空气能可再生　新技术让它进入千家万户

核心提示

　　在能源危机日益成为人们关注热点话题的今天，空气能，这种取之不尽用之不竭的清洁、可再生优质能源，正逐渐被各国所重视，并正走进我们的生活。

　　能源，已经成为全球关注的焦点。在我国，能源的使用已经被提到关乎国家生存发展的战略高度。我国从2006年1月1日起实施的《可再生能源法》，各种性质的能源应用史无前例地得到关注和重视。

    那么可再生能源有哪些呢？许多人都知道风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等非化石能源都是可再生能源，这是对的。但许多人不知道空气中其实也含有能量，空气无时无处不在我们周围，按照目前的技术和应用上来说，从空气中提取能量要比从海洋、河流、地下土壤、植物秸秆获取能量方便得多。所以发展空气能正被许多国家所看好。

    空气数量无限，其能量也无限，但它不是无条件都能被利用的。那么空气能是什么性质的能量，我们应当怎么开发利用它，目前开发应用的技术如何，普及的前景怎样，还存在哪些困难等等，在这里，我向大家作一个简要的介绍。

    空气能是可利用的再生能源

    我们身边充满空气，空气中包含氮气、氧气、水蒸气、二氧化碳等。广义地说空气能是指空气在无化学变化而有物理变化时所产生的能量。

    空气的物理变化有温度变化、流速变化、气压变化和湿度变化。空气的任何一种变化都伴有能量变化。比如，空气温度降低时会放出热能，吸收了热能后温度就会升高；流动空气称为风，蕴藏有动能；气压变化伴有压力能变化，会形成风，会改变地面水分蒸发，形成风能；湿度增大要吸收潜热能。

    知道这些知识后，我们就可以根据空气的温度、流速、湿度的变化设计不同利用空气能的方案，这些方法归结为两类：一种是热能利用；一种是转化为机械能或再转为电能，后者通常另列为风能利用。

    我们通常所称的空气能利用，就是指空气中热能利用，包括显热能和潜热能两种。例如，干燥空气有吸收水蒸气的能力，可利用干燥的空气使水分蒸发，降低水温，再把低温水送到室内风机盘管，吸收室内空气热量，实现制冷。

    开发利用空气能有巨大的经济和社会效益空气是多种气体的混合物，是能量载体，大气其实就是个取之不尽用之不竭的大热库。

    空气中所含的能量来

源于太阳的直接辐射，受太阳照射地面的加热，人类一切活动，开动的汽车，转动的机器等所消耗的化石能源、原子能、生物能，**终都变为热能存于空气中。空气能量的失散主要是夜晚对太空辐射放热而降温。

    节能减排是国策，在开展节能中不仅要考察能量数量节约，更要考察能量品位的合理利用。把高品位能量转化为低品位的能量使用，是能量的巨大浪费！

    目前，市面上大量销售的燃气、电热水器所需消耗的热能像煤炭、石油、天然气等，都是宝贵的不可再生能源。我们必须倡导科学地使用能源，要充分注意能量品位的有效利用，尽量减少使用高品位的、一次性石化能源来满足低温加热的需求。

我们日常生活所需的热水，40℃至50℃足够了，如果选用可以烧出上千度高温的电、油或燃气来完成简单的低温加热需求，这是极大的能源浪费，其中大约70%的电量是煤电，而且煤、油和气在燃烧过程中产生大量的热损耗和废气排放，会造成空气污染，既不科学又不经济。

    另一方面，由于我们过度使用矿物燃料，使空气中二氧化碳含量越来越高，空气中得到的热量越来越多，而辐射给太空的热量越来越少，空气的平均气温只能越来越高，这就是我们今天常说的“温室效应”。

    空气中能量越来越多，但这不是好事，这种能量不是随便可用，它只能对热库温度不同的场合可用。空气热库能量增加使天气异常，自然灾害频繁，极地冰山融化，海平面上升，生物体系受到破坏，**终威胁人类生存。

    我们国家目前正在大力建设节约型社会，用好空气能可以节约许多高品位能，并减少大气中二氧化碳含量的增加，具有巨大的经济和社会效益，它不仅给我们带来福音，而且还会使子孙万代受益匪浅。用好空气能的事业应该被全社会重视。

    空气能开发利用已成为现实

    能量有品质高低之分，机械能、电能是**高品位的能量，而热量的品位是以它转化为电能的理论效率——卡诺热机的效率来表示的。在热力学上认为大气的空气能的品位是0，它不能用于发电。但空气能确实存在，零品位的空气能并不等于没有利用价值。在制取生活热水和供暖中充分利用空气能，能够节约大量高品位的电能和化学能。要把空气能变成较高温度的热能使用，一定要消耗一定数量的高品位能，如电能或高温热能。这是利用空气能的必要条件和热力学依据。

    空气能热泵技术实现了利用空气能供暖和制热水。在自然界中，水总由高处流向低处，热量也总是从高温传向低温。但人们可以消耗一部分电能，用水泵把水从低处提升到高处，从而实现水的由低处向高处流动；同样，人们可以消耗一部分高品位电能，用热泵把热量从低温转移到高温。所以热泵实质上是一种热量提升温度的装置。以电能为驱动力，利用电动机驱动的制冷剂蒸气压缩循环、将低温热源(空气或水)的热量转移到较高温的被加热的水中来制取生活热水和采暖热水的设备，称为蒸气压缩式空气能热泵，也简称为空气源热泵。这种蒸气压缩式热泵，采用逆卡诺循环原理设计。热泵主要由蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀等四部分组成。四大部件分担热泵循环的四个过程：蒸发器因受压缩机的抽吸，制冷剂液体在低压力低温度下不断蒸发，执行从环境空气中吸取热量的任务；压缩机在电动机带动下把吸入的气体压缩到高的压力和高的温度，执行补入高品位的电能把环境温度的空气能提升为温度较高、品位较高热能的任务；冷凝器担负把高温制冷剂的热能用传热方式传给被加热的热水，热水得到的热能大约等于蒸发器吸收的空气能和压缩机消耗的电能之和，在冷凝器内制冷剂放出热量后由制冷剂气体变成液体；膨胀阀担负降压和节流作用，冷凝的制冷剂液体经过膨胀阀降压后再进入蒸发器，再重新蒸发。上述四个过程循环往复，完成不断把热量从周围的大气中搬移到高温热水中的总任务。由于用热泵方式加热水，仅消耗少量的电能，却获得了所消耗的电能和它从空气中吸取的能量之和的热量。热泵热水机从空气中吸取的能量，约等于它比同功率电热水器节省的能量。虽然热泵消耗的电量、从空气中吸取的能量和得到的热量三者之间的比例与环境温度、热水温度、换热器的能力、热泵系统性能等有关，但就目前普通热泵而言，消耗1度电蒸气压缩式热泵，能从空气中吸收约3度电能量相当的热量，扣除损失的热量，能得约3.5度电能量相当的热量来加热水，节能效果显著。

　　如果冷量和热量同时都能被利用，这样的两用热泵的热效率可达6～7倍，节能效果更加巨大。因此特别要提倡冷/热综合利用热泵，即多功能多热源的热泵使用。

    利用空气能的产品节能、环保又安全

    空气能有这么多好处，我们该如何开发利用它呢？空气能利用产品主要有空气能热水器、空气能冷暖空调热水三用机等，目前市场上推广较多的主要是空气能热水器，又称空气能热泵热水器或者空气源热泵热水器。空气源热泵热水器综合具有目前市场上主体的电热水器、燃气热水器、太阳能热水器的主要优点，又填补了它们各自不足，总结一下，具体有这样一些特点。

    一是高效、节能、安全。空气能其输出能量与输入电能之比即能效比一般在3.5左右，而普通电热水器的能效比不大于0.95，空气能热水器节电高达70%以上，燃气、燃油锅炉的能效比一般只有0.6～0.8，燃煤锅炉的能效比更低一般只有0.3～0.7。整个系统的运行无传统热水器(燃油、燃气、燃煤)中可能存在的易燃、易爆、中毒、腐蚀、短路、触电等危险，利用制冷剂通过换热铜管加热水，电与水在物理上分离，确保安全。

    二是快速、持久提供能量。具有加热速度快，供热水压力足，温度稳定舒适等优点。以1.8kW压缩机功率配60升储水箱为例，在冬天可保证一人洗澡连续供热水40分钟，仅需间隔20多分钟，另一人又可连用；在春秋季，即使水箱无热水，开机十几分钟即可连续得到热水。

    三是环保无污染。通过吸收环境中的热量来制取热水，所以与传统型的煤、油、气等燃烧加热制取热水方式相比，无任何燃烧外排物，是一种低能耗的环保产品，具有良好的社会效益，是一种可持续发展的环保型产品。

    四是全天候运行，不受天气影响。产品热源来源广泛，包括阳光、雨水、空气、地下水和土壤等，工作温度一般在-6℃至40℃，无论白天、黑夜、室内、室外、地下室，不管晴天、阴天、刮风下雨或下雪都能照常工作。

    五是适用范围广。可用于酒店、宾馆、工矿、学校、医院、桑拿浴室、美容院、游泳池、温室、养殖场、洗衣店、家庭等，可单独使用，亦可集中使用，不同的供热要求可选择不同的产品系列和安装设计，从任何角度满足要求。

    如果产品是多功能多热源的热泵使用，其功能优势更加显著，对于节能的意义更加重大。以中国科学技术大学研制的冷暖空调热水三用机为例，经安徽省科委组织鉴定，鉴定委员会主席由中国科学院徐建中院士担任，认为三用机比电热水器有很好节能作用。据测算，夏季制热水不耗电，春秋节电70%，年平均比电热水器节电85%。按三口之家日平均用热水100公斤计算(洗澡1人日)，水温升30℃，每天约节电3度，年节电量千度以上。采用三用机从空气中吸取能量制热水，全年平均耗电量甚至比太阳能热水器在阴雨天追补电量还少。如果全国家庭有5000万户的电热水器改用热泵热水器，全国平均年节电可达540亿度，相当于节省了一座约625万千瓦发电站的年发电量，或约1500万吨煤，减少热电时二氧化碳排放量约5300万吨，减少环境的温室效应效果明显。随着产品生产数量增加、普及和使用时间的延长，其经济效益、环境效益和社会效益会更巨大。

    新技术让空气能进入千家万户

    利用空气能的产品在走向市场的过程中，也出现了一些急需解决的问题。

可喜的是，在科研院所和一些骨干企业的努力下，这些问题正在逐步得到解决。

    **，就是大家都关心的产品的一次性投资问题。空气能热水器的价格比目前的传统热水器要稍高，但我们应该全面地看待这个问题。前面说了，空气能热水器每年能为一个家庭节电约1000度，节约电费约500元，只要使用两三年，就可弥补价格上的差异，使用六七年，就可收回全部投资成本，其实它更加划算。一些厂家通过技术创新，正在逐步降低产品价格。例如江苏的恒信诺金空气能热水器，通过技术创新，采用水晶内胆技术和光电液位控制系统，不仅降低了产品成本，而且提高了产品的使用寿命，降低了使用维护费用，为产品的大规模推广奠定了坚实的基础。

    其次，空气能产品的安装和维护也是大家比较关注的问题。它的安装有些类似于空调，主机需要安装在空调**平台上，水箱可以安装在室内，其实比太阳能热水器需要高空作业要方便得多，解决了太阳能热水器主产品安装在屋顶带来的安全隐患和视觉污染。对于新建住房，它可以直接安装，尤其方便。对于已经入住的家庭，可以通过管线路的改造成功安装使用。

    另外，很多已经安装了能耗高的电热水器的家庭非常希望能够尽可能在现有产品的基础上实现空气能的功能。

    目前，一些科研院所和厂家正在进行电热水器与空气能产品对接方面的研究和开发，预计不久就能对一些家庭正在使用的电热水器实施成功改造，可以直接利用电热水器的水箱和室内管线将它“变”成空气能热水器，实现空气“烧”热水的愿望。

    当然，并不是所有的家庭都适合使用。空气能热水器在环境温度低于-6℃时，需要解决主机的除霜等问题，工作效率将会比较低。这些研究都有突破性进展，有关研究正在实验中。相信经过我国科技人员的努力，这问题不久也可以获得妥善解决。这样，它更加适合于长江以南地区使用。

    推广普及空气能迫在眉睫

    目前全社会都在倡导节能减排，应大力推广空气能。空气能热泵技术早在1924年就已在国外发明，但在很长的一段时间里并没有被充分地认识和运用，直到20世纪60年代，世界能源危机爆发以后才给予充分的重视，世界各国纷纷加大了研发力度，推广包括空气能源在内的热泵技术。在欧美大多数发达国家，如澳大利亚、英国、法国、德国等一些国家，包括空气能热水器在内的热泵产品已经进入了大多数家庭，有的产品已正常运行了十几年，其性能得到用户的高度评价。而我国的毗邻国家如新加坡、马来西亚等也是空气能热水器使用比较普遍的国家。

    在我国，中国科技大学、上海交大、合肥通用机械研究院等院校从事空气能产品的研究已经有些年头了，但产品的推广普及也就是近两年才真正起步。

    目前，空气能产品的推广普及在一些骨干企业的努力下已经初见成效。尤其是在宾馆、学校等企事业单位需求热水量较大的集中热水工程方面效果非常明显，反响较好，但在民用方面，步伐仍然较慢，这需要我们做出更大的努力。

    民用品的普及速度跟不上，有民众对空气能产品认知度较低的原因，虽然在业内，空气能产品已经得到广泛的认可，但在普通消费者中，一些人对空气能产品一无所知，一些人持观望态度，加大了推广普及的难度。

　　另外，空气能产品的普及非常需要新建房屋能够预留管线，也就是说，如果能够与住宅同时设计、同时施工、同时投入使用，将给它的推广普及带来事半功倍的效果。而目前我们的房屋建筑在设计和施工上与我们的期望值还有不小的差距。

    政府应鼓励使用空气能

    目前，我们在空气能产品的推广普及上还存在着较大的差距，这就需要我们研究院所、企业、政府、民众都要作出努力，使这一具有重要意义的产品早日得到广泛的普及和应用。

    从能源结构、经济发展、人口数量等多方面来看，我国都属于能源紧缺国家。面对中国能源消费市场和年均消费能力递增5%以上的严峻形势，我们需要对包括空气能产品在内的节能产品加强引导，全面推进能源、原材料等资源节约和综合利用工作，将节能产品纳入经济社会发展的主渠道，鼓励生产、销售、使用节能产品的生产与开发，强化产品的节能宣传，将它们专门列入节能产品和目录，鼓励单位和个人使用。

    政府应进一步优化环境，在研究、投资、生产等方面给予优惠条件，支持节能产品的推广普及。很多国家为我们作出了榜样，有些国家不仅对节能产品的生产商在税收、投资方面给予优惠条件，而且通过消费税返还等手段鼓励民众使用节能产品。我们也可以结合国情，出台相关政策鼓励支持产业发展，例如，我们结合建筑节能的相关规定，要求所有新建房屋在设计和施工时为产品预留管线，为空气能产品的推广普及奠定广泛的基础。

    同时，企业也要有初期推广新产品的恒心和勇气，通过各种渠道，借我们建设节约型社会、走可持续发展之路的契机，迅速做大做强，改变目前空气能产品企业数量、规模上的差距，迅速成长为一个具有相当规模的产业集群，更好地推动空气能产品的普及推广。

民众环保消费意识需要有较大的提高，抛开空气能产品本身节约费用的巨大优势，仅从节约能源、绿色环保、造福子孙后代的大环境上来说，我们也需要支持节约型产品的普及和使用。