夏才初-同济大学科学技术研究院

2017年度上海市奖申报公示要求

三、科技进步奖：项目名称、项目简介、知识产权情况、发表论文著作情况、主要完成单位、主要完成人。

1、项目名称：能源地下结构的理论和技术及其应用

2、项目简介：

能源地下结构是将热交换管埋设于地下结构内，利用热交换管内循环的传热介质与地下结构周围岩土体之间的温差进行热交换，以实现对建筑物冬季供暖、夏季制冷，是一种高效、环保的地温能开发利用的新技术。本项成果紧紧围绕能源地下结构的传热计算理论与设计方法这个科学问题和施工中的关键技术这个难题开展研究，其关键创新点为：建立了隧道衬砌和基坑围护结构内换热器的传热模型和换热量的计算理论，提出了隧道衬砌和基坑围护结构内热交换管的设计方法，开发了隧道衬砌结构和基坑围护结构与埋设其内的热交换管的协同施工关键技术。解决了浅层地温能开发利用技术在城市推广应用中占据地下空间和成本高等瓶颈问题，开辟了浅层地温能开发利用的能源地下结构新方式和寒区隧道新领域。以龚晓南院士为主任，赖远明院士为副主任的验收委员会结论："热交换器与地下结构一体化技术成果达到国际领先水平"。

自2009年起，依托国家自然科学基金面上项目、交通运输部西部交通建设科技项目、国家科技支撑计划项目、企业技术咨询和技术服务等纵横向科研项目开展科研和技术攻关。取得的主要研究成果为：

(1)建立了地下连续墙内和基坑钻孔围护排桩内换热器的传热模型和换热量计算理论，提出了相应的地下换热器的逐时换热量的计算方法和的热交换管的设计方法；

(2)发明了提取隧道围岩地温能的地源热泵隧道衬砌换热器，研发了利用地温能的寒区隧道防冻加热技术,建立了地源热泵隧道衬砌换热器的传热模型和换热量计算理论，提出了地源热泵隧道衬砌内埋设的热交换管的设计方法；

(3) 开发了隧道衬砌结构和基坑围护结构与埋设其内的热交换管的协同施工关键技术和施工质量控制方法，研制TJ-SDI岩土热物性测试，提出了隧道围岩热物性参数原位测试理论和方法，弄清了隧道结构与其内埋设的热交换管、基坑围护结构与其内热交换管的相互作用和影响。

利用地温能的寒区隧道防冻加热新技术比传统技术节电60%；基坑围护结构地温能利用新技术与传统空调相比，通常夏季节电40%，冬季节电60%，而且节省大量的钻孔费用和土地成本。

获得国家发明专利授权10项，出版专著1部，发表论文38篇，其中SCI 检索论文7篇，EI检索论文17篇，被国内外著名刊物论文引用272次。主要科研成果编入住房和城乡建设部工程建设行业标准《桩基地热能利用技术规程》（已出征求意见稿）。在内蒙古博牙高速扎敦河隧道和上海自然博物馆等十多个工程中成功应用，节省建设成本和已经节省的用电经费11358万元，以后每年将节省电费40%（夏天）和60%（冬天），取得了显著的经济与社会效益。开辟了浅层地

温能开发利用的能源地下结构新方式和寒区隧道新领域，大大地促进了浅层地温能这一绿色、清洁和再生能源的利用，解决寒区隧道的长期冻害问题，推动了建筑、交通领域的节能减排，具有重大的社会、环境和经济价值，应用前景广阔。

3、知识产权情况：

4、发表论文著作情况

5、主要完成单位：同济大学、武汉广益交通科技股份有限公司、中国矿业大学