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規劃與設計

  • 分類:技術銀行
  • 發布時間:2021-05-07 13:58:54
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概要:
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詳情

目前正是發揮科學對認識自然、利用自然和改造自然積極作用的關鍵時期,是知識分子承擔責任和歷史使命的時候。
我們希望以知識分子的獨立和理性的思考,職業道德和責任感向社會報告我們的觀點和研究結論,強化科學技術在認識、改造、保護世界中的作用,以科學的證據向當今世界“發聲”。
我們相信科學真理將具穿透力,必然會穿越政治和經濟的迷局,回歸人類發展的正確道路。
面對危機重重的地球,面對人心惶惶的世界,人類的正確出路在哪里?
如何減少社會發展成本,建設真正的天地人和的世界?!
在對全球變暖的根源疑問重重,解危梳困方法五花八門的背景下,系統地梳理和全面的分析地球危機就變得非常重要了 。

全球變暖——不爭的事實
全球變暖——是二氧化碳濃度增加?
百年不遇的洪澇、干旱、臺風頻繁發生這種極端氣候與全球變暖有關嗎?
拯救地球、恢復生態的出路究竟在哪里?
大力倡導的碳捕捉真能治本嗎?

影響溫度變化的因素眾多。大氣溫度的變化是太陽黑子的周期運動、季節的變化、水分布和循環的不同、地表植被的不同、森林大火、火山噴發等多種因素綜合作用的結果,二氧化碳在大氣中濃度只有萬分之四左右,影響很微小。沙漠、森林、陸地、海洋、四季、晝夜溫差巨大的原因,從常識判斷,顯然二氧化碳濃度對溫度的影響不具有唯一性和決定性。
影響二氧化碳濃度的因素也很多,未必只和溫度相關。二氧化碳的濃度是一個動態值,受植被密度、生物種群數量、森林大火、火山噴發,海洋溫度變化等因素影響,它隨著區域環境的不同而不同,僅從南極冰蓋和格林蘭冰蓋取得的數據不能完全代表大氣中二氧化碳濃度的變化趨勢,因為極寒地區的大氣組成及二氧化碳濃度和其它地區存在不同(存在凝結、吸附、擴散等影響因素)。

主要觀點
1、國內外對能源、生態環境、循環經濟等問題的研究很多, 但一些主流研究和結論還有許多爭論,存在一些基本性的不足或缺陷,導致得出不同甚至相反的結論。 許多研究缺乏合理的可普遍使用的評價標準。很多主張、意見,往往只把全過程中的子過程或階段的研究結果、優點、指標作為全過程或結果的評價依據。由于不同研究者對全過程的取舍或側重點不同,沒有可比的評價基礎,自然得不出可比較的結論,       
2、要建立普適的評價標準,應該包括:

(1)以一次能源為標準,轉化為終端用戶可使用的能源的全過程的轉換效率,其中應扣除預處理、運輸、儲藏、加工和運行過程的能耗;生產全過程的裝置、設備所耗材料和制備過程的能耗;給出全流程中各中間過程間的能量平衡、物料平衡數據,以供能源、資源利用合理性的評價。
(2)應根據全過程物料衡算給出的廢氣、廢水、廢渣,包括產生的二氧化碳等的數量,以評價對生態環境的影響大小。
(3)給出全過程生產成本、投資等,以評價經濟上的合理性,是否對當地經濟發展和就業有利。
(4)確保實施的可能性、可靠性、安全性和技術上的先進性、創新性。      
3、根據一次能源,資源以及用戶獲得的能源、產品作為評價依據,才可以對不同過程的研究結果具有相同的評價基礎。

具體有以下幾大方面關注不足的問題:目前的綜合評價體系中存在的問題是“節能減排”沒有與“節約資源”統一考慮,甚至以耗費更多資源作為“節能減排”的代價。 不考慮全過程的物耗及相應的能耗是一個重大的缺失。何況許多資源是很難回收和再生的。可持續發展,節約資源以及綜合利用資源才是關鍵——提“節能降耗”比“節能減排”更科學。

4、較少考慮到不同形式、不同溫度的能源的利用效率問題。 目前根據全過程總的能量利用效率作為評價標準比較少,而且,絕大多數只根據熱力學第一定律來評價,更少利用熱力學第二定律提出的有效能(火用)作為評價依據。例如對熱能的利用,若只用于家用取暖,只利用了燃氣的熱能產生約100度的低能量,從熱力學第一定律,熱能利用率可能達90%以上,但實際上有效能(熵)的損失很大,是很大的浪費。
5、對技術進步和創新在“節能減排”上的作用重視不夠,在政策上還沒有一套完整的鼓勵和評價體系。 研究高效的反應、分離過程與設備,可以大大降低加工能耗
6、排放二氧化碳的溫室效應與地球平均溫度變化的關系。雖然不能直接作為節能減排的評價標準,但它與國際上要求各國采取的措施和制度是密切不可分的。我們是贊成為節約能耗、將二氧化碳排放作為指標,但目前一些主流意見,確實存在許多疑點和不確定性。只根據二氧化碳的溫室效應便肯定其是導致冰川融化,海洋水面上升的原因的結論難以令人信服

基本思路——用化工原理分析氣候
地球~大氣~太陽——平衡體系
可以用化工的傳質、傳熱原理分析氣候變化
太陽——持續“給熱體”,
地球——“受熱&換熱體”
大氣——換熱介質
水——有效的換熱介質
 ——氣候的變化實際是地表溫度平衡與調節過程

地球的熱平衡
地球表面和大氣溫度的變化,可通過以下總的能量衡算公式來判斷:
Q1+Q2+ Q4 > Q3+Q5(氣溫變暖)
Q1+Q2+ Q4 = Q3+Q5(氣溫恒定)
Q1+Q2+ Q4 < Q3+Q5(氣溫變冷)

三種渠道的熱量來源:

Q1——太陽能     Q2——地熱能    Q4——燃燒熱

二種吸收熱或釋放量平衡氣溫的途徑:
Q3——生物質能      Q5——散失熱                                               
地球維持溫度平衡的關鍵是地球接受到的太陽能盡可能散射到宇宙中去!
要使Q5接近Q1,可直接利用Q1,盡量減少Q4,有效的方案是增加Q3。顯然要保證Q5有效,就必須關注地表物質的光熱交換效率。
水蒸氣在空中會迅速冷凝為水或冰晶,變成籠罩在天上的云或霧,形成地上的“天棚”,可以很好的反射、阻隔、吸收和釋放太陽能,有效減少和削弱到達地面的陽光直射。

水對調節氣溫作用巨大
液態水是比熱較大的物質,水分子的紅外吸收效果實際強于二氧化碳,對大氣的溫室效應作用也大于二氧化碳。同質量水蒸氣的比熱是空氣的4.1倍,是二氧化碳的5倍; 水蒸氣的比熱也比空氣大1.8倍,比二氧化碳大2.2倍;標準狀況下水蒸發為水蒸氣所吸收的熱量為同體積空氣的近200萬倍,體積相應增加1244倍;冰融化為水吸收的熱量相當于為同體積空氣的近20萬倍;冰升華為水蒸氣吸收的熱量相當于同體積空氣的200萬倍。因此,水才是地表與大氣進行恒溫換熱的主要“空調”物質。
水的換熱貢獻主要
25℃時,水的飽和蒸汽壓為3200pa,占大氣體積的3.2%;液態水的比熱是同質量空氣比熱的4.1倍。25℃時,平衡水蒸氣對空氣的換熱效率貢獻為空氣的5.7%,可見,潮濕空氣中水的換熱貢獻不容忽視。水相變時的換熱貢獻率可達空氣的數十至數百萬倍,其平衡溫度的作用更是無可比擬。
風雨雷暴等常見天氣變化其實是以水為主要載體,在地面、空間強烈交換、儲存、轉移太陽能的過程,水氣液相變的體積巨大變化導致暴風驟雨,近期地球變暖導致大氣水循環量增加,增加了風暴的強度。

水蒸氣的溫室效應更大
2008年二氧化碳的濃度達到了385.2ppm,工業化以來大氣中的二氧化碳濃度只增加了萬分之一。水是自然界中重要的一種溫室氣體,在大氣層成分中占1-2%,其在大氣中的含量比二氧化碳大得多。在25℃時,水的飽和蒸汽壓為32000 ppm,約為二氧化碳體積濃度的83倍,水蒸汽從太陽光中吸收的能量是二氧化碳所吸收的量的4倍,水對大氣的溫室效應作用大于二氧化碳!
無視二氧化碳對生態平衡的貢獻,把全球變暖歸罪于二氧化碳的觀點是錯誤的!

從水平衡的角度更容易理解和解釋氣候變化
幸有足夠量的水分布于地球海洋、陸地、生物質、冰川、大氣、云層,通過反射、吸收、蒸發、冷凝、凝結、對流等熱交換作用,地球的氣溫度才能保持恒定,避免了更極端氣候的出現。
雪域、冰川、水面、植被覆蓋面和潮濕土壤減少,將會引起區域性蒸發水面和水量的減少,使整體云層厚度減少,大氣層對陽光的反射和換熱作用減弱,照射到地表的陽光強度增加,氣溫升高,加劇局部干旱和總體蒸發水量增加,降水量增加,高溫和暴風雨極端天氣的出現更頻繁

               植物光合作用與二氧化碳、水和太陽能相互轉換

碳、氧、水及所產生的物質的自然循環與動態轉化示意圖
地球保水才是關鍵
地球大氣中二氧化碳的平均濃度每增加1ppm,其增加量約為76億噸。假設每年二氧化碳增加2ppm,為達到碳平衡,植物至少需要吸收152億噸二氧化碳,這樣所儲存的能量為1.34×1020J,僅為全球每年生物質儲能的4.5%。有人估計地球上每年植物光合作用固定的碳達2×1011噸,光合作用生成的生物質總量就達1700億噸( 干重 ),儲能量達3×1021J。據估計溫帶地區植物光合作用的轉化率按全年平均計算約為太陽全部輻射能的0.5%-2.5%,整個生物圈的平均轉化率可達3%-5%。
只有通過保水、大面積植樹造林,減少土壤荒漠化,增加受光面積,大大提升光合作用能力,才是破解地球危機的正確方向。

保持地球水的充足是關鍵
水是有效率的換熱物質,太陽照射到地表的熱量大部分通過水的吸熱與放熱作用得到轉換。水可以通過時間和空間的變換有效的吸收和釋放太陽的熱量,平衡環境溫度,是地球上的“空調”物質。
水是調節地球環境溫度主要的因素。通過水的蒸發相變可有效降低環境溫度,通過水的凝結相變如結冰或下雪可向環境釋放熱量,避免環境氣溫的過度下降。太陽照射地球表面時,太陽能一部分被江河湖海、土壤和生物質吸收,另一部分則直接使水變成水蒸氣向大氣層轉移,把熱量向地球外散出。比熱較低的土壤、沙地含水量少,地表溫度容易升高,地表和空氣濕度低,換熱效果差,更易干旱、荒漠化。
保證地表水的含量和分布才是平衡大氣溫度的關鍵。

水是地球上特有的生命物質
水有液、固、氣三態。水圈和大氣圈、巖石層以及生物圈共同組成地球外殼基本的自然圈層。水覆蓋著地球表面70%以上的面積,水的總體積達到13.86×109億立方米,但97.5%是咸水,儲存在海洋及其他水體中。  
淡水稀少
2.5%是淡水,約三分之二儲存在兩極地帶的冰蓋和高山冰川中,其余三分之一分布如下:地下含水層和暗河——1.3的1016次立方米,湖泊——2.5的1014次立方米,大氣——1.3的1013次立方米,生物質——1.46的1016次立方米。
在土壤中的水和地表水還不到淡水總量的0.5%。
地球上的淡水資源和其他資源一樣,在數量上具有限性和稀缺性,可以供人類利用的淡水不足地球淡水儲量的1%。

水對大氣運動與能量轉換影響至關重要
大氣中的水汽來自江河、湖泊、海洋和陸地表面的蒸發。在夏季濕熱地區(如高溫的洋面或森林),大氣中水汽含量的體積比可達4%,而冬季干寒處(如極地),則低于0.01%。
水汽隨著大氣溫度發生相變,成云致雨,成為淡水的主要資源。水的相變和水的循環過程不僅把大氣圈同水圈、巖石圈、生物圈緊密地聯系在一起,而且對大氣運動與能量轉換和氣候變化有至關重要影響。

水以多種循環方式平衡著氣候
水不但以雨霧雪霜冰等多種形態裝飾和美化著地球,而且還平衡和調控著地面溫度、濕度。水是地球上重要的空調物質,起著吸收、反射和釋放太陽能的光熱轉化和能量傳遞作用,對適宜生態環境的維系起著不可替代的關鍵作用,水蒸氣其實更是一種溫室氣體。太陽能推動著水的形態變化和轉換,使其循環于大海、陸地、生物體、地下、大氣之中,關注水的保有和循環是分析和研究全球變暖及水資源短缺的關鍵。

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