呼和浩特市温馨家园再生能源住宅区一位技术人员在供热泵房内查看设备。

在北京靠近东南“二环”路的方庄一个小区，人们看不到在中国北方其它地方“普遍”存在的冬季供暖用的燃煤锅炉房，高高的住宅楼外墙上也找不到一台空调机，住户家中也没有暖气片……

而事实上，家家均有“暖风”相伴：房间与客厅里有通风口，像是不少办公楼里中央空调的送风口，可小区里并没有安装“中央空调”。在这里，居民的冬天采暖包括夏季防暑降温以及洗澡用热水全归功于附近的一座“热泵”机房与热泵技术。

“热泵技术”是近年来在世界范围内颇受关注的一种新能源技术。不过，人们大都知道“泵”这一机械设备，明白水泵可以把水从低处抽到高处。而“热泵”则与其类似。

作为自然现象，正象水往低处流那样，热量也总是从高温区（高温物）流（传）向低温区（低温物体）。 在能源日益紧张、环境污染日趋严重的今天，热泵等热能提升装置被创造出来，以从周围环境中吸取热量，包括从自然界的水、空气或土壤中获取低品位热能，让其充分“发挥余热”，经过电力做功，变成可为人所用的高品位热能。

“水泵是搬运水的，热泵则是搬运能量的。”清华同方股份公司人工环境有限公司总经理范新教授说，以往冬天的时候，如果房间或者建筑物要采暖，往往都靠燃烧之类的“传统”办法--烧煤、烧油、烧气，有的地方还会用电，以此获得热能，“而热泵这‘另外一种方式’则不用燃烧，只是在建筑物以外‘看一看’何处有能量，然后通过相应的手段把那个地方的能量搬运过来，放到大家的房间里用于采暖。”

在科学家眼里，热泵技术意味着环保和节能。“因为没有燃烧过程，自然也就不会产生高温的烟气、二氧化碳，二氧化硫和粉尘之类的东西。”范新教授大致估算了一下：如果有50亿平米使用热泵系统，可能就会省下燃煤4000万吨，一年便可节约用煤4000万吨，同时减少二氧化碳的排量8000万吨。

热泵与电冰箱、家用空调在工作原理方面基本相同。后者通过流动媒体(以前一般是“氟利昂”，但由于它对地球大气臭氧有破坏作用，因而科学家们开发出了替代物)在蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀等部位的气相变化(沸腾和凝结)的循环而达到设计要求。“热泵的出现与应用基于一个很古老的理论，即‘卡诺循环’。”范教授说。

1824年，法国工程师萨迪•卡诺首次以论文形式提出“卡诺循环”理论。他构造了在加热器与冷凝器之间的一个理想循环，指出“凡是有温度差的地方就能够产生动力；反之，凡能够消耗这个力的地方可以形成温度差，便可能打破热质的平衡。”30年后，英国科学家开尔文于1850年初又提出冷冻装置可以用于加热。之后，许多科学家和工程师对热泵进行了大量研究，持续百年之久。而它真正意义上的商业应用却仅仅是这十几年的事情。

尽管早在上世纪50年代，天津大学热能研究所就进行了中国在热泵领域的最早研究，并于1965年成功研制出国内第一台“水冷式”热泵空调机，但中国热泵行业的真正起步只能从近几年开始算起。可喜的是发展势头良好。这除了得益于国内外的大环境--节约常规能源、充分利用可再生能源外，还有一个很重要的原因，它便是中国已具备较好的热泵科研与应用的基础。

“全方位”抽热

如今提起方庄，越来越多的北京人会想到正在被开发的温泉。传说赫赫大名的唐朝（618-907）皇帝李世民、1421年从南京迁都至北京的明朝皇帝朱棣，都曾在那里的一个热泉眼洗过澡，其暖如春光的温泉水使之身心“舒适至极、飘飘欲仙”，来了精神，然后成就一番“大业”。但方庄小区的热泵并没有“大材小用”，所抽的水只是平常老百姓家所用的普通地下水，而非来自温泉。

“从外面抽取的水源水差不多13℃，进入主机的蒸发器，经过它的吸热变成6℃的水，然后回灌到地下，凉水回下去了，但把热量提取出来了，等于产生了7℃的温差，就会有能量的。”方庄紫芳园小区“空调”项目负责人胡卫伟具体举例说，能量储存在了压缩机里头，然后又变成45℃的空调水，再被送到用户家中。

水源热泵机组也装进了奥运村，去年8、9月份奥运、残奥会期间给各国体育代表团“临时的家”里送去徐徐凉风。可其所取的能量却不是来自地下水，而是附近的污水。“除地下水、地表水之外，城市污水以及各种工业废水、余热尾水，都可以作为热泵水源，并且也很环保。”范新教授说。据了解，清华同方公司长期致力于热泵技术研发与推广，已建成数个多况水源热泵示范工程，取得了产业化成果。

其实，在没有合适水源的地方，热泵照样“英雄有用武之地”。“地源热泵”便可以通过埋入地下的管道从土壤里提取热量，把温度提升后加以利用。“地下的温度在过了一定深度之后，就进入到恒温层，南、北方地区都没有太大的差距。”范教授表示，地源热泵或者说“土壤源热泵”的使用范围比水源热泵要更加宽泛--只要脚下有块儿地。

不过，不少城市小区楼宇间挨得太紧，拿不出多少空地来挖埋管道，但这也难不倒热泵--有空气就行。空气源热泵利用了空气中所蕴藏的趋于无限的能量，运行成本上则更加经济，同时又可节省大量的水资源。按照范教授的说法，这种热泵技术水平高低的评判标准主要看能够从多低温度的空气里取热，“为此，我们花了10年时间研究，跨越了3个界限，从长江流域的0℃，到黄河流域的-8℃，再到华北地区的-15℃。”清华同方公司的一款机组甚至能够从-20℃度以上的空气中提取热量，而让房间温度达到20℃以上。

中国的热泵技术在全球居于领先地位。据介绍，三种热泵相互补充，几乎可以覆盖全国所有地区。然而，热泵在中国的覆盖率还非常有限。对此，清华同方股份有限公司总裁陆致成教授解释说，热泵技术研发时间长（他们20年前就开始涉足），资金投入大（数亿元人民币），其产品市场化的周期更长（形成规模再到市场化又需5到10年）。“这其实是一个挺痛苦的过程，但作为科技成果产业化的企业，就必须经历这样的一个过程。”

“做任何事情都需眼光，而看准了方向就要有足够的底气去默默坚守，不应自乱方寸。”陆致成说。在中国，人们熟知“同方”的是其IT技术与产品，却很少有人知晓它一直在做环保及其产业。1989年，陆教授和同事们创办了清华大学人工环境工程有限公司，8年后并入同方。“环保这个产业，其实它技术的发展没有IT那么快，时间周期也会比较长，所以更需要耐心。”而同方又是一家上市公司，包括投入研发热泵等绿色技术方面的原因，有几年业绩下滑，很自然，股东大会上总会遭到质问--“我们要业绩，不要好听的‘故事’”。陆总回忆，当时他也想过自己是不是会下台，“业绩对股东确实不好交待，但我坚信前面充满着光明和希望。”

他和团队挺住了！如今，同方公司能源环保的收入已占公司的30%以上，以热泵、余热利用、脱硫和污水处理等绿色技术与产品在利润率上甚至高过了其IT产业，同时也很好地诠释了自己的品牌内涵。“同方”一词在几千年前就有了。清华大学校园里最早的一座建筑叫“同方部”，历史上曾作为每年8月27日祭奠圣人孔夫子的地方，其意“志同道合者相聚的地方”。“我们大家都有一个共识：以科技创新实现社会责任。”陆总说，“随着人们对节能环保越来越重视，我们在这一领域的技术优势更会突出出来了。”

即便用煤，也要尽可能使其“清洁”

尽管“新能源”开发利用呈上升趋势，但中国仍是一个以煤为主能源的国家，并且这种结构在今后相当长的时期内都不会大变，目前原煤50%以上用于燃烧（发电等）。可它们在提供光明、温暖和能量的同时，又是很“脏”的--在燃烧过程中产生多种多样的污染物与有害气体，使自然与人深受困扰与折磨。

在科学家看来，治“煤疾”首先要立足于基础研究。1988年，中国设立第一家“煤燃烧国家重点实验室”，3年后正式建成并对外开放，以“基础研究+国际合作+技术开发”为运作模式，多年来一直活跃在学科前沿。现在每年都会邀请全球的一些科研人员到此做研究。

科学家们的一个重要使命是，必须摸清楚污染物在煤燃烧过程中的生成及分解机理，找到减少其排放量的技术方法，实现煤的高效低耗燃烧。“我们要从源头堵住污染的出现。”实验室主任、华中科技大学教授徐明厚介绍了一个名曰“燃烧源可吸入颗粒物形成机制”的研究项目。“人们监测的可吸入颗粒物是已经形成的东西，至于它从哪里来，怎样形成的，形成之后又是以什么样的模式排放，环境保护部门往往就不大知道了，而我们则把这个工作向上游推进，然后给他们提出建议，如哪些可以采取措施减少排放，哪些可以制定标准严格杜绝排放。”

在了解了煤燃烧的物理、化学过程和机理的情况之后，研究人员推出燃烧的数学模型及控制软件，可在计算机屏幕上以三维方式再现锅炉膛内的温度场及其变化。倘若发现某处燃烧异常，控制员便能够根据需要改变操作参数、配风方式，从而实现燃烧过程的模拟诊断。

煤的储量是有限的，一方面须节能减排，另一方面则要实现可持续发展。而燃烧不充分也是燃煤污染的一个重要原因，针对于此，实验室研制了一系列高效燃烧装置。例如，通过调节送煤喷口的通气方式、改变炉膛内部结构等种种招数，以使单位体积的煤燃烧更加充分，发热量更大，排放的污染物自然减少；再如分段送风、煤灰沉降再燃等技术，保证了良好的循环通气和燃烧效率，有关的设备已在多家发电厂、水泥厂应用，据不完全统计，每年节能降耗的效益达2亿多元人民币以上；而2005年获得国家教育部“科技进步一等奖”的一项技术用于生产之后，每年创造的效益也超过1亿元。

“以往，人们大都是把煤烧掉完事儿，而其中有很多很好的成分，我们可以对它进行处理后，利用高品质的部分，烧掉‘不好的’。”徐明厚主任表示，此乃学科交叉，不仅需要热能的利用技术，还需要把化工等技术结合起来。“现在我们已建好这样一套煤的多元化利用的试验系统。”