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第16章 冰在其他领域的应用

1.节能妙招——冰蓄冷技术

冰蓄冷技术是一种利用峰谷电价的差别将用电高峰时的空调,负荷转移到电价较为便宜的夜间从而节约运行费用的技术,从而达到缓解目前“有时电力不足、有时电量有余”的状况。传统的冰蓄冷空调系统的不足是只能节省运行费用而不节能。所以,从能量利用角度看,它实际上仍是一种耗能系统。

我们都知道,在没有实行集中供热之前,到了冬天家家户户都烧火取暖,这种原始的功能取暖方式不仅浪费能源,还给环境造成了污染。后来,在北方实行集中供暖,这种供暖方式在节约能源的同时也保护了我们的环境。事实上,在供冷问题上,我国目前仍然没有实现统一集中的供冷。现在,不管是我国的南方还是北方,或是在住宅、宾馆、酒店、商店、办公楼等建筑物里,几乎都安装了分体式空调或者中央空调。

其实,区域供冷站的供冷和北方冬季时的集中供暖道理是一样的。这种新兴的供冷方式实际上就是以区域冷站作为冷源和能量中心,再通过区域空调管网向周边建筑提供调温用的冷水,以满足各种建筑的不同用户的用冷需求。通常,这种供冷方式的优点在于可利用制冷时产生的热量,向建筑区居民提供热水。所以在能源日渐短缺的今天,如果国家能够采取集中供冷与集中供热这种措施的话,那么,则可以大大提高能源的利用率,从而达到节约能源的目的。

当然,冰蓄冷在制冷过程中同样也需要能源,而这种供冷方式实现能源的节约和电厂发电、电网供电和供冷的集中方式是密不可分的。

(1)冰蓄冷的工作原理

在世界能源和环保日益重要的今天,节能尤显得重要。冰蓄冷作为新世纪的重要节能手段发展方向之一,这一新技术的发展和应用其功绩可谓是造福人类。冰蓄冷技术的应用,不仅有着良好的经济效益,而且还能带来很好的社会效益。据说,在不远的将来,冰蓄冷将成为我国电力移峰填谷、提高电网用电负荷率、改善电力投资综合效益、减少有害气体和污染物排放量的重要技术,从而起到保护环境的重要作用。

冰蓄冷技术是怎样发挥作用的呢?通常,它是在夜间电网低谷时间,利用低价电制冰蓄冷并将这些冷量储存起来,到了白天用电高峰时再溶水,与冷冻机组一起供冷。

一般来说,冰蓄冷技术可以有:改造安装简单、节省运行费用、移峰填谷、平衡电网、减少国家电力投资等诸多优点。

如果我们从能源的合理分配角度上看的话,冰蓄冷可以起到节约能源的作用,这是因为发电站开启多少负荷的发电机组是根据用电的多少来决定的。对机组来说,频繁开启、关闭也会有巨大的损害,而且很麻烦。所以如果机组不停机的话,就可以充分利用天然能源。可是,一般我们不能为了要做到这点,而让人们晚上生活。因为机器是可以晚上工作的,冰蓄冷技术就使这一问题迎刃而解了。

(2)应用范围

冰蓄冷应用范围很广,无论是写字楼、宾馆、饭店,还是机场、候车室、商场、超市,或者体育馆、展览馆、影剧院、医院,抑或是化工石油、制药业、食品加工业、精密电子仪器业、啤酒工业、奶制品工业,可以说都是冰蓄冷技术的用武之地。

通常,如果现有空调系统能力已经不能满足负荷需求,在需要扩大供冷量的情况下,不用增加主机,直接改造成冰蓄冷系统是最好的选择。

(3)经济效益

从经济效益上来看,使用冰蓄冷技术可以节省空调设备费用,减少制冷主机的装机容量和功率,因而可以减少用电高峰时的用电量,从而使得使用电量在峰谷之间得到合理的分配。

另外,从社会效益上看,采用冰蓄冷技术不仅可节省能源、减少污染物排放,而且还可以减少国家电网的投资。

2.干燥新宠——冻干技术

我们知道,干燥是防止物质腐败变质的方法之一。通常我们见到的干燥方法有晒干、煮干、烘干、喷雾干燥和真空干燥等。不过,以上的干燥方法都是在0℃以上或更高的温度下完成的。通常这样的干燥方法做成的产品,一般都会体积缩小、质地变硬、甚至发生氧化,而且,某些物质易挥发的成分在干燥的过程中会大量损失掉,尤其是一些热敏性的物质会发生变性,如蛋白质、维生素等。于是干燥后的产品就和新鲜产品有了很大的差别。

冷冻干燥法与以上方法就不同了。冷冻干燥产品的干燥基本上都是在0℃以下的温度进行的,直到后期,为了进一步减少产品的残余水分,才让产品升至0℃以上的温度,不过一般不会超过40℃。

冷冻干燥是一种将含有大量水分的物质,先进行降温冻成固体,然后在真空的条件下使水蒸气直接升华的方法,通常,其物质会剩留在冻结时的冰架中,一般我们通过这种方法可使干燥的产品体积不变,而且疏松多孔。

(1)冷冻干燥的优点

第一,由于冷冻干燥在低温下进行,所以在干燥中许多热敏性的物质不会损失。如蛋白质、微生物之类就不会因为干燥而发生变性或失去生物活力。通常,这一干燥方式在医药上的应用非常广泛。

第二,由于是在低温下干燥,所以物质中的挥发性成分损失比较小,因而,冷冻干燥适用于一些化学产品,药品和食品的干燥。同时,低温的干燥使微生物的生长和酶的作用无法进行,因而可以保持物质原来的性状。

第三,由于干燥后的产品不仅体积不缩小,而且疏松多孔,呈海绵状,所以加水后它可以迅速溶解至完全溶化掉,从而使其几乎能够恢复原来的性状。

第四,由于冷冻干燥在真空中进行的,干燥环境里氧气含量极少,所以避免了对物质有害的氧化作用。另外,冷冻干燥能排除95%~99%以上的水分,所以产品能长期保存而不发生变质。

因为冷冻干燥有以上优点,所以它在医药工业、食品工业、科研和其他部门都得到广泛的应用。

(2)冻干机和冻干程序

我们把用于产品冷冻干燥的装置称之为真空冷冻干燥机,简称冻干机。

冻干机按系统分,一般由制冷系统、真空系统、加热系统和控制系统四个主要部分组成。另外,按结构分,它由冻干箱或称干燥箱、冷凝器或称水汽凝集器、冷冻机、真空泵和阀门、电气控制元件等组成。

一般讲来,冷冻干燥的程序有以下几个步骤:在冻干之前,把产品均匀地分装在合适的容器内,一般是玻璃瓶或安瓶;接下来,把产品放入与冻干箱大小相适应的金属盘里。在装箱之前,要先将冻干箱进行空箱降温,当降到一定温度,再将产品放进去进行预冻。在抽真空之前,根据冷凝器冷冻机的降温速度提前使冷凝器工作,抽真空时冷凝器应达到——40℃左右的温度,等真空度达到一定数值后,即可对箱内产品进行加热。加热要分两步进行,第一步加温时,一般产品的温度不能超过共熔点的温度,通常,这一加温要持续到产品内水分基本干完后。第二步加温时可迅速地使产品上升到规定的最高温度,通常是在这个最高温度保持数小时之后,产品就干燥了。

一般来说,整个升华干燥大概要花12~24小时左右,时间长短取决于产品在每瓶内的装量、总装量,以及玻璃容器的形状、规格,产品的种类等,冻干曲线及机器的性能等。

冻干过程完成后,产品要放在干燥无菌的空气进入干燥箱,之后以最快的速度加塞封口,以防止产品重新吸收空气中的水分。

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