过程工业和建筑环境中节能低碳研究

过程工业和建筑环境中节能低碳研究

能源与环境问题是我国可持续发展所面临的重大问题，如何合理利用能源，减少能源转换和使用过程中对环境造成的负面影响，实现能源环境可持续发展，具有重要的现实意义和长远的战略意义.我国终端能源消耗中，过程工业和建筑环境所消费的能源占有较高比例，因此采用新技术和新理论，实现能源有效利用，并解决能源使用中的环境问题，具有重要的经济效益和社会效益.

天津科技大学能源与环境研究室针对过程工业和建筑环境中需要迫切解决的能源与环境问题，在国家自然科学基金、国家科技支撑计划、国家高技术研究发展计划、教育部留学回国人员科研启动基金、高等学校博士学科点专项科研基金、天津市人才引进与科技合作计划国际科技合作项目等的资助下，进行了大量的基础性和应用性研究工作.

在过程工业节能研究方面，主要包括新型干燥蒸发节能技术、生物质能技术、固态发酵技术装备三个方向。（1）新型干燥蒸发技术，包括微波干燥、超声波蒸发、低压过热蒸汽干燥、喷雾冷冻、脉动燃烧喷雾等.本研究室通过将微波与传统干燥方法相结合，优势互补，缩短干燥时间，提高产品品质，增大物料的处理量，从而节约能源，减少环境污染.蒸发器中采用超声技术，使液体产生超声空化，增强湍动效果，强化传热同时减少物料结垢，总传热系数增加，从而有利于蒸发过程节能.脉动燃烧干燥技术利用脉动燃烧器产生的高温、高频脉动气流直接雾化和干燥液态物料，具有能耗低、传热传质速度高、能耗低、环境污染小的优点.（2）生物质热解技术是把低能密度生物质能转化为高能密度产物以及高附加值化学品的一种新型生物质能利用技术.快速热解是生物质在无氧环境下快速加热至高温，一般以制备生物油为目的，连续进料且处理量很大，这种技术在活性炭制备中应用较少.因此，本研究室通过深入比较物理和化学活化法的各自特点，研制出高温短时制造工艺，同时可获得高比表面积的活性炭.（3）固态发酵技术专注于其设备研究方面，将这种技术用于废弃固体生物质的资源化利用.固态发酵技术有成本低、工业三废排放少、能耗低、得率高等优点，故在工业中得到广泛应用.本研究室通过研究甜高粱固态发酵生产乙醇及固态蒸馏技术，从固体发酵物中浓缩分离乙醇，可实现连续蒸馏，具有生产效率高、收率高的优点.

在建筑节能方面，侧重于单体和区域建筑的能耗分析及优化，并强调运用现代统计学方法，分析建筑能耗特点，进行了以下两方面研究：（1）城市能耗分析，基于空间回归方法，得到城市中不同类型公共建筑的单位面积建筑能耗.这种方法能考虑数据本身在空间单元中误差、空间单元之间相互作用、缺失数据导致的回归误差等多种不确定因素.（2）基于不确定性和敏感性方法分析建筑热性能特点.气候变化对于建筑热性能有显著的影响，但是先前研究通常采用确定性模型，没有考虑气候变化等各种不确定性.因此，提出了基于概率分析方法考虑能耗特有的不确定性，

天津科技大学能源与环境研究室积极开展与国内外高校研究所的合作研究工作，包括中国科学院广州能源研究所、天津大学、清华大学、香港大学、日本名古屋大学、英国普里茅斯大学、英国剑桥大学、美国佐治亚理工学院、加拿大卡尔加里大学，与这些院校科研人员的合作，促进了本研究室在环境与能源领域相关研究的进一步深入.

天津科技大学能源与环境研究室在过程工业和建筑节能研究领域，无论是理论研究方面还是工业化应用方面都取得了一些成果.这些研究中所采用的思路、方法和模型，对能源与环境相关的领域研究有一定的借鉴意义，开辟了深入研究能源与环境中相互协调利用的新思路.但是，能源与环境是一个可持续发展的研究主题，因此还需要研究人员继续深入研究，不断探索新理论，研究开发新技术，以解决这个领域不断出现的新问题.

供稿：机械工程学院 田玮