大学生节能减排社会实践与科技竞赛历届作品集

2024年2月20日发(作者：傅海静)

大学生节能减排社会实践与科技竞赛历届作品集

第一届

处理病毒性医疗废气的滑动弧放电-臭氧联合装置

科技作品 特等奖

作品简介：

通过实验，设计了一套用于处理病毒性医疗废气的滑动弧放电-臭氧联合装置。该装置以滑动弧低温等离子体发生器为基础，在连接高电压（10000V）的刀片式电极之间通过高速气流，产生滑动弧放电，从而产生高能电子和活性基团，使进入放电区域的病毒失去活性。同时，配以整流罩使得活性基团与病毒之间具有更加充分的接触，并稳定气流；增加截波装置以减少放电装置的能耗。并在此基础上，与臭氧联合使用，利用臭氧的强氧化性，提高整个实验装置对病毒的灭活能力。臭氧采用两段进气的方式，一部份臭氧直接进入滑动弧放电区域，以产生更多的具有强氧化性的活性基团；另一部份则被通入到放电区域之后，利用臭氧自身特性对残存的病毒进行二次处理。实验中采用的病毒为经过血液培养的乙肝病毒，在洗气瓶中稀释至适宜的浓度，利用定量气体鼓泡的方式，将病毒气溶胶通入到滑动弧放电-臭氧联合装置中，进行灭活处理。处理后的病毒利用吸收液吸收，并经由实时荧光定量PCR检测装置，对反应前后的病毒溶液进行定量检测，试验表明，该实验装置对乙肝病毒具有良好的灭活效果。

第二届

处理烟气中多种污染物的自由基强化催化过滤式脱除装置

科技作品 特等奖

作品简介：

本作品提出一种自由基强化催化过滤式协同多脱的方案，该技术将自由基氧化、碱性吸收、化学催化及布袋过滤的作用有机融合，以达到粉尘、SO2、NOx、Hg、VOCs等多种污染物的高效联合一体化脱除的目的。本技术的亮点在于，将等离子放电与催化剂结合，降低了催化剂的活化能，提高了脱除效率；将催化剂用编织和浸渍技术与过滤有机结合，研制成催化剂复合型布袋。本技术可应用于工业烟气污染物排放控制，以解决现有烟气污染物单独脱除方式不能满足环保排放标准的问题，同时为实现工业烟气中多种污染物的协同脱除提供了可行方案，对环保起到积极作用。

基于轮毂电机的混合动力概念车

科技作品 特等奖

作品简介：

在整车的废能回收利用方面，队员中主要存在两种想法：一种是对整车行驶过程中的垂向振动能量回收，二是在车辆制动工况下的进行制动能量回收。前一个方案创新性更好，但是需要对原型车部分总成进行较大改动，因而在有限的时间内不易实现。后一个方案在国内外已有多年的研究，因此可查文献也有不少，相对来说功能上的实现不会太难，但是存在着创新性不足这一缺陷。而在减小发动机无用功耗散方面，由于传统内燃机本身的性能特点，我们对其能耗改善的方案一开始就比较统一，主要从减小发动机怠速能耗及改善低速排放上入手，为了充分利用混合动力车中电机驱动的优势，我们让发动机避开其怠速及低速工作区，从而减小了车辆的这部分能耗。

第三届

微型太阳能光热蒸汽利用系统

科技作品 特等奖

作品简介：

虽然国内光热发电技术较为落后，但民用太阳能开发还是十分红火的，如太阳能热水器、太阳灶的开发等，但是对于利用太阳能去产生低参数蒸汽，以减少化石燃料的消耗以及削减CO2的排放在国内仍旧是空白。本作品由3个部分组成，反射镜、集热器、蒸汽利用部分。反射镜为一聚光比约为350至450的凹面镜。腔体形状类似于一个倒扣的碗，聚焦后的日光从下方射入腔体，加热从底部进入的水，蒸汽从顶部出来。初始参数为常温常压下的水进入腔体式换热器，流经换热器内的吸热壁，吸收太阳辐射热量而转化为蒸汽。蒸汽再进入发电设备或其他利用设备。

不耗水的冷却塔—盐水冷却塔节水原理与应用前景研究

科技作品 一等奖

作品简介：

众所周知，目前大型冷却设备普遍采用湿式冷却塔（水与空气间进行热交换），由于水分蒸发，这种水塔耗水量十分巨大。基于浙江大学热动所能源工程学系胡亚才教授的研究，我们通过理论分析认为，以盐水代替普通水，将有效抑制水分蒸发，从而达到节水目的。本实验欲经过较长期实验验证盐水冷却塔的节水性能。盐水冷却塔是我们的独创，我们认为，一旦其节水性能得到充分肯定，将会在中国北方缺水地区具有实际推广价值。项目组制作的实验塔的结构由本队成员自行设计完成，采用盐水自上而下喷淋、空气自下而上流通的形式进行盐水与空气间的热量及物质传递。盐水所用溶质为CaCl2。为响应节能减排竞赛的“节能”精神，本队在设计塔体时亦尽量做到管路设计合理、设备功率适合，以此减少实验耗材耗能。

液化天然气冷能驱动的海水淡化方法及装置

科技作品 一等奖

作品简介：

本作品设计了一种利用液化天然气(LNG)冷能进行海水淡化的方法及装置。该方法利用水蒸气在低温与室温下的相平衡压力差，促使海水汽化，并凝固在结晶器中达到利用液化天然气冷能进行海水淡化的目的。其装置主要包括水泵、过滤器、脱气塔、汽化器、结晶器和真空泵等。主要特征为将液化天然气冷能回收与海水淡化相结合，利用液化天然气低温冷能实现在略低于室温下汽化海水从而实现海水淡化，避免了传统冷冻海水淡化法冰晶洗涤、分离较难，淡化效果不佳等缺点，具有合理利用液化天然气冷能，成本低，污染少，原水预处理简单，浓度范围广，对设备腐蚀少，结垢轻，无需二次冷媒，淡水产品只需简单处理即可达国家饮用标准等优点。根据能量平衡的初步计算，若取LNG进出口温差为160K，

1kgLNG的冷量约可得到0.31 kg的淡水。LNG冷驱海水淡化系统耗能主要为泵耗功，相比其它海水淡化方法，如蒸馏法，反渗透法等，有明显的经济优势和理想的节能减排效益。

稀土-多孔介质辐射器余热利用型热光伏系统

科技作品 一等奖

作品简介：

本项目基于我国当前各行业节能减排的发展方向，提出余热利用型热光伏（TPV）新思路，即采用高孔隙率多孔介质聚集燃烧炉内辐射热和高温烟气对流换热，通过覆盖在多孔介质表面的稀土氧化物选择性辐射涂层发射可见光、近红外波段辐射，经光伏电池光电转换为高品质电能，从而达到燃烧炉内辐射热和烟气对流余热回收、节能降耗的目的，该TPV技术在玻璃制造、钢铁、冶金和铸造等行业有着广泛的应用前景。和经典电源型TPV不同，在本研究中的余热利用型TPV技术在辐射器和光电池选型上更注重经济性原则，强调提高TPV光电转换效率和简化系统组成、降低成本的统一。选用廉价稀土元素掺杂金属氧化物涂层形成的选择性辐射器（RESE）代替制作加工复杂、价格昂贵的光子晶体钨（W）表面辐射器，同时匹配常规Si电池代替目前国内无法生产的多元Ⅲ-Ⅴ族化合物光电池，大大降低了TPV系统的制作难度和成本，同时拓展了TPV在民用工业的应用范围。

生物质暗光发酵耦合产氢和CO2综合利用系统

科技作品 一等奖

作品简介：

为了提高生物质发酵产氢过程中的能源转化效率并降低二氧化碳排放量，创造一个低碳、环保、绿色的环境，本项目通过实验设计了“生物质暗光发酵耦合产氢和CO2综合利用系统”。系统主要分为四个阶段：（1）生物质预处理（以秸秆为模型）：将一定浓度的秸秆用0.5%NaOH溶液浸泡并微波加热预处理15分钟，然后再用纤维素酶进行水解96小时，将纤维素和半纤维素降解为可发酵的还原糖；（2）暗发酵产氢：厌氧活性污泥在35℃和pH 6.0的条件下，利用预处理后的秸秆进行暗发酵，生成氢气、二氧化碳和小分子有机酸；（3）光发酵产氢：光合细菌在6000lx的光照、30℃和初始pH 7.0的条件下进行光发酵，利用暗发酵阶段产生的小分子有机酸生成氢气和二氧化碳；（4）微藻固定二氧化碳：暗发酵和光发酵生成的气体通过微藻反应器，其中的二氧化碳成分被微藻光合作用吸收固定。如果将系统中收集的微藻作为产氢底物，同时扩大微藻固碳系统的规模，可以实现产氢和CO2零排放的理想循环！

第四届

基于风压变换和压电效应的风能收集器

科技作品 特等奖

作品简介：

针对远距离气体输送管道、地下输气管道等场合中监测系统持续供电困难、后期维护成本高等问题，我们提出了利用管道风进行发电，为相应场合中的监测及照明等系统提供持续而稳定的电源。基本思路是，通过特殊声学部件将管道风（时均流）变换为驻波声场，再利用压电振子将声能转换为电能，最后收集利用。本作品与风车不同，是一种无运动部件的装置，结构简单，系统完善，在使用寿命和经济效益上具有独特的优势。除此之外，材料方面，我们采用了ZnO作为压电材料，与PZT相比，更加环保且节约成本；电路方面，在传统电路的基础上加装了变压器以及ICL7663CPA稳压芯片，使电路稳定地输出较大的电压值。

新型高精度太阳自跟踪系统

科技作品 特等奖

作品简介：

本产品中，我们采用了开环程序计算跟踪与闭环光强反馈调节相结合的办法，每隔六分钟计算一次当前太阳位置，并与上一次位置作差获得增量，驱动执行机构作出相应动作。同时，原创性地通过照度测量装置来确定移动后的方位是否正对太阳；如有偏离，则展开补偿追踪算法找回正对位置，提高了系统跟踪太阳的精度，实现了“精度反馈”。当太阳被遮挡时，精度反馈测量装置无法捕捉到太阳光，可能给出错误的偏离信息。为避免这种情况，我们设计了另一个照度测量装置，用来测量系统所处环境的光强，据此判定太阳是否处于可闭环跟踪状态，继而决定是否开启精度反馈。引入“环境反馈”后，整个设计在具有高精度的基础上又有了全天候适应能力。本设计的创新点主要有三个方面：建立了更符合实际的太阳位置矢量模型，获得了更为准确的太阳方位计算结果；引入精度反馈，实现了程序控制跟踪与光电跟踪的完美结合；引入环境反馈，在太阳不可测的情况下，能够自动切断精度反馈回路。在制作完成后，我们多次实地测量，证明了我们的系统在闭环投运的时候具有1o以内的跟踪误差，达到了设计目标。

免维护自发电门禁系统

科技作品 特等奖

作品简介：

随着人们对安全与便捷生活理念的提高，搭载有电子锁得房门正在逐步的走进人们的日常生活。但是寻常的门禁系统8个月左右就需要更换一次电池。废弃的电池会给环境造成巨大的污染，也给垃圾回收带来巨大的负担。我们利用开关门中的机械能，将其转换为充电电池的电能，取代不可充电电池为电机提供能量。这样，既可以实现节能环保的理念，又可以减少人们在处理垃圾的支出。 结构与功能： 发电机的齿轮通过减速箱（或者杆件）与固定在门框上的齿轮啮合（或杆铰接）。当门开关时，齿轮（杆件）转动，带动减速电机发电。发出的电经过电路的整流和稳压后，以有利于延长电池使用寿命方式充电电池充电。通过计算与调节，我们所设计的免维护自发电门禁系统能够实现两个主要功能：1. 每天只需要开关2次门就能使储存到电池中的能量大于消耗的能量；2. 5年内不需对门禁进行维护。

创新点： 首次提出了自发电免维护系统的概念并设计制作了一套自给型门禁系统。所发电量能够满足甚至超过本系统所需能耗，真正地实现了免维护。

基于待机能耗管理技术的智能化插座

科技作品 一等奖

作品简介：

待机能耗指产品在关机模式或待机模式时能源消耗，被认为是一种无意识的能源浪费。美国环保署“能源之星”、国际能源组织“1 W计划”都对家电待机能耗做了标准。目前，我国家电待机能耗问题严重。本作品能够在不改变用户习惯的情况下帮助其节约家电待机能耗。产品连接于家庭供电系统终端与用电器之间，当用电器由正常工作状态进入非标准待机状态时，产品能够自动断开对插孔的供电，使用电器进入不耗电状态；之后，对于有遥控的用电器如电视机、空调等，产品可以接收用电器遥控信号自动恢复对用电器的供电，对于无遥控的用电器，可以手动恢复供电。作品具有超低功耗设计（自身功耗低于0.5W，符合欧盟最新的关于待机能耗的标准）、高智能化（不改变用户习惯，帮助用户无意识节能）、成本低（适于推广至经济不发达地区、普通家庭）、功能集成度高（适用于多种家电如电视机、空调、计算机、电冰箱等）的优点，且可进一步发展作为家庭智能用电管理终端，具有与智能电网发展相结合的潜力。

基于斯特林—布雷顿循环的能量多级利用系统

科技作品 一等奖

作品简介：

本作品方案基于斯特林—布雷顿循环，设计了一套梯级利用LNG（液化天然气）冷能和燃气轮机排气余热的系统。系统中LNG流经斯特林机的冷端、冷库、燃气轮机进口空气冷却装置，吸收热量气化为NG（天然气）。燃气轮机产生的排气流经斯特林机的热端，放出热量，降低温度后经烟囱排入大气。斯特林机在两端温差的作用下启动，对外做功。在本方案中，LNG的气化吸热考虑了冷能的品位，高品位的冷能用来做功，低品位的冷能用来制冷。而且由于斯特林机的冷端温度较低，燃气轮机的排气余热可以得到最大程度的利用。当燃料采用较为清洁的LNG气化产生的天然气并采用耐腐蚀的材料作为传热元件，排气温度可以做到在现有基础上进一步降低。

第五届

太阳能热电空调衣

科技作品 三等奖

作品简介：

夏季，交警、环卫、建筑工人、地质勘探队员、野外训练的士兵等诸多行业工作人员必须在烈日下工作；我们提出一种通过空调衣给人员直接降温的方法来取代传统空调制冷，给工作人员提供便利。 结构与功能： 利用半导体制冷片实现冷(热)水的制取，冷(热)水通过毛细管和人体换热，让人体保持在22-25℃的舒适范围内。空调衣外套部分选用隔热、透气的材质，既舒适又可减少人体和环境的散热。同时，本系统的能量可以完全实现由太阳能供给。未外出时，将太阳能薄膜电池置于阳光下，薄膜电池吸收太阳光，向锂电池充电，外出时，锂电池放电供空调衣使用，薄膜电池则可以给手机、MP4等移动电器充电。 创新点： 由太阳能供给热电制冷系统所需电量，并且薄膜电池采用活动拉链式，能方便地从空调衣转移到背包、提包及其他随行物品上；将热电制冷运用于空调衣，制冷稳定可靠，空调衣运行安全、稳定；可以根据需要，实现对手机、MP4等移动设备的充电。

季节自适性墙体

科技作品 三等奖

作品简介：

在建筑技术快速发展的今天，墙体需要在其他方面有所突破。我们希望设计墙体采用不同的模式以适合环境需求，来降低建筑空调负荷和采光负荷，来节能减排，并且提高环境舒适性。 结构与功能： 采用框架模块结构；百叶窗形式的外墙；贴附天然贝壳反光和增大热阻；贴附毛细管让其中水分带走部分热量；中空结构加入可拆卸的蓄热棒；内墙为侧拉式双层中空玻璃结构；针对天气预报对墙体进行自动控制。 创新点： 结合窗和门的设计理念；外墙采用活动百叶窗，设毛细循环，带走夏季太阳辐射热；外表面设天然贝壳，具有生态绿色理念；蓄热棒提高冬季的保温蓄热性能。

余热驱动的船用恒温冰箱

科技作品 三等奖

作品简介：

大型船舶一般采用压缩式制冷机来制冷保鲜食物，但设备体积庞大，中小型船舶无法使用。在中小型船舶上已有采用溴化锂吸收式制冷等方式的尝试，但因设备重量大、不能承受船体颠簸等原因无法推广。因此，我们研究了适合中小型船舶的绿色节能制冷设备。 结构与功能： 氨-水吸收式制冷设备体积小、重量轻且无多余功耗，我们将其原理用于船载冰箱，利用柴油机尾气余热驱动系统运行。通过设计了机电结合的恒温控制系统，以单片机为核心，来设定冷藏和冷冻两个控温区间，驱动电机转带动曲柄摇杆机构控制传热通断，实现恒温控制。另外用几乎无温差传热的热管将尾气管壁热量导出同时采取五大措施改进冰箱实现高效制冷。 创新点： 首次将氨-水吸收式制冷的原理用于船载冰箱；提出了独特的机电集成式动态传热控制系统设计；提出巧妙的热管导热设计方案，实现高效快速的热量传递，真正实现了快速制冷、节能减排和环保。

一种自发电休闲登山背包

科技作品 三等奖

作品简介：

在日常生活中，当我们把盛有半杯水的水杯放在书包的侧兜里的时候，走起路来就会听到走动颠簸产生的声音，于是我们能收集这种振动所产生的能量，将损耗的机械能转化为电能。 结构功能： 如图一所示，发电背包主要由背包和发电元器件组成。发电元器件为一个轴线垂直于水平面放置的圆柱体。圆柱体内部的结构如图二所示。发电元件的外部与一套充电电路相连接，将产生的电能预先存储在书包内部预置的一块锂电池内。 创新点： 利用每个人的自身所产生的但是被忽略的能量进行电能的转化，可以大大减少一些能量的浪费。

自发式产热环保节能服

科技作品 三等奖

作品简介：

寒冷的气候对于室外工作者的身体健康有着严重的危害。因此我们小组设计了一款能深受大众欢迎，又体现绿色环保理念的新型保暖服。针对于户外工作者，如环卫工人等，造价不高，能重复利用，并能起到良好保暖效果。 结构与功能： 本新型保暖服的原理在于利用吸附剂吸附人体和空气的湿份，以释放吸附热来实现保暖的效果。这种保暖服内填充的吸附剂可主动向人体提供热量，填充物通过加热解吸湿份，可以反复使用，符合绿色节能的理念。吸附剂在吸附体表蒸发的水分和空气中的水分时，会释放出吸附热，可主动向人体提供热量。 创新点： （1）自发式产热对人体没有危害，解决了电加热保暖的安全隐患。 （2）吸附剂的重复使用，解决了化学热帖一次性使用的弊端。

新型高亮度红色长余辉发光玻璃

科技作品 三等奖

作品简介：

随着全球工业化进程的加快, 能源短缺和环境污染严重制约着社会的长期稳定发展，开发利用新型清洁能源是人类社会解决能源危机的一项重要任务。长余辉材料是一种能够吸收太阳光或人工光的能量而长时间发光的物质。 现在，绿色和蓝色长余辉材料主要性能指标基本上能满足市场应用的要求，但是红色长余辉材料一直处于研发阶段，余辉性能也较差。因此，研究和制备具有优良发光性能的红色长余辉发光材料是目前长余辉材料研究的重点和难点。 结构与功能： 选择基质玻璃的组成→调整掺杂离子→玻璃体的熔制→改进工艺过程→光学性能测试及分析 创新点： 基于复合磷酸盐基和硫氧化物基高强度红色长余辉发光玻璃或玻璃-陶瓷材料，设想通过共掺、基质调控、核化/晶化处理、微纳结构调控和/或界面设计，达到提高发光强度、延长余辉时间的目的。