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本實用新型公開了一種多功能的熱管式太陽能集熱器，包括有邊框，邊框的前、后側分別安裝有玻璃蓋板和后蓋板，邊框內分別安裝有多塊光伏電池板和集熱管，集熱管內分別固定有多塊導熱板，相鄰二塊導熱板之間分別連接有銅套管，多塊導熱板和銅套管將集熱管的內部分隔成水流道和空氣流道，水流道和空氣流道的兩端分別設有進水口、進氣口和出水口、出氣口；邊框內分別設有多根熱管，多根熱管的蒸發段分別對應延伸到相鄰二塊光伏電池板之間間隙中，多根熱管的冷凝段分別對應插入到銅套管中。本實用新型實現了將太陽能轉化為高品位的電能的同時制取熱

設計了小型熱泵型蓄能空 調裝置并進行試驗，顯著提高了機組 COP 及運行性能，填補了國內小型蓄能空調 機組的理論研究加強了設備研發、技術創新，以適應社會各個層面的節能需要。

通過該裝置吸收瀝青路面上的能量，并將能量存儲在循環水中，并與雙層玻璃水幕墻類建筑配套使用，用循環水調節雙層玻璃水幕墻類建筑物內的溫度，充分發揮瀝青路面吸收太陽能的特性，來降低玻璃幕墻類建筑的能耗，達到節能減排，綠色環保的目的。該裝置使用操作簡單，太陽能利用率高，使用方便，降低玻璃幕墻類建筑物的運行維護成本，減少其它能源的損耗。有助于環境保護，應用環境友好，市場前景非常廣闊。

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能源、環境及化工等領域廣泛存在具有相變和反應的能質傳遞和轉化問題， 具有多區域、多場、傳遞與轉化等相互耦合的特點，是影響裝備性能的關鍵熱物 理問題，對提升性能至關重要。本項目針對上述領域中共性的多場耦合能質傳遞 機理反其強化和調控方法的前沿科學問題開展研究工作，取得了系列原創性研究 成果。主要發現點有： 一、 分區耦合多相傳遞可視化實驗方法及其機理與特性：創新了滯止流和通 流槽道內逸出速率及位點可控的液滴和氣泡動力學行為、變孔隙率網絡流道及其 與外部流場耦合的兩相流動、毛細阻力可調的多孔層內相變傳熱及含反應邊界的 兩相流及傳遞等可視化實驗方法。獲得了逸出液滴聚合衰減震蕩機理及規律；發 現了微孔逸出氣泡脫離后涌入和界面震蕩現象；揭示了具有壁面逸出氣泡的槽道 內兩相流規律；闡明了具有微孔層和結構缺陷的氣體擴散層內兩相分布特征；厘 清了反向式毛細蒸發器多孔層內相分布規律反其對相變傳熱的影響機理；揭示了 燃料電池內兩相流動和傳輸以及電化學反應的相互作用規律，獲得了流道水淹與 壓降之間的定量關系及膜電極表面溫度分布特性。 二、 多元多相分區耦合能質傳遞及轉化理論模型：建立了多場耦合固體基質 表面細胞吸附成膜理論模型，揭示了生物膜結構與能質傳遞及產氫/產電性能的 相互關系；建立了含生化反應的多孔填料床內多相能質傳遞的毛細管模型和多相 混合模型，闡明了流動和傳輸與生化反應的耦合特性，為固定化細胞生物反應器 性能預測提供了方法；建立了毛細結構材料內分區耦合相變傳熱理論模型，為反 向式毛細蒸發器和微槽膜狀凝結換熱提供了理論計算方法；提出燃料電池兩相傳 輸三維孔隙網絡模型和氣體有效擴散系數的分形模型，首次利用V0F方法模擬 了邊壁具有逸出液滴的燃料電池流道內細觀兩相流行為，揭示了多孔擴散層與流場板流道內兩相流的耦合關系以及流道結構和工況參數對兩相流特性的影響規律。 三、多場耦合能質傳遞強化及調控方法：基于分區耦合強化傳熱思想，提出 了三維肋表面和螺旋扭帶組合強化傳熱新方法；通過分區流動和傳遞強化與調控, 發展了三維柱狀陣列結構陽極微流體燃料電池，顯著提升了電池性能；利用石墨 烯表面修飾，實現了多孔電極內微生物產電菌電子轉移速率和活性生物量調控和 強化；創新性利用流場/濃度場/溫度場/光場的強化和調控，結合表面修飾和彌 散光導體技術，實現微生物生化轉化全過程強化；提出了通過外接電阻控制陽極 電勢誘導和調控生物膜結構，強化了質子傳輸，大幅提升了微生物燃料電池性能。

相變儲能材料技術是近年來蓄能領域和新材料領域新興的研究熱點，該 技術對建筑節能、解決能源緊張有著重要的應用價值。相變儲能技術在建筑 中有著廣泛的應用，對于太陽能供熱系統，由于太陽能具有間斷性與能量密 度低的特點，不能連續穩定的提供熱量，限制了太陽能的大面積使用，為了 蓄存不穩定的太陽能，常以蓄熱水箱為蓄熱設備，水為蓄熱介質來維持系統 穩定運行，從而使得蓄熱水箱需要放置在一個特定的房間中，占用了寶貴的 建筑面積。本成果所涉及的模塊化相變箱及其構成的相變蓄能系統，其通過 采用設置多個獨立腔體的技術能同時實現蓄熱和末端供熱的目的，同時，在 達到同樣存儲熱量的情況下能減少傳統蓄熱水箱體積，還能增大蓄熱水箱運 行時長，減少輔助能源設備能耗；水箱中所用相變材料相變潛熱大，在相變 溫度附近蓄放熱溫度穩定，采用封裝成板片形式的技術放置于普通蓄熱水箱 中，將時間和空間上分布不均不穩定的太陽能轉化成穩定的熱能儲存在相變材 料中，可以有效增大太陽能能源利用率。 太陽能通風煙囪(Solar Chimney, SC)作為世界上最豐富、最具發展潛力 的能源資源一太陽能的被動利用技術之一，因其具有降低建筑通風與空調能耗、 改善室內空氣品質及能源資源可再生等優點而廣泛應用于生態建筑設計中， 是生態與節能建筑研究中的一個熱點。但是傳統太陽能煙囪一直存在著蓄熱 能力差、工作不穩定的缺點，在沒有太陽輻射的時段無法運行。本團隊成果 創新點在于將相變材料與傳統太陽能煙囪相耦合，相變材料是替代傳統蓄熱 介質的最佳選項，與顯熱蓄能相比，相變蓄熱是種潛熱蓄能模式，具有蓄能 密度高，體積小，溫度變化小，相變溫度選擇范圍寬，易于控制等優點。相 變材料耦合太陽能煙囪可以有效提高煙囪本身的蓄熱能力，將多余的太陽能 貯存起來，在沒有太陽輻射時使用，從而有效延長了太陽能煙囪的工作時間。 市場及經濟效益分析： 在自然通風領域，目前節能設計中由于太陽能等可再生能源在時間和強 度等方面的間歇性和不穩定性，導致當前面臨最大的挑戰就是滿足建筑的熱 舒適性，傳統太陽能煙囪利用普通圍護結構或金屬板作為蓄熱介質，蓄熱方 式是顯熱蓄熱，墻體表面溫度是隨著太陽輻射強度的變化而變化的，墻體溫 度的變化極容易引起通風量變化或人體熱不舒適感。另外，煙囪蓄熱墻的蓄 熱能力差，在多云天氣或夜間，太陽能煙囪工作效能很差或不能工作，這極 大地限制了太陽能煙囪的實際應用。同時，相比于市場常見的機械通風技術, 其能達到良好的通風效果，但是需要復雜的通風設備和動力設備，結構復雜， 而以相變太陽能煙囪為代表的自然通風技術低能耗，結構簡單，僅需經過合 理布置房間的門窗位置即可形成有組織的自然風，尤其在過度季節和氣候溫和 地區具有廣闊的應用前景。 團隊介紹： 本研究團隊擁有一批由教授、副教授、青年教師、博士和碩士組成的高 層次科研人員及先進的科研設備，在相變傳熱理論和數值模擬分析等方面均 具有扎實的基礎，人員組成結構合理，團隊成員大都有豐富的現場實測經驗 及實驗室研究的工作經歷。研究團隊的主要研究人員盧軍教授主持完成了國 家自然科學基金項目“山地城鎮室外熱環境預測與評價”，作為專題負責人完 成了國家科技攻關項目“長江流域住宅節能理論與策略研究"，主研完成了國 家十一五科技支撐計劃子課題“城鎮熱島效應機理和模擬技術研究”以及數 十項建筑可再生能源利用科研課題和工程方案的可行性研究，具有堅實的理 論基礎和豐富的實驗工作經驗，目前正在主持完成國家自然科學基金項目“高 海拔寒冷地區室內熱環境質量及調控機理研究"的研究工作。盧軍教授在相 變材料在建筑領域應用研究方面有較多的工作積累，尤其是相變蓄能水箱與被 動式自然通風技術等方面取得了豐富成果，發表多篇學術論文，為團隊發展提供 相關研究建議和指導。

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