南京工业大学暖通工程研究所成立于2001年,隶属于南京工业大学科技处和威廉希尔体育管理,是江苏省最早成立的专门从事暖通工程相关技术研究的机构。
研究所技术力量雄厚,设备仪器先进,科研成果突出,在业内享有盛名。现有教授8人,副教授13人,高级工程师1人,讲师3人。设备、仪器资产达到1500万元。主要从事绿色建筑与超低能耗建筑技术、可持续建筑能源系统、室内环境与污染物控制、建筑火灾烟气控制与安全等方面的研究与开发工作。近五年来承担国家自然科学基金项目、国家重点研发计划子课题、江苏省基金项目等省部级以上纵向科研项目40余项,申请/授权专利220余项。获得了包括华夏科技进步奖、江苏省人民政府科学技术进步奖、南京市人民政府科学技术进步奖等在内的多种奖项。
近年来主要在以下方面开展工作:
1. 绿色建筑与超低能耗建筑技术
研究了适用于长江中下游地区的被动式建筑节能技术,绿色建筑的设计与性能评估方法,可再生能源利用与建筑集成方案,并提出江苏省35%-75%建筑节能标准的全系列技术措施,主编/参编江苏省绿色建筑与建筑节能领域90%以上的标准规范,为江苏省绿色建筑与建筑节能发展提供了强大助力,被遴选为江苏省高校优势学科建设典型案例。
针对我国南方地区大空间建筑暖通空调系统能耗高现状,充分挖掘自然通风节能潜力,提出并形成了基于气候、季节、热舒适的自然通风计算模型,直接用于指导大空间建筑门窗开启策略,最大程度推迟制冷空调设备的应用,具有很好的现实背景与节能意义。
针对通空调系统中涉及的大量热质交换过程与设备对建筑环境营造过程的能耗影响,所开发的被动式冷热双效薄膜及新型空调系统可有效降低建筑能耗、所开发的基于相变微纳胶囊的温湿度独立处理技术,可显著提高溶液除湿系统除湿量与除湿效率。
着眼于建筑应用,基于太阳能全光谱梯级利用的太阳能光电光热综合利用技术是提高太阳能利用率的关键,其核心在光伏发电的同时回收热能并加以多元利用,实现被动供热/冷却、光热催化净化和杀菌消毒等功能。针对此问题,建立了太阳能全光谱梯级利用理论体系,研发了多项与建筑融合的太阳能建筑一体化技术,主要包括光伏光热集热墙技术、催化洁净型复合墙技术、新一代光伏通风窗技术。光伏光热集热墙技术在发电的同时,兼具热水和采暖功能,解决了传统集热墙体功能单一、室内过热、难以满足季节性需求的应用问题;在光伏光热集热墙基础上,根据不同波段优化利用理论,集成光热催化和除菌杀毒技术,提出催化洁净型复合墙技术,降低建筑能耗同时,改善室内空气质量;基于被动供热/冷却技术,结合薄膜电池的弱光性和低温度系数特性,发明了新一代光伏通风窗技术,在输出电力的同时,改善室内光、热环境。该方向研究成果为主要支撑内容荣获2020年度中国可再生能源学会技术发明一等奖。
从理论和工程实践两方面对地源热泵的地埋管换热器传热技术、土壤热过程模拟仿真计算技术、地热热泵节能性能评价与设计方法等多方面进行了研究和实践。并承接了地源热泵工程的设计咨询、土壤中长期热平衡计算、土壤换热能力测试等多项工程项目。
2. 可持续建筑能源系统
针对可再生能源系统供需错配严重,造成配置大、成本高、效率低等问题,提出基于供需互配的多能互补系统集成理论和实现方法,完成国内首个可再生能源集成示范建筑(北京奥运村“微能耗”楼),实现建筑超低能耗运行,可再生能源贡献率67.4%。
中央空调系统缺乏真正能高效、节能且具有普适性的运行策略,开发出节能量高、普适性好的中央空调系统优化运行策略及软件,提出了各类系统的节能控制算法:如基于运筹学原理的冰蓄冷系统节能调度算法;基于供应理论的变风量控制算法;AHU的全年多工况节能算法;冷冻站综合节能算法等。这些算法均在国内首次提出,在工程应用中取得了显著的节能效果。其中,所承担的深圳前海冷站(世界最大集中冷站)10号站项目,预计每年节能量约1200万度,所参与的香港航空货运大楼项目,空调系统节能率可达23%(约节约¥3,000,000/年)。开发了适用于超大型建筑复杂空调系统优化设计及运行管理智能建筑能源管理平台“IBmanager”,通过香港最高楼(香港环球贸易中心 ICC)实际测试,可实现每年空调系统耗电量降低约1000万度。
3. 室内环境与污染物控制
针对建筑物内污染源识别和控制问题,现有模拟方法误差较大且响应计算具有延时性。另外,基于有限测点布置的传感器网络难以快速、准确地识别建筑物内污染源并采取控制对策。对此,设计提出利用移动机器人进行源定位,综合污染物正向、反向演算算法优化测网设计方案,实现建筑内污染源高效、准确辨识,提高了污染物,特别是危化品的泄露预警能力。其中,通过独立自主研发的移动机器人配以专门开发的基于马尔科夫链的正则化贝叶斯污染源逆向识别算法已在多个工程项目中应用。
针对动态洁净手术室的室内人员行为对空气洁净度的影响,自主研发了表面温度可控的人体假人模型,利用PIV装置进行了人体热羽流特征研究;基于模型手术室,揭示了手术室动态、静态环境流场和气溶胶分布特性及其机理;得出了医护人员人体热羽流对手术室流场的干扰和对污染物的传播作用。
4. 建筑火灾烟气控制与安全
针对机械通风城市公路隧道出口污染物浓度高,市区难以设立高空排放塔的现状,提出利用道路中央绿化带修建竖井组,利用车辆交通风力(运营工况)和烟气热浮力(火灾工况)实现分散自然通风的新思路,建立了竖井开孔位置和数量的模型和方法,指导修建了南京快速内环线隧道和南通啬园路隧道,获得良好社会效益。编制了江苏省地方标准《城市隧道竖井型自然通风设计与验收规范》(DGJ32TJ102-2010)。
针对高大空间建筑火灾,研究了烟气在垂直与水平两个方向扩散的过程与特点,提出了空气幕阻烟的新模型与新方法,搭建并实施了长廊型烟风洞实验与单体高大空间火灾实验,验证并优化了计算模型,为《建筑设计防火规范》(GB50016-2014)的修编提供了有益参考,编制了国家“十一五”规划教材《建筑消防技术》。