楼宇型分布式冷热电联产系统互联运行节能优化

针对互联运行的分布式冷热电联产系统进行节能优化研究,在分布式冷热电联产系统网络中通过系统间的电、冷、热的互相传输,提升网络的整体节能性能.建立了两个并网运行的分布式冷热电联产系统的互联运行优化模型,该模型以总相对节能率最大为目标对系统进行运行优化.选择宾馆和写字楼的两个分布式冷热电联产系统进行案例分析,系统分别根据宾馆和写字楼的冷热电负荷进行优化设计,然后利用互联运行优化模型对其运行状态进行优化,使总相对节能率进一步提升.通过优化,该案例的总相对节能率由互联前的23.9%提升到28.5%.     

高效低温热水系统的研究进展

我国城镇建筑热水能耗约占建筑总能耗的27%,目前热水制取以化石燃料和电能直接利用为主,存在能源利用效率低、污染物排放量大的问题.遵循"高品位能作为驱动热源、低温热水满足低温需求、自然能源合理充分利用"的原则,本团队构建了多种高效低温热水系统:(1)燃料驱动型空气源热泵系统,传统供热系统作为热泵驱动力,能实现20%~40%的节能率,投资回收期在3~7年;(2)燃料驱动型水源热泵系统,缓解土壤源系统热不平衡并减少埋管数量,减少水源系统取水量和水泵能耗;(3)复合补热型土壤源热泵系统,利用热管和热泵高效蓄存空气热能,维持土壤热平衡和系统长期高效运行;(4)复合太阳能空气源热泵系统,充分利用不同强度的太阳能和不同品位的空气热能,提高能效并降低初投资;(5)蓄热型空气源热泵系统,实现了太阳能与空气热能的优势互补,提高了可靠性和经济性;(6)数据中心余热回收热水系统,热管/热泵复合空调从机房取热进入水环,水源热泵从水环取热制取低温热水供热,节能率高达60%.上述高效低温热水系统均具有较高的节能性、可靠性和经济性,是建筑热水领域节能减排的有效技术路径.     

浅谈工业锅炉节能措施

随着国民经济的发展,对能源的需求日益增加.由于我国人口众多,人均的能源产量还是很低,因此采取开发与节约并重的能源方针,把节能放在重要的位置.文章从蒸汽的有效利用、管道保温、热水供暖、区域锅炉房集中供热、热电联产等几方面来探讨工业锅炉的节能.     

Application of heat pump technology in Central Heating

电厂汽轮机乏汽冷却带走大量热能,特别是在火电企业尚处于困境当中,利用先进的吸收式热泵技术,对热电企业集中供热系统进行节能改造,回收热电企业的汽轮机排汽冷凝热,使之转换为可满足集中采暖供热的热源,将为企业带来可观的效益.     

热驱动深度制冷循环

吸收制冷循环能利用低品位热能, 例如太阳能、地热和废热等, 具有节能和环保等一系列优点, 有着十分宽广的发展前景. 然而, 传统吸收制冷循环无法获得低的制冷温度, 这一缺陷极大地限制了吸收制冷的应用范围. 为此, 本文研究了一个综合有吸收制冷循环和压缩式自行复叠循环优点的新吸收制冷循环, 以期达到利用低品位热能获得低温的目的, 该循环采用R23 + R134a/DMF工质对. 通过新循环数学物理模型的计算表明, 在160℃发生温度下, 新循环可以获得约-62℃的制冷温度, 远低于传统基本吸收制冷循环所能获得的制冷温度. 同时, 在157℃发生温度下, 新吸收制冷系统获得了-47.3℃制冷温度, 为吸收制冷循环迄今为止获得的最低制冷温度. 理论和实验结果都证明了采用自行复叠原理的新循环能够利用低品位热能获得低的制冷温度. 新吸收制冷循环也可以为其他形式热驱动深度制冷方法提供有益的参考.     

界面光蒸汽转化研究进展

光热转化作为一种太阳能利用方式,由于其相对高效、低成本的特点,一直以来被广泛关注与研究.近年来,界面光蒸汽转化作为一种新型光热转化机制,借助微纳结构材料设计及光学、热学有效调控,将太阳能充分吸收并将能量转化局域到气-液界面,从而使得光-蒸汽能量转化效率有效提高,并因此被认为是一种极具前景的高效太阳能光热转化途径.本文介绍了界面光蒸汽转化的相关机制,包括光吸收、热管理和水输送,并展示了通过一系列微纳结构材料设计来提高其能量转化效率的最新研究进展;随后介绍了目前基于界面光蒸汽转化的一些主要应用;最后对界面光蒸汽转化的未来发展方向进行了展望.     

聚光和非聚光光伏-热电耦合系统的优化

基于能量平衡建立了光伏-热电(PV-TE)耦合发电系统的一维稳态导热模型,研究了在不同的光伏电池效率温度系数和热电优值系数条件下PV-TE耦合发电系统的性能.(1)对于非聚光PV-TE耦合系统,分析了热聚焦因子、热电引脚长度和TE模块的负载电阻与内阻之比对系统发电效率的影响.结果表明:在TE模块的优值系数Z=4×10~(-3)K~(-1),电池效率温度系数β_(ref)=0.001 K~(-1)的情况下,系统总效率相对较好.此时总效率随着热聚焦因子、热电引脚长度、TE模块的负载电阻与内阻之比的增加,均是先增大后减小.因此,可选择最佳的热聚焦因子、热电引脚长度、负载电阻的值,使系统总效率达到最大值.(2)对于聚光PV-TE耦合系统,研究了热电引脚对数和热扩散因子对系统性能的影响.结果表明在Z=2.545×10~(-3)K~(-1),β_(ref)=0.001 K~(-1);Z=4×10~(-3)K~(-1),β_(ref)=0.001 K~(-1);Z=4×10~(-3)K~(-1),β_(ref)=0.0015 K~(-1)情况下,总效率随着热扩散因子的增加而减小.当热扩散因子从0.32上升到5.12时,对于其他β_(ref)和Z的情况,总效率会显著增加.当热扩散因子继续增大时,由热扩散因子增加引起的效率变化非常平缓,原因在于热扩散因子足够大时,热传递非常快,PV电池和TE热侧的温度随热扩散因子变化很小.基于研究结果,可以发现当聚光系统的热扩散因子在3.0左右时,耦合系统具有相对高的效率.     

两级闪蒸和闪蒸-双工质地热发电热力学比较

我国中低温地热资源主要分布在东南沿海地区,主要用于洗浴等,使得大量热能白白浪费.为提高我国中低温地热资源的能量转换利用率,本文提出了两级地热闪蒸和地热闪蒸-双工质联合发电方式,以单位热水发电量、热效率和产汽率为性能指标,通过数值计算,分析地热水温度对两种不同地热发电系统的性能指标影响以及地热尾水温度的影响,并对两种发电系统的选用条件作了论述.结果表明,闪蒸-双工质联合发电系统的单位热水的发电量随温度升高的增加量大于两级闪蒸的增加量.当热水温度在80~130℃时,两级地热闪蒸发电系统的单位热水净发电量比闪蒸-双工质联合系统的单位热水净发电量多达19.4%;当热水温度在130~150℃时,闪蒸-双工质联合系统的单位热水净发电量比两级地热闪蒸发电系统的单位热水净发电量多达5.5%.两级地热闪蒸发电系统闪蒸产汽量总和约为闪蒸-双工质发电系统闪蒸产汽量的2~3倍.当热水温度低于130℃并且热水量较大时,可以采用闪蒸-双工质联合发电系统,当热水温度高于130℃,并且地热水中的不凝气体含量低于3%时,可以考虑两级闪蒸发电系统;和两级闪蒸发电系统尾水相比,较高温度的闪蒸-双工质发电系统尾水资源梯级利用效率更高.     

金属泡沫复合微肋微通道热沉的流动传热特性分析

构建了一种金属泡沫和固体微肋相结合的复合微肋微通道热沉(combined fin heat sink, CFHS),采用扩展型达西模型和局部非热平衡传热模型数值研究了复合微肋微通道热沉的流动与传热特性,结合热阻网络分析了复合微肋结构的传热规律,并对复合微肋热沉的综合换热能效进行了评价.结果表明,与传统固体微肋结构相比,复合微肋结构可显著提升微通道热沉的换热性能;金属泡沫厚度和孔隙率是影响换热性能的主要因素,存在最佳金属泡沫临界填充厚度以及最佳孔隙率参数设置.相对于传统固体微肋热沉,本文研究的复合微肋热沉热阻降低了约56%,综合换热能效提升了约1.32倍,金属泡沫最佳孔隙率及临界无量纲厚度分别为0.9和0.3.本文相关研究成果可为开发高效的电子设备冷却装置提供理论指导.     

Π类非临界相位匹配LBO腔内倍频LD泵浦Nd:YVO4 671 nm激光器

报道了激光二极管泵浦的Nd:YVO4腔内倍频红光激光器. 利用Π类非临界相位匹配的LBO晶体,在吸收泵浦功率5.16W时,获得404 mW的671 nm激光输出, 光-光转换效率约7.8%. 在温度匹配处,温度波动±0.5℃,红光输出波动小于5%.     

食用蔬菜能吸收和积累微塑料

微塑料(100 nm～5 mm)作为一种新型环境污染物,具有潜在的动植物和人体健康风险,其污染已成为高度关注的全球环境问题.当前已有不少关于微塑料在水生生物体内积累的报道,但对于陆地生态系统的研究则相对匮乏,高等植物对微塑料的吸收和积累更未见报道.本文基于室内培养实验报道了微塑料在生菜(Lactuca sativa)体内的吸收、传输及分布.通过激光扫描共聚焦荧光显微镜和扫描电子显微镜观察发现,聚苯乙烯微球(0.2μm)可被生菜根部大量吸收和富集,并从根部迁移到地上部,积累和分布在可被直接食用的茎叶之中.研究结果为开展土壤-植物系统中微塑料积累机制及食物链传递与健康风险研究提供了新依据.     

Π类非临界相位匹配LBO腔内倍频LD泵浦Nd∶YVO4 671nm激光器

报道了激光二极管泵浦的Nd:YVO4腔内倍频红光激光器. 利用Π类非临界相位匹配的LBO晶体,在吸收泵浦功率5.16W时,获得404 mW的671 nm激光输出, 光-光转换效率约7.8%. 在温度匹配处,温度波动±0.5℃,红光输出波动小于5%.     

工业余热高效综合利用的重大共性基础问题研究

正能源是人类生存和发展的重要物质基础,也是当前和今后相当长一个时期制约经济和社会发展的突出瓶颈.节能减排是我国的一项基本国策,是我国实现可持续发展的重大战略保障所面临的极为迫切的任务.我国工业能耗占总能耗的70%以上,其中至少50%转化为载体不同、温度不同的工业余热,大部分可回收利用;而目前我国工业余热资源回收率仅约为30%,能源利用效率偏低.因此,根     

节能的正确含义是什么?

当前,能源问题已成为突出的世界性问题.大家知道,解决能源问题有两条途径:一是开发新能源,特别是再生能源;二是节能.节能又包括两个方面的工作:一是杜绝浪费,二是提高利用率.目前我国平均的能量利用率大大低于其他的工业化国家.例如,日本的平均热效率为57%,美国为51%,而我国还不到30%.因此,在提高利用率方面,确实大有潜力可挖.关于提高能量利用率,我们可以采取两个方面的措施:一是不断提高能量转换、传递、储存和利用过程中的技术水平,以减少损失;二是加强节能的基础性理论研究,以更新当前(特别在我国)流行的节能的传统观点,从而对能量利用过程作出正确的安排.要节能,当然首先要弄清楚节能的正确含义:节能是不是就是节约能量,还是节约别的什么东西?弄清楚这一点之后,我们才能有目的地去进行工作.     

基于吸收式换热技术的多段立式吸收-蒸发器的实验研究与应用

吸收式换热器是吸收式热泵应用于集中供热的关键核心部件.采用多段吸收式热泵机构可以有效提升机组性能:一次网回水温度一定时可大幅降低总传热面积,更重要的是在机组面积不变情况下显著降低一次网回水温度,实现单段机组无法实现的参数.本文在此技术基础上,设计并制作了三段大温差立式降膜吸收-蒸发器单元,并进行了多组工况的实验,测试其性能.该实验单元可以实现水侧大温差,形成三级蒸发压力梯度,与传统单段吸收机相比,实现了梯级换热,换热过程更加匹配;建立一维吸收器传热传质模型,分析并解释了实验中吸收器出现的冷却水出口温度高于溶液温度的现象.实验单元直接应用于实际供热工程中,在不同供暖工况下取得了良好的效果,一次网回水温度可以低至30℃以下.     

二氧化钒智能节能窗:从镀膜玻璃到节能发电一体化窗

智能窗(smart window)是一种由基材(玻璃或其他透明材料等)和调光物质所组成的光学器件,它能在一定的物理化学因素(如光照、电磁辐照、电场、气体、温度)激发下,在太阳光谱的某些区段发生着色或褪色反应,引起调光物质光学特性改变,从而光谱选择性地吸收或反射太阳辐射,达到屏蔽紫外线、调节进入室内阳光强度和室内外的热交换、降低制冷制热能耗和减少碳排放等目的.根据其激励方式的不同,智能窗可分为热致色变、气致色变和电致色变三大类.二氧化钒(M/R相VO_2,简写为VO_2)热致色变型智能窗能够吸收90%以上的紫外线(如果添加紫外吸收剂,吸收率可达99%),在基本不影响可视光透过率的情况下,可以根据外界温度的变化,调节太阳光红外部分透过率.VO_2智能窗结构简单,近年来相关的应用基础和产业化开发均获得重要突破.本文从单层、多层、纳米复合等几种典型结构与其光学性能关系入手,综述了近年来VO_2智能窗和节能发电一体窗研究的主要进展和面临的问题.     

页岩微裂缝内气-水两相流动规律

气-水两相流动广泛存在于页岩气藏压裂液返排及页岩气生产阶段,直接决定页岩气藏压裂及开发效果.页岩微裂缝是储层流体运移的主要通道.然而由于物理实验尺度及精度的限制,准确模拟页岩微裂缝中的气-水两相流动存在巨大挑战.为探究页岩微裂缝中气-水两相流动规律,本文系统考虑了气-水两相流体多重微尺度效应,包括:(1)气相滑移;(2)水相滑移及边界层黏度变化;(3)气驱水条件下,存在沿壁面流动的水膜.建立气-水两相流体微尺度流动模型,采用侵入逾渗判断两相分布,求解真实页岩微裂缝内气-水相对渗透率,并验证模型的正确性.研究结果表明,微裂缝开度小于3μm时,微尺度效应影响不可忽略;微裂缝开度及水膜对气-水相对渗透率的影响均取决于各相流体所占流动空间的相对大小;气藏开采过程中压力降低,导致气相表观渗透率升高及微裂缝开度减小,均会造成气相相对渗透率减小;水膜的存在对气相流动能力造成影响的微裂缝开度界限为0.65μm.该研究揭示了页岩微裂缝内气-水两相流动规律,为评价页岩气井压裂及生产效果提供了理论基础.     

水伏科学与技术的召唤

正水覆盖了约71%的地球表面,占人体重量约70%,在细胞里的含量可达80%.水与能量相生,维持着大至地球系统的能量循环,小至生物体的温度平衡,是天然的吸能器、储能器、换能器和传能器.水吸收了太阳辐射到达地表能量的近70%,在地球上动态吸纳释放能量的年平均功率高达60万亿千瓦(10~(15)瓦),比全人类目前年平均能量消耗功率高3个数量级.     

布置带劈缝球凸结构微通道热沉内流动和换热特性

将球凸结构与鲨鱼皮仿生概念相结合,提出了带劈缝的球凸结构,并对布置该结构微通道内的流场结构和换热特性进行了数值分析.研究结果表明,宽劈缝通道有利于降低其尾缘逆压梯度,抑制通道流动分离;劈缝通道外移,劈缝壁面温度明显降低,通道尾缘分离泡尺寸减小;斜劈缝通道将主流沿展向引射到侧面,强化了通道二次流,有效降低了侧面角区温度,通道各壁面的温度均匀性得以提升.相同条件下, B方案(劈缝中心线在球凸直径上相对位置w/D=0.25)通道相对范宁摩擦系数(f/f_0)较小,劈缝宽度较大的工况中上述趋势更为明显,而劈缝宽度为10μm的微通道换热能力优势明显; A方案(w/D=0.33)中,劈缝宽度为15μm的通道f/f_0很低,其综合热性能(TP)较好.本研究中布置带劈缝球凸微通道TP最大为185.3%,表现出了良好的强化换热和节能性能.     

青藏高原大气氧含量影响因素及其贡献率分析

已有工作认为,近地表空气中氧气相对含量在不同海拔上无明显变化.然而,对采集自青藏高原的数据利用主成分分析发现, 500 hPa的大气温度(500 hPa-T)、地表植被盖度及海拔对氧气相对和绝对含量都产生一定的影响.就氧气相对含量而言,植被盖度的方差解释率为33.1%, 500 hPa-T和海拔的方差解释率分别为28.5%和3.9%,总方差解释率为65.5%;通过理想气体状态方程计算得到氧气绝对含量,发现海拔对其方差解释率为45.9%,植被盖度和500h Pa-T分别为18.5%和14.5%,总方差解释率为78.9%.认识高海拔地区氧气相对和绝对含量与其对应的植被及气象要素间的关系,不仅对改善居住及生活在高海拔地区人类和家畜的健康具有重要指导作用,也对加深理解全球变化背景下高海拔地区的环境风险有重要的理论与实践意义.