自然冷能：潜在的能源
文章出处：张津生 傅蓉   发布时间：2005-04-05  


　　我们生活的自然环境中到处存在着温差：冬夏季节温差，昼夜温差，气地温差，地表与地下温差等。有温差，就有热量传递与交换，就有热能的产生。但这些温差较小，一般难以进行能—功转换，或即使能够转换，但经济上不合算。为了与传统的高温热能有所区别，我们把这种自然存在的低温差低温热能称作“自然冷能”，通常简称“冷能”。由于冷热是相对而言的，平时所说的冷能也好，热能也好，实质都一样，只不过是能位(温差)不同而已。


自然冷能危害不容忽视


　　尽管自然冷能的能位低，但数量却为无穷大，一旦它们集中释放，可以引发飓风、沙尘暴、暴风雪、高温暴雨和强降温等，破坏力却不小。在平时的小规模释放过程中，也经常给工程建筑物带来损失，典型例子是季节冻土(冬季地表冻结，夏季融化)区与多年冻土(多年连续不融化的冻土)区常见的工程冻害。


无能耗的自然冷能空调


　　我们日常生活中所耗用的能源，比例最大的是空调能耗，大约占我国总能耗的20％(超过2亿吨标准煤)。在发达国家的总能耗中，这个比例可以达到70％。空调所追求的温度标准无非是15℃～30℃范围，这个温度范围一般都在我国自然温度变化范围之内，而且变化幅度相对要小得多，因此完全可能利用自然冷能满足空调需要，达到节能目的。


　　冷能利用的实质就是，利用自然环境温度的时间、空间差，聚集并储存能量，达到利用目的。


自然冷能冷库


　　利用冬季的低气温实现夏季的冷藏，这种冷藏库就被称为“无能耗”冷库。冬季促进地下水分冻结，形成人工冻土，温度高时，土融化吸热。水分的冻结潜热是热容的80倍，因此可以使土体温度长期保持在0℃附近，直到融化完毕，在这个冻土内部建库，就可以储存蔬菜、水果等农副产品。这种冷库的原理十分简单，但具体操作上，首先必须保证地热只能在冬季向大气散热，而到了夏季，热量不能逆向传回地下，否则就毫无意义。通常，我们利用热管实现这个目标。热管的下部埋入土中，上部暴露于大气之中。当气温低于地温时，热量就通过热管散入大气，使地下土体降温；一旦气温等于或高于地温，热管就立即自动停止传热，热量不会重新传回地下，这个过程全部自动进行。结合相应的隔热保温

措施，我们就可以建成无能耗冷库。


自然冷能淡化海水


　　利用蒸发法淡化苦(咸)水或海水时，例如以太阳能作热源，首先得到的是水蒸汽，只有经过冷凝才能得到淡水。根据热力学定律，提高热源温度，或者降低冷凝器温度，都是增加热机出力的有效途径，因此利用昼夜温差降低冷凝器温度，就可以明显提高出水效率。我国一般地区夏季炎热，单纯依靠昼夜温差，淡水的出水量可能并不令人满意，如果利用冬季的低温进一步降低冷凝器温度，就可以大幅度提高水率，在淡水十分宝贵的场合，例如海岛，或在沙漠地区开展高效节水农业时，利用冷能在技术上是可行的，经济上往往也是合理的。


冷能发电


　　赤道附近的海水表面温度接近30℃，而海水500～1000米深处水温大约为4～7℃，利用这个温差，可以推动氨或二氧化硫等特殊工质的透平机发电。理论上说，只要能够获得具有工程意义的11℃温差的能量，就可能成为能源。从1926年法国科学家建立起第一个实验电站开始，世界上已经有多座这种以海水温差为能源的电站建成。


　　自然冷能这个怪物，到处给我们制造麻烦，但它也可以成为人类的朋友。在21世纪的今天，它将是一种新型的绿色能源，尽管很多权威，专家对此不屑一顾，但它的确是个潜在的能源，而且随技术的发展，很快将在经济性上超过太阳能和风能。