2018年度陕西省科学技术奖公示信息

一、项目名称

西北地区高效太阳能供暖共性关键技术创新及应用

二、项目简介

本项目属土木建筑科学技术与建筑节能减排综合研究领域。

我国西北地区冬季漫长，太阳能资源丰富，太阳能是该地区供暖的最佳替代能源。但是，太阳能供暖面临着设计计算参数缺失，建筑被动节能保温技术不健全，系统蓄调与输配理论不完善等关键难题。针对上述问题，在“十二五”科技支撑计划、国家自然科学基金等课题资助下，课题组历经6年多持续基础理论研究、关键技术开发和试验示范工程建设，提出并建立了“差异化室内热需求+被动建筑热环境提升+分时分区输配系统+高效灵活散热末端”的全链条组合式高效太阳能供暖技术体系，攻克了太阳能流密度低、波动不稳定的缺陷，在基本不消耗常规能源的基础上，极大地改善了西北地区建筑冬季热环境水平。取得了以下创新性成果：

1、创建了太阳能供暖建筑室内外设计参数体系。提出了基于昼夜/功能房间差异需求的分时分区室内动态热环境参数；建立了被动、主动、主被动过渡三阶段室内设计参数体系代替原有稳态设计参数；阐明了室外气温、太阳能辐射等关键数据之间的随动关系，补充了太阳辐射缺失数据；建立了逐时间断和逐日间断气象数据的统计分析模型，修正了间歇供暖室外参数取值方法。

2、建立了太阳能建筑热环境被动提升理论与技术方法。建立了主被动组合太阳能建筑热过程分析模型，突破了太阳房与供暖系统热工研究分割的局面；提出“辐射温差比”和“集热负荷比”作为太阳能供暖地区及建筑类型适用判据，完成了我国太阳能供暖区划；创建了以空间/时间差异保温为基础的建筑热工设计体系；以过热量替代有效得热量的热工优化的原则，重建了被动集热构件设计参数。最大限度地发挥低成本被动技术作用，降低供暖系统负荷强度和运行时间。

3、建立了主动太阳能供暖蓄调及定向输配原理与技术。基于“移峰填谷”原理建立了热量动态蓄调设计方法，开发了太阳能热源技术；提出了“分时/分区”热环境调控原理，开发出分环供暖、床房分控等差异化供暖技术；提出能效、㶲效综合的系统能级分析方法，对主被动太阳能供暖各环节进行优化匹配；形成了主被动组合太阳能供暖匹配优化设计方法。克服了太阳能供暖热稳定性差的痼疾，并实现将有限的太阳能集热量高效精准利用。

综合运用前述理论和方法，建立了国内首套不依靠常规能源的主被动组合太阳能供暖设计方法，从根本上解决了西北太阳能富集区单户建筑供暖问题。在青海、宁夏、陕西等地建设试验示范系统200余套，建筑面积10万余平方米。已在西部高原推广应用2100万平方米，增加产值约50亿，年均节煤量45万吨。促进了西北建筑供暖行业技术转型，形成新的经济增长点；切实提升了居民生活质量，保护了西部脆弱的环境。新华网、人民网和科技部网站分别对项目成果推广应用情况进行了跟踪报道。CCTV-10《绿色空间》栏目以“高处不再寒”、《走近科学》栏目以“聪明老宅奇妙屋”对项目研究成果进行了详细报道。

近6年，本项目研究成果发表论文150余篇，其中本领域顶级SCI期刊论文38篇（一区Top论文21篇）；EI论文26篇。出版《太阳能供暖设计原理与技术》、《太阳能利用与建筑节能》等著作4部，编写标准4 部。授权发明专利13 项，软件著作权3项。培养建筑节能与太阳能利用方向博士后4名、博士7人，硕士研究生36名。

团队荣获“西北村镇太阳能光热综合利用”陕西省重点科技创新团队，作为主体方向建设省部共建“西部绿色建筑国家重点实验室”。先后获陕西高等学校科学技术一等奖2项。成果获国际Top期刊“Building and Environment”2016年度最佳论文奖（全球仅3篇），获第五届世界人居环境国际大会最佳论文奖（中国唯一）。团队成员获中组部“万人计划”领军人才、科技部中青年科技创新领军人才，陕西省青年拔尖人才、青年科技新星、高校杰出青年，全国暖通空调百名杰出青年等称号。

三、客观评价

项目第一完成人刘艳峰教授在“中挪零能耗建筑国际学术会议”、“一带一路制冷与空调国际论坛”、“国际供暖通风与空调学术会议（ISHVAC）”、“全国被动式超低能耗建筑大会”等重要国际国内会议上，作为特邀专家、分会场主持人等，多次进行《太阳能建筑与热环境》、《西北超低能耗太阳能供暖建筑》等主题报告，成果获得国内外学术界的普遍认可，被誉为可再生能源供暖建筑成功典范。部分应用及评价如下：

(1) 西藏自治区住房和城乡建设厅建筑节能科技处评价：“西安建筑科技大学绿色建筑研究中心编制了西藏自治区首套建设工程地方标准。标准颁布以来，2009-2015年在拉萨市累计实施建筑面积约1100万平方米，带动建筑节能、供暖和太阳能利用等相关产业产值约为37.5亿元左右。七年累计节煤量达到97.75万吨，节煤折合经济效益约6.35亿元，累计减少CO₂排放量475.5万吨，成果对促进我市建筑节能技术水平，改善居民居住生活条件，起到良好的促进作用，对于保护西藏高原生态环境具有重要意义。”

(2) 青海新能源（集团）有限公司应用评价：“西安建筑科技大学绿色建筑研究中心课题组，在我省科技厅课题“青海省刚察县牧民定居点太阳能供暖项目”技术支持中，运用了其开发的太阳能富集地区低能耗太阳能建筑节能技术，基本达到了冬季供暖不消耗常规能源的水平，对我省建筑节能和太阳能供暖的发展起到了较大地促进作用。”

(3) 清华大学建筑节能研究中心编写的中国工程院咨询研究报告《中国建筑节能年度发展研究报告(2012)》（江亿院士主编），将本课题组“青海省刚察县牧民定居点太阳能民居建筑示范工程”收录为农村住宅节能最佳实践案例。

(4) 中国建筑科学研究院应用评价：“关于主被动太阳能供暖的研究成果，为我院承担的行业标准《太阳能供热供暖工程技术规范》和《严寒和寒冷地区建筑节能设计标准》提供了很大的帮助和借鉴作用，相关研究内容和结论已被采引。”

(5) 陕西省教育建筑设计研究院评价：“对直接受益式、集热蓄热墙式、附加阳光间式技术进行优化，很大程度上改善了房间热环境水平，在不供暖情况下，可基本实现房间热环境需求；三类技术在同一栋建筑中对比分析，获得了技术与功能房间的匹配关系，为其他建筑选用太阳能利用方式提供技术支撑。”

(6) 陕西华夏新能源科技有限公司评价：“我单位承建的高校6000平方米集热系统设计中，综合运用西安建筑科技大学所在太阳能建筑与环境科研团队研发的动态蓄热、防冻、防过热等技术，提高了太阳能供热热源系统的可靠性。这些技术的应用有效降低了技术成本，安全可靠性高。与同类工程技术相比，节能效果显著”

(7) 陕西省礼泉县住建局评价：“西安建筑科技大学综合运用双层中空窗、被动太阳能技术、主动太阳能系统和分时分区供暖等节能技术，在陕西省礼泉县建设的示范项目节能效果明显，不采用火炉等传统取暖措施即可满足居民冬季室内温度要求，受到用户、村委会广泛好评和认可。”

(8) 新华网、人民网和科技部网站分别报道：“从2009年至2014年5月，青海游牧民定居工程共完成了11.3万户，惠及53万牧民，占青海总人口9.2%”；“玉树震后首个科技示范村，代格村在玉树重建中引领建设，是社会主义新玉树科技示范村”。

(9) 国际影响作用：项目引起若干国际知名研究机构学术关注，与美国劳伦斯伯克利实验室、国际能源署、挪威科技大学、英国雷丁大学、拉夫堡大学等进行深入合作交流。

(10) CCTV-10《绿色空间》栏目以“高处不再寒”，《走近科学》栏目以“聪明老宅奇妙屋”对项目研究成果进行了详细报道。

四、主要知识产权目录

五、推广应用情况

该项目形成的“差异化室内热需求+被动建筑热环境提升+分时分区输配系统+高效灵活散热末端”的高效太阳能供暖技术体系研究成果，已综合应用于西藏自治区拉萨市建设低能耗居住建筑、青海省海北州刚察县建设太阳能牧民定居工程、陕西省长武县地掌中心小学校舍、陕西省洛南县鑫苑大厦综合楼酒店太阳能热水工程项目、甘肃省张掖市丹霞国家地质公园汽车站办公/住宿区太阳能热水系统项目等西藏、青海、甘肃、陕西等工程建设试验示范系统200余套，建筑面积10万余平方米。成果已在西部高原城市与农牧区推广应用合计2100万平方米，年均节煤量45万吨，促进西部建筑供暖行业技术转型，形成新的经济增长点。

六、主要完成人情况

七、完成人合作关系说明

项目负责人刘艳峰与项目参与人王登甲、王莹莹、王丽娟、宋聪、孙婷婷、何文芳、周晓骏、孔丹、蒋婧均隶属于西安建筑科技大学太阳能建筑与环境研究团队。刘艳峰为研究团队负责人，王登甲、王莹莹、王丽娟、宋聪为团队学术骨干，孙婷婷、何文芳、周晓骏、孔丹、蒋婧为主要成员。该团队成立、成员间相互合作已超过10年。

（1）项目第一完成人刘艳峰于1996年开始从事太阳能利用与建筑节能方面科学研究，2006开始成立太阳能建筑与环境科研团队。自2006年起，第二完成人王登甲（2012博士毕业）、第三完成人王莹莹（2014博士毕业）、第四完成人王丽娟（2013博士毕业）、第五完成人宋聪（2017博士毕业）、第八完成人周晓骏（2017博士毕业）、第十完成人蒋婧（博士在读）在该团队先后攻读硕士或博士研究生（导师均为刘艳峰）；第六完成人孙婷婷于2012年（哈尔滨工业大学博士毕业）进入该团队；2009年至2012年间，第七完成人何文芳博士论文研究工作受刘加平院士、刘艳峰教授联合指导；第九完成人孔丹于2010年进入该团队，从事科学研究工作。

（2）项目成员联合承担科研项目，共同产出研究成果。在项目负责人刘艳峰承担的4项国家自然科学基金项目（项目批准：50778144、51078302、51178375、51378411）中，王登甲、王莹莹、王丽娟、孙婷婷、孔丹等为主要完成人。项目主要完成人刘艳峰、王登甲、王莹莹、何文芳、宋聪、周晓骏、蒋婧等共同出版著作《太阳能供暖设计原理与技术》、《太阳能利用与建筑节能》。刘艳峰、王登甲、王莹莹共同撰写SCI论文10篇以上；刘艳峰、宋聪、周晓骏共同撰写SCI论文6篇（其中SCI一区年度最佳论文1篇、国际会议最佳论文1篇）；团队成员之间联合撰写论文百余篇，授权发明专利10余项。

（3）项目组研究成果获陕西省教育厅科研奖励2项。2011-01-01 至2015-10-31，刘艳峰、王登甲、王莹莹、孔丹、孙婷婷、何文芳等合作完成的“主被动组合低能耗太阳能供暖设计关键技术及应用”获2017年度陕西省高等学校科学技术一等奖。2011-01-01 至2016-10-31，王登甲、宋聪、王丽娟、周晓骏、蒋婧等获2018年度陕西省高等学校科学技术一等奖。

八、主要完成单位排序及贡献

九、完成单位合作关系说明

无。

十、主要论文专著目录（横版限20条，与推荐书主件一致）

十一、知情同意证明（扫描件，涉及项目需提供此部分扫描件）

该成果所附代表作第一作者或通讯作者皆为报奖完成人。