2022年7月15日，由英国诺桑比亚大学（Northumbria University）设计学院主办的题为“用先进技术和服务让城乡发展更加融合”国际研讨会暨牛顿奖项目展览（International workshop on "Better Integration of Urban and Rural Development with Advanced Technologies and Services" & Newton Prize Project Exhibition）于英国纽卡斯尔举行。

研讨会期间，清华大学美术学院基础教研室主任邱松教授和博士生张啸同学通过线下展示和线上宣讲了其团队的研究项目《基于热传导研究的综合能源方案设计（Design for the integrated energy scheme based on heat transfer research）》。

图1 牛顿奖项目展览现场（Northumbria University）

该项目立足于内蒙古边远地区牧民冬季发电问题，提出了基于温差发电技术的供暖、发电综合能源方案设计。牧民由于其独特的放牧劳动模式，往往散布于广袤的草原，因此大多需要借助风光互补发电设备独立发电。而在冬季由于日照时间减少、风力条件不稳定，牧民会出现一定程度上的用电短缺。温差发电技术虽效率本身虽低下，但是经过实验发现与牧民冬季供暖系统可以结合，维持温差发电单元冷端的冷却水可以作为暖气用水于室内循环散热。在此过程中，温差发电装置可以输出稳定的电力作为牧民生活用电的补充。

图2 基于温差发电技术的能源策略与基础实验

在研究过程中，邱松教授团队发现地暖热管排布路径中形态问题，继而进行了图论方向与数字物理模型方向的两类研究，提出了基于传热学的热环境设计方法。在图论研究法中，借助哈密顿回路算法，研究团队可在限定的矩阵内根据给定的进出水口生成所有可能的暖气路径排布方式，并根据拐点个数等标准进行比选。在数字物理模型研究法中，研究团队通过弹簧粒子系统与碰撞模型可根据热成像现状与优化目标，迭代生成可预期的传热路径。

图3 基于哈密顿回路的路径生成算法

图4 基于数字物理模型的热分布路径优化过程

研究团队将在后续研究中进一步落实温差发电装置的样机开发、实验与改进，基于传热学与设计形态学研究为我国边远地区发展献计献策，为设计创新勇敢尝试。

图、文：基础教研室 2020级研究生张啸