能源利用理念變革必將帶來節能減排領域的一次新突破

　　節能減排領域一直被一個問題困擾，就是沒有大比例節能技術，現有的節能技術不能用于生產的主要環節和高耗能應用場合，節能減排工作通常是投入大、回報小，在企業、社會上“叫好不叫座”，最多也是節能但不節錢。現在，我們建議轉變人們千百年形成的慣性思維，發動一次能源應用理念的變革，進一步開發、利用成熟的熱泵技術，實現30%~90%以上的節能率，將熱泵技術廣泛應用在各行業生產過程的高耗能環節。大比例節能技術用于高耗能生產環節，才能產生明顯的經濟效益和社會效益!也將帶來節能減排領域的一次新突破!

　　一、技術原理和最新進展

　　人類千百年來養成一個慣性思維：需要熱量，就習慣用傳統的煤、氣、油、電等能源轉換成熱能來利用。現在我們提出一個新的概念：需要熱能時，首先看看周圍的介質中，有哪些現成的資源可以再利用，盡可能通過一種高效率的能量搬運裝置-熱泵，實現對自然界已有熱能的回收、再利用，減少新增能源消耗，既循環利用、又節能減排，當然有助于解決能源危機、有助于解決地球變暖，大大減少溫室氣體排放，改善環境污染情況。

　　人們熟知的能量守恒定律，讓我們許多人忽略了“熱泵”技術的熱能搬運 “杠桿”作用。即消耗一份能量，帶動其它介質中已有熱量的再利用，目標得到同樣熱能，但新消耗的高品位能源、石化燃料大大減少，實現節能減排。

　　熱泵技術有很多種，空調、制冷系統內部核心機械系統采用的是一種壓縮式熱泵系統，就是利用機械壓縮機強制實現某種媒介物質的物理狀態“氣--液”轉換實現的“熱泵”效果，可以高效率“搬運”熱量，如空調壓縮機，可以高效率將室內外的熱量來回搬運，夏天，把房間的熱量搬到室外;冬天把室外的熱量搬到室內。其實這個原理也可以用于類似的食品加工、烘干、速凍環節，只要將工作區域之外的能量搬運到工作區域，使之處于高溫，工作區域之外因熱量減少、溫度降低，整體沒有大量產生新增熱量，一定區域之內是能量冷熱近乎中和平衡，對大環境基本上不排出熱量，顯然屬于節能、減排。

　　空調這個設備，人們已經使用超過半個多世紀了!買空調的時候，當然要選擇“能效比”高的產品，空調用一份電能消耗，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。各種熱泵搬運能量方法比能量轉換方法，同等能源消耗，目標獲得熱量的效率高很多，最高可以達到幾十倍，也就是得到同樣熱量的“搬運”設備新消耗能量理論上是原來消耗能源物質的幾十分之一，明顯節能!

　　這些年逐步推廣開的水源熱泵、地源熱泵，也都是該原理的典型應用。遺憾的是，雖然能效比高，節能效果明顯，但這些應用場合的設計溫度太低，以輸出溫熱水為主，主要用于空調、制冷、采暖、生活洗浴等，沒有更高的工業利用價值，推廣應用有局限性，同樣難以產生更好的節能減排社會效益。

　　這主要由于人們一開始習慣于用熱泵制冷，很少涉及高溫，好像高溫段有個不可逾越的“門檻”，再一次被人類自己的思維限制了自己的發展!現在理論、實踐都已經證明，使用目前工業領域成熟的設備、工質，完全可以在保持較高效率的情況下，實現150攝氏度以上高溫輸出，使得這個大比例節能技術完全可以、馬上應用到眾多的高耗能領域，實現能量(熱量)的回收循環、高效再利用!

　　二、熱泵節能產品應用

　　目前，在加熱的過程中，通常都是消耗燃料燃燒、電能轉化新產生熱量，不是借用、利用其它系統的熱能。而且能量轉化利用的效率，最多也就是100%，有些如采用燃煤、燃氣的情況，如常見天然氣廚具，能源熱利用效率也就不到50%。

　　在多年的工作實踐中，常常遇到一些需要大量制熱、且溫度不是特別高的場合，比如食品加工、物品烘干、衣物熨燙烘干、高溫消毒等。這些生產加工的車間和周邊環境通常溫度很高，改善環境的辦法通常是通風、制冷。通風，則將所有產生的能量帶到空氣中直接浪費掉;如果用空調制冷，則空調系統本身消耗能量的同時，又必然會向大氣排放熱量。這些能量沒有回收利用，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，大量的發熱鍋灶，產生的熱量只有通風排出和散布到廚房空氣中，使得廚房整體能耗很大、對環境排熱量也很大，廚房內的工作溫度也很高!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，顯然實現了節能、減排的目的。通過理論計算可以知道，這種應用情況下，能量消耗可以下降到原來的三分之一以下，對環境熱排放則減少到四分之一或更低，同時實現人類幾百年來夢寐以求的“冷廚房”概念，是全世界廚具行業的一次變革!

　　再例如，鍋爐行業是工業領域現有技術的蒸汽鍋爐通過電、油、天然氣的燃燒能轉換為熱能。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%。用熱泵技術作為唯一熱量來源設計的鍋爐，熱泵從其它介質中“搬運來”熱能加熱鍋爐里的水，利用其它介質中的“免費”能量，特別是自然界已經存在于空氣、土壤、水系的熱量，以及人類生產生活中產生的排風、污水、廢水里的熱量，還可以是免費獲得的溫度較低的太陽能熱水中的熱能等，在輸出溫水、開水、蒸汽的時候，能效比理論值可以分別達到600%、300%、200%以上，遠大于其它鍋爐, 實現大比例節能!作為一個常用設備大范圍推廣應用，可以獲得較大的節能、減排、增效的社會效果。

　　三、熱泵熱能回收應用

　　僅以信息產業為例，2011年我國數據中心總耗電量達到700億千瓦時，占全社會用電量的1.5%，相當于2011年天津市全年用電量。 截止目前我國各類數據中心、云計算中心總量約40多萬個，可容納服務器約800萬臺。其中經營性數據中心(大型)機房上千個，未來5年，我國對數據中心流量處理能力的需求將增長7-10倍，機房面積再翻一番才能滿足需求。

　　這些數據中心規模稍稍大一點的，耗電都在上萬千瓦，大型的數據中心一個就相當于一個火電站的耗電量。遺憾的就是，所有全世界的數據中心，都只考慮如何用“便宜”的方法，把計算機系統消耗電能產生的熱從機房里“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，沒有人考慮把大量的熱回收再利用的問題!

　　“大象小的時候用一個小木樁拴住，它慢慢長大成一頭巨象，主人還是可以用一個小木樁拴住它!”數據中心的能源利用現狀，也是幾十年前第一個數據中心出現的時候，技術條件限制，“拴住”了我們的思想，讓人們形成了同樣的慣性思維，是時候必須打破了!

　　一個1萬千瓦的數據中心，熱量回收用于采暖，可以供12萬平米住宅，所用的技術是成熟使用20年的“水源熱泵”技術，僅僅需要思路打開，把原來通往冷卻塔的熱水，改通往水源熱泵機組而已。這層“窗戶紙”一旦捅破，全社會僅大型數據中心約合5000萬千瓦，它的熱能可以滿足6億平方米住宅供暖，每年僅供暖節約標準煤可以達到1800萬噸以上!相當于數十個大中型煤礦的產能!類似的變革還會在很多行業里面發生!

　　推廣開來，將熱泵技術在能源綜合利用的場合充分利用，實現將空氣中的、污水里的、土壤里的、回收其它熱源里的熱量搬到生產、生活設備中循環利用，實現企業里面冷熱作業面的熱能調度，系統新增消耗的能量是原有能耗的幾分之一，同樣會大大提高能源的利用效率，減少對環境的綜合能源排放!

　　國外已經利用海水的熱能來淡化海水，消耗的電能是常規方法能耗的近十分之一，生產過程還可以輸出生活用熱水，為海島和長期海上航行的輪船提供了很大的便利。

　　當熱泵技術在能源挖掘、能源再生利用領域充分開發應用，結合不斷發展的低溫發電技術、低溫動力技術，就能從變暖的地球空氣中、水中、地熱中、太陽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力!地球也沒有日益變暖的危險了。

　　四、設想不遠的將來：

　　輪船利用海水所含的熱能作為動力，海水從船首吸入，從船尾排出，海水所含的熱能，部分被熱泵型發動機抽取，經過品質提高，用來給輪船提供蒸汽動力、提供淡水、提供生產生活用制冷、制熱源，消耗的直接能源物質很少，幾乎不消耗燃料!

　　火力發電廠、核電廠也利用熱泵技術，將所有原來浪費的熱能高效反復回收利用，經過汽輪機多次轉換，幾乎實現100%的熱電轉換效率，發電成本大大降低、對環境熱排放幾乎為零，用于冷卻散熱的水資源需求也近乎于零!

　　節能減排產業遠沒有到“江郎才盡”的階段，呼吁大家不要老盯著那些LED、太陽能光伏、風能等投入產出比小、應用規模小、對高耗能工業環節幾乎沒有幫助的節能減排技術不放了!本文提出的能源應用理念的變革如果能得到重視和推廣應用，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，幾乎每一個高耗能生產企業都有條件實現高效率、大幅度的熱能回收利用!早已成熟的熱泵熱回收應用技術如能盡早推廣實施，地球溫室效應將會迅速改善，社會大幅減少石化燃料消耗，人類能源危機的情況一定會得到徹底改善!