二十一世纪的能源革命

原创：砥砺创新者摘要：一般来说，社会发展对能源的需求会不断增加，靠不断寻找更多的能源来满足人类的需求，让能源供应成倍增加，几乎是不可

原创：砥砺创新者

摘要：一般来说，社会发展对能源的需求会不断增加，靠不断寻找更多的能源来满足人类的需求，让能源供应成倍增加，几乎是不可能的！本文不研究新能源的获取，呼吁重视调整、改变、改进长期形成的能源利用理念、利用方式，实现各种能源的高效率利用、循环利用、系统利用、阶梯利用、全面利用，让“能量动起来、热机冷下来、排放变资源”！希望通过应用观念创新、应用理论创新、应用技术创新、多学科技术交叉应用创新，带来能源应用的变革，进而推动一次新的能源革命，最终通过能源利用效率的大幅度提高，在经济社会发展的同时，对能源的直接消耗反而大幅度下降，直到实现用可再生能源完全满足经济社会发展的需求，彻底解决能源供给的问题！

关键词：能源危机、能源革命、用能模式、热泵技术、阶梯利用、热电联供

今天能源危机、环境危机已经迫在眉睫，人类亟需一场能源革命。但是革命从哪里开始？靠什么革命？能称之为革命的，应该是大动作，是让能源产业、能源结构、能源效率、能源设备、能源状态发生巨大变化的东西。

创造是从无到有，创新是从有到用。人类现在对地球资源已经基本上了解清楚，容易获得的资源已经开发殆尽，从创造、发现的角度，已经开始研究、开发页岩气、可燃冰了，能不能回头看看，还有什么可以创新的地方？我们有没有忽略什么东西？如果没有太多机会创造，我们就要更加认真看看还能不能创新。

本文不研究能源的获取，着重从已有能源的利用方式、利用效率等方面进行探讨，希望能通过创新，在同样满足人类目前生产、生活热量、动力需求的情况下，大幅度减少能源的直接消耗，通过模式改变、效率提高，让已有的、少量的可再生能源、清洁能源资源能逐步满足全社会目前甚至未来发展的能源需求，从而用新的方式找到解决能源危机、环境污染等一系列问题的出路，来一场新的、伟大的能源革命。

一、 改进能源应用方式

人类千百年来养成一个惯性思维：需要热量，就习惯用传统的煤、气、油、电等能源转换成热能来利用。人们熟知的能量守恒定律，让我们许多人忽略了使用一种叫“热泵”技术的热能搬运“杠杆”作用。即消耗一份能量，带动其它介质中已有热量的再利用，目标得到同样热能，但新消耗的高品位能源、石化燃料大大减少，用非直接转换利用的方式、 “让能量动起来”的方式，实现大幅度节能减排。

1、狭义的热量流动应用

能实现热量流动的装置就是各种形式的热泵。热泵技术有很多种，空调、制冷系统采用的是一种压缩式热泵系统，空调可以高效率地将室内外的热量来回搬运，夏天，把房间里的热量搬到室外；冬天把室外的热量搬到室内，能效比普遍在3倍以上，换句话说，比直接消耗能源物质获得热量的方法，节约能源三分之二以上！

人们使用空调、冰箱已超百年，这些年逐步推广开的水源热泵、地源热泵，也都是该原理的典型应用。遗憾的是，虽然能效比高，节能效果明显，但这些应用场合的设计温度太低，以输出温热水为主，主要用于空调、制冷、采暖、生活洗浴等，没有更高的工业利用价值，未能涉及工业领域的高耗能环节，难以产生更好的节能减排社会效益。

其实热泵技术本身从来没有“说过”自己不能超过100℃，这二三十的温差会成为物理学上的一个瓶颈吗？难道只能用在几十度上？答案当然是否定的！经过我们的研究实践，证明现有的热泵系统输出可以很容易地达到100℃以上，并且长时间高效率运行，完全可以介入大多数工业领域的高耗能环节，实现能源消耗关键环节的大比例节能。例如蒸汽锅炉，以前热泵技术只能在水加热70℃以下时起作用，涉及的工作范围太小，所节约的热能最大只能占到全热的3%～8%，从系统复杂性、成本增加量等综合考虑，没有实用价值。当热泵介入“水-汽”沸腾高耗能环节，且保持较高能效比时，才是热泵技术得以获得应用上的突破的基础。

热泵有太多种类，从某种意义说，凡是带有热量的物质移动，如果关注的是物质本身，那就是“水泵”、“气泵”；但如果设法让移动的物质尽可能多的携带热量，以热量为关注对象，热量的移动为主要目的的话，那就是热泵了。驱动热泵工作的能量来源也包括电能、热能、势能等。以目前的各种成熟的技术来说，只要你的需求不要太高，比如超过200℃，现有的设备、技术、工艺完全可以组合出你要的系统，通过热泵方式满足用热需求，实现大幅度节能的目的。

如果我们的锅炉能从现在努力追求100%的效率，变成“起步”就是200%～300%的效率或更高，节能50%以上，若我们家家户户的厨具节能60%以上，发热量就会成倍减少，厨房、车间就会变得凉爽。采用热泵蒸发方法处理污水、淡化海水，一吨污水耗电仅数十度，还能生产纯水。

进一步推广开来，将热泵技术在能源综合利用的场合充分利用，实现将空气中的、污水里的、土壤里的、回收其他排放热源得到的热量搬到生产、生活设备中循环利用，实现企业内冷热作业面的热能调度，从原来需要热量就消耗能源物质转换获得，变为从其他环节高效率回收、搬运获得，系统新增的能量消耗、环境热排放仅是原有直接能耗模式的几分之一、几十分之一，大大提高了能源的利用效率。

应该让全社会重视“让能量动起来”，甚至有必要从小学、中学教育开始，让学生在了解能量守恒定律的同时，就了解能量获取的方式不是只有消耗能源物质一对一换取的一种方式，还有更高效率获取能量的手段！

2、广义的热量流动应用

本文提出的所谓广义的热量流动应用，是指将上述的热泵技术实现时间、空间上的开放式应用。有点像古时候的冬天冰块蓄冷、夏天用储存的冰块吸热降温；现有的错峰用电蓄冷、蓄热；天然气液化运输后的液态天热气所含“冷量”再利用等等。把热泵技术的热媒、冷媒传输不要在局限于小系统，实现大系统、跨场景、跨地区、跨时段应用。

比如，我们常用的空调，是冷媒在压缩机的抽吸作用下，在蒸发器里降压、吸热蒸发；携带汽化热的物质，被压缩机增压，温度随压力增加自然升高，并随着管路移动到另一个位置进入冷凝器后，遇到相对较低的温度条件，就会冷凝、放热，释放大量热量。

如果基于这个道理，我们利用热泵技术制作一种新的空气源热泵锅炉，它能把环境空气的热量高效率搬运到水里，实现输出热水、蒸汽。这种新的“锅炉”根据逆卡诺循环理论，其效率在100%以上，远远大于现有的电加热锅炉。那些失去热量的环境空气温度降低。如果能实现部分空气的热量进一步被“搬走”，温度大幅度降低，空气就会变成液体，它的凝结热也将一并被搬运到水中，都随着热水、蒸汽输出使用；而某种意义上就可以得到“免费”的液态空气这个“副产品”。进一步，将这种约-200℃的含有“冷量”的物质，通过车辆、管路运输到需要动力的场合，让它通过热交换器、气化器吸收免费的、环境空气热或其他废热，实现沸腾、汽化、气化膨胀成为高压气体，该气体可以推动发动机、气缸活塞运动，实现将低温的、免费的环境热量转化为人们需要的动力，满足新的需求。能量在甲地从空气中进入水里、变成蒸汽进入生产生活环节，最后散发到环境中；失去热量的液态空气经空间移动到达乙地，在乙地由于它自身极低的温度，则又可以吸收、撬动当地已有的“低温”热量转化为高压空气的势能，通过热机部分转化为输出动力，泄压后的空气排放回环境。最后在大环境下、大气层内实现热平衡。上述过程中一次电力能源消耗，实现、启动了空气所含的热量流动，进而分别满足了甲地蒸汽、乙地动力的两个需求，用能量流动的方式，替代了原来需要在甲乙两地分别消耗能源物质的能耗模式。

英国高瞻公司利用“垃圾电”制作“液态空气”，实现储热、储冷，利用时间、空间差，再次实现储能发电、高压空气动力输出等系统应用。

狭义的热泵应用是通过实现小范围的、实时的热量流动满足不同环节的热能、动力需求；广义的热泵应用是通过实现大范围的、异步的、跨时空能量载体的搬移、流动，分别满足不同场合、不同时间的热能、动力需求。类似的应用早有先例，只是没有系统的、全面的得到推广应用来发挥出更大的社会效益和经济效益。

二、发展能源基础理论

目前中国电力能源的约70%靠火电提供，但是火力发电的工作原理还是基于100多年前诞生的郎肯循环，几乎没有发展改进！人们获得动力的主要理论是卡诺循环。现代的汽车虽然外观、构造、舒适度、信息化装置已经千变万化，但是用卡诺循环理论设计的内燃机的工作原理、能源供应模式则几乎没有变化。

产业的革命，首先是理论的革命，只有理论的革命性发展，才会带来产业的革命性变革。本文将从基本的郎肯循环和卡诺循环入手，探讨一下如何结合这两大理论诞生后100多年来人们取得的技术进步，进行一次认识创新和理论创新。

1、改进热电基本理论

朗肯循环（英语：Rankine Cycle）也被称为兰金循环，是一种将热能转化为功的热力学循环。郎肯循环从外界吸收热量，将其闭环的工质（通常使用水）加热，实现热能转化做功。朗肯循环理论虽然诞生于19世纪中期，但即便到了今天，郎肯循环仍产生世界上90％的电力，包括几乎所有的太阳能热能、生物质能、煤炭与核能的电站。

“郎肯循环”诞生的年代研究热力学的技术条件、流体力学理论、材料和控制理论和现在差距很大，难免存在一些缺陷和不足，必然存在历史局限性。主要的问题是输出效率低、热量浪费巨大。系统能效理论值上限约50%，而且随着效率的提高，系统成本、安全风险、实施难度均大幅度增加。通过对朗肯循环特点分析可以得知，造成其效率低下的主要环节就在于冷凝放热部分。因此，想要大幅度提高郎肯循环的效率，只有两个出路：1、尽可能减少冷凝放热；2、回收再利用冷凝热。常用的回收再利用冷凝热的方法主要是设法利用冷凝废热输出温水、热水、低压蒸汽，但综合利用的效率也受环境基础条件和季节变化等诸多因素影响和限制，而且无法提高热-电、热-功转换效率，不能输出高品位的能源产品。

尽可能减少冷凝放热，就意味着应该尽可能直接利用做功后的乏汽。实现蒸汽直接再利用通常能想到的就是对蒸汽进行机械再压缩，但由于工作过程中需要消耗机械能，通过直观的能量守恒定律分析费效比较低，实际应用中均没有采用这种技术来实现蒸汽再循环利用，久而久之人们形成的普遍认识就是“不可能、不经济、不合理的”，不再考虑这个问题了。随着技术进步，现代已经有许多技术可以采用更科学、合理、高效的方式来解决冷凝热再利用的问题，有可能实现对郎肯循环的改进和发展。

一个对高低温、高低压变化非常敏感的蒸汽动力循环系统，应该充分考虑流管面积、空间、流速、压力、温度、动压、静压等混合因素，充分利用这些因素之间的关系，实现高效率的热动力循环。原来因为工艺复杂、成本高昂、材料难以保障而不敢想、不能做的事情，现在有可能、有条件考虑实施了！比如，首先提高锅炉的压力输出，利用新增的蒸汽压差先驱动蒸汽机械再压缩装置，对部分乏汽实现直接增压，与初步做功后的中压乏汽混合，供给原有中低压蒸汽发电机组去工作；同时利用流体热力学理论改进传统凝汽器结构，将蒸汽乏汽一分为二，利用涡流技术和流管变化使得其中一部分增压、升温、冷凝成水；一部分减压、降温、吸热、供直接压缩再利用。让不需凝结直接利用的再压缩乏汽带走冷凝热，最大限度减少冷凝热的散失，提高热量的利用率。

改进后新的循环，首先应利用非机械动力的方式实现对完成做功后的乏蒸汽进行再利用，其次充分设法直接回收再利用未能直接利用的乏汽凝结释放的冷凝热，让未能通过汽轮机一次转化为功的热量有机会参与下一次做功循环，经过多次转化做功，在理论上实现蒸汽动力循环整体热效率的大幅度提高。

2、正确认识热机理论

卡诺循环是1824年N.L.S.卡诺在对热机的最大可能效率问题作理论研究时提出的。卡诺定理阐明了热机效率的限制，指出了提高热机效率的方向，可以简要理解为提高高温温度、降低低温温度、减少其它机械摩擦和热损耗。老师在给学生传授有关卡诺定理知识的时候，常常忘不了额外补充几句，比如：“实际上、低温热源温度T2降低很难实现，人们大都考虑如何提高高温热源温度T1，来提高效率”、“显然，高温热源温度T1越高，过程效率越高”、“卡诺循环决定了热机的最高理想最大效率，任何系统的效率都不可能超过这一结果”，等等。这几句话表面上看好像没有问题，但是再仔细推敲一下，还是有点问题，需要回到原点，重新认识一下卡诺循环。

首先，现在的热泵技术（逆卡诺循环）已经很成熟，T2的降低不仅很容易，而且还是一个高效率获取热量的过程；回收热量的过程也不一定需要消耗机械功；回收获取的热量可以用于维持T1，也可以用于其他系统、场合。整体的热功转换效率、热能利用率可以大幅度提高。

其次，从卡诺循环的公式可以看出，想要提高热效率，除了增大处于分子位置的高温热源T1，还可以通过降低处于分母位置的低温热源T2。而且显然，对于热量总量有限、高低热源温度绝对值差值不大的情况下，减小分母可以迅速提高效率！实际是工作温段越低，热机越容易获得高效。因此，我们应该设法采用让“热机冷下来”的思路，提高低能量消耗、低能量密度的热机效率。

再次，即便采用增加高温热源T1的方式提高效率，大量的热量高密度聚集，必然抬高低温热源，或者说低温热源确实难以维持、降低。应该可以利用低温热源设法启动第二个、第三个卡诺循环，利用多个热机做功过程组合改善提高全系统热效率。这也可以解释为什么会有涡轮喷气发动机喷水加力、柴油乳化加水、涡轮风扇发动机等技术应用。事实上应用还不彻底，飞机、火箭、内燃机还在喷火、排热，应该让浪费的、大量的热充分的、多次的、尽可能的转化为功，只有让“热机冷下来”才能大幅度提高动力设备的能源利用率。

2014年底英国空天飞机发动机研究工作取得较大进展，从中央电视台13频道2014年12月17日相关新闻消息中看到的发动机工作动画和同时公布的三种燃料成分，已经明确说明液氮是除了液氢、液氧之外的第三种“燃料”介质成分，明确说明空天飞机发动机用它确保发动机内部工作在较低温度，同时发动机仍然保持较高效率。

我们提出一个用液态空气作为“工质”的扩展卡诺循环应用的思路。利用超低温的液态空气“撬动”常温热量作为能源。液态空气汽化开始，就从环境空气、水、土壤中吸热获取能量变成势能，形成高压、常温的气体，然后适时、适量的进入现有内燃机的气缸等膨胀做功环节，模拟实现原来靠燃烧释放热量、介质吸热膨胀得到的同等压力场景，后续输出动力的过程则完全一样。卡诺循环的T1T2大幅度降低。汽车由携带能源利用免费空气，改变为携带空气利用免费能源。

我们做了一个使用液氮、干冰吸收环境热的“蒸气机”实验，由原来酒精灯烧开水，产生的水蒸气推动活塞运动，改为空气热量“烧开”液氮、气化干冰，产生的高压氮气或二氧化碳气体推动活塞运动。蒸汽机从使用水作为工作介质，工作在100℃以上的“高温”温段，变为使用低温液态或固态气体为工作介质，吸收环境热能工作在低温到常温这一温段。

对卡诺循环的再认识，实现“让热机冷下来”，没有改变基础理论，因此几乎不需要改变现有的各种发动机的主要结构，各种使用传统内燃机的车辆、轮船、机械，甚至飞机、火箭等特殊设备，稍加改动就可以实现不烧油、不用电，不消耗或者少消耗能源物质，部分或全部利用环境热能，几乎可以实现全物理过程无化学反应，做到真正“零排放”动力、绿色动力。

三、创新能源应用模式

前面提到的“让能量动起来”、“让热机冷下来”观点，把能源的直接利用改变为促使自然界已有的热量、能量形成一个流动利用链，一次、一个环节的能源消耗，依次满足多个场景、环节的热量、动力的能源需求，实现能源物质的高效率利用。除此之外，通过对能源、能量、热量具体利用过程的微观分析，本文再提出以下几点具体建议和思路，以期进一步提高能源利用的综合社会效益、经济效益、环境效益。

1、阶梯高效利用

用通俗的理论来理解能源利用的过程，不外乎热量产生和传递给携带热量的高温工作介质，以及最终在利用过程中高温工作介质再把热量传递给低温环境。再简单理解就是一个加热升温过程和一个热量利用过程。其中升温过程是个引起工作介质内能增加的过程，这个内能变化过程有机会输出机械能发电。电能是目前最方便、最干净、最高效、最优质的高品位能源供应方式，因此，如果能在每次消耗能源的过程中，优先以电能的方式利用能源，然后再用常规、低水平的简单热量利用，那么就能大大提高能源的使用效率！

近年来，人们已经逐步认识到原始、粗糙的能源利用方式是有缺陷的。比如设计发电站，就只考虑利用燃料消耗可以输出机械能的过程，而把大量“余热”作为必然产生的废热用巨大的散热塔散掉，最多也就冬季供暖部分利用；设计供热站，就忽略燃料消耗可以输出机械能发电的过程，而只简单利用最终产生的热量。虽然已经在有些场合使用所谓“热电联供”、“冷热电联供”的系统能源利用解决方案，遗憾的是这种阶梯高效利用能源的方案应用并不普及，远非主流，主要消耗能源的火电厂、工业生产、居民供暖均是传统的简单、直接方式。即便采用“联供”，使用的设备也是不经济、不适合长期使用的内燃机、燃气轮机等，燃料也多是昂贵的高品位燃料。

科学的能源阶梯高效利用的模式，以锅炉为例，首先设计锅炉产生尽可能高压高温的蒸汽，并通过内置小型汽轮机，首先发电输出，发电以后的乏汽再用于蒸汽输出或用于加热循环水。发出的电能，即便不入公网，也可以驱动水源、地源、空气源热泵给锅炉补热或回收烟气热量，使得燃料燃烧综合热效率达到甚至远远超过100%。

2、冷热综合利用

长期以来大多数工程技术人员几乎从来不去动脑子实现热量的综合利用。曾经和一个国内最知名的空调生产厂总工交流，他们的商用空调事业部做制冷工程的时候设计大型冷却系统对冷却过程产生的热水散热降温；他们的另一个热泵热水器事业部门则只琢磨从空气、土壤、地下水、污水资源中换热获取可供利用的热量,两个部门不跨部门、跨界交流!问他们能不能把空调热水的热量转移到热水器里面变成热水输出，他们说：能！为什么不做？回答仅仅是：没想到！

这样的应用太普遍了。食品厂生产食品要用高温把产品做熟，又需要马上冷藏降温去包装，结果是一个车间用锅炉耗能加热，另一个车间大功率制冷并在室外采用大型冷却塔散热。类似情况在制药厂、牛奶厂、饮料厂等各行各业比比皆是。

实际上很少有产品能把加工过程消耗的能量储存在产品中带走利用，高温往往是工艺条件，高耗能大都意味着有大比例节能的基础条件。应该对传统工业产业生产过程进行梳理，实现过程的能量、热量综合调度、系统循环利用，企业通过能源高效利用实现大幅度的节能、减排、增效！

3、排放资源化利用

即使到了今天，工业领域和人们日常生活中都把排放二氧化碳当成一件理所当然的事，如化工厂、水泥厂、酒厂、火电厂等均是排放二氧化碳的集中“大户”。进行环境评价的时候，排放物里面如果没有特殊化合物，如硫化物、氮氧化物、粉尘即达到清洁排放的标准，排放物含有二氧化碳、水蒸气、热量其实都是局部环境空气的增量和干扰，也将影响局部环境指标，本应同样得到处理。

在对人们熟悉的工业废气、污染排放过程进行研究后又意外认识到，煤炭的燃烧过程是一个化学反应过程，在生成近4倍重量二氧化碳的同时，释放燃烧热。排放的二氧化碳其实是比燃烧过程释放的热更有价值的资源，目前市场批发价每吨高达500~800元，淘宝零售价更达到每吨一万元。化学产物的价值比释放的热能价值高2~3倍，人们长期以来都是抓了燃烧热这个“芝麻”，扔了燃烧化学产物这个“西瓜”。

造成这个结果也有其历史原因，倒退几十年，烟气中二氧化碳几乎无法回收，回收了也没有什么太多用途，人类当时也没有减少碳排放的环境保护压力。但是今天则完全不同了，回收烟气二氧化碳的技术已经成熟，回收成本低廉，回收的二氧化碳用途广泛。人们也已经认识到碳排放对环境的危害，到了应该彻底处理碳排放、必须处理碳排放问题、可以从根本上解决碳排放问题的时候了。

通过对我们人类普遍使用的燃煤、燃油、燃气过程以及其他化工、冶炼、水泥、酿造等工业生产过程进行改革，让每一台锅炉、每台设备、每个系统像化工厂的反应设备那样工作，既利用燃烧反应释放的热量，还要利用化学反应产生的化学产物，把化石资源的价值“吃光榨净”，在减少环境污染物排放的同时，实现效益的大幅度增加，实现低碳、减排、增效的有机统一。

4、冷量系统利用

近年来随着深冷技术的推广引用，人们越来越多接触超低温的液氮、液氧、干冰、LNG等液态、固态气体。这些超低温、低温气体经过储存、运输后，使用前均需要气化。液态LNG沸点大约为-160-174℃、液氮沸点是-196℃，二氧化碳在-50℃--70℃发生沸腾、气化、升华状态的变化，它们吸收空气源、水源、地热源、废热源等的热量气化，气化后体积可以膨胀到600-1000倍左右。利用超低温液态气体吸收环境热能后膨胀得到的高压气体推动膨胀机做功，膨胀机带动发电机发电，有效利用了液态气体的“冷量”，实现将环境常温的热量转化为了电能，过程还可以实现“制冷”，利用冷冻法实现海水淡化或污水处理。

随着“让能量动起来”的能源利用模式不断推广，这种“丢失”热量的液态、固态气体会越来越常见，或成为撬动环境热能驱动汽车、轮船的工作介质，大量使用。利用冷源吸热的能力“冷量”的过程有很多和使用能源物质不同的特性，下面列举几个主要方面：

由于是利用吸热能力“冷量”造成的热量流动实现机械能、电能输出，能量的来源不仅仅是免费的，而且是取之不尽用之不竭，一旦在能量转化过程中部分能量变成电能、机械能输出，则很容易追加免费热量供应，继续去满足“冷量”吸热的需求，多次撬动的热量流动的总量将远远大于“冷量”，这很奇特！

以往利用热量的过程，总是设法防止宝贵的热量在过程中散失，而利用“冷量”撬动环境热量转化的时候，几乎每个环节都能从环境中获取热量、补充热量，源源不断！

由于整个工作过程工作在低温、超低温到常温这一段落，根据热机理论，由于高温热源和低温热源温度都接近绝对零度，特别是低温温度很低，虽然温差并不大，但热机对热量的利用效率很高！

用好“冷量”，可以带来巨大的经济效益和社会效益！仅仅大连港，每年进口600万吨LNG到港均需要气化进入CNG管网，这些液态气体能吸收的热量达到2.4万亿千卡，如果实现30%的发电效率，则可以发电9亿度，同时还可以淡化超过2400万吨海水。利用“冷量”的时候，由于热量来自于环境，没有成本，因此，这些电能和淡水完全是“白捡的”！仅9亿度电就相当于节约27万吨标准煤。

四、能源应用技术创新

随着能源应用变革的深入展开，必然要求一些传统的能源应用产品发生一些改进、变化，从而进一步提高能源利用过程的综合效率。需要改变的环节很多，不能一一列举，本文只提出两个示例、思路供大家交流、思考。

1、要重视换能模式改变

当我们从直接消耗能源变成促进能源“流动”获取方式，传统的供热、供冷方式也必须进行调整，从而降低“热泵”的能源消耗，进一步提高利用效率。最典型的理论就是“低温制热、高温制冷”。在空调领域近几年有专家提出这个概念。但在设计应用方面还没有得到足够的重视和应用。未来能源应用模式有了重大改变后，要想确保实现较高的能源利用率，必须尽可能落实、实施这一概念。

低温制热：在采用传统模式消耗能源物质获取热量的方式下，目标温度的高低和热量的来源成本无关。当热源温度高时，可以减少热媒流动、减少换热体面积，减少少量的成本。但采用热泵方式获取环境热量、工业余热废热输出热量时，热泵的效率和热源温度、输出温度的差值有很大关系，会引起能源效率的成倍增大或减小。以供暖为例，同样保持室温18℃，采用75℃热水供暖和采用45℃热水供暖，热泵能效可能会从3倍左右，提高到6倍！类似，高温制冷：同样保持室温25℃的情况下，采用18℃冷源制冷和8℃冷源输出制冷，其热泵系统能效分别约是5~8倍和3~4倍。

2、重视热量回收再利用

现在人们都比较重视如何获得热量，较少分析热量散失，特别是一些传统行业。比如医药、食品等行业，更多精力关注如何改进锅炉，不重视废热排放回收利用。实际工作中，只要需要大量热能消耗的过程几乎都存在大量热能排放的过程，而以前人们常常熟视无睹。比如，建筑节能普遍关注如何改进、补充建筑物的能耗，很少关注回收建筑物新风系统、污水系统的热量浪费。

现在建筑保温方法很多，保温效果也很好了，再加上建筑接受的太阳能、建筑物内活动的人发出的热、照明电器的发热量等，累计下来也是不小的数目，为什么还需要每平米数十瓦的供暖能耗呢？主要是通过通风、排污带走了大量的热。采用热泵系统，在建筑物的能量排放出口“守株待兔”，以较小的温差、很高的效率回收利用能量、热量，是未来建筑节能的主要手段之一。

3、要重视终端设备改进

现在使用的热交换器，几十年没有大的发展变化，习惯于冷热媒直接热传导交换，很少考虑利用其它领域的技术。现在，情况已经有所改善，比如利用热管进行冷热交换的中介，其导热性能比最好的金属铜要高近千倍！还有，对冷热源进行调整准备。如对空气增压就可以让空气源换热器的换热起点升高；对空气减压则可以降低散热器冷源温度起点。这种新型散热器、蒸发器则可以改变温差，改善换热效果，甚至因为具有防止结霜的能力而大幅度改善系统综合性能。

4、要重视系统设备改进

大量的工业系统冷量、热量利用都是独立设计，对单一系统无用的资源普遍采用直接排放的方式，应该系统考虑。例如CNG液化过程产生大量热；LNG汽化过程产生大量“冷量”，现在有些企业已经开始关注，并系统研究系统跨时间、空间实现资源调配调度，综合利用。

传统的能源利用观念和节能、减排技术手段无法实现高耗能环节的大比例节能降耗。社会能耗水平随着经济社会的发展只能不断增加。本文提出的这些观点和思路，未来几年将直接影响几乎所有使用能源的环节、设施、设备，引起广泛的社会变革。通过能源消耗量的成倍下降，将大大减少社会的能源需求，同时由于能源消耗的直接减少，产生的连锁反应也会带来更多间接环节的能耗降低、环境改善。

事实上要想实现人类能源资源的成倍增加几乎不可能，采用技术创新将社会能耗降低三分之一、三分之二甚至更多则完全可能！只要设法让能量动起来、让热机冷下来，能量守恒定律就能保证人类有了用不完的能源，地球也就没有日益变暖的危险了。

本文后记：笔者2015年8月参加一个中国能源科学家论坛，听了多位中国顶级能源科学家、院士的发言后，更加感到能源领域需要理念革命。科学家都是追求新的能源，追求增加能源输出。只有一个科学家表示对热泵、对能源高效利用的一点认识，跨界应用几乎空白。他们在自己的领域确实顶尖，但是让社会能源供应翻番几乎是不可能完成的任务！只有类似热泵应用的技术才能让能源需求成倍减少！他们的发言也提出需要能源革命，但没有具体的手段、方法、思路，只有忧虑！

会议期间我进行免费赠书，当时看到一个专家，指着书的封面上“热机冷下来”这句话给另一个专家看，一边说着什么还一边摇头；还有一个专家朋友会议期间翻看了我的书，特别找到我、提醒我要注意学术的正确性。我问他热泵，他说知道；我说能效比几倍，你感觉怎样？他说这就是别人不看你的书的原因，你提高百分之几还有人看，提高几倍，就没人看，没人信，不可能了！这些更让人觉得悲哀和着急。

这几年来，经常遇到的这种情况更让人觉得悲哀和着急。能源领域亟需大力普及新思路、新理念、新知识、跨界新技术，并得到社会各界足够重视和更加广泛应用。

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