刘凤鸣博士提出雾霾治理新策略

雾霾这个过去很少提及的概念目前已成为上至中央,下至地方及亿万民众极度关切的污染危机。李克强总理提出向雾霾宣战的决心和规划,牵动了亿万国人的治霾激情,献计献策。

日前,国家千人计划专家刘凤鸣博士提出了一套别具一格的雾霾治理新策略,希望为尽快恢复我国的蓝天做贡献。

据了解,雾霾的形成包括三方面的因素,即空气中污染物的增加;垂直方向出现逆温(温度随高度增加);在水平方向静风现象增多;这样造成了污染物在空气中不能有效清除,使其聚集,悬浮物大量增加。

目前出现频繁重度雾霾,除空气中污染物排放增多外,大气垂直方向出现逆温更是造成目前重度雾霾的主要原因。鉴于通过控制空气污染物的排放以实现有效的雾霾治理需要十年或更长的时间,因此,如何有效的加速雾霾的清除和扩散将是目前更为重要的重度雾霾治理手段,增加水平方向的空气流动(形成风)和消除垂直方向的逆温则是最基本也是最重要的加速雾霾清除和扩散的治霾策略。

据刘博士介绍:这种治霾策略类似于诸葛亮的“借东风”,听起来好似天方夜谭,但是我们应该可以做到。众所周知,局部降温可以产生空气流动,也就是形成风,局部降温可以减轻或消除大气逆温层。因此,通过局部降温,与周围出现温差,形成风,促进空气污染清除,同时给某一部位大气逆温层降温,消除垂直逆温,进而促进空气污染的扩散。

可采用两种方案加以解决,即以液氮为制冷介质的公益性模式和以高空冷空气为制冷介质的商业盈利模式。

逆温层多见于200~1000米的高度,厚度几十到几百米,因此,本发明结构的高度应在2000米左右,在200~500米高度处释放冷气,不仅可以减轻或消除局部逆温层,同时局部降温可带来气流向下和周围流动,在近地部位形成风,发挥清除和扩散的双重作用,达到清除重度雾霾的作用。

据了解,刘博士率领的项目团队曾采用20米高的虹吸制冷装置以及液氮进行了几平方米到几百平方米的温差试验,使空气污染物的清除速度提高十倍以上。项目团队模拟逆温环境实验,在逆温环境中实验观察2小时污染物都没有被清除的迹象,但当破坏逆温环境后,污染物不到2分钟就被清除,使清除效率提高百倍以上。这样的小型实验显示空气污染清除半径可达到局部降温面积半径的10倍以上。

刘博士介绍,以液氮为制冷介质的公益性模式,结构简单,建造成本低,筹建周期短,可在短期内见效,但运营费用较高,须由政府主导实施。主要结构为由多组空中液氮喷洒装置组成的局部降温系统,高度500米,主要由位于底部的液氮存储器和安装于不同高度的旋转液氮喷洒装置组成。

根据实时监测的逆温层所处的部位,确定喷洒液氮降温的大气空间位置。以1平方公里的处理面积计算,建造成本约在5000万元以内,每天液氮的用量大约需要500万元,可覆盖直径10公里的面积。以北京为例,以每年15%的雾霾处理天气计算,每年的维持费用约为2亿元,但没有直接的经济效益。

而以高空冷空气为制冷介质的商业盈利模式,结构复杂,建造周期长且成本高,不仅具有很强的空气污染清除效果,而且具有良好的商业盈利能力。众所周知,气温度随着高度增加而降低,即每升高1000米空气温度下降6度,这种温差变化不受地面温度的影响。

因此,我们如果将高空的冷能和低空的热能进行交换,就可实现低空任意部位制冷的目的。本技术采用虹吸原理及有效地隔热措施和热不平衡驱动原理,使低空的热能和高空的冷能进行交换,以实现低空任意部位制冷的目的。

附图为该技术商业运行结构效果图,本结构高2000米,其中商业建筑结构高1200米,底部直径1000米。中间和顶端部分为该技术基本结构,即低空的热能和高空的冷能进行交换的结构,管道直径5米,内装防冻液,两侧为集商业、娱乐为一体的商用建筑结构,这样不仅可以保证技术结构的稳定性,同时可以作为普通商用和游乐设施使用,为清除污染、制冷、商业、游乐为一体的商业结构区。

需要清除空气污染时,将冷气向建筑结构的周围排放。

不需要清除空气污染时,可将冷气向建筑结构内排放,作为商用制冷空调,也是一种全新的无污染,低耗能的制冷技术。该结构建成后其局部制冷面积应能够达到2平方公里的范围,可以覆盖直径20公里的污染清除面积。

建造成本约350亿元,建成后商用面积达1500万平方米,并且是空气污染清除的中心区,其空气的清洁度最高,如建在北京,其商用建筑的市值就应该超过1000亿元。由于本技术采用热不平衡驱动原理,能耗很低,只需驱动送风系统供能,每年制冷耗能应在2000万元以下。如将制冷、商业、游乐结合一体运作,将会成为一较大的商业盈利实体。

重度雾霾,特别是所形成的逆温效应,像一口无形的锅盖一样,使不断产生的污染无法向高空扩散,同时伴有污染排放加重,双重因素造成空气污染越聚越多,形成重度雾霾和重度空气污染。该策略通过局部制冷,破坏大气逆温层,形成向下及周围的空气流动,与高空新鲜空气形成对流,给无形的锅盖上打开了一个向外对流的窗口,使得无形锅盖下面的污染物得以源源不断向外扩散,带动周围逆温层的逐渐消失,加速空气的上下对流,清除雾霾及其它污染。

刘博士表示,经过多方咨询,认为该项技术具有可行性,会给现代工业和人们的生活带来大的变革,不仅是一种新型的制冷结构,既消除污染又环保节能,同时也可衍生出一全新的商业模式,但该项目还需要做进一步的实验,需要在相对较大的范围内进行液氮空气制冷试验,检测城市空气污染的清除效果。