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人大附學生空調廢熱造熱水 獲日內瓦國際發明展金獎

來源:北晚新視覺 作者:代麗麗/文 編輯:Bestet 時間:2014-04-24

  2014年4月24日訊,在本月初舉行的第42屆日內瓦國際發明展上,人大附中一舉斬獲兩金三銀,初三學生趙天陽的《家用空調熱排放回收與利用裝置》在這一重量級賽事當中榮獲金獎。日內瓦國際發明展是世界上舉辦歷史最長、規模最大的發明展之一,與德國紐倫堡、美國匹茲堡并稱世界三大發明展。這次發明展吸引了來自約50個國家和地區近800個參展方的上千項發明參展。中國是第三次組團參加日內瓦國際發明展,共帶去了25項新發明,其中有一半都是在校學生的發明。而這些滿臉稚氣的小發明人,也成為展會上的一道獨特風景。

  一股熱浪引發一個好創意 

  日前,在人大附中的校園里,記者采訪了趙天陽,這個陽光帥氣的大男孩說起自己的發明創造,既自信又沉著低調。提到這個發明獲獎時,他表示還要進一步完善,使之產品化,真正推向市場,得到應用。 

  將空調廢熱收集并利用起來的想法來自于生活中一次意外的經歷——初二那年的暑假,趙天陽從一棟樓前走過,因為距離離得近了些,被墻體外安裝的一臺空調室外機狠狠地“烘”了一下。隨著那股熱浪迎面襲來,一個創意由此萌生——為什么我們的空調廢熱不經任何處理就排放到空氣中?廢熱排放既污染環境,又浪費資源,還在一定程度上造成了城市的熱島效應,進一步提高了大氣環境的溫度。雖然不知道全國一共有多少空調,但他估計,如果包括家庭和企業的,數量不會少于上億臺,它們產生的熱量對環境的影像不容忽視。 

  根據自己學習的物理學知識,趙天陽明白,“實際上,由于能量守恒定律,空調產生的熱能并不會消失,但我們可以在熱能散發到環境中之前,將這部分熱能充分利用起來,發揮更大的功效。所以說,我這個空調廢熱回收與利用的項目,節能的意義也很重要。” 

  趙天陽從小熱愛科學,喜歡設計機器人,動手做建筑模型、航海模型。人大附中尊重個性、挖掘潛力的教育理念,學校開設的選修課、開放的教學環境及各項科技活動處處激發著他的創新斗志。步入初一,他便在科技老師鼓勵引領下,發明了特殊患者交互機,初二年級先后參加世界杯FTC機器人競賽,全國建筑模型比賽,成績驕人。盡管這個創意誕生于臨戰中考的初三年級,學習任務繁重,但學校年級組、班主任和教師們相互配合,仍然指導他合理分配時間,不放棄對科技活動的積極參與和實踐,學校的科技老師更是鼓勵他大膽嘗試。就這樣,一股熱浪引發的一個好創意開始付諸實踐。 

  趙天陽上網查詢發現,利用廢熱的想法其實并不新鮮,很多工廠都將生產過程中產生的廢熱回收利用,比如將鍋爐煙氣廢熱有效利用到烘干機上,作為烘干機的熱源;冶金工廠回收余熱,將熱能轉化為電能,用來發電等。但工業上利用的都是65℃以上的熱排放,像家用空調產生的僅有四十多度的低品質熱排放則很少有人關注。這個近乎空白的領域讓趙天陽有了大展拳腳的機會。 

  收集空調廢熱用于加熱水箱

  在人大附中竺豪楨老師、李作林老師指導下,趙天陽開始忙活起來,從原理設計、功能設計,到結構設計、外形設計,他全心投入。頂著酷暑,做實驗、測數據。還有采購零配件、模塊組裝、焊接、調試等方面,趙天陽在實踐中成長,現已十分在行。學校科技老師教授的電路設計、能量轉化、溫度測量等知識也都發揮了作用。他們找到清華大學下屬公司作為實驗基地,利用廠房和設備,開始了反復的試驗。因為從小就愛搞些小發明,操作電鋸、電焊等工具都不在話下,實驗基地的張強工程師也給了他很多專業的指導,讓他受益匪淺。 

  在實驗機設計階段,趙天陽所設計的家用空調廢熱回收與利用裝置由三個基本部分組成:1、熱能收集管道;2、熱能轉化機;3、熱水器。要利用空調產生的廢熱,最重要的一點就是先將熱量有效地回收起來。最初,趙天陽就地取材,用的是家里吸油煙機上那種可伸縮的鋁箔軟體管道,將這個管道跟空調的出風口連接起來,將熱能收集到轉化機中。空調廢熱被收集到熱能轉化機當中后,將用于加熱水箱,熱水經過管道輸送,可供家庭洗澡、洗菜使用,用途和使用方法跟家用電熱水器相似。 

  但實驗機做出來以后,趙天陽覺得裝置的第一部分即熱能收集管道這個大家伙的模樣有些不盡如人意。他的熱能轉化機從外觀上看,是一個跟空調室外機差不多大小的方盒子,這個方盒子跟空調室外機之間連著一根又長又粗的管道,看上去確實不太美觀。“做實驗時難看點倒是沒有關系,但如果應用到千家萬戶的空調上,肯定會很不好看,而且這家伙很占空間,安裝不方便,固定也不牢靠,更重要的問題是,熱能在鋁箔管道里傳輸,會有不少損失。”經過再三研究,趙天陽改進了這個裝置,拿掉了那根鋁錫管道,改用延長吸熱板來代替。這個突破,在使得系統性能有了一定程度的改善的同時,巧妙地解決了上述問題。而且這塊板可以和上面的熱能轉化機連成一體,將下面的空調室外機緊緊包住,一來減少了熱能傳遞過程當中的損失,二來機器的外觀以及與空調室外機的連接也有了明顯的改善。他已經把這個設計外觀樣機裝到了自己家的空調上,大家都說,看起來挺小巧美觀。 

  節能效果比國家標準高1.9倍 

  這個暑假,趙天陽泡在了實驗基地。產品已經初具雛形,還要看看實際效果如何。另師生都很興奮的是,反復測試表明,這臺裝置的能效達到10.74!即指可利用能源與輸入功率的比值為10.74。而同原理的熱泵型熱水器國家現行標準為3.7。也就是說,趙天陽設計的這個裝置,節能效果比國家標準高1.9倍以上。這個裝置解決了空調熱排放的現實問題,同時獲得意想不到的節能效果,生活實用性還很高。這真是奇思妙想。 

  趙天陽還有個更大膽的想法,他跟技術人員探討過,也許未來空調的生產廠家會采用這項技術,將廢熱轉化與利用裝置與空調機合二為一,空調產生的熱量直接用來加熱水箱,不僅充分利用廢熱資源,空調本身的效率也會更高,也就是說“買空調贈節能熱水器”。“如果往更遠了想,我再利用太陽能板發電,發電合并儲存,可以對熱泵或其他電器提供電源支持,如能成功將進一步提高家用空調熱排放的利用價值。”說起未來的設想,趙天陽信心滿滿。 

  目前,趙天陽的“家用空調熱排放回收與利用裝置”項目已經申請了發明專利、實用新型專利、外觀設計專利,并且都獲得了受理通知書。 

  總結這個項目的收獲時,趙天陽說:“‘家用空調熱排放回收與利用裝置’這個項目的研發,進一步鍛煉了我創新能力、溝通能力和動手解決問題的能力,大大提高了我對科技的興趣。學海無涯,我將加快腳步,多參與有益的科技活動。同時我將繼續完善這個裝置,力爭早日實現產品化、商品化,為節能環保事業貢獻力量。” 

  本文來源:北京晚報-北晚新視覺網 記者:代麗麗/文

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