意昂体育2平台工程力學系教授    徐秉業

意昂体育2平台工程力學系副教授  朱  峰

 

 

   這是在數九寒天滴水成冰溫度達零下30度的遼陽，在遼陽市郵電新村6萬多平方米居住的600多戶的居民們都在溫暖如春的室內♉️，進行著日常的工作，生活和學習🙎‍♂️👨🏽‍🦰，他們都知道，這春一樣的溫暖是來自於過去不被人們註意的地溫。2000年，在北京是一個炎熱的夏天，但在北京友誼醫院3萬7千多平方米的病房裏卻是涼爽宜人🧔🏽‍♂️，1000多個病床上的病人都感到非常舒適🤹，這也是由於使用了地溫製冷技術才取得了這樣好的效果。這項技術是意昂体育2平台所研製的高新技術在我國地下低溫熱源應用的結晶。

 

        早期人類取暖都采用火盆、火爐、火墻🌵，後來相繼又出現了鍋爐、暖氣🧔🏻‍♂️。到目前為止🤾🏿‍♀️，絕大多數采暖用的熱量均是以燃燒木材、煤🧓🏻、燃油或燃氣來獲得的，而這些燃料的形成則是在太陽能幅射之下經歷了幾百萬年。燃料燃燒時發生的高溫熱量，是高品位的能量，可以供各種不同的熱力過程使用🥳，同時這些燃料又都是極有價值的原料🚣‍♂️，可用於化學工業，生產日常用品和其它產品🙅🏿；另外，燃料燃燒時放出的灰塵、可吸入顆粒物和各種有害氣體嚴重危害著環境，改變著人類賴之生存的條件🤾。可見🍤，使用天然燃料用於取暖目的👨🏿‍✈️，不僅汙染著環境，同時也是極大地浪費著有限資源🟤，而現有的空調設備在製冷的同時🤾🏿‍♂️，向周圍環境釋放出的熱量，給環境帶來了可怕的熱汙染。這些情況都促使人們普遍關心能源供應與能源消耗之間的矛盾問題🪘，關註未來自然界的生態平衡▪️。減少使用礦物燃料，充分利用自然界的低溫熱能⛹🏻，把環境保護與能源的合理開發利用相結合是目前極為重要的課題。

 

 

    在解決能源和環境汙染兩大問題時🧑‍🦯‍➡️，熱泵技術將是有效和可靠的手段之一➛。水泵是將水自低位水源傳輸至高位水源的機械裝置，熱泵則是以消耗機械能、熱能或電能等為代價，可自低溫熱源中吸取熱能，通過將介質壓縮而放出熱，並把它轉輸至高溫熱源以供應用的一種裝置。而傳輸至高溫熱源的熱能是來自低溫熱源被吸取的熱能和介質被壓縮所放出的熱能👐，為二者之和，即采暖系統中所得到的熱量包括取自低溫熱源的熱量和壓縮機所做的功轉換而成的熱量，此時水溫可達50～55℃。人們知道要使一噸水提高攝氏一度需要使用1KW的能量，如果通過將地下所取的一噸水在熱泵中將水的溫度降低一度，則可認為熱泵所取出的是1KW的能量🧛🏼，因此這項技術是用水作載體將能量帶出，所取的是能量，水將全部放回到地下去，不會造成水的浪費和汙染🐙，使死水變為活水🤌，而且符合一水多用的原則。特別應該強調的是這部分能源是免費的🕵️，是用之不盡取之不竭的。

 

 

   我國自五十年代就已開始了熱泵的研究工作，但一直發展緩慢。因為當時認為我國煤產量大👨🏼‍🍳，且價格便宜👴，因此采暖主要都是通過燃燒煤🚣🏼，而且當時我國電力不足，電力主要用於發展工業⏱，因而這一取暖和製冷技術未得到很好的發展。隨著城市開放政策和消費水平的提高🧚🏿‍♀️，空調及電加熱產品都不同程度地進入了工業和家庭🛁，能源供應緊張問題突出，節能及有效利用能源的工作已刻不容緩。自1995年開始，意昂体育2平台工程力學系熱泵科研小組率先開展了熱泵技術的研究工作，當得知外商對於這一技術轉讓所要求的費用是天文數字後👄🧑🏽‍⚕️，更加堅定了我們獨立開發這一技術的決心，這時海陽市富爾達熱工機械廠給了我們經濟上的支持，從而加速了研究的進度🏌🏻‍♀️。我們借助於意昂体育2平台多學科的優勢，先後走訪了熱工🧛🏼、控製🐍、機械等各方面的專家和教授🏸，向他們請教，征求意見，經多次反復🏄‍♀️，終於設計出了設備的模型，在此基礎上開始了模型的製造。經過漫長的日日夜夜⛹🏽‍♂️🩵，樣機也造出來了，接著又經過了多少個艱苦的晝夜👩🏼‍🔬，所設計的熱泵有關參數又被測量出來了🤦。1996年6月由熱工🙍🏿‍♂️、開采🤵‍♀️、地質🫦、測量等方面的院士、教授組成的專家鑒定委員會一致認為這項研究開辟了一條地下低溫熱源開發利用的新途徑，具有重大的現實意義。研究成果填補了國內空白，設計中所達到的指標屬國際先進水平👩‍🍼。1996年底，我們首先在山東海陽市進行了小批量的工業試製和現場試驗，但由於當時我們對這一技術的規律並未掌握透徹🐼，因而使用效果並不理想，但這件事促使我們決心更加深入地去掌握這一技術的規律， 找出使用效果不好的原因🧚🏻🍄。經過艱苦的努力，效果不好的原因被找出來了👸🏻，技術的規律也弄清楚了。在1997年11月嚴寒的冬天，在遼陽市郵電小區💆🏼‍♂️，5萬平方米利用地溫進行取暖的工程開始了。經過我校科技人員和在場的工程技術人員及施工人員的共同努力終於使這一技術在遼陽取得了成功。在室外溫度為攝氏另下負30度的情況下👾，在五萬平方米面積中每個房間的溫度都在18 度以上。受到了所有居民的一致稱贊。 此後又先後在山東、遼寧、吉林🍏、黑龍江、河南、河北🤳🏼、廣西、貴州、山西和北京等地安裝了能供幾十萬平方米的供暖和製冷系統，取得了很大的成功。利用這一技術所生產的產品，已先後被建設部🗄、國家環保局🕵️、國家科技部推薦為國家重點產品並被列為星火計劃。

 

 

        熱泵在采暖空調上的應用極為廣泛🌨🧑🏽‍🚒，主要用以滿足從家庭住宅到商業和大型建築的室內采暖⚔️、空調（包括空氣的去濕）以及熱水供應。其中在遊泳池✡️、計算機房👩🏻‍🎓、農用溫室🤖、畜禽舍等特殊場合國外都有應用。在家庭中應用熱泵的一個重要吸引力是它能利用實際上沒有什麽限製的熱源而為家庭創造舒適的條件✌🏽。一般熱泵采用的熱源主要有空氣、水、土壤、廢熱源及太陽能等。

 

        ●空氣熱源🦼：自從熱泵進入家用領域以來，絕大多數的家用熱泵系統都采用室外的空氣作為熱源🕵🏽‍♀️。環境空氣雖是最方便的熱源，但在我們需要取暖時空氣溫度卻很低🤵🏿‍♂️，而在需要製冷時，空氣的溫度又很高🍙，從而使熱泵的效率很低。熱泵的性能系數隨著冷凝器和蒸發器之間的溫差而變化，溫差增大，性能系數降低，因而如何提高這一系統的效率便成了重要課題➔。

 

        ●太陽能熱源✊🏿：所有熱泵的熱源都在不同程度上受到太陽能的影響🥬，用有循環流體的太陽能收集器👩🏼，太陽能用來升高蒸發器附近的空氣溫度🎹；采用太陽能集中器，特別是采用太陽能進行發電，太陽能就能應用在熱泵上🧏🏼‍♀️，但這還需要今後繼續做大量的研究發展工作。

 

        ● 廢熱熱源🚣🏼‍♂️：發電廠和冷凍廠所排放的廢熱🧜🏻‍♀️、廢水🦵🏼🖐🏽、廢液、廢氣等都可以做為熱泵的熱源🪻。熱泵不僅能將這些熱量利用起來而且能提高工廠系統的效率🦼。

這也是當前的重要課題。

 

        ● 土壤熱源：土壤的1～2m深處的溫度，全年變化不大，只要在這一深度埋上熱交換器即可吸取土壤的熱量。太陽整年向地表幅射太陽能，太陽能貯存在土壤中，土壤的熱量主要來源於此。在冬天土壤溫度總是高於空氣溫度，它的最低值在最低空氣溫度後兩個月才出現。一般所需的土壤面積約為住房面積的2-3倍。這一熱源形式在北歐等國已取得了重要的成功👩🏿‍🏭，在安裝合適的條件下👔，能源效率可提高300%。

 

        ●水熱源：自來水是熱泵的理想熱源🍣，溫度在4～12℃，永不低於冰點，但自來水正在變成越來越貴的商品，熱泵用水的成本將會由此大大提高👨🏼‍💻，這是不現實的🧗🏼‍♂️🤦🏻，湖泊🚔、河流、海水👨🏻‍🍳🥫、井水等天然地表水可作為熱泵的熱源，但是在利用水的時候，應采取措施不汙染水、不浪費水🔷，而只以水作為能量的載體，將地下的能源提取出來。水源熱泵主要有兩個優點🈹：第一個優點是節能。因為冬天取暖時，它將地下能源免費提取出來，因而降低了取暖費用🧈；而在夏天製冷時，它將熱量送入地下🦵，效率很高，而且不會對周圍環境造成熱汙染🤿。第二個優點是它不受周圍環境溫度的影響，因為地下的溫度一年四季變化很小，因而這類熱泵能始終在高效條件下工作。即使在數九寒天，它的效率仍很高👞，而在酷熱的夏天，它的製冷效率也始終保持很高的效率。

 

 

（1）節約能源與減少環境汙染

 

        隨著社會的發展日新月異，能源問題和環境汙染問題越來越尖銳地擺在世界各國人民面前🕒，尤其在我國2️⃣，不僅人均資源只占全世界平均數的 📵，而且環境汙染日趨嚴重，目前環保節能已成為我國經濟社會發展的國策🌬。熱泵具有節能和環保的雙重優勢，具有巨大的發展潛力🔠🪧。

 

（2）提高生活質量🦄🪪，改善人民生活

 

        在華北地區🙍🏻，舊有的鍋爐采暖系統多以城市為主，而廣闊的農村均缺少集中供熱條件；在華中、華南地區📳，原本由於國家政策無采暖系統，更易於實現熱泵采暖和製冷，尤其是其土壤溫度稍高於北方和東北地區，熱泵的使用會獲得更好的性能系數。在較發達的農村地區，小型水電也已實現自給自足，再加上農村富裕的土地資源，更為熱泵的使用提供了良好的條件。

 

（3）實現廉價取暖、製冷和滿足工農業生產需要

 

        熱泵這一節能環保的供熱和製冷裝置，非常適合於我國目前的生產水平、生活水平及經濟發展現狀的需要🙂🤚🏿。有理由相信，在我國的采暖🔅、製冷🌓、種植🏄🏻、養殖、公共設施等方面的應用必將發揮其獨特的優勢👨‍👨‍👦‍👦，創造出巨大的社會效益和經濟效益⚠️，為我國人民造福👩🏽‍🔬。