理念變革必將帶來(lái)節(jié)能減排新突破

茍仲武

節(jié)能減排領(lǐng)域一直被一個(gè)問(wèn)題困擾，就是沒(méi)有大比例節(jié)能技術(shù)，現(xiàn)有的節(jié)能技術(shù)不能用于生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)和高耗能應(yīng)用場(chǎng)合，節(jié)能減排工作通常是投入大、回報(bào)小，在企業(yè)、社會(huì)上“叫好不叫座”，最多也是節(jié)能但不節(jié)錢?，F(xiàn)在，我們建議轉(zhuǎn)變?nèi)藗兦О倌晷纬傻膽T性思維，發(fā)動(dòng)一次能源應(yīng)用理念的變革，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)、利用成熟的熱泵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)30%-90%以上的節(jié)能率，將熱泵技術(shù)廣泛應(yīng)用在各行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的高耗能環(huán)節(jié)。大比例節(jié)能技術(shù)用于高耗能生產(chǎn)環(huán)節(jié)，才能產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益！也將帶來(lái)節(jié)能減排領(lǐng)域的一次新突破！

一、技術(shù)原理和最新進(jìn)展

人類養(yǎng)成一個(gè)慣性思維：需要熱量，就習(xí)慣用傳統(tǒng)的煤、氣、油、電等能源轉(zhuǎn)換成熱能來(lái)利用。現(xiàn)在我們提出一個(gè)新的概念：需要熱能時(shí)，首先看看周圍的介質(zhì)中，有哪些現(xiàn)成的資源可以再利用，盡可能通過(guò)一種高效率的能量搬運(yùn)裝置-熱泵，實(shí)現(xiàn)對(duì)自然界已有熱能的回收、再利用，減少新增能源消耗，既循環(huán)利用，又節(jié)能減排，當(dāng)然有助于解決能源危機(jī)，有助于解決地球變暖，大大減少溫室氣體排放，改善環(huán)境污染狀況。

人們熟知的能量守恒定律，讓我們忽略了“熱泵”技術(shù)的熱能搬運(yùn)“杠桿”作用。即消耗一份能量，帶動(dòng)其它介質(zhì)中已有熱量的再利用，目標(biāo)得到同樣熱能，但新消耗的高品位能源、石化燃料大大減少，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

熱泵技術(shù)有很多種，空調(diào)、制冷系統(tǒng)內(nèi)部核心機(jī)械系統(tǒng)采用的是一種壓縮式熱泵系統(tǒng)，就是利用機(jī)械壓縮機(jī)強(qiáng)制實(shí)現(xiàn)某種媒介物質(zhì)的物理狀態(tài)“氣--液”轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的“熱泵”效果，可以高效率“搬運(yùn)”熱量，如空調(diào)壓縮機(jī)，可以高效率將室內(nèi)外的熱量來(lái)回搬運(yùn)，夏天，把房間的熱量搬到室外；冬天把室外的熱量搬到室內(nèi)。其實(shí)這個(gè)原理也可以用于類似的食品加工、烘干、速凍環(huán)節(jié)，只要將工作區(qū)域之外的能量搬運(yùn)到工作區(qū)域，使之處于高溫，工作區(qū)域之外因熱量減少、溫度降低，整體沒(méi)有大量產(chǎn)生新增熱量，一定區(qū)域之內(nèi)是能量冷熱近乎中和平衡，對(duì)大環(huán)境基本上不排出熱量，顯然屬于節(jié)能、減排。

空調(diào)設(shè)備，人們已經(jīng)使用超過(guò)半個(gè)多世紀(jì)了，買空調(diào)的時(shí)候，當(dāng)然要選擇“能效比”高的產(chǎn)品，空調(diào)用一份電能消耗，可以把3-4倍以上的熱能從室里搬到室外或從室外搬到室里。各種熱泵搬運(yùn)能量方法比能量轉(zhuǎn)換方法，同等能源消耗，目標(biāo)獲得熱量的效率高很多，最高可以達(dá)到幾十倍，也就是得到同樣熱量的“搬運(yùn)”設(shè)備新消耗能量理論上是原來(lái)消耗能源物質(zhì)的幾十分之一，明顯節(jié)能。

這些年逐步推廣開(kāi)的水源熱泵、地源熱泵，也都是該原理的典型應(yīng)用。遺憾的是，雖然能效比高，節(jié)能效果明顯，但這些應(yīng)用場(chǎng)合的設(shè)計(jì)溫度太低，以輸出溫?zé)崴疄橹?，主要用于空調(diào)、制冷、采暖、生活洗浴等，沒(méi)有更高的工業(yè)利用價(jià)值，推廣應(yīng)用有局限性，同樣難以產(chǎn)生更好的節(jié)能減排社會(huì)效益。

這主要由于人們一開(kāi)始習(xí)慣于用熱泵制冷，很少涉及高溫，好像高溫段有個(gè)不可逾越的“門檻”，再一次被人類自己的思維限制了自己的發(fā)展?，F(xiàn)在理論、實(shí)踐都已經(jīng)證明，使用目前工業(yè)領(lǐng)域成熟的設(shè)備、工質(zhì)，完全可以在保持較高效率的情況下，實(shí)現(xiàn)150攝氏度以上高溫輸出，使得這個(gè)大比例節(jié)能技術(shù)完全可以應(yīng)用到眾多的高耗能領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)能量（熱量）的回收循環(huán)、高效再利用。

二、熱泵節(jié)能產(chǎn)品應(yīng)用

目前，在加熱的過(guò)程中，通常都是消耗燃料燃燒、電能轉(zhuǎn)化新產(chǎn)生熱量，不是借用、利用其它系統(tǒng)的熱能。而且能量轉(zhuǎn)化利用的效率，最多也就是100%，有些如采用燃煤、燃?xì)獾那闆r，如常見(jiàn)天然氣廚具，能源熱利用效率也就不到50%。

在多年的工作實(shí)踐中，常常遇到一些需要大量制熱、且溫度不是特別高的場(chǎng)合，比如食品加工、物品烘干、衣物熨燙烘干、高溫消毒等。這些生產(chǎn)加工的車間和周邊環(huán)境通常溫度很高，改善環(huán)境的辦法通常是通風(fēng)、制冷。通風(fēng)，則將所有產(chǎn)生的能量帶到空氣中直接浪費(fèi)掉；如果用空調(diào)制冷，則空調(diào)系統(tǒng)本身消耗能量的同時(shí)，又必然會(huì)向大氣排放熱量。這些能量沒(méi)有回收利用，造成熱排放，也屬于能造成地球變暖的因素之一。

例如，餐飲的廚房里面，大量的發(fā)熱鍋灶，產(chǎn)生的熱量只有通風(fēng)排出和散布到廚房空氣中，使得廚房整體能耗很大、對(duì)環(huán)境排熱量也很大，廚房?jī)?nèi)的工作溫度也很高。如果采用“熱泵”原理制作的蒸、煮、熬、燉、保溫、制冷的灶具，可以高效率的從廚房空氣、回收余熱的熱水中吸收熱量供“熱泵”灶具利用，灶具最后排出的熱量又和周圍變冷的空氣中和，使之溫度基本平衡，顯然實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、減排的目的。通過(guò)理論計(jì)算可以知道，這種應(yīng)用情況下，能量消耗可以下降到原來(lái)的三分之一以下，對(duì)環(huán)境熱排放則減少到四分之一或更低，同時(shí)實(shí)現(xiàn)人類夢(mèng)寐以求的“冷廚房”概念，是全世界廚具行業(yè)的一次變革。

再例如，鍋爐行業(yè)是工業(yè)領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)的蒸汽鍋爐通過(guò)電、油、天然氣的燃燒能轉(zhuǎn)換為熱能。最多等值于燃燒放出的能量或電能提供的能量。能效比基本在85%以上，低于100%；即便將燃料燃燒產(chǎn)生的水汽冷凝，回收其中的汽化熱以后，效率也只有105%。用熱泵技術(shù)作為唯一熱量來(lái)源設(shè)計(jì)的鍋爐，熱泵從其它介質(zhì)中“搬運(yùn)來(lái)”熱能加熱鍋爐里的水，利用其它介質(zhì)中的“免費(fèi)”能量，特別是自然界已經(jīng)存在于空氣、土壤、水系的熱量，以及人類生產(chǎn)生活中產(chǎn)生的排風(fēng)、污水、廢水里的熱量，還可以是免費(fèi)獲得的溫度較低的太陽(yáng)能熱水中的熱能等，在輸出溫水、開(kāi)水、蒸汽的時(shí)候，能效比理論值可以分別達(dá)到200%以上，遠(yuǎn)大于其它鍋爐，實(shí)現(xiàn)大比例節(jié)能。作為一個(gè)常用設(shè)備大范圍推廣應(yīng)用，可以獲得較大的節(jié)能、減排、增效的社會(huì)效果。

三、熱泵熱能回收應(yīng)用

僅以信息產(chǎn)業(yè)為例，2011年我國(guó)數(shù)據(jù)中心總耗電量達(dá)到700億千瓦時(shí)，占全社會(huì)用電量的1.5%，相當(dāng)于2011年天津市全年用電量。截止目前我國(guó)各類數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算中心總量約40多萬(wàn)個(gè)，可容納服務(wù)器約800萬(wàn)臺(tái)。其中經(jīng)營(yíng)性數(shù)據(jù)中心（大型）機(jī)房上千個(gè)，未來(lái)5年，我國(guó)對(duì)數(shù)據(jù)中心流量處理能力的需求將增長(zhǎng)7～10倍，機(jī)房面積再翻一番才能滿足需求。endprint

這些數(shù)據(jù)中心規(guī)模稍稍大一點(diǎn)的，耗電都在上萬(wàn)千瓦，大型的數(shù)據(jù)中心一個(gè)就相當(dāng)于一個(gè)火電站的耗電量。遺憾的就是，所有全世界的數(shù)據(jù)中心，都只考慮如何用“便宜”的方法，把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)消耗電能產(chǎn)生的熱從機(jī)房里“扔”出去，所以都想建在山頂上、電廠邊、海邊等利于自然散熱、低成本散熱的地方，沒(méi)有人考慮把大量的熱回收再利用的問(wèn)題。

一個(gè)1萬(wàn)千瓦的數(shù)據(jù)中心，熱量回收用于采暖，可以供12萬(wàn)平米住宅，所用的技術(shù)是成熟使用20年的“水源熱泵”技術(shù)，僅僅需要思路打開(kāi)，把原來(lái)通往冷卻塔的熱水，改通往水源熱泵機(jī)組而已。這層“窗戶紙”一旦捅破，全社會(huì)僅大型數(shù)據(jù)中心約合5000萬(wàn)千瓦，它的熱能可以滿足6億平方米住宅供暖，每年僅供暖節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤可以達(dá)到1800萬(wàn)噸以上。

推廣開(kāi)來(lái)，將熱泵技術(shù)在能源綜合利用的場(chǎng)合充分利用，實(shí)現(xiàn)將空氣中的、污水里的、土壤里的、回收其它熱源里的熱量搬到生產(chǎn)、生活設(shè)備中循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)企業(yè)里面冷熱作業(yè)面的熱能調(diào)度，系統(tǒng)新增消耗的能量是原有能耗的幾分之一，同樣會(huì)大大提高能源的利用效率，減少對(duì)環(huán)境的綜合能源排放。

國(guó)外已經(jīng)利用海水的熱能來(lái)淡化海水，消耗的電能是常規(guī)方法能耗的近十分之一，生產(chǎn)過(guò)程還可以輸出生活用熱水，為海島和長(zhǎng)期海上航行的輪船提供了很大的便利。

當(dāng)熱泵技術(shù)在能源挖掘、能源再生利用領(lǐng)域充分開(kāi)發(fā)應(yīng)用，結(jié)合不斷發(fā)展的低溫發(fā)電技術(shù)、低溫動(dòng)力技術(shù)，就能從變暖的地球空氣中、水中、地?zé)嶂?、太?yáng)能中獲取取之不盡用之不竭的能量了，改變目前的能源日趨緊張的狀況，讓能量守恒定律保證人類有了用不完的能源和動(dòng)力。

四、設(shè)想不遠(yuǎn)的將來(lái)：

輪船利用海水所含的熱能作為動(dòng)力，海水從船首吸入，從船尾排出，海水所含的熱能，部分被熱泵型發(fā)動(dòng)機(jī)抽取，經(jīng)過(guò)品質(zhì)提高，用來(lái)給輪船提供蒸汽動(dòng)力、提供淡水、提供生產(chǎn)生活用制冷、制熱源，消耗的直接能源物質(zhì)很少，幾乎不消耗燃料！

火力發(fā)電廠、核電廠也利用熱泵技術(shù)，將所有原來(lái)浪費(fèi)的熱能高效反復(fù)回收利用，經(jīng)過(guò)汽輪機(jī)多次轉(zhuǎn)換，幾乎實(shí)現(xiàn)100%的熱電轉(zhuǎn)換效率，發(fā)電成本大大降低、對(duì)環(huán)境熱排放幾乎為零，用于冷卻散熱的水資源需求也近乎于零！

節(jié)能減排產(chǎn)業(yè)遠(yuǎn)沒(méi)有到“江郎才盡”的階段，呼吁大家不要老盯著那些LED、太陽(yáng)能光伏、風(fēng)能等投入產(chǎn)出比小、應(yīng)用規(guī)模小、對(duì)高耗能工業(yè)環(huán)節(jié)幾乎沒(méi)有幫助的節(jié)能減排技術(shù)不放了！本文提出的能源應(yīng)用理念的變革如果能得到重視和推廣應(yīng)用，鋼鐵廠、食品廠、奶粉廠、水泥廠、洗衣房、制藥廠、污水處理廠、化工廠、輪胎廠、造紙廠等等，幾乎每一個(gè)高耗能生產(chǎn)企業(yè)都有條件實(shí)現(xiàn)高效率、大幅度的熱能回收利用！早已成熟的熱泵熱回收應(yīng)用技術(shù)如能盡早推廣實(shí)施，地球溫室效應(yīng)將會(huì)迅速改善，社會(huì)大幅減少石化燃料消耗，人類能源危機(jī)的情況一定會(huì)得到徹底改善！endprint