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世界能源和環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻使人類對可再生能源和清潔能源的利用空前關(guān)注，太陽能的熱利用便是可再生能源利用的良好途徑。傳統(tǒng)的太陽能熱利用以家庭方式為主，存在諸多發(fā)展限制，因而發(fā)展規(guī)模化的太陽能熱利用技術(shù)是未來太陽能利用的趨勢。太陽能規(guī)模化熱利用的最大障礙是其獲取受制于氣候因素，不能全天候穩(wěn)定供熱，因而必須尋求可靠、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的輔助能源，以實(shí)現(xiàn)熱量的穩(wěn)定供給。燃煤、燃油、燃?xì)狻㈦姛岬容o助供熱方式均存在經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保等限制因素，難以較好地滿足使用要求。本項(xiàng)目以高效、環(huán)保的空氣源熱泵技術(shù)作為太陽能系統(tǒng)的輔助熱源，開發(fā)出了『模塊化太陽能熱泵中央熱水系統(tǒng)』成套產(chǎn)品，有效解決了傳統(tǒng)太陽能規(guī)模化熱利用的不穩(wěn)定及經(jīng)濟(jì)性雙重瓶頸問題，實(shí)現(xiàn)了全天候穩(wěn)定供熱。本產(chǎn)品是一種綜合利用太陽能和空氣熱能，生產(chǎn)和供應(yīng)50～60℃生活及生產(chǎn)用熱水的集中供熱成套裝置，主要用于賓館、酒店、健身房、營業(yè)性洗浴場所、廠礦和學(xué)校集體宿舍、住宅小區(qū)等的24小時生活熱水集中供應(yīng)，以及食品、醫(yī)藥、輕紡、化工等生產(chǎn)過程的產(chǎn)品預(yù)熱或包裝洗滌等熱水供給。該裝置的能量來源約為太陽輻射70％、空氣熱能20％，電能10％，年綜合能效比高達(dá)8～12。 本項(xiàng)目的主要技術(shù)創(chuàng)新性和領(lǐng)先性在于：①綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn)，年均綜合能效比達(dá)8～12，工程規(guī)模越大投資的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢越明顯。②環(huán)境保護(hù)方面的優(yōu)勢，本產(chǎn)品90％的能量來源于太陽能和空氣能，僅消耗約10％的電能，沒有任何環(huán)境危害，且初級能源利用率很高。③氣候適應(yīng)能力方面的優(yōu)勢，普通熱泵一般難以較好勝任5℃以下的環(huán)境溫度，本項(xiàng)目產(chǎn)品可勝任-15℃的環(huán)境溫度并在此溫度下保持較高的效率。④技術(shù)含量方面的優(yōu)勢，本項(xiàng)目產(chǎn)品采用模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)工程需要隨意組合，整個“中央熱水系統(tǒng)”只需采用一個控制儀就可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中全部機(jī)組和設(shè)備控制，實(shí)現(xiàn)無人職守自動工作，并具有機(jī)組保護(hù)、故障診斷、遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能，用戶使用極為簡單、方便。 隨著我國城市化建設(shè)進(jìn)程的加快及人民生活水平的提高，中央熱水工程的發(fā)展極為迅速，市場需求急劇增長。太陽能熱泵中央熱水系統(tǒng)以其遠(yuǎn)超過其他熱水生產(chǎn)方式的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢近年來受到了市場的高度矚目，我國建設(shè)部及許多城市已經(jīng)頒布了在新建建筑物中使用太陽能的鼓勵性政策，江蘇、廣東等地還通過立法強(qiáng)制推行，這都是本項(xiàng)目發(fā)展的有力背景，該項(xiàng)目已經(jīng)受到了眾多廠家的關(guān)注。該產(chǎn)品以工程成套的方式銷售和安裝，市場售價約為每噸產(chǎn)水2～3萬元，毛利率約為30％，年產(chǎn)量5000噸，連通工程安裝及附屬設(shè)備產(chǎn)值總計(jì)約1～1.5億，產(chǎn)品可覆蓋約4～6個省份，并帶動經(jīng)銷商層面利潤約500～800萬元，目前產(chǎn)品市場需求處于迅速攀升階段，具有良好發(fā)展前景。

本實(shí)用新型公開了一種空氣沖刷脫垢的電化學(xué)軟化水系統(tǒng)。該系統(tǒng)由電化學(xué)反應(yīng)器和沉淀池串聯(lián)而成。采用兩個步驟交替操作；水軟化階段：硬水通過電化學(xué)反應(yīng)器，利用直流電促進(jìn)水電解，分別生成CaCO3 和Mg(OH)2并沉積于陰極表面，水中的硬度離子得到去除；陰極脫垢階段：向電化學(xué)反應(yīng)器同時通入水和壓縮空氣，利用氣泡破裂產(chǎn)生的剪切力，對陰極進(jìn)行脫垢處理；在脫垢的同時，借助電化學(xué)反應(yīng)器中連續(xù)流動的水流，使得被脫除的沉淀排出電化學(xué)反應(yīng)器。電化學(xué)反應(yīng)器出水經(jīng)過沉淀池，水與懸浮固體在沉淀池得到分離，出水通過沉淀池出水閥排出。本實(shí)用新型適用于電力，石油，暖通等行業(yè)工業(yè)循環(huán)水的軟化以及電鍍漂洗等含重金屬離子廢水的凈化。

該項(xiàng)目屬于節(jié)能環(huán)保新能源領(lǐng)域，目前已經(jīng)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。 隨著城市的發(fā)展，城市供水二次加壓泵站已經(jīng)是工礦企業(yè)、學(xué)校、小區(qū)和城市高層建筑等給水系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。 目前，二次加壓泵站的常規(guī)工作方式都是采用市政管網(wǎng)中的水直接進(jìn)到低位蓄水池儲存和調(diào)節(jié)水量，然后用加壓水泵從低位蓄水池吸水加壓后送到高層用戶。這樣城市給水管網(wǎng)的余壓（隨著加壓泵站在市政管網(wǎng)中的位置不同而不同，一般在0.18Mpa-0.40Mpa）就被完全無功消耗了，浪費(fèi)了能量。 如何將管網(wǎng)余壓利用，節(jié)省管網(wǎng)余壓，又不影響周圍市政管網(wǎng)的供水能力，產(chǎn)生更好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益就成為當(dāng)代給排水領(lǐng)域一個嶄新的課題。 針對以上問題，經(jīng)過近5年的研究和生產(chǎn)實(shí)踐，我校土建學(xué)院市環(huán)系姚宏老師節(jié)能課題組開發(fā)出來一種新型、高效的節(jié)能設(shè)備及相應(yīng)的優(yōu)化控制系統(tǒng)：管網(wǎng)余壓利用節(jié)能器。該系統(tǒng)在工程實(shí)踐中的使用證明可以有效提高泵進(jìn)口壓力，變頻泵將隨著進(jìn)水壓力的升高而轉(zhuǎn)速下降，泵的工作揚(yáng)程減少，能耗降低，從而達(dá)到節(jié)能的目的；同時克服了現(xiàn)有直抽供水產(chǎn)品對供水管網(wǎng)和特殊用戶的不利影響。本技術(shù)已獲得2項(xiàng)國家發(fā)明專利。 該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)： （1）保證管網(wǎng)最低壓力且無負(fù)壓 該設(shè)備采用中國最新專利技術(shù)，通過設(shè)計(jì)獨(dú)特的優(yōu)化控制系統(tǒng)，可以保證自來水管網(wǎng)的最小壓力要求，防止自來水管網(wǎng)壓力的下降問題，不影響周圍用戶用水安全，如用戶條件符合相關(guān)部門要求，可實(shí)現(xiàn)在自來水管網(wǎng)上直接加壓供水。 （2）無二次污染 由于該設(shè)備為全密封結(jié)構(gòu)，根據(jù)工程具體情況可有效減小清水池容積或可以不用修建水池，降低了傳統(tǒng)水池供水方式中存在的二次污染問題。 （3）節(jié)能效果顯著 可充分利用自來水管網(wǎng)的余壓，當(dāng)自來水管網(wǎng)流量及壓力滿足需要時提升設(shè)備就停機(jī)，壓力全部由自來水管網(wǎng)直接供給；如流量不滿足時提升設(shè)備從水池和管網(wǎng)可同步供水；流量大時則可及時補(bǔ)充清水池；因此在常規(guī)二次加壓基礎(chǔ)上節(jié)能效果根據(jù)用戶進(jìn)出水壓力情況可達(dá)30%-90%。 （4）節(jié)約一次性投資 采用該設(shè)備可降低水池容積或不用建水池、水箱，節(jié)約了修建水池或水箱的一次性投資。另外，因采用該設(shè)備降低了二次污染，不需要上二次處理設(shè)備，進(jìn)一步節(jié)約了一次性投資。 （5）不浪費(fèi)水資源 由于使用該設(shè)備的供水方式及特點(diǎn)，減少了二次加壓過程中普遍存在的跑、冒、滴、滲、漏問題，不浪費(fèi)水資源，節(jié)水非常顯著。 （6）使用壽命長 該設(shè)備主要元器件全部采用進(jìn)口件，控制功能強(qiáng)大，自動化程度高，無需人員值守，既可自動運(yùn)行，又可手動運(yùn)行，對管網(wǎng)、電網(wǎng)無沖擊，設(shè)備使用壽命長。 （7）占地小、安裝快捷方便 設(shè)備對泵房基礎(chǔ)無特殊要求，成套出廠，施工周期短，安裝快捷方便。 應(yīng)用范圍： （1）適合任何新建和改擴(kuò)建二次加壓供水泵站（包括直接加壓和間接加壓泵站）； （2）城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)中居民、企事業(yè)單位、學(xué)校、公共建筑的樓房或小區(qū)的生活供水系統(tǒng)、消防供水系統(tǒng)或生活與消防共用供水系統(tǒng)； （3）高層建筑分級加壓聯(lián)動控制節(jié)能供水系統(tǒng)； （4）各類廠礦生產(chǎn)供水系統(tǒng)或生產(chǎn)與生活共用供水系統(tǒng)。

利用三維高結(jié)晶度的Bi納米結(jié)構(gòu)抵消儲能轉(zhuǎn)換反應(yīng)引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力，成功構(gòu)筑了首款可充放的Ni//Bi電池（Adv. Mater., 2016, 28, 9188–9195．）。為了進(jìn)一步提高鎳鉍電池的能量密度和壽命，該團(tuán)隊(duì)在前期基礎(chǔ)上最近通過原位活化的策略制備了一種高載量的三維多孔的鉍-碳復(fù)合材料，作為水系鎳鉍電池的高性能負(fù)極材料。這種多孔氮摻雜的碳三維結(jié)構(gòu)不僅可以實(shí)現(xiàn)高載量鉍的均勻負(fù)載，而且可以提供快速的電子傳輸和離子擴(kuò)散的通道，有利于提高電極的容量和倍率性能。因此，制備的鉍-碳復(fù)合電極具有很好的潤濕性和活性面積，表現(xiàn)出較高的容量（2.11 mAh cm-2和166.2 mAh g-1）和優(yōu)異的倍率性能（2.11 mAh cm-2和120 mA cm-2）。更重要的是，基于這種鉍-碳復(fù)合材料為負(fù)極，Ni-NiO為正極組裝的柔性鎳鉍水系可充放電池具有很高的能量密度（16.9 mWh cm-3）和出色的循環(huán)壽命（充放電5000次后仍有94%的容量保持率），優(yōu)于很多研究報(bào)道的水系電池。

本發(fā)明公開了一種抽水蓄能機(jī)組過水系統(tǒng)的建模方法，利用電路等效法建立抽水蓄能機(jī)組的有壓管道模型、調(diào)壓室模型和水泵水輪機(jī)模型；根據(jù)上述模型形成抽水蓄能機(jī)組過水系統(tǒng)等效電路模型；并根據(jù)多維基爾霍夫電壓和電流定理，建立過水系統(tǒng)的等效電路網(wǎng)絡(luò)的常微分矩陣方程；本發(fā)明提出的建模方法，通過基于電路等效法的抽水蓄能機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型仿真方法進(jìn)行了驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果表明所建立的抽水蓄能機(jī)組過水系統(tǒng)模型可更大程度地滿足水電能源系統(tǒng)仿真和電力系統(tǒng)分析的精細(xì)化建模要求。

針對城市排水管網(wǎng)有害氣體如硫化氫（H2S）和甲烷（CH4）等風(fēng)險(xiǎn)管控難題，通過機(jī)制研究、模型建立、技術(shù)研發(fā)等形成了城市排水系統(tǒng)有毒有害氣體管控集成技術(shù)。 一、項(xiàng)目分類 關(guān)鍵核心技術(shù)突破 二、成果簡介 針對城市排水管網(wǎng)有害氣體如硫化氫（H2S）和甲烷（CH4）等風(fēng)險(xiǎn)管控難題，通過機(jī)制研究、模型建立、技術(shù)研發(fā)等形成了城市排水系統(tǒng)有毒有害氣體管控集成技術(shù)，近五年共發(fā)表11篇SCI論文，包括5篇Water Research.和1篇Environment International，并有1篇發(fā)表在我國高質(zhì)量科技期刊 Journal of Environmental Sciences上，另外授權(quán)國家發(fā)明專利2項(xiàng)和計(jì)算機(jī)軟著1項(xiàng)。簡短介紹如下： 1）機(jī)制研究。針對排水管網(wǎng)內(nèi)H2S和CH4產(chǎn)生機(jī)制不明的問題，揭示了生物膜在下水道H2S和CH4產(chǎn)生過程中所起關(guān)鍵作用，闡釋生物膜內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)動態(tài)演化對硫化氫濃度波動的影響機(jī)制，指明了下水道有害氣體控制方向的“靶心”。 2）模型建立。針對排水管道中H2S和CH4產(chǎn)排規(guī)律不明及缺乏準(zhǔn)確的預(yù)測手段問題，建立首個基于生物膜模型的城市排水管網(wǎng)水質(zhì)數(shù)學(xué)模型BISM，首次定量揭示了復(fù)雜多變條件下排水系統(tǒng)中有害氣體形成釋放規(guī)律，為精準(zhǔn)、高效管理控制排水系統(tǒng)有害氣體污染提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。此外，開發(fā)了H2S產(chǎn)排預(yù)測軟件，牽頭制定國內(nèi)第一個排水管網(wǎng)H2S風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)“廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《城市排水管網(wǎng)有毒有害氣體監(jiān)測與風(fēng)險(xiǎn)分級管理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》”，并于大灣區(qū)各地試行。進(jìn)一步，應(yīng)用數(shù)學(xué)模型和實(shí)驗(yàn)證實(shí)，揭示廚余垃圾粉碎后排入下水道會帶來H2S和CH4濃度劇增的風(fēng)險(xiǎn)，為我國的垃圾分類管理政策制定提供科學(xué)依據(jù) 3）技術(shù)研發(fā)。分別從①抑制生物膜內(nèi)的SRB活動。②限制生物膜中的硫化物跨相遷移。③氧化污水中硫化物和④限制氣態(tài)H2S在管內(nèi)聚集，四個維度研發(fā)多種適用于排水系統(tǒng)的H2S控制技術(shù)和實(shí)施策略，提出H2S污染治理的系統(tǒng)化解決方案。 本集成技術(shù)屬于國際領(lǐng)先技術(shù)，相應(yīng)成果已發(fā)表在相關(guān)SCI論文上，并且其中5篇發(fā)表在環(huán)境領(lǐng)域頂級期刊Water Research上，具有很強(qiáng)的先進(jìn)性和獨(dú)占性。

1 成果簡介屋面雨水排水系統(tǒng)對于大型工業(yè)廠房、體育館、展覽館、候機(jī)樓等跨度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的屋面來說是非常重要的安全設(shè)施系統(tǒng)。其功能是依靠水流自身的重力或水流在管道內(nèi)流動時產(chǎn)生的負(fù)壓抽吸力將降雨產(chǎn)生的屋面積水安全、快速的排放到市政雨水管道內(nèi)，避免發(fā)生雨水通過天窗翻入建筑物內(nèi)以及地面冒水等現(xiàn)象。 與現(xiàn)有的屋面排水系統(tǒng)相比，“改進(jìn)型虹吸流雨水排水系統(tǒng)”結(jié)合我國的實(shí)際情況， 采用了更先進(jìn)的設(shè)計(jì)原理、理論和方法， 因此具有優(yōu)異的排水能力、 自清潔能力、經(jīng)濟(jì)性和可靠性。 建國初期，我國的屋面雨水排水系統(tǒng)主要參考前蘇聯(lián)的設(shè)計(jì)方法，工程建設(shè)中完全采用重力式屋面雨水排水系統(tǒng)，導(dǎo)致 20 世紀(jì) 50 年代屋面雨水在全國范圍內(nèi)引發(fā)了很多問題，造成重大損失。 20 世紀(jì) 60 年代初期開始，由清華大學(xué)和機(jī)械工業(yè)部設(shè)計(jì)研究總院等單位合作，清華大學(xué)王繼明教授主持開始研究屋面雨水排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及計(jì)算，研究組采用了摻氣水流等更合理的理論，經(jīng)過兩個階段的研究，研究成果于 1988 年編入《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ 15-88，經(jīng)過 20 年的實(shí)踐驗(yàn)證， 取得了非常滿意的應(yīng)用效果。 近年來，研究組在應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深入分析，完善了原有的研究成果，得到了更具應(yīng)用價值的屋面雨水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算方法及“改進(jìn)型虹吸流雨水排水系統(tǒng)”。本成果獲得 1996 年教育部科技成果三等獎。 這是是我國自主開發(fā)的、具有里程碑意義的大型屋面雨水排水系統(tǒng)。 目前，我國處于社會主義建設(shè)的新時期，工業(yè)、運(yùn)輸、娛樂、體育、民用等事業(yè)的發(fā)展極大的促進(jìn)了大型建筑的建設(shè)，安全可靠的屋面雨水排水系統(tǒng)具有廣闊的市場前景和價值。2 應(yīng)用說明“改進(jìn)型虹吸流雨水排水系統(tǒng)” 由清華大學(xué)等單位結(jié)合國內(nèi)具體情況經(jīng)過長年試驗(yàn)研究、驗(yàn)證獲得，屬于自主開發(fā)產(chǎn)品。主要由以下部分組成：“改進(jìn)型虹吸流雨水排水系統(tǒng)”設(shè)計(jì)程序、雨水排水系統(tǒng)（包括雨水斗、連接管、懸吊梁、立管、固定件、排氣裝置）、施工要求和規(guī)定等。 應(yīng)用時主要通過設(shè)計(jì)程序確定出專門雨水斗的位置、個數(shù)、懸吊梁的高度等關(guān)鍵參數(shù)，然后由建筑單位進(jìn)行施工。施工過程要滿足相應(yīng)的要求和規(guī)定。3 效益分析針對屋面雨水排水量 72 L/s，屋面雨水天溝長度 60m，且排水管材為焊接鋼管的初始條件，分別采用現(xiàn)有屋面排水系統(tǒng)和“改進(jìn)型虹吸流雨水排水系統(tǒng)” 進(jìn)行排除，結(jié)果顯“改進(jìn)型虹吸流雨水排水系統(tǒng)”建設(shè)材料消耗最少，建設(shè)成本比現(xiàn)有屋面雨水排水系統(tǒng)節(jié)省 30%以上。

本發(fā)明提供了一種季節(jié)性浸水路基內(nèi)部單向排水系統(tǒng)，包括：組合式防滲層、管式滲溝、仰斜式單向排水管、階梯式土工格室和砂石墊層，尤其是仰斜式單向排水包括仰斜式排水管、喇叭形出水口及單向排水閥體，仰斜式排水管頂部帶孔，一端同滲溝排水管連通，另一端傾斜穿過邊坡防滲層。本發(fā)明通過防滲層、滲溝、排水管的綜合使用，兼顧了浸水路基防滲、排水兩方面需求；通過設(shè)置新型單向

世界能源和環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻使人類對可再生能源和清潔能源的利用空前關(guān)注，太陽能的熱利用便是可再生能源利用的良好途徑。傳統(tǒng)的太陽能熱利用以家庭方式為主，存在諸多發(fā)展限制，因而發(fā)展規(guī)模化的太陽能熱利用技術(shù)是未來太陽能利用的趨勢。太陽能規(guī)模化熱利用的最大障礙是其獲取受制于氣候因素，不能全天候穩(wěn)定供熱，因而必須尋求可靠、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的輔助能源，以實(shí)現(xiàn)熱量的穩(wěn)定供給。燃煤、燃油、燃?xì)狻㈦姛岬容o助供熱方式均存在經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保等限制因素，難以較好地滿足使用要求。本項(xiàng)目以高效、環(huán)保的空氣源熱泵技術(shù)作為太陽能系統(tǒng)的輔助熱源，開發(fā)出了『模塊化太陽能熱泵中央熱水系統(tǒng)』成套產(chǎn)品，有效解決了傳統(tǒng)太陽能規(guī)模化熱利用的不穩(wěn)定及經(jīng)濟(jì)性雙重瓶頸問題，實(shí)現(xiàn)了全天候穩(wěn)定供熱。本產(chǎn)品是一種綜合利用太陽能和空氣熱能，生產(chǎn)和供應(yīng)50～60℃生活及生產(chǎn)用熱水的集中供熱成套裝置，主要用于賓館、酒店、健身房、營業(yè)性洗浴場所、廠礦和學(xué)校集體宿舍、住宅小區(qū)等的24小時生活熱水集中供應(yīng)，以及食品、醫(yī)藥、輕紡、化工等生產(chǎn)過程的產(chǎn)品預(yù)熱或包裝洗滌等熱水供給。該裝置的能量來源約為太陽輻射70％、空氣熱能20％，電能10％，年綜合能效比高達(dá)8～12。

本成果針對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)置數(shù)臺同型號的大泵和數(shù)臺同型號的大泵加 1 臺小泵兩種情形，提出一種以電廠發(fā)電功率與循環(huán)冷卻水系統(tǒng)耗電功率的差最大為目標(biāo)，通過科學(xué)計(jì)算和分析，求解循環(huán)冷卻水系統(tǒng)最優(yōu)開機(jī)組合的精確定量確定方法。不需增加任何設(shè)備和調(diào)節(jié)裝置，即可實(shí)現(xiàn)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水泵開機(jī)組合優(yōu)化運(yùn)行，每年可增加凈收益500~2000 萬度電。