能建筑高效利用关键技术体系，并全面推动其规模化应用项目组历经十余年的科研攻关，从理论与方法、关键技术体系、产品与装备三个层面展开研究，全面梳理了浅层地热能能量高效利用机理、优化设计方法、高效供能关键技术等重大理论和技术问题，并开发了核心产品和装备，填补了相关技术领域空白。

项目主要创新成果如下： （1）首先，创新性地构建了基于“能量品位利用率”、“能量品位匹配度”等指标的可再生能源建筑高效供能表征方法体系；首次提出了土壤累积代表温度的概念，并形成了典型气候区土壤源热泵系统适宜性综合评价方法；首创了污水源热泵系统凝固潜热换热的方法，提出了获取地表水源热泵系统取水水源特性的方法，构建了涉及江水水温分布、水质特点及水位变化状况的基础数据库，在此基础上，构建形成了浅层地热能建筑高效供能理论方法体系。 （2）其次，在理论方法研究基础上，提出了大型土壤源能量补偿、地埋换热器管群优化及水力自平衡调节设计技术，构建了大型土壤源热泵系统高效供能关键技术体系；研发了污水连续过滤与还原、污水复合换热输送、地表水高效除砂、尾水降温处理技术，构建了原生污水和地表水热能资源化高效利用关键技术体系。 （3）最后，开发了高效满液式土壤源热泵专用机组、原生污水凝固潜热换热机组、原生污水直接取水高效换热装置、侧向流翼片斜板除砂装置、改进型水力旋流除砂等装置，性能优越，工程应用效果显著。

本项目由中国建筑技术集团有限公司、中国建筑科学研究院有限公司、哈尔滨工业大学、重庆大学、同方人工环境有限公司联合完成，项目团队以理论方法研究为基础、关键技术创新为手段，高效产品及装置为载体，结合示范工程应用及实际效果测试，在新方法、新技术、新产品等方面，均取得了重大创新和突破，构建形成了一套适用于我国浅层地热能建筑高效利用关键技术及规模化应用体系。完成授权发明专利12项、实用新型专利12项、搭建软件平台5项等一系列研究成果。

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