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DOE资助建筑节能前沿技术研发项目

时间:2020-04-28 浏览:373次

    美国能源部(DOE)日前宣布资助7400万美元支持先进建筑节能技术研发,旨在整合国家实验室、大学和企业研究力量来共同研究、开发和测试灵活高效的节能建筑和建筑系统技术,提高建筑物和电网能效,减少全美的建筑能耗。其中4770万美元用于开展“建筑能效前沿技术创新”主题项目研究,2630万美元用于支持“先进节能建筑技术和实践”主题研究项目。具体内容如下:
一、建筑能效前沿技术创新
1、弹性建筑技术
     在确定的网络故障场景下,将通过采用基于强化学习的自适应模型预测控制体系结构,以确保在所有情况下安全且接近最优的闭环运行,提高建筑控制系统的自适应网络物理弹性。开发新型网络防御系统(具有网络攻击免疫功能的实时建筑平台)以通过多层预防、检测和自适应来确保与网络互联的能效建筑(GEB)的安全。利用安全约束优化和安全风险检测(BUILD-SOS)技术为建筑能源管理系统开发综合的网络威胁感知、分层防御以及抵抗攻击的控制解决方案。生成可公开获取的高保真数据集,这些数据集可用于衡量一组常用的商用建筑暖通与空调系统(HVAC)和蓄热设备的整体负载灵活性性能。使用基于尖端建模工具的先进测试技术来测量建筑设备的性能及其对建筑能效影响。使用新的以顾客为中心的控制算法创建与电网、网络互联的高效建筑设备性能数据集。将开发一种紧凑的能够独立运行的热能存储系统用于建筑的供暖,该系统使用热化学盐水化合物作为存储热能介质。探索一种低成本、可扩展的新技术来封装储热功能的新型盐水化合物相变材料。采用低成本、高能量密度的盐水化合物和各种添加剂来提高这种储热材料的性能和可靠性,用于存储和调节建筑物中的热能。使用基于无机盐水化合物的相变材料和封装技术来开发用于建筑的多功能热能存储系统。开发基于生物的热能相变材料,这些材料能够从鱿鱼齿蛋白(PCM)中提取,可生产新型的热能存储材料。开发一种固态储能复合相变材料和热交换器。
2、节能暖通和空调技术
     开发基于静电的水蒸气分离系统,用于分离空调系统中的潜冷和显冷。开发一种基于纳米结构的静电技术,通过在纳米级设备上分选分子来改善冷凝,从而克服静电除湿短板。开发基于热弹性理论的主动蓄热器,以推动热弹性冷却技术的发展。将二元流体喷射器和吸附技术进行集成耦合以开发天然气和丙烷双燃料热泵。天然气驱动的热泵和热电联产应用的换热器设计。开发一种高效的基于膜的离子液体吸收系统,以实现超高效的除湿和加热。
3、节能固态照明技术
     将为固态照明应用开发效率更高的黄绿光LED,相比以往的LED其正向电压和功率转换效率将得到改善。为固态照明应用开发稳定的无镉InP量子点变频器,以承受LED的高通量要求。开发用于高效和稳定的白色OLED的多功能光学输出耦合器,有望通过减少激子寿命来提高OLED的稳定性和寿命。开发创新的高效、长寿命和灵活的白色OLED制造工艺。通过使用全面的增强现实/虚拟现实(AR/VR)工具开发一种空间自适应且可调的照明控制系统。
二、先进的节能建筑技术和实践
1、综合性建筑翻新改造技术
      将开发一种新型建筑外面板节能改造技术,该新面板技术集成了供暖和制冷功能,能够为家庭提供集中供暖、制冷服务。使用除湿膜来创造新颖的建筑幕墙一体化改造技术,以减少建筑的冷却和通风能耗。通过承包商和居民合作,对多住户的公共住房进行高效节能改造。使用集成真空隔热板技术开发下一代镶板类墙面改造。将设计和制造一个集成的机械系统吊舱,用于多住户建筑的全家庭镶板墙面改造。提出一个高效、弹性的改造解决方案,该方案能够集成太阳能以满足空间供暖制冷的需求。开发可定制的隔热板块,以降低低温、严寒等气候条件下低层住宅高性能外墙翻新改造的现场劳动力和安装成本。简化建筑模型、计算机辅助设计、计算机辅助制造转换,以及建筑围护结构改造的镶板类墙面改造生产流程。整合区域热泵的家庭面板改造技术。设计面板翻新的计算机工作流程,包括翻新前的数据收集、面板设计、异地制造和现场安装等内容。通过剪裁设计来优化纤维增强材料性能,设计节能、防潮的复合外包板,用于围栏改造;使用回收材料;开发能够实现模块化、数字化制造和快速装配的设计,以实现快速定制。开发一种嵌入墙壁的多功能热泵,带有用于电网响应和气候交互控制的能量存储系统。在自动化辅助下使用可充气的隔热材料创建建筑物围护结构,包括机器人塑料焊接机和三维重建,实现建筑围护结构改造。使用先进的增材制造技术来定制和生产节能、防潮的外面板,用于建筑改造。
2、创新的建筑技术
     开发新的密封剂配方,该配方可集成并预安装到预制组件中,以减少现场面板和模块之间的接缝密封时间。开发一种新的集成工艺,用于非现场的基于镶板类墙面建筑系统的设计、制造和组装,以降低成本和施工时间,并提高零能耗单户住宅的性能。将增强的工厂自动化和集成信息技术系统应用于家庭生产设施模块化制造。开发集成绝缘材料的钢筋混凝土结构的增材制造工艺,以提高能源效率。开发高性能真空隔热板模块化建筑系统。开发一个先进的零能耗模块化(ZEM)住宅建造系统,包括一个ZEM工厂和一个ZEM多家庭经济适用房单元的设计。评估并现场测试在住宅中提供空间供暖和制冷的新方法,以在确保不增加成本前提下,提高能效、耐用性和室内空气质量。
3、先进技术的集成耦合

      建立一个由建筑商和施工团队等利益相关方组成的全国性协作机构,以加快创新高性能施工技术的开发、示范和标准化,重点关注模块化、场外和预制技术,以提高能源效率。在寒冷气候下对可变制冷剂流量(VRF)系统的能效性能和制冷剂泄漏进行现场验证。为现有的处于冷气候家庭中的混合热泵和熔炉系统开发并验证高级控件,提高能源效率和电网效益。提供先进的交互式劳动力培训计划,重点是先进技术、建筑科学以及设计和施工知识。在芝加哥单户住宅中进行先进节能技术的存量分析和技术的验证。针对大型商业建筑和复杂机械系统中的能源数据进行现场验证。在家庭能源改造计划中越来越多地采用无管式空气源热泵技术情况下,验证气候边界及其对电网的影响。在多住户家庭中对超高效(VHE)热泵HVAC系统和家用热水技术进行现场测试,以验证其主要性能指标和探索降低风险的方法。商业和多住户模块化建造技术与传统建造技术进行对比,并进行现场评估。对集成互联照明、自动遮阳和智能储能的建筑开展技术分析和现场验证。制定协议,以进行虚拟能源评估并为预制和模块化施工方法提供技术援助。制定一个互动式职业地图,用于追踪建筑工人的职业生涯,以培养建筑节能行业的人才。创建一个建筑节能与控制学徒计划,以提高建筑节能与控制技术的毕业生数量。开发一个可在全国访问的在线平台,可以为建筑工人提供终身指导的劳动力学习机会,以确保劳动力资源的可持续发展。为高中学生开发建筑科学课程,为退伍军人提供“新技能培训所”,针对房屋建筑工人开设两年制社区建设管理项目以及以节能为重点的继续教育计划。智能能源援助中心将为社区大学的讲师配备设备,以教育下一代劳动力了解最新的建筑能效技术和相关行业标准。


全文转自《 先进能源科技战略情报研究中心》




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