山东省余热利用及节能装备技术重点实验室的基本定位是立足国家和山东省节能减排需求，发挥我校能源、环境、建筑交叉学科优势，依托钢铁、建筑和环保行业，充分利用高校、企业之间优势互补等特点，重点对能源与污染控制交叉领域内的前沿科学问题和关键技术进行研究，取得理论突破，形成一系列具有自主知识产权的核心技术，成为科学研究、高层次人才培养和社会服务的重要基地。为解决工程应用中的重大难题，打破国外“卡脖子”技术垄断，推动山东省地方经济发展，起到示范和行业引领作用。

近几年，根据能源发展面临的重大变革，遵循国家对清洁能源环境技术的需求和山东省新旧动能转化重点发展的产业方向，结合我校学科优势和研究基础，对实验室的研究方向进行了精炼和调整，形成了工业余热回收利用、污染控制与资源化利用、区域能源与建筑节能、新能源与环境功能材料四个研究方向，对接现代能源环境体系“清洁、低碳、安全、高效、智慧”的发展趋势。在理论研究和技术创新方面取得了较大进展，形成了自己的优势和特色。

方向一、工业余热回收利用过程与装备

本研究方向主要围绕工业余热高效回收热工过程、换热装备和热质提升利用装备进行理论研究、关键技术攻关，主要研究工作包括：（1）冶金高温熔渣余热回收利用技术；围绕高温熔渣的粒化理论、异质渣体颗粒间的传热传质机理进行深入研究，建立高温冶金熔渣的凝固态理论模型和稠密气固两相流模型，研制新型炉渣余热回收装置；提出冶金炉渣余热分质利用方法和技术路线，开发高炉冲渣水余热回收利用技术、冲渣水过滤和换热新型装备。在高炉熔渣粒化与异质稠密气固流化换热理论上取得突破，创新了余热分质梯级利用系统，部分研究成果在济钢、莱钢、青钢等钢铁企业得以应用，取得了重大节能减排效益。（2）高温热泵开发与利用；围绕适应高温工况的新型制冷工质、高温热泵循环、系统匹配与优化、关键设备进行研究，开发适用于不同温区的高温热泵产品。在新型高温混合工质的筛选和配比取得理论突破，研制的高温热泵机组可制取100℃以上高温热水，并保持较高的能效比，在国内同类研究中处于领先水平。同时针对石油化工、纺织印染、冶金、建筑、食品加工、养殖种植等领域构建了基于高温热泵应用的余热综合利用系统，提出了系统解决方案。

方向二、污染控制及资源化利用

本研究方向主要针对城市污水处理中所涉及污水污泥资源化利用、污水处理中的节能降耗以及餐厨垃圾的资源化利用等问题开展科技攻关，主要研究工作包括：（1）城市污水处理系统过程控制及设计优化、污水处理厂曝气系统节能降耗技术研发。重点围绕反应器结构、微孔曝气种类及其布置方式等流体力学特性对微孔曝气氧转移能力的影响运用计算流体力学研究手段，通过反应器内相分布和速度场的数值模拟分析，以低研究成本、高数据准确性，获得直观反映反应器内部流态特征和分布流场参数，实现对曝气系统溶解氧分布的定量研究，揭示实际污水条件下的氧传质机理，推进污水处理厂曝气系统节能降耗事业发展。（2）污泥和餐厨垃圾处理处置技术、厌氧消化技术及装备研发。重点围绕污泥和餐厨垃圾厌氧消化预处理技术和厌氧消化反应器的优化设计开展工作。在厌氧消化预处理技术方面，重点研究以提高污泥和餐厨垃圾有机质的强化除砂技术以及高温热解联合超生波破解的组合式预处理技术。在厌氧消化反应器中，结合厌氧处理反应器的结构特点，优化传统厌氧消化反应器的结构方式，提高污泥和餐厨垃圾厌氧消化的产气效率，降低厌氧消化的停留时间。在技术研发的同时注重技术的转化，和海外知名的污泥处理处置专业公司形成良好合作关系，共同研发处理处置的专用设备，形成城市污泥和餐厨垃圾高级厌氧消化处理反应器的成套化、设备化，促进技术的应用和转化。

方向三、区域能源与建筑节能

本研究方向深度融合新能源与传统能源、节能技术、绿色建筑、物联网及现代信息技术，构建区域内多能互补、分布式智慧能源系统，提高能源综合利用效率，促进可再生能源、清洁能源的规模化应用。主要研究工作包括：（1）区域能源系统构建与优化；围绕建筑区域热、电、冷、气动态负荷需求，构建多元协同综合能源系统，研究不同能源装备的供能特性，建立综合能源系统动态数学模型，进行系统配置和运行策略的优化。提出多热源互补供热广义系统的概念和构建体系，建立了体现系统动态、梯级和多尺度影响的瞬态计算模型，提出基于供需动态平衡条件下的优化方法。该研究对于区域能源的规划、可再生能源的规模化应用具有重要的应用价值。（2）近零能耗绿色低碳建筑；围绕建筑围护结构节能性能优化、新型建筑材料、近零能耗建筑集成技术研究，提出建筑围护结构结构热响应特性时间常数及其经验公式，分析采暖空调形式和运行方式与围护结构的热工性能的耦合特性，提高31%~45%的建筑节能率；研发回归反射材料和自保温保砌块，回归反射材料可将太阳辐射反射回太空，分别降低城市表面温度7~8℃、空气温度4℃左右；自保温保砌块通过孔型优化，保温材料和相变材料合理填充，比外保温墙体节约33.2%的施工费用和二次维修费用；以太阳能光热和光伏利用为建筑能源输入和高效的建筑围护结构节能系统，结合全热交换的室内人工环境调节末端，实现建筑的近零或零能耗。

方向四、新能源与环境功能材料

本研究方向主要围绕新能源开发、环境治理过程中新材料和新工艺进行研究，评估期内在生物质能高效转化、氢能和燃料电池关键技术方面取得进展，主要包括：（1）生物质能高效转化研究；围绕生物质热化学转化、热质输运过程数值模拟、生物质锅炉燃烧变工况自适应控制技术、生物质耦合辅助热源清洁供热技术方面进行深入研究。提出的冶金渣余热梯级利用协同生物质热转化关键技术，实现了非稳态、低品质冶金渣余热往高品质燃油、燃气的连续转化，相关研究成果已在国内大型钢铁企业推广应用；针对生物质燃烧设备污染物排放高、燃烧效率低、不稳定等问题，提出分级燃烧技术、涡旋控制技术和模糊控制算法进行创新集成，实现生物质燃料燃烧过程的低氮化、高效化和稳定化。（2）氢能和燃料电池关键技术研究；依托山东新旧动转换重大工程重点项目，创新性的设计含杂原子且环数目不同的稠杂环化合物储氢分子，配制低共熔多元液态储氢材料，形成常温常压高效全液态储氢材料；开展微生物燃料电池处理污水及其电化学性能研究，制备了不同Fe负载量的Fe-N-C催化剂，进一步提高微生物燃料电池的发电量和处理处理污水的能力；在氢燃料电池余热回收方面，考虑具有“小温差、高蓄热”相变材料作为储热媒介，保证了热能系统性能稳定性和安全性的同时，余热回收效率高且热能品质得到保证；创新地提出利用泡面金属部分填充提高相变材料导热性能，既保证相变材料蓄能能力，又提升了其热性能；开发建筑用氢燃料电池的冷-热-电三联供系统，利用相变材料的高效余热回收系统，与建筑热环境调节设备联供，可将氢燃料电池综合效率从35%提升到87%左右。