論能量轉換的循環利用

符國繡　符永源

摘? 要：在生產生活活動中消耗的各種能量，最終都轉化為熱量消散在大氣中，難以回收利用。借助獲能式制冷技術，把降溫中吸收熱能轉變為電能。把降溫空調和冷凍廠變購電為售電，充分利用火電廠余熱發電，效率成倍提高，機電設備冷卻變廢熱為電能，用于廣闊原野降溫，收獲電能又改善氣候。

關鍵詞：能量;守恒;獲能;制冷;循環;利用

中圖分類號：TM84? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）34-0075-02

Abstract： All kinds of energy consumed in production and life activities are eventually converted into heat dissipated in the atmosphere， which is difficult to recycle. With the help of energy-enabled refrigeration technology， the heat energy absorbed in cooling is converted into electric energy. The cooling， air conditioning and refrigeration plants are changed from purchasing electricity to selling electricity， making full use of the waste heat of the thermal power plant to generate electricity， the efficiency is doubled， and the mechanical and electrical equipment is cooled into electric energy， which can be used for cooling in a wide field， harvesting electric energy and improving the climate.

Keywords： energy; conservation; energy acquisition; refrigeration; cycle; utilization

1 緒論

人類的生產活動和生活活動，時刻都在消耗大量能源。尤其是機械化、電氣化相當發達的當今時代，各種活動消耗的能源更加嚴重。在消耗的能源中，除了小部分來自直接接收太陽能的資源外（如水電、風電、光電），大部分都是取自地球本身的固有資源（如煤炭、石油等）。

在實際運用中，這種能源的消耗，即轉換為能量做功，在完成特定的任務后，基本上都轉化為熱量，而散發于大氣中。

一般觀念中，作業時用能量換取所需的產品，達到預期目的，這種能量消耗是等價的。對于最后散發出來的熱能便讓其散失，并不在乎。

根據能量轉換和能量守恒定律，能量可以從這種形式轉換為那種形式，但其總量保持不變，既不能創生，也不能消滅。因此，做功后的能量與散發到大氣中的熱能量是相等的。這樣人類在各種活動中不斷消耗的能量，將持續地把其熱能輸送到大氣中，而且兩者的量值是相等的。即人類消耗多少能源，大氣中也貯存多少熱能。

能量轉換的基本規律如圖1所示。

由上述和圖1可知，各種能量的轉換，最后的消耗都是以熱量的形式消散于大氣中。可見，大氣中可以吸收并容納大量熱能。

由于熱量消散于大氣空間及其物體中間，將其集中并加以利用并非易事。現在，利用獲能式制冷技術，是解決這一難題的簡單而有效方法。

下面就獲能式制冷技術如何收獲熱能降低環境溫度的作用進行闡述。

2 獲能式制冷裝置的工作原理

獲能式制冷裝置的工作原理如圖2所示。

圖2所示壓縮機運行時，不斷將從蒸發器吸收熱量的制冷劑壓縮增壓升溫，送至汽輪機，推動汽輪機旋轉發電，發電機發電并將電能返送回電網。通過汽輪機做功后的制冷劑，由于在汽輪機中耗盡其熱能和壓縮功，變成低溫低壓進入冷凝器進一步擴容降溫，低溫的制冷劑送往蒸發器吸收其周圍的熱量。

壓縮機的不斷循環工作，便持續把熱能和壓縮能送給汽輪發電機組發電，從而將吸收的熱能轉變為電能送回電網。汽輪機接收的除了制冷劑吸收的熱能外，還有壓縮機的壓縮能，所以通過發電機送回電網的電能多于壓縮機接受電能。可見制冷裝置工作是收獲電能的，收到制冷和獲能雙效果。（有關獲能式制冷技術詳見《節能》雜志2019年二期“獲能式制冷及其在工業冷卻中的應用”一文）

3 全面使用制冷空調，改善人居環境

獲能式制冷技術的出現，為廣泛使用制冷空調裝置開辟廣闊前景。由于它運行中把熱能轉變為電能，因而這種空調的使用便把買電變為賣電，不但幫助電網供電，也節省國家能源，同時用戶賣電收入也越多。國家、社會、個人都有利。

由于室內外都有制冷降溫，不擔心冷氣流失浪費。居室的門窗可以自由開放，空氣流通自如，使人居環境大為改善。

4 發展制冷冷凍事業，改善生活、生產條件

現用制冷設備因耗電大，成本高，物資的冷凍貯藏成本也高，因此只能是有選擇性地對一些技術上非常需要的物資做冷凍貯藏。

獲能式制冷技術的出現，將根本改變上述受限制的面貌，如上所述，獲能式制冷的使用，使用越多電能受益越高。因此對于需要低溫冷凍貯藏的食物食品，可以做到應冷盡冷，應凍盡凍，推廣普遍應用，從而提高其保鮮品質。

5 回收工業余熱，改善設備運行

采用獲能式制冷技術對發熱的設備進行冷卻，既可回收余熱，又可大大降低設備發熱部位溫度，有效改善運行條件，提高其效率。現代化的火電廠，其發電熱效率最高只能達到30%-40%，大量余熱被散發到大氣中，若采用獲能式制冷對所排余熱進行冷卻，即把余熱吸收發電，以代替循環水冷卻方式。由于制冷劑的低溫冷卻，冷卻效果大為改善。余熱發電使發電效率成倍提高。同時還省去龐大的冷卻塔工程設施。機電設備在運行中不論機身還是軸承都產生熱量，采用獲能式制冷劑作媒質冷卻，不但可吸收熱量發電，而且其溫度接近冰點，吸收的熱量遠比常溫媒質多，冷卻效果特好。

6 消除酷熱，收獲電能

與其他利用自然能源形式的情況不同，獲能式制冷形式的效果有明顯的兩重效益。一是收獲廉價的熱能;二是降低空氣溫度改善環境條件。同時設備結構簡單，皆為一般通用電機設備，體積小，占用土地少，便于安裝使用，有利于廣泛推廣應用。

這種制冷形式在運行中不產生有害物質，對環境沒有不利影響。因此，其使用條件要求甚低。只要在26℃以上的環境，需要降溫的場合，都可以安裝使用。其效果不但可以獲取無盡的熱能，同時收到消除酷熱，改善環境的良好效益。

尤其是沙漠中使用，可以大大降低其灼熱的高溫，減少整個區域的蒸發量，從而逐漸增加其濕度，改變沙漠地區惡劣的生態條件，對改造沙漠環境會起到良好的作用。

7 結論

在我們的周圍環境中處處都充滿熱能。這些熱能有來自太陽光的輻射，有些來自人類生產活動和生活中產生的余熱和廢熱。當大氣中熱能的含量適中氣溫適宜，就有利于人類生活和動植物的生長。當大氣中熱能含量過多，氣溫過高，對人類和動植物的生長有不利的影響。把過多的熱能吸取出來加以利用，不但可以降低氣溫，改善環境，而且可以從中獲得能量補充緊缺的能源，乃是一項一舉兩得的可觀科技成果。如上述，全面推廣使用獲能式制冷裝置，可以獲取令人滿意的結果。凡是需要降溫獲取熱能的地方都可以安裝獲能式制冷裝置。在環境降溫過程中，吸取大量熱能并將其轉換為電能返送到電力系統中，從而形成能量轉換的循環利用，其運轉過程如圖3所示。

從圖3中可看出，燃料資源從開采到運輸、加工，以至生產作業，不論是運行中損耗，還是生產產品過程所消耗的能量，都轉化為熱量而散發于大氣中，無休止地消耗能源，只是不斷地增加大氣中的熱量，其效應便是提升大氣的溫度，充滿于大氣中豐富的熱能得不到回收利用。

顯然，在大氣空間裝設獲能式制冷裝置，便可以吸收空間的熱能，并將其轉換為電能，返送回電力系統中，用以補充能量的消耗，從而緩解能源供應的緊張局面。同時，又有效地降低大氣溫度，解決高溫過熱問題，這樣便達到能量轉換過程中形成循環利用的理想效果。

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