節(jié)能減排競賽獲獎作品摘要.docVIP

科技作品特等獎作品簡介： 通過實驗，設計了一套用于處理病毒性醫(yī)療廢氣的滑動弧放電-臭氧聯合裝置。該裝置以滑動弧低溫等離子體發(fā)生器為基礎，在連接高電壓（10000V）的刀片式電極之間通過高速氣流，產生滑動弧放電，從而產生高能電子和活性基團，使進入放電區(qū)域的病毒失去活性。同時，配以整流罩使得活性基團與病毒之間具有更加充分的接觸，并穩(wěn)定氣流；增加截波裝置以減少放電裝置的能耗。并在此基礎上，與臭氧聯合使用，利用臭氧的強氧化性，提高整個實驗裝置對病毒的滅活能力。臭氧采用兩段進氣的方式，一部份臭氧直接進入滑動弧放電區(qū)域，以產生更多的具有強氧化性的活性基團；另一部份則被通入到放電區(qū)域之后，利用臭氧自身特性對殘存的病毒進行二次處理。實驗中采用的病毒為經過血液培養(yǎng)的乙肝病毒，在洗氣瓶中稀釋至適宜的濃度，利用定量氣體鼓泡的方式，將病毒氣溶膠通入到滑動弧放電-臭氧聯合裝置中，進行滅活處理。處理后的病毒利用吸收液吸收，并經由實時熒光定量PCR檢測裝置，對反應前后的病毒溶液進行定量檢測，試驗表明，該實驗裝置對乙肝病毒具有良好的滅活效果?？萍甲髌?特等獎處理煙氣中多種污染物的自由基強化催化過濾式脫除裝置科技作品 特等獎基于輪轂電機的混合動力概念車科技作品 特等獎不耗水的冷卻塔鹽水冷卻塔節(jié)水原理與應用前景研究科技作品 一等獎液化天然氣冷能驅動的海水淡化方法及裝置科技作品 一等獎稀土-多孔介質輻射器余熱利用型熱光伏系統科技作品 一等獎生物質暗光發(fā)酵耦合產氫和CO2綜合利用系統科技作品 一等獎微型太陽能光熱蒸汽利用系統科技作品 特等獎科技作品特等獎作品簡介： 本作品提出一種自由基強化催化過濾式協同多脫的方案，該技術將自由基氧化、堿性吸收、化學催化及布袋過濾的作用有機融合，以達到粉塵、SO2、NOx、Hg、VOCs等多種污染物的高效聯合一體化脫除的目的。本技術的亮點在于，將等離子放電與催化劑結合，降低了催化劑的活化能，提高了脫除效率；將催化劑用編織和浸漬技術與過濾有機結合，研制成催化劑復合型布袋。本技術可應用于工業(yè)煙氣污染物排放控制，以解決現有煙氣污染物單獨脫除方式不能滿足環(huán)保排放標準的問題，同時為實現工業(yè)煙氣中多種污染物的協同脫除提供了可行方案，對環(huán)保起到積極作用?？萍甲髌诽氐泉勛髌泛喗椋?在整車的廢能回收利用方面，隊員中主要存在兩種想法：一種是對整車行駛過程中的垂向振動能量回收，二是在車輛制動工況下的進行制動能量回收。前一個方案創(chuàng)新性更好，但是需要對原型車部分總成進行較大改動，因而在有限的時間內不易實現。后一個方案在國內外已有多年的研究，因此可查文獻也有不少，相對來說功能上的實現不會太難，但是存在著創(chuàng)新性不足這一缺陷。而在減小發(fā)動機無用功耗散方面，由于傳統內燃機本身的性能特點，我們對其能耗改善的方案一開始就比較統一，主要從減小發(fā)動機怠速能耗及改善低速排放上入手，為了充分利用混合動力車中電機驅動的優(yōu)勢，我們讓發(fā)動機避開其怠速及低速工作區(qū)，從而減小了車輛的這部分能耗?？萍甲髌芬坏泉勛髌泛喗椋?眾所周知，目前大型冷卻設備普遍采用濕式冷卻塔（水與空氣間進行熱交換），由于水分蒸發(fā)，這種水塔耗水量十分巨大?；谡憬髮W熱動所能源工程學系胡亞才教授的研究，我們通過理論分析認為，以鹽水代替普通水，將有效抑制水分蒸發(fā)，從而達到節(jié)水目的。本實驗欲經過較長期實驗驗證鹽水冷卻塔的節(jié)水性能。鹽水冷卻塔是我們的獨創(chuàng)，我們認為，一旦其節(jié)水性能得到充分肯定，將會在中國北方缺水地區(qū)具有實際推廣價值。項目組制作的實驗塔的結構由本隊成員自行設計完成，采用鹽水自上而下噴淋、空氣自下而上流通的形式進行鹽水與空氣間的熱量及物質傳遞。鹽水所用溶質為CaCl2。為響應節(jié)能減排競賽的“節(jié)能”精神，本隊在設計塔體時亦盡量做到管路設計合理、設備功率適合，以此減少實驗耗材耗能。科技作品一等獎作品簡介： 本作品設計了一種利用液化天然氣(LNG)冷能進行海水淡化的方法及裝置。該方法利用水蒸氣在低溫與室溫下的相平衡壓力差，促使海水汽化，并凝固在結晶器中達到利用液化天然氣冷能進行海水淡化的目的。其裝置主要包括水泵、過濾器、脫氣塔、汽化器、結晶器和真空泵等。主要特征為將液化天然氣冷能回收與海水淡化相結合，利用液化天然氣低溫冷能實現在略低于室溫下汽化海水從而實現海水淡化，避免了傳統冷凍海水淡化法冰晶洗滌、分離較難，淡化效果不佳等缺點，具有合理利用液化天然氣冷能，成本低，污染少，原水預處理簡單，濃度范圍廣，對設備腐蝕少，結垢輕，無需二次冷媒，淡水產品只需簡單處理即可達國家飲用標準等優(yōu)點。根據能量平衡的初步計算，若取LNG進出口溫差為160K， 1kgLNG的冷量約可得到0.31 kg的淡水。LNG冷驅海水淡化系統耗能主要為泵耗功，相比其它海水淡化方法，如蒸餾法，反滲透法等，有明顯的經濟優(yōu)勢和理想的節(jié)能減排效益?？萍甲髌芬坏泉勛髌泛喗椋?本項目基于我國當前各行業(yè)節(jié)能減排的發(fā)展方向，提出余熱利用型熱光伏（TPV）新思路，即采用高孔隙率多孔介質聚集燃燒爐內輻射熱和高溫煙氣對流換熱，通過覆蓋在多孔介質表面的稀土氧化物選擇性輻射涂層發(fā)射可見光、近紅外波段輻射，經光伏電池光電轉換為高品質電能，從而達到燃燒爐內輻射熱和煙氣對流余熱回收、節(jié)能降耗的目的，該TPV技術在玻璃制造、鋼鐵、冶金和鑄造等行業(yè)有著廣泛的應用前景。和經典電源型TPV不同，在本研究中的余熱利用型TPV技術在輻射器和光電池選型上更注重經濟性原則，強調提高TPV光電轉換效率和簡化系統組成、降低成本的統一。選用廉價稀土元素摻雜金屬氧化物涂層形成的選擇性輻射器（RESE）代替制作加工復雜、價格昂貴的光子晶體鎢（W）表面輻射器，同時匹配常規(guī)Si電池代替目前國內無法生產的多元-族化合物光電池，大大降低了TPV系統的制作難度和成本，同時拓展了TPV在民用工業(yè)的應用范圍?？萍甲髌芬坏泉勛髌泛喗椋?為了提高生物質發(fā)酵產氫過程中的能源轉化效率并降低二氧化碳排放量，創(chuàng)造一個低碳、環(huán)保、綠色的環(huán)境，本項目通過實驗設計了“生物質暗光發(fā)酵耦合產氫和CO2綜合利用系統”。系統主要分為四個階段：（1）生物質預處理（以秸稈為模型）：將一定濃度的秸稈用0.5%NaOH溶液浸泡并微波加熱預處理15分鐘，然后再用纖維素酶進行水解96小時，將纖維素和半纖維素降解為可發(fā)酵的還原糖；（2）暗發(fā)酵產氫：厭氧活性污泥在35和pH 6.0的條件下，利用預處理后的秸稈進行暗發(fā)酵，生成氫氣、二氧化碳和小分子有機酸；（3）光發(fā)酵產氫：光合細菌在6000lx的光照、30和初始pH 7.0的條件下進行光發(fā)酵，利用暗發(fā)酵階段產生的小分子有機酸生成氫氣和二氧化碳；（4）微藻固定二氧化碳：暗發(fā)酵和光發(fā)酵生成的氣體通過微藻反應器，其中的二氧化碳成分被微藻光合作用吸收固定。如果將系統中收集的微藻作為產氫底物，同時擴大微藻固碳系統的規(guī)模，可以實現產氫和CO2零排放的理想循環(huán)！科技作品特等獎作品簡介： 雖然國內光熱發(fā)電技術較為落后，但民用太陽能開發(fā)還是十分紅火的，如太陽能熱水器、太陽灶的開發(fā)等，但是對于利用太陽能去產生低參數蒸汽，以減少化石燃料的消耗以及削減CO2的排放在國內仍舊是空白。本作品由3個部分組成，反射鏡、集熱器、蒸汽利用部分。反射鏡為一聚光比約為350至450的凹面鏡。腔體形狀類似于一個倒扣的碗，聚焦后的日光從下方射入腔體，加熱從底部進入的水，蒸汽從頂部出來。初始參數為常溫常壓下的水進入腔體式換熱器，流經換熱器內的吸熱壁，吸收太陽輻射熱量而轉化為蒸汽。蒸汽再進入發(fā)電設備或其他利用設備?？萍甲髌诽氐泉勛髌泛喗椋弘S著人們對安全與便捷生活理念的提高，搭載有電子鎖得房門正在逐步的走進人們的日常生活。但是尋常的門禁系統8個月左右就需要更換一次電池。廢棄的電池會給環(huán)境造成巨大的污染，也給垃圾回收帶來巨大的負擔。我們利用開關門中的機械能，將其轉換為充電電池的電能，取代不可充電電池為電機提供能量。這樣，既可以實現節(jié)能環(huán)保的理念，又可以減少人們在處理垃圾的支出。 結構與功能： 發(fā)電機的齒輪通過減速箱（或者桿件）與固定在門框上的齒輪嚙合（或桿鉸接）。當門開關時，齒輪（桿件）轉動，帶動減速電機發(fā)電。發(fā)出的電經過電路的整流和穩(wěn)壓后，以有利于延長電池使用壽命方式充電電池充電。通過計算與調節(jié)，我們所設計的免維護自發(fā)電門禁系統能夠實現兩個主要功能：1. 每天只需要開關2次門就能使儲存到電池中的能量大于消耗的能量；2. 5年內不需對門禁進行維護。 創(chuàng)新點： 首次提出了自發(fā)電免維護系統的概念并設計制作了一套自給型門禁系統。所發(fā)電量能夠滿足甚至超過本系統所需能耗，真正地實現了免維護?？萍甲髌芬坏泉勛髌泛喗椋?本作品方案基于斯特林布雷頓循環(huán)，設計了一套梯級利用LNG（液化天然氣）冷能和燃氣輪機排氣余熱的系統。系統中LNG流經斯特林機的冷端、冷庫、燃氣輪機進口空氣冷卻裝置，吸收熱量氣化為NG（天然氣）。燃氣輪機產生的排氣流經斯特林機的熱端，放出熱量，降低溫度后經煙囪排入大氣。斯特林機在兩端溫差的作用下啟動，對外做功。在本方案中，LNG的氣化吸熱考慮了冷能的品位，高品位的冷能用來做功，低品位的冷能用來制冷。而且由于斯特林機的冷端溫度較低，燃氣輪機的排氣余熱可以得到最大程度的利用。當燃料采用較為清潔的LNG氣化產生的天然氣并采用耐腐蝕的材料作為傳熱元件，排氣溫度可以做到在現有基礎上進一步降低?？萍甲髌芬坏泉勛髌泛喗椋?待機能耗指產品在關機模式或待機模式時能源消耗，被認為是一種無意識的能源浪費。美國環(huán)保署“能源之星”、國際能源組織“1 W計劃”都對家電待機能耗做了標準。目前，我國家電待機能耗問題嚴重。本作品能夠在不改變用戶習慣的情況下幫助其節(jié)約家電待機能耗。產品連接于家庭供電系統終端與用電器之間，當用電器由正常工作狀態(tài)進入非標準待機狀態(tài)時，產品能夠自動斷開對插孔的供電，使用電器進入不耗電狀態(tài)；之后，對于有遙控的用電器如電視機、空調等，產品可以接收用電器遙控信號自動恢復對用電器的供電，對于無遙控的用電器，可以手動恢復供電。作品具有超低功耗設計（自身功耗低于0.5W，符合歐盟最新的關于待機能耗的標準）、高智能化（不改變用戶習慣，幫助用戶無意識節(jié)能）、成本低（適于推廣至經濟不發(fā)達地區(qū)、普通家庭）、功能集成度高（適用于多種家電如電視機、空調、計算機、電冰箱等）的優(yōu)點，且可進一步發(fā)展作為家庭智能用電管理終端，具有與智能電網發(fā)展相結合的潛力?？萍甲髌诽氐泉勛髌泛喗椋?本產品中，我們采用了開環(huán)程序計算跟蹤與閉環(huán)光強反饋調節(jié)相結合的辦法，每隔六分鐘計算一次當前太陽位置，并與上一次位置作差獲得增量，驅動執(zhí)行機構作出相應動作。同時，原創(chuàng)性地通過照度測量裝置來確定移動后的方位是否正對太陽；如有偏離，則展開補償追蹤算法找回正對位置，提高了系統跟蹤太陽的精度，實現了“精度反饋”。當太陽被遮擋時，精度反饋測量裝置無法捕捉到太陽光，可能給出錯誤的偏離信息。為避免這種情況，我們設計了另一個照度測量裝置，用來測量系統所處環(huán)境的光強，據此判定太陽是否處于可閉環(huán)跟蹤狀態(tài)，繼而決定是否開啟精度反饋。引入“環(huán)境反饋”后，整個設計在具有高精度的基礎上又有了全天候適應能力。本設計的創(chuàng)新點主要有三個方面：建立了更符合實際的太陽位置矢量模型，獲得了更為準確的太陽方位計算結果；引入精度反饋，實現了程序控制跟蹤與光電跟蹤的完美結合；引入環(huán)境反饋，在太陽不可測的情況下，能夠自動切斷精度反饋回路。在制作完成后，我們多次實地測量，證明了我們的系統在閉環(huán)投運的時候具有1o以內的跟蹤誤差，達到了設計目標?？萍甲髌诽氐泉勛髌泛喗椋?針對遠距離氣體輸送管道、地下輸氣管道等場合中監(jiān)測系統持續(xù)供電困難、后期維護成本高等問題，我們提出了利用管道風進行發(fā)電，為相應場合中的監(jiān)測及照明等系統提供持續(xù)而穩(wěn)定的電源?；舅悸肥牵ㄟ^特殊聲學部件將管道風（時均流）變換為駐波聲場，再利用壓電振子將聲能轉換為電能，最后收集利用。本作品與風車不同，是一種無運動部件的裝置，結構簡單，系統完善，在使用壽命和經濟效益上具有獨特的優(yōu)勢。除此之外，材料方面，我們采用了ZnO作為壓電材料，與PZT相比，更加環(huán)保且節(jié)約成本；電路方面，在傳統電路的基礎上加裝了變壓器以及ICL7663CPA穩(wěn)壓芯片，使電路穩(wěn)定地輸出較大的電壓值?？萍甲髌啡泉勛髌泛喗椋合募?，交警、環(huán)衛(wèi)、建筑工人、地質勘探隊員、野外訓練的士兵等諸多行業(yè)工作人員必須在烈日下工作；我們提出一種通過空調衣給人員直接降溫的方法來取代傳統空調制冷，給工作人員提供便利。 結構與功能： 利用半導體制冷片實現冷(熱)水的制取，冷(熱)水通過毛細管和人體換熱，讓人體保持在22-25的舒適范圍內?？照{衣外套部分選用隔熱、透氣的材質，既舒適又可減少人體和環(huán)境的散熱。同時，本系統的能量可以完全實現由太陽能供給。未外出時，將太陽能薄膜電池置于陽光下，薄膜電池吸收太陽光，向鋰電池充電，外出時，鋰電池放電供空調衣使用，薄膜電池則可以給手機、MP4等移動電器充電。 創(chuàng)新點： 由太陽能供給熱電制冷系統所需電量，并且薄膜電池采用活動拉鏈式，能方便地從空調衣轉移到背包、提包及其他隨行物品上；將熱電制冷運用于空調衣，制冷穩(wěn)定可靠，空調衣運行安全、穩(wěn)定；可以根據需要，實現對手機、MP4等移動設備的充電?？萍甲髌啡泉勛髌泛喗椋涸诮ㄖ夹g快速發(fā)展的今天，墻體需要在其他方面有所突破。我們希望設計墻體采用不同的模式以適合環(huán)境需求，來降低建筑空調負荷和采光負荷，來節(jié)能減排，并且提高環(huán)境舒適性。 結構與功能： 采用框架模塊結構；百葉窗形式的外墻；貼附天然貝殼反光和增大熱阻；貼附毛細管讓其中水分帶走部分熱量；中空結構加入可拆卸的蓄熱棒；內墻為側拉式雙層中空玻璃結構；針對天氣預報對墻體進行自動控制。 創(chuàng)新點： 結合窗和門的設計理念；外墻采用活動百葉窗，設毛細循環(huán)，帶走夏季太陽輻射熱；外表面設天然貝殼，具有生態(tài)綠色理念；蓄熱棒提高冬季的保溫蓄熱性能?？萍甲髌啡泉勛髌泛喗椋捍笮痛耙话悴捎脡嚎s式制冷機來制冷保鮮食物，但設備體積龐大，中小型船舶無法使用。在中小型船舶上已有采用溴化鋰吸收式制冷等方式的嘗試，但因設備重量大、不能承受船體顛簸等原因無法推廣。因此，我們研究了適合中小型船舶的綠色節(jié)能制冷設備。 結構與功能： 氨-水吸收式制冷設備體積小、重量輕且無多余功耗，我們將其原理用于船載冰箱，利用柴油機尾氣余熱驅動系統運行。通過設計了機電結合的恒溫控制系統，以單片機為核心，來設定冷藏和冷凍兩個控溫區(qū)間，驅動電機轉帶動曲柄搖桿機構控制傳熱通斷，實現恒溫控制。另外用幾乎無溫差傳熱的熱管將尾氣管壁熱量導出同時采取五大措施改進冰箱實現高效制冷。 創(chuàng)新點： 首次將氨-水吸收式制冷的原理用于船載冰箱；提出了獨特的機電集成式動態(tài)傳熱控制系統設計；提出巧妙的熱管導熱設計方案，實現高效快速的熱量傳遞，真正實現了快速制冷、節(jié)能減排和環(huán)保?？萍甲髌啡泉勛髌泛喗椋涸谌粘Ｉ钪?，當我們把盛有半杯水的水杯放在書包的側兜里的時候，走起路來就會聽到走動顛簸產生的聲音，于是我們能收集這種振動所產生的能量，將損耗的機械能轉化為電能。 結構功能： 如圖一所示，發(fā)電背包主要由背包和發(fā)電元器件組成。發(fā)電元器件為一個軸線垂直于水平面放置的圓柱體。圓柱體內部的結構如圖二所示。發(fā)電元件的外部與一套充電電路相連接，將產生的電能預先存儲在書包內部預置的一塊鋰電池內。 創(chuàng)新點： 利用每個人的自身所產生的但是被忽略的能量進行電能的轉化，可以大大減少一些能量的浪費?？萍甲髌啡泉勛髌泛喗椋汉涞臍夂驅τ谑彝夤ぷ髡叩纳眢w健康有著嚴重的危害。因此我們小組設計了一款能深受大眾歡迎，又體現綠色環(huán)保理念的新型保暖服。針對于戶外工作者，如環(huán)衛(wèi)工人等，造價不高，能重復利用，并能起到良好保暖效果。 結構與功能： 本新型保暖服的原理在于利用吸附劑吸附人體和空氣的濕份，以釋放吸附熱來實現保暖的效果。這種保暖服內填充的吸附劑可主動向人體提供熱量，填充物通過加熱解吸濕份，可以反復使用，符合綠色節(jié)能的理念。吸附劑在吸附體表蒸發(fā)的水分和空氣中的水分時，會釋放出吸附熱，可主動向人體提供熱量。 創(chuàng)新點： （1）自發(fā)式產熱對人體沒有危害，解決了電加熱保暖的安全隱患。 （2）吸附劑的重復使用，解決了化學熱帖一次性使用的弊端?？萍甲髌啡泉勛髌泛喗椋弘S著全球工業(yè)化進程的加快, 能源短缺和環(huán)境污染嚴重制約著社會的長期穩(wěn)定發(fā)展，開發(fā)利用新型清潔能源是人類社會解決能源危機的一項重要任務。長余輝材料是一種能夠吸收太陽光或人工光的能量而長時間發(fā)光的物質。 現在，綠色和藍色長余輝材料主要性能指標基本上能滿足市場應用的要求，但是紅色長余輝材料一直處于研發(fā)階段，余輝性能也較差。因此，研究和制備具有優(yōu)良發(fā)光性能的紅色長余輝發(fā)光材料是目前長余輝材料研究的重點和難點。 結構與功能： 選擇基質玻璃的組成調整摻雜離子玻璃體的熔制改進工藝過程光學性能測試及分析 創(chuàng)新點： 基于復合磷酸鹽基和硫氧化物基高強度紅色長余輝發(fā)光玻璃或玻璃-陶瓷材料，設想通過共摻、基質調控、核化/晶化處理、微納結構調控和/或界面設計，達到提高發(fā)光強度、延長余輝時間的目的?？萍甲髌诽氐泉勛髌泛喗椋?目前，國內外家庭吸塵器風機非設計和設計工況下，存在級效率，壓力系數，擴壓器自身靜壓恢復系數低下等缺點。尤其高轉數下，風機與其后葉片擴壓器的非定常干涉和風機葉片尾跡紊流渦的脫落，產生對擴壓器的周期脈動力沖擊，導致通常家庭吸塵器風機噪聲高，對周圍環(huán)境和人生活區(qū)嚴重干擾?？萍甲髌诽氐泉勛髌泛喗椋?液壓電梯能量回收系統旨在解決液壓電梯重力勢能收集與釋放的問題。當前實際運營中的無節(jié)能液壓電梯在下降過程中，電梯轎廂和載重的勢能很大程度上被浪費掉，而該系統則通過動、定滑輪組合以及卷筒傳動、離合器裝置、變速箱、飛輪裝置等機械設備以及自動控制設備方面的創(chuàng)新設計，將電梯下降過程中減少的勢能轉化