理念变革必将带来节能减排新突破

苟仲武

节能减排领域一直被一个问题困扰，就是没有大比例节能技术，现有的节能技术不能用于生产的主要环节和高耗能应用场合，节能减排工作通常是投入大、回报小，在企业、社会上“叫好不叫座”，最多也是节能但不节钱。现在，我们建议转变人们千百年形成的惯性思维，发动一次能源应用理念的变革，进一步开发、利用成熟的热泵技术，实现30%-90%以上的节能率，将热泵技术广泛应用在各行业生产过程的高耗能环节。大比例节能技术用于高耗能生产环节，才能产生明显的经济效益和社会效益！也将带来节能减排领域的一次新突破！

一、技术原理和最新进展

人类养成一个惯性思维：需要热量，就习惯用传统的煤、气、油、电等能源转换成热能来利用。现在我们提出一个新的概念：需要热能时，首先看看周围的介质中，有哪些现成的资源可以再利用，尽可能通过一种高效率的能量搬运装置-热泵，实现对自然界已有热能的回收、再利用，减少新增能源消耗，既循环利用，又节能减排，当然有助于解决能源危机，有助于解决地球变暖，大大减少温室气体排放，改善环境污染状况。

人们熟知的能量守恒定律，让我们忽略了“热泵”技术的热能搬运“杠杆”作用。即消耗一份能量，带动其它介质中已有热量的再利用，目标得到同样热能，但新消耗的高品位能源、石化燃料大大减少，实现节能减排。

热泵技术有很多种，空调、制冷系统内部核心机械系统采用的是一种压缩式热泵系统，就是利用机械压缩机强制实现某种媒介物质的物理状态“气--液”转换实现的“热泵”效果，可以高效率“搬运”热量，如空调压缩机，可以高效率将室内外的热量来回搬运，夏天，把房间的热量搬到室外；冬天把室外的热量搬到室内。其实这个原理也可以用于类似的食品加工、烘干、速冻环节，只要将工作区域之外的能量搬运到工作区域，使之处于高温，工作区域之外因热量减少、温度降低，整体没有大量产生新增热量，一定区域之内是能量冷热近乎中和平衡，对大环境基本上不排出热量，显然属于节能、减排。

空调设备，人们已经使用超过半个多世纪了，买空调的时候，当然要选择“能效比”高的产品，空调用一份电能消耗，可以把3-4倍以上的热能从室里搬到室外或从室外搬到室里。各种热泵搬运能量方法比能量转换方法，同等能源消耗，目标获得热量的效率高很多，最高可以达到几十倍，也就是得到同样热量的“搬运”设备新消耗能量理论上是原来消耗能源物质的几十分之一，明显节能。

这些年逐步推广开的水源热泵、地源热泵，也都是该原理的典型应用。遗憾的是，虽然能效比高，节能效果明显，但这些应用场合的设计温度太低，以输出温热水为主，主要用于空调、制冷、采暖、生活洗浴等，没有更高的工业利用价值，推广应用有局限性，同样难以产生更好的节能减排社会效益。

这主要由于人们一开始习惯于用热泵制冷，很少涉及高温，好像高温段有个不可逾越的“门槛”，再一次被人类自己的思维限制了自己的发展。现在理论、实践都已经证明，使用目前工业领域成熟的设备、工质，完全可以在保持较高效率的情况下，实现150摄氏度以上高温输出，使得这个大比例节能技术完全可以应用到众多的高耗能领域，实现能量（热量）的回收循环、高效再利用。

二、热泵节能产品应用

目前，在加热的过程中，通常都是消耗燃料燃烧、电能转化新产生热量，不是借用、利用其它系统的热能。而且能量转化利用的效率，最多也就是100%，有些如采用燃煤、燃气的情况，如常见天然气厨具，能源热利用效率也就不到50%。

在多年的工作实践中，常常遇到一些需要大量制热、且温度不是特别高的场合，比如食品加工、物品烘干、衣物熨烫烘干、高温消毒等。这些生产加工的车间和周边环境通常温度很高，改善环境的办法通常是通风、制冷。通风，则将所有产生的能量带到空气中直接浪费掉；如果用空调制冷，则空调系统本身消耗能量的同时，又必然会向大气排放热量。这些能量没有回收利用，造成热排放，也属于能造成地球变暖的因素之一。

例如，餐饮的厨房里面，大量的发热锅灶，产生的热量只有通风排出和散布到厨房空气中，使得厨房整体能耗很大、对环境排热量也很大，厨房内的工作温度也很高。如果采用“热泵”原理制作的蒸、煮、熬、炖、保温、制冷的灶具，可以高效率的从厨房空气、回收余热的热水中吸收热量供“热泵”灶具利用，灶具最后排出的热量又和周围变冷的空气中和，使之温度基本平衡，显然实现了节能、减排的目的。通过理论计算可以知道，这种应用情况下，能量消耗可以下降到原来的三分之一以下，对环境热排放则减少到四分之一或更低，同时实现人类梦寐以求的“冷厨房”概念，是全世界厨具行业的一次变革。

再例如，锅炉行业是工业领域现有技术的蒸汽锅炉通过电、油、天然气的燃烧能转换为热能。最多等值于燃烧放出的能量或电能提供的能量。能效比基本在85%以上，低于100%；即便将燃料燃烧产生的水汽冷凝，回收其中的汽化热以后，效率也只有105%。用热泵技术作为唯一热量来源设计的锅炉，热泵从其它介质中“搬运来”热能加热锅炉里的水，利用其它介质中的“免费”能量，特别是自然界已经存在于空气、土壤、水系的热量，以及人类生产生活中产生的排风、污水、废水里的热量，还可以是免费获得的温度较低的太阳能热水中的热能等，在输出温水、开水、蒸汽的时候，能效比理论值可以分别达到200%以上，远大于其它锅炉，实现大比例节能。作为一个常用设备大范围推广应用，可以获得较大的节能、减排、增效的社会效果。

三、热泵热能回收应用

仅以信息产业为例，2011年我国数据中心总耗电量达到700亿千瓦时，占全社会用电量的1.5%，相当于2011年天津市全年用电量。截止目前我国各类数据中心、云计算中心总量约40多万个，可容纳服务器约800万台。其中经营性数据中心（大型）机房上千个，未来5年，我国对数据中心流量处理能力的需求将增长7～10倍，机房面积再翻一番才能满足需求。endprint

这些数据中心规模稍稍大一点的，耗电都在上万千瓦，大型的数据中心一个就相当于一个火电站的耗电量。遗憾的就是，所有全世界的数据中心，都只考虑如何用“便宜”的方法，把计算机系统消耗电能产生的热从机房里“扔”出去，所以都想建在山顶上、电厂边、海边等利于自然散热、低成本散热的地方，没有人考虑把大量的热回收再利用的问题。

一个1万千瓦的数据中心，热量回收用于采暖，可以供12万平米住宅，所用的技术是成熟使用20年的“水源热泵”技术，仅仅需要思路打开，把原来通往冷却塔的热水，改通往水源热泵机组而已。这层“窗户纸”一旦捅破，全社会仅大型数据中心约合5000万千瓦，它的热能可以满足6亿平方米住宅供暖，每年仅供暖节约标准煤可以达到1800万吨以上。

推广开来，将热泵技术在能源综合利用的场合充分利用，实现将空气中的、污水里的、土壤里的、回收其它热源里的热量搬到生产、生活设备中循环利用，实现企业里面冷热作业面的热能调度，系统新增消耗的能量是原有能耗的几分之一，同样会大大提高能源的利用效率，减少对环境的综合能源排放。

国外已经利用海水的热能来淡化海水，消耗的电能是常规方法能耗的近十分之一，生产过程还可以输出生活用热水，为海岛和长期海上航行的轮船提供了很大的便利。

当热泵技术在能源挖掘、能源再生利用领域充分开发应用，结合不断发展的低温发电技术、低温动力技术，就能从变暖的地球空气中、水中、地热中、太阳能中获取取之不尽用之不竭的能量了，改变目前的能源日趋紧张的状况，让能量守恒定律保证人类有了用不完的能源和动力。

四、设想不远的将来：

轮船利用海水所含的热能作为动力，海水从船首吸入，从船尾排出，海水所含的热能，部分被热泵型发动机抽取，经过品质提高，用来给轮船提供蒸汽动力、提供淡水、提供生产生活用制冷、制热源，消耗的直接能源物质很少，几乎不消耗燃料！

火力发电厂、核电厂也利用热泵技术，将所有原来浪费的热能高效反复回收利用，经过汽轮机多次转换，几乎实现100%的热电转换效率，发电成本大大降低、对环境热排放几乎为零，用于冷却散热的水资源需求也近乎于零！

节能减排产业远没有到“江郎才尽”的阶段，呼吁大家不要老盯着那些LED、太阳能光伏、风能等投入产出比小、应用规模小、对高耗能工业环节几乎没有帮助的节能减排技术不放了！本文提出的能源应用理念的变革如果能得到重视和推广应用，钢铁厂、食品厂、奶粉厂、水泥厂、洗衣房、制药厂、污水处理厂、化工厂、轮胎厂、造纸厂等等，几乎每一个高耗能生产企业都有条件实现高效率、大幅度的热能回收利用！早已成熟的热泵热回收应用技术如能尽早推广实施，地球温室效应将会迅速改善，社会大幅减少石化燃料消耗，人类能源危机的情况一定会得到彻底改善！endprint