太陽能異聚態(tài)熱利用系統(tǒng)

太陽能異聚態(tài)熱利用系統(tǒng)，是當(dāng)今世界上太陽能和熱泵系統(tǒng)結(jié)合最先進的技術(shù)之一。它的節(jié)能率既優(yōu)越于太陽能系統(tǒng)，也優(yōu)越于空氣能熱泵和地源熱泵；在使用中不僅具有方便性、廉價性，而且在全天候、全地理應(yīng)用方面比任何一種能源都安全可靠。是實際應(yīng)用中解決環(huán)保與能源矛盾最為有效的科學(xué)途徑之一。多年來，對太陽能與熱泵的結(jié)合，科研界的許多同仁都表現(xiàn)出了極大的興趣；也出現(xiàn)了一些硬系統(tǒng)組合的成果，但這些產(chǎn)品都無法體現(xiàn)出科技的整體效果。研究的隨機性、偶然性和分散性，導(dǎo)致了這個領(lǐng)域的科研一直處于呼聲很高，而真正能應(yīng)用的產(chǎn)品卻很難露臉。 　　異聚態(tài)概念和理論的誕生，從理論上將諸多無法回答的問題得到了合理的詮釋，對這個技術(shù)的未來發(fā)展，既奠定了堅實的根基，又指出了正確的方向。 　　異聚態(tài)概念的提出和理論的建立，既是對太陽能應(yīng)用的提升，也是對熱泵理論的拓展。對熱泵在應(yīng)用中突破現(xiàn)有高度極限，找到科學(xué)途徑和易于實現(xiàn)的突破口提供了理論依據(jù)。這個理論的研究，從點切入運用系統(tǒng)手法實現(xiàn)，表現(xiàn)出了整體效應(yīng)，關(guān)聯(lián)效應(yīng)，從思維和數(shù)學(xué)模型上避開了局部指標(biāo)提升、系統(tǒng)效能下降的反科學(xué)思維。異聚態(tài)理論將核心技術(shù)和理論固化在一個基核內(nèi)，在表現(xiàn)上，又展現(xiàn)出了兩個強勁的亮點——能量來源的異族化類別和獲取能量方式多原理疊加的呼應(yīng)性、支持性，體現(xiàn)出了解決方案的完美性。由于異聚態(tài)系統(tǒng)是一個龐大而無限發(fā)展的理論，就目前來說，我們能夠?qū)ο到y(tǒng)貢獻大的幾個理論和效應(yīng)歸納為五個，一是混沌層與混沌效應(yīng)，二是暗流效應(yīng)，三是反涌效應(yīng)，四是分子碰撞與電磁振蕩效應(yīng)，五是空間尺寸效應(yīng)。根據(jù)這些理論和效應(yīng)，目前貢獻最大的能量源主要為太陽能、風(fēng)能、雨能、光能、電磁能等。 　　而在異聚態(tài)理論中，混沌層和混沌效應(yīng)是這個理論核心和支撐點，也就是說混沌層的確認(rèn)，保證了這個理論和產(chǎn)品的基礎(chǔ)和發(fā)展基因，找到了熱效率高的機理，這個產(chǎn)品的問世把這項技術(shù)由偶然性向規(guī)律性和必然性方向推進了一大步。 　　混沌：非線性確定性系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)內(nèi)部非線性相互作用而產(chǎn)生的一種非周期性的行為。而混沌效應(yīng)所形成的團層，我們把它定義為混沌層?；煦鐚邮腔煦邕\動的表現(xiàn)形式。而混沌運動是由系統(tǒng)將以蒸發(fā)器特征的聚熱板內(nèi)部產(chǎn)生超低溫，它導(dǎo)致板表面相對環(huán)境溫度形成了一個負(fù)能量場，這個負(fù)能量場與環(huán)境作用的結(jié)果，在板表面3-5cm內(nèi)形成了混沌層。 　　混沌層形成，在板表面范圍空間，瞬時產(chǎn)生了諸多效應(yīng)，暗流效應(yīng)、反涌效應(yīng)、分子碰撞效應(yīng)和電磁振蕩效應(yīng)，空間尺寸效應(yīng)。這些效應(yīng)影響的結(jié)果，讓這項技術(shù)支持這個系統(tǒng)表現(xiàn)出了前所未有的高聚熱性，理論上實現(xiàn)年節(jié)能率高達80%以上。 　　混沌層形成后，這個層內(nèi)會不斷出現(xiàn)趨向于板的分子熱冷運動現(xiàn)象，產(chǎn)生因?qū)α鲗?dǎo)致的湍流，這個層是一個復(fù)雜的動態(tài)層界面，在層內(nèi)運動的趨向性和相對穩(wěn)定性同步存在，壓縮機不斷吸取工質(zhì)帶走熱能，條件變化和反變化交替進行，有時會疊加進行，由于空氣內(nèi)的水蒸汽、雜質(zhì)等顆粒物混合而成霧團，就與環(huán)境中的能量出現(xiàn)暗流效應(yīng)，暗流會不間斷出現(xiàn)但又無法確定瞬間能量的清晰來源，是單純也許還是某種效應(yīng)的結(jié)果，我們只能對這種不明能量定義為暗流。暗流雖然分辨起來困難，但作用很大，它貢獻能量的方式也是復(fù)雜多變，不拘形式的。 　　混沌層還會產(chǎn)生出反涌現(xiàn)象，當(dāng)光反射離開板面后，無混沌層和負(fù)能量場存在時，這部分能量就會消失在環(huán)境空氣中，可兩個特殊場物存在時，混沌層捕收了這部分能量并產(chǎn)生熱，而負(fù)能量場又很好回收這部分能量。由于它的叛逆性，我們把它定義為反涌現(xiàn)象。 　　世界上不存在溫度等于或低于零度的物體，而只要本身溫度大于絕對零度的物體，都可以發(fā)射電磁波，也就是說電磁波的存在是常態(tài)和永久的。在這個特殊的負(fù)能量場和混沌層作用下，電磁波由于振蕩頻率很低，它的能量就很難輻射出去，而這部分能量又被混沌層回收到板上。在板附近還有各種粒子間的相互碰撞，這部分摩擦釋放的熱量也被吸收在板內(nèi)。 　　太陽能異聚態(tài)熱利用系統(tǒng)，是太陽能熱利用在科研上理論與應(yīng)用有效結(jié)合的重大突破，是太陽能服務(wù)于人類的實用典范。它解決了太陽能應(yīng)用的技術(shù)難題—陰、雨天、夜晚和輻射強度大的寒冬北方地區(qū)的應(yīng)用缺陷，實現(xiàn)了年節(jié)能率80%的推廣效果，形成了從概念到理論的技術(shù)體系，為太陽能的高效利用和廣泛利用奠定了新的基礎(chǔ)，指明了清晰的未來發(fā)展方向，引領(lǐng)太陽能應(yīng)用實現(xiàn)一次革命性飛躍。 　　一、關(guān)鍵詞及概念： 　　1.太陽能異聚態(tài)熱利用系統(tǒng)：通過異聚態(tài)理論和技術(shù)把太陽能高效經(jīng)濟實用地應(yīng)用到熱水和取暖生活的集成技術(shù)方法。 　　2.異聚態(tài)：將太陽能及以外異族能常態(tài)化聚合的技術(shù)。異，是不同特性的能量。聚，是聚合效應(yīng)。態(tài)，是常態(tài)化。 　　3.空間尺寸效應(yīng)：低溫同一濕度等量空氣受空間尺寸變化影響而產(chǎn)生的物理反應(yīng)?？臻g尺寸效應(yīng)，是板周圍各種界面效應(yīng)的綜合體現(xiàn)，空間尺寸效應(yīng)會讓很多等數(shù)量的物質(zhì)分子發(fā)生離散和聚集效應(yīng)。當(dāng)把一定量濕度和溫度相同的分子放在不同的空間內(nèi)時，它必然會出現(xiàn)不同的物理化學(xué)現(xiàn)象，等面積蒸發(fā)面展開后，垂直于吸收中心的空間距離充分放大，交換能量的自由狀態(tài)，使凝結(jié)、自解凍條件發(fā)生很大變化，這就是異聚態(tài)系統(tǒng)實現(xiàn)低溫運行的充分理由。它對溫度梯度角有了大的改善，集中效應(yīng)被緩解，自解、自熔的條件也有了改善。所以，空氣源的蒸發(fā)器集中效應(yīng)，使其低溫運行難度很大。 　　4.界面效應(yīng)：液態(tài)工質(zhì)受熱蒸發(fā)時，受熱面積對蒸發(fā)效率影響的現(xiàn)象?；庖憾褜崿F(xiàn)霧化是提高工質(zhì)效能的關(guān)鍵。 　　5.負(fù)能量場：為最大限度捕獲能量而創(chuàng)造的一種場境。它的特點是聚熱板比環(huán)境溫度低。 　　6.無水取暖：利用異聚態(tài)系統(tǒng)工質(zhì)直接取暖的方式。它主要是對水系統(tǒng)取暖而言更節(jié)能、簡潔、環(huán)保、防垢、安全、可靠。 　　7.內(nèi)耦合蒸發(fā)系統(tǒng)：將液堆霧化一種技術(shù)方法。 　　8.光伏降溫系統(tǒng)：通過異聚態(tài)技術(shù)，完成光伏發(fā)電系統(tǒng)降溫，提高系統(tǒng)轉(zhuǎn)換率和壽命，同時產(chǎn)生熱水，實現(xiàn)循環(huán)利用的技術(shù)方法。 　　二、異聚態(tài)理論： 　　在太陽能熱利用過程中，集熱器在光熱效應(yīng)下產(chǎn)生熱量。由于集熱器處在具有一定溫度、濕度、風(fēng)速的自然環(huán)境中，所以系統(tǒng)與自然環(huán)境必然發(fā)生熱交換。這時，吸熱和散熱必然同步進行，熱交換過程總是遵循由高向低傳遞的規(guī)律。 　　在過去以傳統(tǒng)集熱器取熱的太陽能利用中，我們只注重太陽能的作用，而疏忽了風(fēng)能、雨能、電磁能對太陽能系統(tǒng)的正能量作用，卻將它們放在對太陽能系統(tǒng)負(fù)面影響的位置。風(fēng)吹對流散熱是對傳統(tǒng)集熱器的致命影響，以至于我們在測集熱器時特別關(guān)注風(fēng)速，但考慮的卻是風(fēng)造成的負(fù)面影響。下雨就沒有太陽，這樣也是不利于傳統(tǒng)集熱器的聚熱效果。悶曬是傳統(tǒng)集熱的主要原理。 　　異聚態(tài)研究的是補救傳統(tǒng)太陽能系統(tǒng)缺陷，它開放式取熱，它是風(fēng)、雨對集熱器的積極效應(yīng)。這樣以來的結(jié)果就是由單一性貢獻向綜合性貢獻邁進。我們把熱能來源的局限性向廣泛性延伸。而異族能的概念就由此產(chǎn)生，異在異聚態(tài)理論中的地位非常重要，它強調(diào)了能量來源的差異化和多元化，強調(diào)的是異族能不同性而同向制熱的屬性，異還強調(diào)了方法多元化，將單一的光熱效應(yīng)發(fā)展到光熱與聚熱同步效應(yīng)，提高了系統(tǒng)的得熱量。 　　在異聚態(tài)中，異族能的出現(xiàn)，太陽能系統(tǒng)的取熱方式由“內(nèi)悶”轉(zhuǎn)變成“廣聚”，聚合不僅是一種方法，更是一種技巧，強調(diào)“巧”中凝合，合力給熱。聚合實現(xiàn)的本質(zhì)在于負(fù)能量場的作用，負(fù)能量場是在集熱器的周圍，建立一個自然屏蔽熱量和吸收熱量的熱位場，保證集熱器的溫度低于周圍環(huán)境的溫度，熱量就自然由外向內(nèi)聚集，這樣的工作原理與原來的傳統(tǒng)方法完全相反。這樣一來，系統(tǒng)取熱就由原來的Q集熱=Q吸熱-Q散熱，改變成Q集熱=Q吸熱+Q聚熱。在新的系統(tǒng)中我們經(jīng)常會看到一個怪現(xiàn)象，太陽能的熱效率大于100%，這好像違背了熱學(xué)規(guī)律，其實它是除了有吸收太陽能以外，還吸聚了空氣中的其它異族能（像風(fēng)、雨、電磁能），這樣解釋就自圓其說了。 　　在異聚態(tài)理論中，我們把聚合效應(yīng)不僅讓其合理完成，同時還讓其自然而成，常態(tài)化在這種系統(tǒng)中也比較關(guān)鍵，能量的聚合現(xiàn)象，氣候的多變性，造成了系統(tǒng)要效率最大化，就必須讓系統(tǒng)自然調(diào)節(jié)，充分利用。何種能量成為主能量是以瞬時貢獻而定，而不是專項系統(tǒng)決定，這樣的柔性自然調(diào)節(jié)，功能互補互通就成為這個系統(tǒng)的特殊先進性。 　　在異聚態(tài)中，應(yīng)用多元化，讓異聚態(tài)理論的應(yīng)用價值得到充分體現(xiàn)，在熱水應(yīng)用中，實現(xiàn)全天候功能，在取暖方面效果更佳，在烘干中節(jié)能方便，在對光伏系統(tǒng)降溫中實現(xiàn)一機多能循環(huán)利用。 　　異種多元方法的運用，讓這個理論在應(yīng)用中表現(xiàn)出了更多奇異的功能，自由組合，自然補償，自然借補，自然轉(zhuǎn)移。 　　異聚態(tài)的誕生，對我們利用自然能開辟了思路，是我們以更為開闊的視野認(rèn)識自然界，更好地利用自然資源。 　　三、核心技術(shù)： 　　（一）負(fù)能量場：負(fù)能量場是在聚熱板上建立一個比周圍環(huán)境更低的溫度場境，保證周圍環(huán)境中的熱量不斷向聚熱板傳遞，實現(xiàn)系統(tǒng)異族能的方便聚合及充分利用。它的原理是在板內(nèi)裝入低沸點工質(zhì)，通過工質(zhì)的蒸發(fā)作用吸聚環(huán)境和太陽光熱效應(yīng)產(chǎn)生的熱能，并源源不斷地將它轉(zhuǎn)移到冷凝中。 　　負(fù)能量場是太陽能異聚態(tài)熱利用系統(tǒng)的關(guān)鍵。在這個場中影響熱效率的因素有界面效應(yīng)、空間尺寸效應(yīng)、電磁振蕩效應(yīng)、混沌層。負(fù)能量場的出現(xiàn)對系統(tǒng)實現(xiàn)節(jié)能率80%和全天候應(yīng)用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。 　?。ǘ﹥?nèi)耦合蒸發(fā)系統(tǒng)：在原系統(tǒng)單級蒸發(fā)中，為了大大提高蒸發(fā)聚熱板的吸熱效能，在蒸發(fā)板前增加一級初級蒸發(fā)器，將工質(zhì)汽化后噴射到蒸發(fā)板中，通過工質(zhì)的全面均勻充分吸熱，將系統(tǒng)的效率提高，并減少局部結(jié)霜現(xiàn)象。 　?。ㄈ┮憾熏F(xiàn)象：是影響蒸發(fā)吸熱的重要效應(yīng)，將液堆無限界面后就可以達到霧化蒸發(fā)面無限擴大的效果，對系統(tǒng)熱效率提高至關(guān)重要。為了很好的發(fā)揮聚熱板的吸熱效果，我們在系統(tǒng)中通過內(nèi)耦合蒸發(fā)系統(tǒng)，實現(xiàn)前置初級蒸發(fā)達到提升聚熱板主蒸發(fā)的效果。 　?。ㄋ模o水取暖技術(shù)：針對市場上以水取暖的缺陷和充分利用太陽能異聚態(tài)熱利用系統(tǒng)的需要，我公司研發(fā)成功《太陽能異聚態(tài)熱利用無水取暖系統(tǒng)》，一解決以水取暖系統(tǒng)復(fù)雜的問題，二減少熱交換，提高了熱轉(zhuǎn)換利用率，三根除水垢，減少了售后服務(wù)，提升了系統(tǒng)的可靠性和壽命，四更加安全健康，五冬季取暖夏季制冷，提高系統(tǒng)利用率。      　　無水取暖技術(shù)，施工更加簡單。同時無水取暖在應(yīng)用中，方式多變凸顯靈活，可以制成取暖炕、取暖墻、取暖墩、生態(tài)大棚、烘干系統(tǒng)、熱量轉(zhuǎn)移系統(tǒng)等。 　?。ㄎ澹┕夥禍叵到y(tǒng)：該系統(tǒng)是利用太陽能異聚態(tài)熱利用系統(tǒng)的核心技術(shù)，在光伏發(fā)電板底部通過蒸發(fā)吸熱，降低光伏組件的溫度，提高光伏板的光能轉(zhuǎn)換率，同時對光伏系統(tǒng)的壽命也有很好提升作用。同時該系統(tǒng)提取的熱量又可以換取熱水。最終達到一取三得循環(huán)利用的效果。將太陽能利用的綜合效率達到極致。 　　四、太陽能異聚態(tài)熱利用系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域： 　?。ㄒ唬┘矣眉盁崴こ蹋涸诖祟I(lǐng)域應(yīng)用中我們主要體現(xiàn)在全天侯方面，防凍抗凍同時年節(jié)能率80%，對用戶來說既節(jié)能又節(jié)錢。 　?。ǘ┎膳瘧?yīng)用： 　　1.在北方采暖中，不僅可以利用水系統(tǒng)采暖，還可以發(fā)揮我們研發(fā)的地下儲熱系統(tǒng)，達到取熱充分、儲熱合理、滿足取暖效果。同時，還可以利用無水取暖系統(tǒng)，很好的滿足家庭和工程商用取暖，又可以做成取暖炕、取暖墩、取暖墻等方式取暖。 　　2.在南方采暖中，不僅可以利用太陽能系統(tǒng)，同時還研發(fā)了方便安裝的內(nèi)耦合蒸發(fā)系統(tǒng)，對家庭取暖實現(xiàn)二板滿足100㎡的效果。3.對南方生態(tài)農(nóng)業(yè)采暖，還可以利用提取兩度法，充分利用旁河水提取熱的方法，達到提高熱效率的效果。 　?。ㄈ?生態(tài)農(nóng)業(yè)中，我們采取綜合利用與組合利用相結(jié)合滿足大棚采暖需求，充分發(fā)揮“旁取中用”技術(shù)和“廢熱利用”技術(shù)的綜合應(yīng)用，通過循環(huán)利用達到良好的節(jié)能效果。 　?。ㄋ模O業(yè)和牧業(yè)中，我們將“旁取中用”技術(shù) 和“廢熱利用”技術(shù)綜合起來發(fā)揮提高應(yīng)用質(zhì)量和節(jié)能率。 　?。ㄎ澹┰诤娓珊臀勰喔稍镏胁扇⊙h(huán)利用和區(qū)位能量轉(zhuǎn)移方法。 　?。┰诠夥l(fā)電系統(tǒng)中，通過對光伏發(fā)電系統(tǒng)需要降溫的光伏組件降溫，達到提高轉(zhuǎn)換率和壽命的效果，同時將廢熱轉(zhuǎn)換成有用的生活熱水，實現(xiàn)循環(huán)利用。 　?。ㄆ撸┫募局评湎到y(tǒng)，是太陽能系統(tǒng)全年充分利用的典范，在制冷的同時還可以制取熱水，在循環(huán)利用和儲存能量中優(yōu)勢明顯。(作者：湖州柿子電器有限公司 技術(shù)部，郵箱：hzcachi@sina.cn)