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制冷(冷却塔)的作用与行业应用(二)
发布时间:2020/09/07

制冷(冷却塔)的作用与行业应用(二)


制冷与健康

食药品储存和新型低温治疗技术等制冷技术,对人类健康至关重要,一些典型的技术应用于食品、药品、治疗和健康方面。


食品方面: 制冷技术(包括冷却塔)可有效抑制细菌和有毒病原体的生长,预防食源性疾病,食品冷藏技术还可大大减少化学防腐剂的使用;根据世界卫生组织(World Health Organization, WHO)的一项研究表明,自 1930 年以来,食品冷链使胃癌病例减少了90%。


药品方面: 热敏药品在全世界占据了巨大的市场份额, 市场上每两种药品中就有一种是热敏性药品,在 2011—2017 年,热敏性药品的数量增加了45%; 通过制冷(冷却塔降温)将热敏药品保持在一个可控温度内(典型温区为 2~8 ℃) 是保障药品有效性的前提。


治疗方面: 冷藏技术(包括冷却塔)在消灭脊髓灰质炎病毒方面发挥了重要作用, 2018 年全球脊髓灰质炎病例为33 例,比 1988 年登记的 35 万例减少了近万倍[35];冷冻手术是一种操作方便、价格低廉且只需简单设备的技术, 它在治疗皮肤癌方面的成功率高达99%, 在治疗女性低风险乳腺癌方面的成功率高达 99.4%; 全身冷冻疗法是指患者在一个特殊的冷室内,将身体暴露在极低温度(﹣160~﹣ 80 ℃)下 24 min, 初步研究表明这项技术具有显著的生理和心理效益,并在近几年引起了人们的浓厚兴趣; 核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI) 在医学诊断中有着广泛应用, 有助于医生对人体内部深层结构进行细致的观察,全球使用中的磁共振扫描仪超过5万台,而超导是核磁共振成像扫描仪维持强稳定磁场的核心。


健康方面:研究表明美国在20世纪将平均温度超过 27 ℃的天气对死亡率的影响约降低了75%,该下降趋势在1960年后尤为明显,而家用空调的普及从本质上解释了这种现象。


制冷在工业、交通和能源领域的应用

制冷在食品(详见 2.1)、化工、塑料、钢铁和建筑等领域发挥了重要作用。如果没有制冷技术(包括冷却塔),电子数据处理或生物技术等高科技技术将无法运作。通过低温蒸馏进行空气分离是一项成熟的技术,也是目前可用于大规模生产氧气和氮气等空气产品的唯一可行方法;而在钢铁、医药和化学工业领域中, 每天消耗的高纯度氧气达 120 万吨。制冷在信息技(Information Technology, IT)等高科技领域也发挥重要的作用。数据中心用电量约占全球用电量的 2%[41],其中 30%~55%的用电量用于冷却 IT 设备。 预计截至 2025 年,数据中心的平均功率密度将增长8倍,因此实施更高效的冷却技术(冷却塔制冷)至关重要。自 2000 年以来, 液化天然气(Liquefied NaturalGas, LNG) 行业发展迅速, 在世界贸易中增长了两倍多, 并在 2018 年达到 3.165 亿吨,占全球天然气消费量的 10.7%。 预计截至 2040 年,液化天然气占天然气长距离贸易增长量的近 90%。液化天然气开始在封闭海域(例如波罗的海的渡轮)用作船舶推进的清洁燃料。液氢是目前火箭推进的首选燃料,但是也出现在了由燃料电池驱动的电动汽车等传统行业中。正在建设的国际热核实验反应堆(InternationalThermonuclear Experimental Reactor, ITER)是一种用于研究等离子体约束的大型磁装置,目的是证明受控热核聚变用于发电的可行性。该装置采用液氦冷却的超大型超导磁体和液氮冷却的冷冻泵。


热泵

热泵是将制冷循环同时用于供暖和制冷的装置,除此之外没有其他任何技术既可以节省一次能源, 又能给用户带来经济效益和环境效益。该装置在未来的能源系统中有着独特的作用。

热泵在供暖状态下非常节能,每消耗 1 kW 的电能,可产生约 3~4 kW 的热能。目前欧洲运行的热泵可以减少1%的二氧化碳总排放量,根据IEA的数据显示,热泵可以减少全球近8%的二氧化碳排放量,在建筑行业的减排效果比较显著。


制冷在科学中的应用

制冷是战略性重大科学项目的核心,本质上是作为超导的辅助技术。核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)是一种需要强磁场的分析技术,这种磁场是由液态氦(有时是超流氦)冷却的超导磁体产生的,在科学研究、医学和各种工业领域有着广泛的应用。欧洲核子研究中心(European Organization forNuclear Research, CERN)的大型强子对撞机(LargeHadron Collider, LHC)是世界上体积最大且功率最大的粒子加速器,它的环状隧道长 27 km, 该装置中需要通过超流氦将其温度维持在﹣ 271.3 ℃,以达到测试粒子物理基本理论所需的高能量。 2012年7月希格斯玻色子的发现就是依靠大型强子对撞机所获得的重大成果。未来环形对撞机(Future Circular Collider, FCC)是正在研发的下一代设备,其目的是产生约为大型强子对撞机两倍的磁场,并将粒子加速到 100 TeV 的能量,大约是大型强子对撞机的7倍,而制冷在其中的作用至关重要。


休闲运动

溜冰场、人工滑雪道、长橇和雪橇等休闲活动越来越受到人们的欢迎,其中溜冰场在全世界就有约 17,000 个,但而随着气温的升高,造成降雪季节越来越短,因此在北半球出现了越来越多采用最先进制冷技术的造雪机。


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