山东建筑大学地源热泵研究所简介1.基本概况本研究所成立于2000年初。
由5名教授、4名副教授、3名高级工程师和十余名研究生组成。
采用理论研究与工程实践相结合的技术路线,系统深入地研究了地埋管浅层地热能利用中地热换热器的传热机理与优化设计方法、岩土热物性测试及地埋管传热强化等关键技术,开拓出大空间多维非稳态地下传热分析与工程应用的新途径。
经过近十年的潜心研究与技术开发,形成了系统的地埋管浅层地热能利用技术体系。
该技术体系的核心是:首次求得地热换热器传热分析中钻孔内准三维传热模型、钻孔外有限长竖直和倾斜线热源模型以及有渗流时导热与对流复合作用的二维非稳态传热模型的解析解,创建了基于这些解析解和叠加原理的地热换热器传热分析方法;基于这些解析解和新模型,开发了地热换热器优化设计模拟软件;研发了能够用于现场确定深层岩土热物性的测试方法和测试仪;深入研究了地热换热器强化传热技术,探索了各种组成物对水泥砂浆回填材料导热系数的影响规律,开发了基于水泥砂浆、石英砂和改性添加剂的高性能回填材料。
所长方肇洪,教授。
1968年毕业于清华大学动力机械系。
1981年和1987年先后取得清华大学工学硕士和工学博士学位。
中国建筑学会建筑热能动力分会理事。
美国供热制冷空调工程师协会(ASHRAE)会员、国际地源热泵协会(IGSHPA)会员。
方肇洪教授在英国曼彻斯特大学理工学院、加拿大不列颠哥伦比亚大学进行合作研究各一年,在美国俄克拉荷马州立大学学习考察地源热泵技术三个月。
副所长刁乃仁,教授,获清华大学博士学位,山东建筑大学热能工程学院院长。
山东省建筑节能与可再生能源利用专家、国际地源热泵协会会员、山东建筑学会暖通空调分会与热能动力分会副主任委员。
曾赴法国进行合作研究一年。
2.工程应用初步统计本所研究的地源热泵技术体系在12个省市300余项浅层地热能利用工程中应用,研究所承接的部分应用项目情况见表1;设计模拟软件被清华大学、香港理工大学以及北京华清集团等100多个高校和企业采用;研制的热物性测试仪对北京奥林匹克公园、奥体网球馆及济南奥体中心等重点工程深层岩土热物性进行了测试。
初步统计产生直接经济效益10亿元。
该技术比传统空调节能约30%,由此每年节约能源折合标准煤约8万吨,减排二氧化碳21万吨,节约建筑供热空调运行费用6400万元。
研究主要成果编入国家标准《地源热泵系统工程技术规范》,出版了专著《地埋管地源热泵技术》,先后与30多个企业签订了合作协议,将项目成果进行技术转让或服务,促进全行业技术水平和产品质量提高;在International Journal of Heat and Mass Transfer 和International Journal of HV AC&R Research等学术刊物上发表论文80余篇。
这些成果促进了浅层地热能利用技术在我国建筑空调中的应用。
在国际上产生重要影响。
理论和实践上有重要创新,为工程热物理学科的发展和地埋管浅层地热能利用这一节能减排新技术的推广应用作出重要贡献。
表1 研究成果应用情况一览表(不完全统计)注:技术集成中包括热物性测试。
3.近期发表的主要论文[1]Nairen Diao, Qinyun Li and Zhaohong Fang. Heat Transfer in Ground Heat Exchangers with GroundwaterAdvection. International Journal of Thermal Sciences, 2004,43: 1203-1211.(SCI、EI收录)[2]Nairen Diao, Heyi Zeng and Zhaohong Fang. Improvement on Modeling of Heat Transfer in VerticalGround Heat Exchangers. International Journal of HV AC&R Research, 2004,10 (4):459-470. (SCI、EI收录)[3]刁乃仁,曾和义,方肇洪. 竖直U型管地热换热器的准三维传热模型. 热能动力工程,2003,18(4): 387-390[4]刁乃仁,方肇洪,过增元. 地源热泵空调系统的研究开发与应用. 节能与环保,2002,No.1:23-26.[5]刁乃仁,方肇洪. 地源热泵-建筑节能新技术. 建筑热能通风空调,2004,23(3): 18-23[6]Diao N R, Cui P and Fang Z H. The thermal resistance in a borehole of geothermal heat exchanger. Proc.12th International Heat Transfer Conference, France, 2002[7]Nairen Diao, Dengchao Su and Zhaohong Fang. Heat Transfer Analysis of Vertical Ground HeatExchangers. in Proceedings of the 3rd International Conference on Sustainable Energy Technologies, Nottingham, U.K., PRT007, 2004[8]Zeng H Y, Diao N R and Fang Z H. Heat Transfer Analysis of boreholes in vertical ground heat exchangers.International Journal of Heat and Mass Transfer,2003,46(23): 4467-4481.(SCI、EI收录)[9]Zeng H Y, Diao N R and Fang Z H. Efficiency of vertical geothermal heat exchangers in ground source heatpump systems. Journal of Thermal Science, 2003,12(1): 77-81[10]方肇洪,刁乃仁. 地热换热器的传热分析. 工程热物理学报,2004,25(4): 685-687.(EI收录)[11]Fang,zhaohong, Diao nairen,Cui ping. Heat Transfer analysis of geothermal heat exchangers inground-coupled heat pump systems. Proceedings of the 13th International Heat Transfer Conference, HEX-01, Sydney, 2006[12]Yu MZ, Peng XF, Li XD, Fang ZH, A simplified model for measuring thermal properties of deep groundsoil, Experimental Heat Transfer, 17(2): 119-130, 2004. (SCI: 000220328200003)。
[13]Zeng H Y, Diao N R and Fang Z H, A finite line-source model for boreholes in geothermal heat exchangers,Heat Transfer – Asian Research, 31(7), 558-567, 2002。
EI 收录;INSPEC(科学文摘)收录。
[14]Fang Z H, Diao N R and Cui P, Discontinuous operation of geothermal heat exchangers, Tsinghua Scienceand Technology, 7(2): 194-197, 2002. CSA(剑桥科学文摘)收录:200206-62-5133;INSPEC(科学文摘)收录。
[15]Ping Cui, Hongxing Yang, Zhaohong Fang. Heat transfer analysis of ground heat exchangers with inclinedboreholes. Applied Thermal Engineering. 26(2006): 1169-1175. SCI收录。
[16]Zeng H Y, Diao N R and Fang Z H, Efficiency of vertical geothermal heat exchangers in ground sourceheat pump systems, Journal of Thermal Science, 12(1): 77-81, 2003[17]曾和义,刁乃仁,方肇洪, 竖直埋管地热换热器钻孔内的传热分析, 太阳能学报,25(3):399-405,2004。
(EI 收录)4.近期的专著[1] 刁乃仁,方肇洪著. 《地埋管地源热泵技术》. 高等教育出版社,2006[2]. 徐伟,邹瑜,刁乃仁等起草《地源热泵系统工程技术规范》GB 50366-2005.[3]. 马最良,吕悦,刁乃仁等编著《地源热泵系统设计与应用》,机械工业出版社,2006.[4]. 李东毅,王春堂,刁乃仁等编《民用建筑节能设计技术》,中国建材工业出版社,2006.[5]. 朱颖心,金招芬,亢燕铭,刁乃仁编著《建筑环境学》,中国建筑工业出版社,20055.近期获奖项目[1]王崇杰,刁乃仁,方肇洪等. 太阳能和浅层地热能在建筑中利用的关键技术开发与应用.2009年度国家科学技术进步二等奖.[2]方肇洪,刁乃仁,于明志,曲云霞,李晓东,崔萍,苏登超等. 浅层地热能利用关键技术研究与应用.2008年教育部高等学校科技进步二等奖.[3]方肇洪,刁乃仁,苏登超,曲云霞,李晓东,于明志,崔萍. 地热综合利用关键技术. 2004年山东省科技进步二等奖。
[4]方肇洪,刁乃仁,王恩琦,于明志,刘巧玲,贾立群,吴建华,赵强. 地埋管地源热泵系统技术集成及其推广应用. 2009年度济南市技术发明二等奖.[5]徐伟,邹瑜,刁乃仁等. 地源热泵系统工程技术规范编制,2007年建设部科技进步三等奖.山东建筑大学地源热泵研究所2010.11.28。