节能减排技术研发的尖兵

作者:澳门最正规网投平台 发布时间:2020-10-24 23:00

  不论是率先倡导热泵技术、大力推广建筑节能、迅速制定《空调通风系统清洗规范》国家标准,还是有效研究空调除垢装置并采用物理方法消灭冷却塔中的军团菌、积极研发微型空调系统、着力研究燃料电池的热物理过程和微重力性能,抑或是成功研发刚刚通过知名专家论证的单螺杆技术,这所有的科研成果背后,都凝聚着北京工业大学传热强化与过程节能教育部重点实验室暨北京市传热与能源利用重点实验室的全体科研人员的辛勤汗水。近日,本报记者采访了该实验室的领军人马重芳教授,走进了这个以基础研究为主转向基础研究、应用研究及产品研发并重,从单一学科研究转向多学科交叉研究,以及从国内科研逐步走向跨国交流与合作发展的重点实验室。

  北京工业大学传热强化与过程节能教育部重点实验室暨北京市传热与能源利用重点实验室主任马重芳教授,1964年毕业于我国著名学府中国科技大学,随即进入中国科学院力学研究所深造,1981年至1984年师从国际著名强化传热权威Bergles教授进行强化传热的基础研究。马重芳教授主要研究方向包括:强化传热及其在空调制冷中的应用、沸腾传热与射流冲击传热、电子系统冷却技术、内燃机传热、燃料电池、节能技术、抗垢技术、纳米应用技术、中央空调清洗、先进压缩机和热泵技术等。马教授带领的北京工业大学传热强化与过程节能教育部重点实验室暨北京市传热与能源利用重点实验室,在全体科研成员近10年的共同努力下,主要将其自身定位于强调学科交叉点、科技制高点和市场切入点的整合,注重问题的整体解决方案,尤其重视其实际的工程应用,以解决国家重大需求的实际问题。

  从以上的研究内容和方向,我们不难看出马重芳教授的研究领域以传热强化与过程节能为核心,辐射到新能源利用的方方面面。马重芳教授不仅知识渊博、治学严谨,更可贵的是他在学术上不断追求,勇于创新的精神,他在美、日、俄等国学习和工作了近7年,博采各国之长,贡献于祖国的社会主义建设,拳拳爱国之心体现于实际行动,这一点我们可以从他催生了整个空调清洗产业的事例中明显看出。

  相信大家都会记得2003年的那个夏天,这个夏天与以往的夏天大不相同,因为它不仅仅是让人酷热难耐,它还让人在体会着酷热的同时,经受着对传染病的极大恐慌,因为那一年SARS(非典)肆虐,当时的公共场所都是格外的冷清,遇到的人们大都是戴着形态各异的口罩。然而就是在此种情况下,当更多的人思考着如何躲避疾病、深居简出的时候,马重芳教授却把目光锁定在了常常只为人用、而常不为人思的中央空调清洗技术之上。

  据马教授观察,这些平时看似便捷、舒适的设备,实则却隐藏着巨大的卫生隐患,因为只是长期使用它,却并不见人们对其进行定期清洗,这必然会导致长期封闭的风道内细菌滋生、灰尘泛滥,从某种意义上说,它是人们借以呼吸的窗口,因而空调也有可能暗藏隐患。因此,马教授在2003年5月23日下午,带领实验室的相关人员,到国家标准化研究中心,就制定“空调通风系统清洗规范”国家标准问题的具体事宜进行商谈,并立即起草了制定标准的申请文件。仅仅用了3天,于5月26日 ,制定“空调通风系统清洗规范”国家标准的申请就得到了国家有关部门的批准,并要求在抗击非典的严峻形势下,尽快在1个月内完成该标准的制定。在马重芳教授与吴玉庭、赵跃进等研究人员夜以继日的努力下,6月中旬就完成了该标准的初稿,6月30日此标准正式颁布。一项国家标准就此诞生,而这整个过程仅仅用了30多天,这充分展示了北京工业大学和国家标准研究院协调工作的雷厉风行和极高效率。这项国标完成以后,马教授及其团队又随后成功研制了清洗机器人,并完成了清洗示范工程。如今,空调清洗已形成规模巨大的新兴产业,潜在市场数以10亿计,其社会效益更是难以估计的。

  目前重点实验室的研发重点已经成功地转向了可再生能源和节能减排技术的研发。单螺杆膨胀动力机在“863”项目的支持下已经完成了加工,正准备开展试验工作。这种新型动力机的研制和运行迄今尚未见于任何公开文献的报道。重量只有10公斤左右螺杆直径42毫米的单螺杆制冷压缩机已经完成了装配,目前这种微小型单螺杆制冷压缩机也未见于任何文献报道。同时以R22和氨为制冷剂的单螺杆压缩机驱动的热泵与制冷系统已取得了重要进展,这将进一步推动我国自有知识产权热泵技术的发展,特别应当关注的是基于有机朗肯循环单螺杆膨胀机驱动的太阳能热发电系统已经完成了设计,正在加紧建设中。

  记者知道马重芳教授参与国家重点基础研究发展计划(“973”计划)节能领域的科学研究,已近10年之久,现在还是该计划能源领域的专家咨询组成员,因此,就向他提出了:能源节能领域是不是也有重大的基础科学问题,如果有的话,这些基础问题的突破对我国的节能减排是否会产生重大的影响?记者知道这个看似简单的问题实际上在学术界也有不同的看法,如能引起深入的研究和讨论,应该有助于节能工作的开展。马教授认真地说:“节能问题全球关注,世界各国都在寻求新的技术突破,以缓解能源价格迅速上涨所带来的巨大压力。我们国家起步较早,在2000年,就已将高校节能的关键科学问题列入“973”计划,给予经费支持,成为“973”计划中节能领域基础科学问题研究的第一个项目。我本人也有幸参加了此项工作,有关节能科学的研究工作大体可以从以下4个方面进行深入的研究。”

  能量的传递(Heat Transfer)。我们利用的能源中大部分都是热能,各类热工设备包括动力设备、热力设备和制冷设备在运行中都存在着传热过程,为了提高能量利用效率,需要强化、控制传热过程。另一个问题是如何减少结垢,每年由于结垢所造成的经济损失数以10亿计。抗垢技术的发展具有重大的节能效益,也是传热学研究中尚未很好解决的重大基础问题。

  能量的储存(Heat Storage)。它在工程中具有很大的应用价值,同时也是一个难度极大的基础科学问题,高温热能的储存应该引起我们更大的关注,使用熔融盐蓄热材料可能为这个问题的解决开拓新的应用前景。

  能量的转换(Heat Conversion)。这是节能科学研究的关键问题,这个过程较能量的传递、储存更为复杂。事实上,人类目前使用的能源绝大部分都是来自化石燃料,化石燃料的燃烧将化学能转化为热能,然后再通过热功转换将热能转换为机械能和电能,这样的能量转换过程满足了人类目前对能源的绝大部分需求。核裂变产生的热能以及太阳能热发电、地热能发电以及生物质能的燃烧也都要通过热功转换,为人类社会提供二次能源。为了提高热功转换效率,马教授认为我们至少要开展以下5个方面的研究:①热力循环。深入开展热力循环的分析,创立新型的联合循环提高热功转换效率。②工质及热物性的研究。空气和水是普遍采用的工质,在高温和低温工况下,寻求价格低廉、工作可靠的新型高效工质,并对其热物特性进行深入的研究,是能源利用中重大的基础科学问题。③单相与多相流动。叶轮机械的气动热力学以及多相流科学的发展对于能源技术的发展至关重要。④单相与相变传热的强化与控制。场协同理论在对流传热中得到了成功应用,怎样进一步把它推广到相变传热的强化,以改进动力与制冷系统蒸发器与冷凝器的工作性能,具有重要的学科与工程价值。⑤压缩与膨胀。压缩与膨胀是动力与制冷工业的基本物理现象,同时也对能源效率的提高起着关键性作用。压缩与膨胀过程的深入研究,对改进压缩机与膨胀机的工作效率有着至关重要的影响,新型压缩机与膨胀机如单螺杆技术的应用值得我们给予更大的关注。

  能量的利用(Heat Utilization)。开展对先进的能源利用技术进行研究,马教授认为我们可以就若干技术突破的战略方向来对这个问题进行初步的探讨:

  新型混合动力车辆的发展 内燃机的排气带走的热能,与转化成有效功的热能基本相当,利用废气加热有机工质将狄塞尔循环/奥托循环与有机朗肯循环相复合,通过新型高效紧凑式膨胀机的应用增大发动机的输出功率,减少燃油的消耗,将形成新型混合动力车辆。德国BMW(宝马)公司利用这种技术已将轿车的动力增加了20%,大幅度地降低了油耗。国际上对此项技术发展十分重视,我们应力争抓住这一方向,为我国汽车工业的发展寻求新的挑战和机遇。

  低温热源的高效热功转换 300℃以下的低温热源存在于各个工业部门,通常难以用于热功转换,有机朗肯循环和新型膨胀动力机应用已使得100℃以下的热源实现了梯级利用,先产生电力,然后用于供暖,这种技术不仅用于余热发电,还可用于太阳能和地热。

  分布式能源技术的发展 分布式能源系统对于保障能源安全、提高能源利用效率,均有重要的战略意义。同时相关的技术发展必然可以推动小型和微型余热余压发电技术装备的发展,甚至可能把这种能源技术实现家电化,用于居民和家庭。

  液化天然气(LNG)冷能利用技术 天然气是一种较清洁的化石能源,日益受到世界各国的高度重视。LNG的制备每吨耗能高达380度电(即380kWh),在LNG运抵口岸后,利用天然气的冷能可以回收制备过程中消耗的一部分能量,我国输入的LNG总量正在迅速上升,此项技术的实现每年可生产数以10亿度计的电能,具有重要的战略价值。此项技术涉及热力循环分析、动力膨胀机械和换热器换热技术的发展,是我们在节能领域面临的新挑战。

  以上4个重要的技术突破方向已经受到了世界各国的重视,技术解决的方案无疑是多途径的,将有机朗肯循环和先进的单螺杆技术相结合可能是一种先进的解决方案,北京工业大学重点实验室期待着与国内外的研究机构和产业部门进行有效的联合与合作,也希望国内外的专家学者开展更深入的研讨,为实现节能减排这一全人类共同发展的目标作出自己的贡献。


澳门最正规网投平台
© 2013 北京格林吉能源科技有限公司.版权所有