重视环境热源 利用可再生能源——记哈尔滨工业大学孙德兴教授

2009-10-05

重视环境热源 利用可再生能源——记哈尔滨工业大学孙德兴教授

 建筑物的采暖与空调是能耗大户，而且大部分是靠消耗煤、油、气等化石能源。针对化石能源将在百多年内穷尽，以及燃烧造成的全球气候变暖问题，寻找非化石的替代能源，更有效地节能减排已成为地球人的头等重要大事。与太阳能、风能、潮汐能、地热等可替代能源同等重要，自然界的水与空气中还蕴藏有极大量的环境低位热源。全国每年排放城市生活污水500亿吨左右，其温度适宜稳定，冬季在严寒地区也有10℃以上，是丰富的热源；夏季空调废热排放处多为20几摄氏度；全国江河湖海水中的热能资源更是丰富。而在我国的可再生能源法中，尚没有将环境热源列入可再生能源。在孙德兴教授看来这是一个疏漏。

防阻机与城市污水原热泵系统试验台
 哈尔滨工业大学孙德兴教授研究利用水源热泵来使用少量电能从环境水体中攫取大量冷、热能量去满足建筑物对冷、热的需求。热泵是用电驱动的，每耗费一份电能，可吸取三份左右环境热能，从而供给房间四份热量。计入发电时所消耗的煤资源，与燃煤供热相比，能够节煤一半以上。每使用一吨环境水作热泵的冷、热源，可少燃煤1-2kg，相当于可少向大气排放3-6kg，另一个巨大的环保价值体现在避免对城市空气的热污染方面。传统的水冷机组空调，或者分体空调都是将废热向大气中排放。“空调越开，城市越热”。而水源热泵在夏季空调时房间中的废热都是被排放到了水体中。这对北京、上海、广州等建筑物密集的大城市尤为重要。
 热泵本是百多年来成熟的技术，然而却一直得不到成规模的发展，原因在于“源难找”。热泵需要环境水作热源，该水必须是有足够的量，合适的温度，还必须解决该水对换热设备的堵塞、污染与腐蚀问题。特别是后者，引环境水进设备的换热属“开式换热”，与通常固定水量内部循环的闭式换热不同，进入设备的污杂物总量是向无穷大积累的。这正是热泵技术长期无法发展的瓶颈。
 孙德兴教授领导的课题组正是在这个瓶颈问题上取得了突破性的进展，从2003年获批发明专利：“城市污水冷热源的应用方法与装置”开始，在全世界范围内率先使用完全没有经过处理的城市原生污水作为热源，建成热泵系统为哈尔滨望江宾馆15000平方米的宾馆建筑供热。此后的发明专利“设置有滚筒格栅的城市污水水力自清方法及其装置”发展并完善了专利技术，已做到可令极脏的城市原生污水到设备中安全、可靠地换热。利用该技术已在全国各省成功建成十余个污水源热泵系统获取热能为万米以上建筑物夏季取暖，冬季空调，全年供热水。

 针对我国华北或以北地区冬季的地面水封冻的问题，孙德兴教授和课题组还开发了提取冷水凝固热的技术。一公斤水结冰时释放的凝固热为80千卡，而一公斤水降温一度人们才获取1千卡热量。上述专利已使我国广大地区包括东北、西北严寒地区在严寒的冬季有了取之不尽，用之不竭的水源热源。在采用城市污水作热源时，也将不再存在建筑物附近水量不足的问题。用提取凝固热的方法，本栋楼排放生活污水中所含的热能将可绰绰有余地供应本栋楼采暖。水源热泵的“源”不再难找了，可开发的前景无比光明。面对节能减排这个全球的头等大事，孙德兴教授正在带领课题组完善并推广已有技术，开发新的技术。