年產(chǎn)值達8000億,制冷不只是造冰箱
我國是全球最大的制冷產(chǎn)品生產(chǎn)、消費和出口國,制冷產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值達8000億元,吸納就業(yè)超過(guò)300 萬(wàn)人,我國制冷用電量占全社會(huì )用電量15%以上,大中城市空調用電負荷約占夏季高峰負荷的60%。
據國際制冷學(xué)會(huì )估算,全球的制冷、空調和熱泵系統總數量約為50億套,每年新增設備銷(xiāo)售額約為5000億美元,制冷行業(yè)為超過(guò)1500萬(wàn)人提供就業(yè)崗位,同時(shí)也消耗了約20%的全球電力。
由此可見(jiàn),制冷不僅在中國,而且在全球范圍內都是十分重要的行業(yè)。
制冷已經(jīng)成為21世紀生活的一部分,在食品安全、健康醫療、科學(xué)研究、工業(yè)、能源和休閑運動(dòng)等眾多領(lǐng)域中都發(fā)揮著(zhù)重要作用。
我國古代制冷的歷史
中華民族早在3600年前,就開(kāi)始了對冰、雪等天然冷源的應用。在這之后,幾乎在我國歷史上的每個(gè)朝代都有相關(guān)文字的記載。
《夏小正》(夏朝歷書(shū),約公元前21世紀~約公元前16世紀)記載:“三月參則伏……頒冰者。分冰以授大夫也”,可見(jiàn)我們的祖先在夏朝便已開(kāi)始貯冰、用冰了。
《詩(shī)經(jīng)-豳(bīn)風(fēng)-七月》有“二之日鑿冰沖沖,三之日納于凌陰”的詩(shī)句。二之日、三之日指的是舊時(shí)夏歷的十二月和正月。凌陰的陰字是“窨”的借字,也就是藏冰室、冰窖。其意思是:“十二月破冰砰砰響,正月里把冰藏進(jìn)冰窖”。
三國時(shí)期,宮廷藏冰之風(fēng)更盛。曹操在魏地大建冰窖,他常以冰作為賜品賞賜有功之人,而功臣們寧得一百斤冰,勝得千百金!
至唐朝時(shí),在長(cháng)安的市場(chǎng)上,已經(jīng)出現了專(zhuān)門(mén)賣(mài)冰的商人,并且開(kāi)始有吃冷飲的習慣了。杜甫在《槐葉冷陶》一詩(shī)中描述“青青高槐葉,采掇付中廚。新而來(lái)近市,汁渣宛相俱?!?jīng)齒冷如雪”其意為用槐葉汁、甘菊汁和面做成的食品“冷陶”,放在冰水中冷卻后吃起來(lái)會(huì )“經(jīng)齒冷如雪”了。
至于冰淇淋的發(fā)明,據考證也和意大利人馬可波羅有關(guān),他在元朝時(shí)來(lái)到中國,品嘗了冰酪并學(xué)會(huì )了其制作法?;貒笏麑⒋思夹g(shù)獻給意大利王室,后又逐漸傳至英法,英國人取名為“冰激凌”。
除了冷食之外,我國漁業(yè)用天然冰保鮮的歷史也很悠久?!秴强ぶ尽酚涊d南宋乾道淳熙年間(公元1165~1189年)“沿海大家始藏冰,悉以冰養,魚(yú)遂不敗”。到了元朝,漁民已經(jīng)發(fā)明了冰鮮船來(lái)冷藏魚(yú)類(lèi)。根據這些史料,我們的祖先用冰來(lái)保鮮魚(yú)類(lèi)的歷史比西方早了400多年。
利用天然冷源治病的歷史,在我國也非常悠久。早在公元前,我們就發(fā)現了冷水、井水、冬霜、冰塊給病人降溫退燒、消炎去腫、止血止痛的功效。用冰做手術(shù)鎮痛的冷罨(yǎn)法的記載也有一千年的歷史了。
所以,中華民族很早就將天然冰雪等天然冷源廣泛運用在食品保鮮、加工、運輸、防暑降溫、醫療等方面了。
制冷與食品
制冷技術(shù)的不斷進(jìn)步,使冷凍食品、冰淇淋等新型食品市場(chǎng)迅速發(fā)展。全球范圍的需求造就了巨大的市場(chǎng),據調查,2018年全球冷凍食品市場(chǎng)價(jià)值為2199億美元,預計到2023年將增長(cháng)近30%,達到2825億美元。
從食品的加工、冷藏儲存、冷藏運輸,到配送給消費者,整個(gè)食品產(chǎn)業(yè)鏈都是由持續制冷的冷鏈來(lái)保障的,制冷為食品提供了最理想的儲存環(huán)境。制冷的缺失會(huì )造成食品的巨大損失,這些損失幾乎占到全球食品供應的20%。
與此同時(shí),制冷也為消費者提供了安全健康的食品。大量研究表明,在全球范圍內,冷凍水果、蔬菜與新鮮產(chǎn)品的營(yíng)養相當。例如在美國、愛(ài)爾蘭、英國、瑞典和德國等國家,人均冷凍食品的年消費量約為50kg。
制冷與健康
食品、藥品儲存技術(shù)和新型低溫治療技術(shù)等制冷技術(shù),對人類(lèi)健康至關(guān)重要。
食品方面
制冷技術(shù)可有效抑制細菌和有毒病原體的生長(cháng),預防食源性疾病,此外食品冷藏技術(shù)可大大減少化學(xué)防腐劑的使用。根據世界衛生組織的一項研究表明,自1930年以來(lái),食品冷鏈使胃癌病例減少了90%。
藥品方面
熱敏性藥品在全世界占據了巨大的市場(chǎng)份額,市場(chǎng)上每?jì)煞N藥品中就有一種是熱敏性藥品,在2011—2017年,熱敏性藥品的數量增加了45%,通過(guò)制冷將熱敏藥品保持在一個(gè)可控溫度內(典型溫區為2-8℃)是保障藥品有效性的前提。
治療方面
冷藏技術(shù)在消滅脊髓灰質(zhì)炎病毒方面發(fā)揮了重要作用,2018年全球脊髓灰質(zhì)炎病例為33例,比1988年登記的35萬(wàn)例減少了近萬(wàn)倍。
冷凍手術(shù)是一種操作方便、價(jià)格低廉且只需簡(jiǎn)單設備的技術(shù),它在治療皮膚癌方面的成功率高達99%,在治療女性低風(fēng)險乳腺癌方面的成功率高達99.4%。
核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)在醫學(xué)診斷中有著(zhù)廣泛應用,有助于醫生對人體內部深層結構進(jìn)行細致的觀(guān)察,全球使用中的磁共振掃描儀超過(guò)5萬(wàn)臺,制冷技術(shù)是核磁共振成像掃描儀維持強穩定磁場(chǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。
營(yíng)造舒適環(huán)境方面
制冷技術(shù)提升了人們生活的舒適度和健康水平,并提高了工業(yè)生產(chǎn)效率。一些獨立研究表明,高溫環(huán)境和低質(zhì)量的室內空氣對學(xué)生的學(xué)習效率和辦公室職員的工作效率產(chǎn)生很大的影響。
一項針對1000多萬(wàn)美國高中生所做的調查表明,溫度每升高0.5℃,學(xué)生在該學(xué)年的學(xué)習所得就會(huì )減少1%。
不合適的環(huán)境溫度會(huì )影響工作效率,并可能造成經(jīng)濟損失,而空調技術(shù)的引進(jìn)和推廣在過(guò)去的60-70年間,促進(jìn)了高溫、高濕地區的經(jīng)濟發(fā)展。
制冷與科學(xué)
超導是指某些物質(zhì)在一定溫度條件下(一般為較低溫度)電阻降為零的性質(zhì)。制冷是使得超導體達到超導態(tài)的關(guān)鍵技術(shù),是戰略性重大科學(xué)項目的核心。
核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)是一種需要強磁場(chǎng)的分析技術(shù),這種磁場(chǎng)是由液態(tài)氦(有時(shí)是超流氦)冷卻的超導磁體產(chǎn)生的,在科學(xué)研究、醫學(xué)和各種工業(yè)領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用。
歐洲核子研究中心(European Organization for Nuclear Research,CERN)的大型強子對撞機(Large Hadron Collider,LHC)是世界上體積最大、功率最大的粒子加速器。
它的環(huán)狀隧道長(cháng)27km,該裝置中需要通過(guò)超流氦將其溫度維持在﹣271.3℃,以達到測試粒子物理基本理論所需的高能量。2012年7月希格斯玻色子的發(fā)現就是依靠大型強子對撞機所獲得的重大成果。
制冷與工業(yè)、能源
在鋼鐵、醫藥和化學(xué)工業(yè)中,每天消耗的高純度氧氣達120萬(wàn)噸。通過(guò)低溫蒸餾進(jìn)行空氣分離是一項成熟的技術(shù),也是目前可用于大規模生產(chǎn)氧氣和氮氣等空氣產(chǎn)品的唯一可行方法。
液化天然氣(Liquefied Natural Gas,簡(jiǎn)稱(chēng)LNG)主要成分是甲烷,被公認是地球上最干凈的化石能源。LNG是天然氣經(jīng)壓縮、冷卻至其凝點(diǎn)(-161.5℃)溫度后變成液體,儲存在-161.5℃、0.1MPa左右的低溫儲存罐內,用專(zhuān)用船或油罐車(chē)運輸,使用時(shí)重新氣化。
世界上環(huán)保先進(jìn)國家都在推廣使用LNG,除了用作發(fā)電廠(chǎng)、工廠(chǎng)、家庭用戶(hù)的燃料外,其中所含的甲烷可用作制造肥料、甲醇溶劑及合成醋酸等化工原料,另外其所含的乙烷和丙烷可經(jīng)裂解而生成乙烯及丙烯,是塑料產(chǎn)品的重要原料。
超低溫的LNG在大氣壓力下轉變?yōu)槌貧鈶B(tài)的過(guò)程中,可提供大量的冷能,將這些冷能回收,還可用于以下用途:使空氣分離而制造液態(tài)氧、液態(tài)氮,液化二氧化碳、干冰制造,利用冷能進(jìn)行發(fā)電,制造冷凍食品或使用于冷凍倉庫,橡膠、塑料、鐵屑等產(chǎn)業(yè)廢棄物的低溫破碎處理,海水淡化。
制冷與休閑
隨著(zhù)2022年北京冬奧會(huì )的成功申辦,以及國家體育總局公布《帶動(dòng)三億人參與冰雪運動(dòng)”實(shí)施綱要(2018-2022年)》,滑冰、滑雪等冰雪休閑活動(dòng)越來(lái)越受到人們的歡迎。
2022年北京冬奧會(huì )將在奧運會(huì )冰上場(chǎng)館使用最清潔、最低碳的二氧化碳制冷技術(shù),這將是奧運史上首次使用該項技術(shù),這意味著(zhù)減少的碳排放量約等于3900輛汽車(chē)的年度碳排放量,也相當于植樹(shù)超過(guò)120萬(wàn)棵所帶來(lái)的碳排放減少量。
以上食品安全、醫療健康、能源環(huán)境與重大科研等問(wèn)題充分地表明了制冷行業(yè)的重要性,在工業(yè)、教育和科研領(lǐng)域應該受到高度重視,制冷相關(guān)技術(shù)的研發(fā)工作需要得到進(jìn)一步推動(dòng)與大力支持,通過(guò)多方努力提升人民的生活質(zhì)量和健康水平,推動(dòng)能源與環(huán)境的可持續性發(fā)展。