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年产值达8000亿,制冷不只是造冰箱


我国是全球最大的制冷产品生产、消费和出口国,制冷产业年产值达8000亿元,吸纳就业超过300 万人,我国制冷用电量占全社会用电量15%以上,大中城市空调用电负荷约占夏季高峰负荷的60%。


据国际制冷学会估算,全球的制冷、空调和热泵系统总数量约为50亿套,每年新增设备销售额约为5000亿美元,制冷行业为超过1500万人提供就业岗位,同时也消耗了约20%的全球电力。


由此可见,制冷不仅在中国,而且在全球范围内都是十分重要的行业。


制冷已经成为21世纪生活的一部分,在食品安全、健康医疗、科学研究、工业、能源和休闲运动等众多领域中都发挥着重要作用。


我国古代制冷的历史


中华民族早在3600年前,就开始了对冰、雪等天然冷源的应用。在这之后,几乎在我国历史上的每个朝代都有相关文字的记载。


《夏小正》(夏朝历书,约公元前21世纪~约公元前16世纪)记载:“三月参则伏……颁冰者。分冰以授大夫也”,可见我们的祖先在夏朝便已开始贮冰、用冰了。


《诗经-豳(bīn)风-七月》有“二之日凿冰冲冲,三之日纳于凌阴”的诗句。二之日、三之日指的是旧时夏历的十二月和正月。凌阴的阴字是“窨”的借字,也就是藏冰室、冰窖。其意思是:“十二月破冰砰砰响,正月里把冰藏进冰窖”。

三国时期,宫廷藏冰之风更盛。曹操在魏地大建冰窖,他常以冰作为赐品赏赐有功之人,而功臣们宁得一百斤冰,胜得千百金!


至唐朝时,在长安的市场上,已经出现了专门卖冰的商人,并且开始有吃冷饮的习惯了。杜甫在《槐叶冷陶》一诗中描述“青青高槐叶,采掇付中厨。新而来近市,汁渣宛相俱。……经齿冷如雪”其意为用槐叶汁、甘菊汁和面做成的食品“冷陶”,放在冰水中冷却后吃起来会“经齿冷如雪”了。


至于冰淇淋的发明,据考证也和意大利人马可波罗有关,他在元朝时来到中国,品尝了冰酪并学会了其制作法。回国后他将此技术献给意大利王室,后又逐渐传至英法,英国人取名为“冰激凌”。

除了冷食之外,我国渔业用天然冰保鲜的历史也很悠久。《吴郡志》记载南宋乾道淳熙年间(公元1165~1189年)“沿海大家始藏冰,悉以冰养,鱼遂不败”。到了元朝,渔民已经发明了冰鲜船来冷藏鱼类。根据这些史料,我们的祖先用冰来保鲜鱼类的历史比西方早了400多年。


利用天然冷源治病的历史,在我国也非常悠久。早在公元前,我们就发现了冷水、井水、冬霜、冰块给病人降温退烧、消炎去肿、止血止痛的功效。用冰做手术镇痛的冷罨(yǎn)法的记载也有一千年的历史了。


所以,中华民族很早就将天然冰雪等天然冷源广泛运用在食品保鲜、加工、运输、防暑降温、医疗等方面了。


制冷与食品


制冷技术的不断进步,使冷冻食品、冰淇淋等新型食品市场迅速发展。全球范围的需求造就了巨大的市场,据调查,2018年全球冷冻食品市场价值为2199亿美元,预计到2023年将增长近30%,达到2825亿美元。


从食品的加工、冷藏储存、冷藏运输,到配送给消费者,整个食品产业链都是由持续制冷的冷链来保障的,制冷为食品提供了最理想的储存环境。制冷的缺失会造成食品的巨大损失,这些损失几乎占到全球食品供应的20%。

与此同时,制冷也为消费者提供了安全健康的食品。大量研究表明,在全球范围内,冷冻水果、蔬菜与新鲜产品的营养相当。例如在美国、爱尔兰、英国、瑞典和德国等国家,人均冷冻食品的年消费量约为50kg。


制冷与健康


食品、药品储存技术和新型低温治疗技术等制冷技术,对人类健康至关重要。


食品方面


制冷技术可有效抑制细菌和有毒病原体的生长,预防食源性疾病,此外食品冷藏技术可大大减少化学防腐剂的使用。根据世界卫生组织的一项研究表明,自1930年以来,食品冷链使胃癌病例减少了90%。


药品方面


热敏性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。


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%。

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,制冷技术是核磁共振成像扫描仪维持强稳定磁场的关键技术。


营造舒适环境方面


制冷技术提升了人们生活的舒适度和健康水平,并提高了工业生产效率。一些独立研究表明,高温环境和低质量的室内空气对学生的学习效率和办公室职员的工作效率产生很大的影响。


一项针对1000多万美国高中生所做的调查表明,温度每升高0.5℃,学生在该学年的学习所得就会减少1%。

不合适的环境温度会影响工作效率,并可能造成经济损失,而空调技术的引进和推广在过去的60-70年间,促进了高温、高湿地区的经济发展。


制冷与科学


超导是指某些物质在一定温度条件下(一般为较低温度)电阻降为零的性质。制冷是使得超导体达到超导态的关键技术,是战略性重大科学项目的核心。


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 for Nuclear Research,CERN)的大型强子对撞机(Large Hadron Collider,LHC)是世界上体积最大、功率最大的粒子加速器。


它的环状隧道长27km,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。


制冷与工业、能源


在钢铁、医药和化学工业中,每天消耗的高纯度氧气达120万吨。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。


液化天然气(Liquefied Natural Gas,简称LNG)主要成分是甲烷,被公认是地球上最干净的化石能源。LNG是天然气经压缩、冷却至其凝点(-161.5℃)温度后变成液体,储存在-161.5℃、0.1MPa左右的低温储存罐内,用专用船或油罐车运输,使用时重新气化。

世界上环保先进国家都在推广使用LNG,除了用作发电厂、工厂、家庭用户的燃料外,其中所含的甲烷可用作制造肥料、甲醇溶剂及合成醋酸等化工原料,另外其所含的乙烷和丙烷可经裂解而生成乙烯及丙烯,是塑料产品的重要原料。


超低温的LNG在大气压力下转变为常温气态的过程中,可提供大量的冷能,将这些冷能回收,还可用于以下用途:使空气分离而制造液态氧、液态氮,液化二氧化碳、干冰制造,利用冷能进行发电,制造冷冻食品或使用于冷冻仓库,橡胶、塑料、铁屑等产业废弃物的低温破碎处理,海水淡化。


制冷与休闲


随着2022年北京冬奥会的成功申办,以及国家体育总局公布《带动三亿人参与冰雪运动”实施纲要(2018-2022年)》,滑冰、滑雪等冰雪休闲活动越来越受到人们的欢迎。


2022年北京冬奥会将在奥运会冰上场馆使用最清洁、最低碳的二氧化碳制冷技术,这将是奥运史上首次使用该项技术,这意味着减少的碳排放量约等于3900辆汽车的年度碳排放量,也相当于植树超过120万棵所带来的碳排放减少量。


以上食品安全、医疗健康、能源环境与重大科研等问题充分地表明了制冷行业的重要性,在工业、教育和科研领域应该受到高度重视,制冷相关技术的研发工作需要得到进一步推动与大力支持,通过多方努力提升人民的生活质量和健康水平,推动能源与环境的可持续性发展。

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