新工业革命从冷能开始

在开发新能源方面，地热、太阳能、海洋能、风能等各种新能源相继被开发利用。而一种洁净、低成本的绿色能源——冷能，一直没有得到应有的重视。天然冷能的利用是开辟能源利用的新途径，而工艺冷能的利用，只能算常规能源的深度利用。冷能利用有多种方法，自然冷能与工艺冷能的利用方法有所不同。但在冷能的开发利用过程中，需要解决的技术关键基本相同，即冷能的聚集和储存。

一、“冷能”是人类发展低碳经济、节能减排不可或缺的可替代能源

就物理学知识而言，只有“热能”的概念，没有“冷能”的定义。但是，如果从能源的概念和属性加以定性的话，“冷能”和“热能”一样，是产生人类所需绝大部分能源的源泉，是地球上所有物种存在的必要条件。

“能源”这一术语，随着第二次石油危机爆发才成为人们议论的热点。简单而确切地说：能源是自然界中能为人类提供某种形式能量的物质资源，是指可产生各种能量或可作功的物质的统称，是指能够直接取得或者通过加工转换而取得有用能的各种资源。能源是整个世界发展和经济增长最基本的驱动力，是人类赖以生存的物质基础。自然界中存在并能为人类提供能量，是能源的自然属性和使用属性。

（一）“冷能”的自然属性

人类所需的绝大部分能源都直接或间接地来自太阳能。煤炭、石油、天燃气等化石燃料，都是由各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能在植物体内贮存起来，经过漫长的地质年代形成的，它们实质上是由古代生物固定下来的太阳能。此外，风能，波浪能，海流能，水利能等也都是由太阳能转换来的。

“冷能”是宇宙间永恒存在的，是不以人的意识为转移的客观实在。经科学测定，宇宙微波背景辐射为-270.15℃，星际尘埃为‐260℃，宇宙空间是极其寒冷的；宇宙间能够释放巨大热能的天体，如太阳，经过数十亿年所释放的热能，都被宇宙间无限的“冷能”所吞噬；“冷能”与“热能”的相互作用，产生了风、云、雨、雪、雷、电等气象景观；风、云、雨、雪又塑造了江、河、湖泊、雪山、冰川、南极、北极等自然风貌；雨、雪、江、河滋润着万物生长；由风能又衍生出波浪能、海流能、水利能等人类所需的可再生能源。

（二）“冷能”的使用属性

我国商周时代即有冬季取冰保存，夏季用于降温的做法。冰的保存与使用，实质上就是使用冬季的寒冷，即“冷能”。把冰保存到夏季绝非易事，使用起来也非常不便。随着历史的发展和知识的进步，冰的使用越来越少，近乎绝迹。无论冬夏，人们机械地使用空调和制冷设备，把有限的电能转化成“冷”来使用，即耗费能源，又影响环境。春夏秋冬循环往复，严寒酷暑交替更迭，将冬季的寒冷作为资源可以取之不尽，用之不竭，是大自然无偿赐予人类的可再生清洁能源。虽然冰的使用近乎绝迹了，但是，不能否认冰的使用价值，冰是一种高潜热蓄冷介质，蓄冷密度高，降温速度快，还能提高空气的品质，而且廉价易得。

综上所述，无论是从能源的概念、属性及其作用加以认定：“冷能”与“热能”的相互作用是产生人类所需绝大部分能源的源泉；“冷能”与“热能”的此消彼长，对立和统一，构成了地球上姹紫嫣红的万千世界；“冷能”与“热能”是相辅相乘、缺一不可的，是事物发展既对立又统一的两个方面，承认“热能”的重要作用，也要正确认识“冷能”在事物发展过程中的决定作用。“冷能”

和“热能”一样，是不以人的意识为转移的客观实在，是决定地球上所有物种存在的必要条件。没有冷，地球上的所有物种将无法生存，气象万千、色彩斑斓的地球将不复在。

（三） 冷能的贮存和使用

冷能的贮存和使用，实质上就是冰的贮存和使用。我国的东北、华北、西北等大部分地区，冬季至少有2—5个月的冰冻期，冷能资源极其丰富，人们即可以从冰冻的江、河、湖、海、水库等进行大规模的采冰并贮存；也可以修建大型冰库，利用冬季的寒冷，采取分层喷水的方法制冰并贮存。采取分层喷水的方法制冰，可以有效地释放水结冰产生的膨胀力，保护冰库不受破坏。

以广州XX社科院冷库建设为参照：建一座占地5000㎡、高24m、容量10万吨的冰库，按土建工程造价1150元/㎡（不含电器安装、给排水安装、消防工程等费用）计算，冰库总造价约575万元；冰库的四周开7—8层的密封窗；冰库一侧从上至下留一处流水道，并反向安装百叶窗；流水道与地面下的储水池相连；储水池与供热系统相衔接；冰库的天棚安装可移动的喷水轨道。打开冰库所有的密封窗进行通风，当冬季的气温适合制冰时，移动喷水轨道喷洒8—10cm的水（或中水）分层冷冻，当分层制冰的厚度接近第一层密封窗时，把第一密封窗全部关闭，继续喷水分层制冰，以此类推，直至分层制冰贮满冰库为止，再关闭所有的密封窗；流水道反向安装的百叶窗，可以防止分层喷水时水流外溢，融冰时又不影响冰水流入储水池。实验测定，冬季气温在-10℃至-25℃时，每天可分层制冰约20—24cm，如果冬季按90天制冰期计算，可制冰18—22m厚约10万吨冰。当夏季需要降温时，移动喷水轨道向冰库注水（或中水）融冰，冰水通过流水道流进储水池，再通过供暖系统向千家万户供冷降温。

据不完全统计数据，目前我国的冰箱保有量约3.5亿台，年耗电800—1000亿度，冰箱用电量已占居民全部用电近40%，而这些将成为我国能源消耗以及处理二氧化碳等温室气体的一大负担。

然而，人们在冬季仍然照常使用冰箱保鲜食物，却对身边唾手可得的“冷”视而不见、对现实的“冷”弃而不用，却在绞尽脑汁地为提高冰箱节能效果而竭尽全力。

（四）冷能使用的性价比

以每台冰箱日耗电1度，每台空调日耗电9度，每度电平均价0.6元，每吨中水1元计算。

1、使用无耗能冰箱，按日耗冰五千克计算，十万吨冰能为66万户居民保鲜食物一个月，可节电1980万度，折合人民币990万元，二十天即可收回冰库的投资成本。

2、夏季利用供暖系统替代空调降温按45天计算，每户居民耗冰五吨，十万吨冰能为2万户居民供冷降温，可节电810万度，折合人民币486万元。

3、每户居民月耗中水按五吨计算，利用供暖系统输送中水6个月，可向2万户居民提供中水60万吨，折合人民币60万元；第2部分和第3部分相加一年多即可回收冰库的投资成本。

（五）冷能应用的优点

冷能，即具备了可再生能源的诸多优点，又有自身的特点：1、在如今已被人们发现利用的水利能、风能、太阳能、地热能、燃料化学能、核能等各种能源，都是直接或间接地向人类提供热能形式的能。从某种意义上讲，能源的利用就是热能的利用。冷能的利用则截然相反，是人们根据某种需要贮存并利用冬季的寒冷来调节多余的热能，而不是把电能转化成“冷”来调节多余的热能，却同样可以满足人们的日常生活需求，从而减少不必要的能源消耗。

2、冷能的贮存和使用，具有极其广阔的选择空间，简便易行利于推广，投资回报率高，与其他能源的开发和使用相比，不需要较高科技含量和巨大的投资成本。

3、可增加供暖系统的使用功能，提高供暖系统的使用效率，节约冷能及中水推广使用的管道铺设成本，促进污水环保产业良性健康发展。

冷能由于其经济性、实用性、廉价易得以及贮存和使用所具有的极其广阔的选择空间，未来将成为人们冷藏食物和夏季降温避暑的可再生清洁能源。 随着石油、煤炭等能源的日益枯竭，人们应该重新认识“冷能”可以作为替代能源，是发展低碳经济、节能减排、保护环境不可或缺的能源补充 。

二、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。

三、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，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。

四、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。

五、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。

六、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。

七、“冷闭路循环”

自然冷能，到处给我们制造麻烦的同时，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。

据华人科学家林茂森先生介绍 ，“冷闭路循环”可使人类获得永久取之不尽的水源、电力、动力。更可使人类在自然灾害来临前，制造出可随时脱离陆地在高空中居住生活的各种型号的方舟。当然，这也可以解决各城市拥堵问题。

“冷闭路循环”可造空中悬浮遥控水库，按需浇灌大地。彻底消除水坝在地震时发生连锁灭顶之灾。“冷闭路循环” 小到家庭供电制水装置，使灾害降临时每户都有充足的水电供给。“冷闭路循环”全面普及使人类彻底解决能源问题，能够放心地永久对核电厂封堆、对水坝严加防范，永久根除次生灾害的源头。

八、建设冷能产业链

如果能建设LNG接收站的同时，规划和建设相关冷链产业，那么每年就可以产生出10多亿度的折合电力。LNG是指液化天然气，每吨天然气从常温气态转化为零下160度的高压液态，需耗用850度电，因此，当其还原成气态时每公斤会释放850千焦的“冷能”国际上利用“冷能”比比皆是，但国内尚处于起步阶段。目前，上海小洋山LNG接收站正处于一期建设，建成后，每年将有600万吨液态天然气从马来西亚运抵上海，其中蕴含能量在产地就已计入成本。然而目前我们的接收站所做的只是让“冷能”释放到海水中。