過程工業(yè)和建筑環(huán)境中節(jié)能低碳研究

能源與環(huán)境問題是我國可持續(xù)發(fā)展所面臨的重大問題，如何合理利用能源，減少能源轉(zhuǎn)換和使用過程中對環(huán)境造成的負面影響，實現(xiàn)能源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實意義和長遠的戰(zhàn)略意義.我國終端能源消耗中，過程工業(yè)和建筑環(huán)境所消費的能源占有較高比例，因此采用新技術(shù)和新理論，實現(xiàn)能源有效利用，并解決能源使用中的環(huán)境問題，具有重要的經(jīng)濟效益和社會效益.

天津科技大學能源與環(huán)境研究室針對過程工業(yè)和建筑環(huán)境中需要迫切解決的能源與環(huán)境問題，在國家自然科學基金、國家科技支撐計劃、國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃、教育部留學回國人員科研啟動基金、高等學校博士學科點專項科研基金、天津市人才引進與科技合作計劃國際科技合作項目等的資助下，進行了大量的基礎(chǔ)性和應(yīng)用性研究工作.

在過程工業(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)、低壓過熱蒸汽干燥、噴霧冷凍、脈動燃燒噴霧等.本研究室通過將微波與傳統(tǒng)干燥方法相結(jié)合，優(yōu)勢互補，縮短干燥時間，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，增強湍動效果，強化傳熱同時減少物料結(jié)垢，總傳熱系數(shù)增加，從而有利于蒸發(fā)過程節(jié)能.脈動燃燒干燥技術(shù)利用脈動燃燒器產(chǎn)生的高溫、高頻脈動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.（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，本研究室通過深入比較物理和化學活化法的各自特點，研制出高溫短時制造工藝，同時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，故在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用.本研究室通過研究甜高粱固態(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，可實現(xiàn)連續(xù)蒸餾，具有生產(chǎn)效率高、收率高的優(yōu)點.

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，并強調(diào)運用現(xiàn)代統(tǒng)計學方法，分析建筑能耗特點，進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.氣候變化對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，

天津科技大學能源與環(huán)境研究室積極開展與國內(nèi)外高校研究所的合作研究工作，包括中國科學院廣州能源研究所、天津大學、清華大學、香港大學、日本名古屋大學、英國普里茅斯大學、英國劍橋大學、美國佐治亞理工學院、加拿大卡爾加里大學，與這些院校科研人員的合作，促進了本研究室在環(huán)境與能源領(lǐng)域相關(guān)研究的進一步深入.

天津科技大學能源與環(huán)境研究室在過程工業(yè)和建筑節(jié)能研究領(lǐng)域，無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，對能源與環(huán)境相關(guān)的領(lǐng)域研究有一定的借鑒意義，開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，研究開發(fā)新技術(shù)，以解決這個領(lǐng)域不斷出現(xiàn)的新問題.

供稿：機械工程學院 田瑋