過(guò)程工業(yè)和建筑環(huán)境中節(jié)能低碳研究

過(guò)程工業(yè)和建筑環(huán)境中節(jié)能低碳研究

能源與環(huán)境問(wèn)題是我國(guó)可持續(xù)發(fā)展所面臨的重大問(wèn)題，如何合理利用能源，減少能源轉(zhuǎn)換和使用過(guò)程中對(duì)環(huán)境造成的負(fù)面影響，實(shí)現(xiàn)能源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義.我國(guó)終端能源消耗中，過(guò)程工業(yè)和建筑環(huán)境所消費(fèi)的能源占有較高比例，因此采用新技術(shù)和新理論，實(shí)現(xiàn)能源有效利用，并解決能源使用中的環(huán)境問(wèn)題，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益.

天津科技大學(xué)能源與環(huán)境研究室針對(duì)過(guò)程工業(yè)和建筑環(huán)境中需要迫切解決的能源與環(huán)境問(wèn)題，在國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家科技支撐計(jì)劃、國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃、教育部留學(xué)回國(guó)人員科研啟動(dòng)基金、高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金、天津市人才引進(jìn)與科技合作計(jì)劃國(guó)際科技合作項(xiàng)目等的資助下，進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)性和應(yīng)用性研究工作.

在過(guò)程工業(yè)節(jié)能研究方面，主要包括新型干燥蒸發(fā)節(jié)能技術(shù)、生物質(zhì)能技術(shù)、固態(tài)發(fā)酵技術(shù)裝備三個(gè)方向。（1）新型干燥蒸發(fā)技術(shù)，包括微波干燥、超聲波蒸發(fā)、低壓過(guò)熱蒸汽干燥、噴霧冷凍、脈動(dòng)燃燒噴霧等.本研究室通過(guò)將微波與傳統(tǒng)干燥方法相結(jié)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，縮短干燥時(shí)間，提高產(chǎn)品品質(zhì)，增大物料的處理量，從而節(jié)約能源，減少環(huán)境污染.蒸發(fā)器中采用超聲技術(shù)，使液體產(chǎn)生超聲空化，增強(qiáng)湍動(dòng)效果，強(qiáng)化傳熱同時(shí)減少物料結(jié)垢，總傳熱系數(shù)增加，從而有利于蒸發(fā)過(guò)程節(jié)能.脈動(dòng)燃燒干燥技術(shù)利用脈動(dòng)燃燒器產(chǎn)生的高溫、高頻脈動(dòng)氣流直接霧化和干燥液態(tài)物料，具有能耗低、傳熱傳質(zhì)速度高、能耗低、環(huán)境污染小的優(yōu)點(diǎn).（2）生物質(zhì)熱解技術(shù)是把低能密度生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為高能密度產(chǎn)物以及高附加值化學(xué)品的一種新型生物質(zhì)能利用技術(shù).快速熱解是生物質(zhì)在無(wú)氧環(huán)境下快速加熱至高溫，一般以制備生物油為目的，連續(xù)進(jìn)料且處理量很大，這種技術(shù)在活性炭制備中應(yīng)用較少.因此，本研究室通過(guò)深入比較物理和化學(xué)活化法的各自特點(diǎn)，研制出高溫短時(shí)制造工藝，同時(shí)可獲得高比表面積的活性炭.（3）固態(tài)發(fā)酵技術(shù)專注于其設(shè)備研究方面，將這種技術(shù)用于廢棄固體生物質(zhì)的資源化利用.固態(tài)發(fā)酵技術(shù)有成本低、工業(yè)三廢排放少、能耗低、得率高等優(yōu)點(diǎn)，故在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用.本研究室通過(guò)研究甜高粱固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)乙醇及固態(tài)蒸餾技術(shù)，從固體發(fā)酵物中濃縮分離乙醇，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)蒸餾，具有生產(chǎn)效率高、收率高的優(yōu)點(diǎn).

在建筑節(jié)能方面，側(cè)重于單體和區(qū)域建筑的能耗分析及優(yōu)化，并強(qiáng)調(diào)運(yùn)用現(xiàn)代統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，分析建筑能耗特點(diǎn)，進(jìn)行了以下兩方面研究：（1）城市能耗分析，基于空間回歸方法，得到城市中不同類型公共建筑的單位面積建筑能耗.這種方法能考慮數(shù)據(jù)本身在空間單元中誤差、空間單元之間相互作用、缺失數(shù)據(jù)導(dǎo)致的回歸誤差等多種不確定因素.（2）基于不確定性和敏感性方法分析建筑熱性能特點(diǎn).氣候變化對(duì)于建筑熱性能有顯著的影響，但是先前研究通常采用確定性模型，沒(méi)有考慮氣候變化等各種不確定性.因此，提出了基于概率分析方法考慮能耗特有的不確定性，

天津科技大學(xué)能源與環(huán)境研究室積極開(kāi)展與國(guó)內(nèi)外高校研究所的合作研究工作，包括中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所、天津大學(xué)、清華大學(xué)、香港大學(xué)、日本名古屋大學(xué)、英國(guó)普里茅斯大學(xué)、英國(guó)劍橋大學(xué)、美國(guó)佐治亞理工學(xué)院、加拿大卡爾加里大學(xué)，與這些院校科研人員的合作，促進(jìn)了本研究室在環(huán)境與能源領(lǐng)域相關(guān)研究的進(jìn)一步深入.

天津科技大學(xué)能源與環(huán)境研究室在過(guò)程工業(yè)和建筑節(jié)能研究領(lǐng)域，無(wú)論是理論研究方面還是工業(yè)化應(yīng)用方面都取得了一些成果.這些研究中所采用的思路、方法和模型，對(duì)能源與環(huán)境相關(guān)的領(lǐng)域研究有一定的借鑒意義，開(kāi)辟了深入研究能源與環(huán)境中相互協(xié)調(diào)利用的新思路.但是，能源與環(huán)境是一個(gè)可持續(xù)發(fā)展的研究主題，因此還需要研究人員繼續(xù)深入研究，不斷探索新理論，研究開(kāi)發(fā)新技術(shù)，以解決這個(gè)領(lǐng)域不斷出現(xiàn)的新問(wèn)題.

供稿：機(jī)械工程學(xué)院 田瑋