零碳供能与环境营造研究所
学术带头人：孔祥飞
所长：孔祥飞
1. 团队简介
(1) 成立于2022年10月，依托供热、供燃气、通风及空调工程博士学位二级学科授权点、天津市建筑供能技术工程中心、以及河北省热科学与能源清洁利用技术重点实验室。
(2) 主要从事相变材料制备及相变储能技术、建筑低碳供能及能效提升、建筑健康低能环境营造技术、可再生能源综合利用技术、中低品位热能高效利用技术、深部地热能获取与高效转换技术等方面的研究。
2. 师资队伍
团队现有教授3人，副教授2人，讲师6人。其中，国家人社部“香江学者”1人，省级人才2人，校“元光学者”8人。
3. 研究方向
(1) 相变材料制备及相变储能技术：
相变储能技术以相变材料为基础，具有储能密度大、输出温度和能量相对稳定优点。定形复合相变（CPCM）材料独有的性能使其具有广阔的应用前景。基于碳热还原反应制备SiC纳米线和SiC纤维碳热还原反应，提升相变材料的电阻率和导热性，解决传统CPCM在电子设备热管理应用的短路风险。调节氮化铝造孔烧结工艺参数，形成高比表面积和强吸附包裹能力的氮化铝多孔介质，解决传统CPCM吸附率低和导热系数差问题，使得CPCM应用范围更广，效果更显著。融合热塑性弹性体材料与PCM，赋予CPCM更高的柔性，降低接触热阻，扩展CPCM应用场景到不规则体。将CPCM与高发射材料进行结合，将CPCM场景从室内扩展到室外，实现被动式降温。中低温CPCM的制备工艺开发，实现园区用能电热双储灵活切换。
目前已在较多领域得到广泛应用。在建筑物的墙壁、天花板和地板的热量储存可以通过在这些内部封装或者嵌入合适的相变材料来增强，它们可以直接捕获太阳能或者通过自然对流来获取热能，降低建筑内部空气温度波动幅度，使得室内温度在较长的时间内保持在人体所需的温度范围内，从而增加人体的舒适度。
(2) 建筑低碳供能及能效提升：
零碳建筑是在不消耗煤炭、石油、电力等能源的情况下，全年能耗由场地产生的可再生能源提供的节能建筑。零碳建筑的节能效果显著，而且是节能理念的最佳体现。零碳建筑主要的特点除了加强建筑围护结构的被动式节能设计外，还能将建筑能源的需求转向太阳能、风能、浅层地热能、生物质能等可再生能源，为人类、建筑与环境的和谐共生找到最佳的解决方案。
(3) 深部地热能获取与高效转换技术：
干热岩是埋藏于地下深处，温度大于150℃，不含或含少量流体的致密不渗透的高温热岩体，主要为变质岩或结晶岩类岩体。它们埋藏浅，温度在150℃以上，其热能赋存于岩石中，被认为是极具战略潜力的替代性清洁能源。干热岩也是一种地热资源。但是，干热岩是属于温度大于150℃的高温地热资源，而且其性质和赋存状态有别于蒸汽型、热水型、地压型和岩浆型的地热资源。干热岩的成分可以变化很大，绝大部分为中生代以来的中酸性侵入岩，但也可以是中新生代的变质岩, 甚至是厚度巨大的块状沉积岩。干热岩主要被用来提取其内部的热量, 因此其主要的工业指标是岩体内部的温度。
（4）建筑室内环境营造
针对传统机械通风模式所展示出的不足，以需求导向负荷分级构想为前提，结合多品位能源梯级利用，通过构建不同层级射流间温度梯度引导浮力通量作用方向转变，进而促使浮升力“转劣为优”，提出新型能质流梯级气流组织，引入多质热能协同供能机制，拓展非均匀室内微环境调控理论，解决空调健康、舒适与节能耦合的难题，探索通风平疫联动新思路，丰富了机械通风空调理论内涵，开拓室内微环境营造与调控新思路，攻克通风平疫联动现有瓶颈。
（5）太阳能高效综合利用
太阳能作为一种“取之不尽、用之不竭”的可再生能源，具有分布广泛、获取方便、清洁无污染等优势。我国幅员辽阔，陆地每年接收的太阳能约为50×1018 kJ，相当于1700亿吨标准煤。因此，开发利用太阳能是一种缓解常规能源资源紧张问题的有效途径。研究所通过开发高性能太阳能光伏光热（PV/T）一体化装置，发展与太阳能有机融合的围护结构热工关键技术，形成“绿电+谷电+相变储能+太阳能集热”等多能互补智慧能源系统解决方案。最终形成可提高太阳能利用率的全链条基础理论，服务于国家低碳绿色发展。
4. 主要仪器设备
团队拥有各种热流测试与分析仪器、储能材料到系统测试仪器等数十台/套：
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热线风速仪 |
空气颗粒物采集仪 |
差示扫描量热仪 |
小型气象站 |
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相变温度分析仪 |
激光粒度分析仪 |
热红外成像仪 |
人工环境实验舱 |
5. 主要项目
近5年来，先后主持国家级项目8项、省级项目若干，高水平科研项目包括：
项目类型 |
项目名称 |
项目编号 |
国家自然科学基金面上项目 |
相变建筑热质结构蓄传热强化机理及蓄供能协同研究 |
51978231 |
干热岩跨/超临界管流与热储耦合非定常输运机理研究 |
52176183 |
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国家自然科学基金青年项目 |
相变蓄热墙耦合太阳能热源蓄换热机理及 辐射供暖特性研究 |
51408184 |
基于供暖建筑群动态储放热特性的集中供热系统优化调控机制及误差补偿修正原理研究 |
52208104 |
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工质热力性质与梯级蒸发有机朗肯循环能量耦合机理 |
51406130 |
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被动式超低能耗住宅细颗粒物扰量特性与控制机理研究 |
52108075 |
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基于多质热能耦合的叠动通风能质流梯级组织机理研究 |
52008147 |
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蒸汽—空气耦合作用下生物质扬尘颗粒物的物性演变机理与行为规律研究 |
52008148 |
6. 代表成果
论文发表：200余篇
英文期刊论文：100余篇
中文期刊论文：50余篇
学术会议特邀报告：20余次
授权发明专利：60余项
授权实用新型：30余项
研究团队长期致力于建筑节能及环境营造领域研究，在高效相变蓄热材料、低质热能储纳及建筑热环境营造等方面取得重要科研成果，服务于国家“3060双碳远景”战略需求。
与河北省清洁供暖领域的龙头企业河北温泰集团达成1100万技术研发合作项目，助力企业向高端智能装备领域转型，同时提高可再生能源等低碳能源应用于建筑低碳供能领域的适应性，解决建筑低碳供暖行业发展瓶颈问题，该项目为河北工业大学首个单项合同交易额突破千万元大关的科技成果落地项目。生产线投产后能达到八千台的产量，可以为企业带来1.2亿左右的营业额。项目的落地让科研成果尽快走出实验室，走进生产线，为经济高质量发展赋能。
科研团队开发了“分布式太阳能耦合相变蓄热清洁供暖系统”和“太阳能光热耦合柔性供能系统”，与天津能源集团合作进行项目示范。采用太阳能光热、太阳能光伏、太阳能光伏光热、相变蓄能等技术，为建筑提供清洁绿色供暖。利用基于长短期记忆网络的模型准确预测太阳能集热量，自主研发的相变蓄热材料的蓄放热效率高达95%以上。项目研究成果被天津日报、北方网、津云等多家媒体报道。
7. 国际合作
合作形式：高级研究学者、外籍研究员、科研合作、博士及博士后、联培博士
合作学校：
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香港城市大学 |
昆士兰大学 |
丹麦技术大学 |
英国雷丁大学 |
德克萨斯州立大学 |
8. 欢迎加盟
招生要求：
长期招收优秀推免或统招硕士生；直博生或招考博士生。
人才引进：
诚邀海内外各类人才加盟，共谋发展。为人才提供具有竞争力的薪资待遇和良好的工作生活条件，为人才秀出属于自己的人生舞台提供广阔的发展空间。
联系人：
孔祥飞 xfkong@hebut.edu.cn 022-60435279
王晋达 wangjindahit@outlook.com 022-60435796
