很有意思的问题,想起一件往事了。

刚刚参加工作时分配在一家老国企,实习期当了一段时间的电工和仪表工。

国企的玻璃纤维纺织车间有几台巨大的排风机,排出来的热风温度很高。某日和几位电工一起突发奇想,能不能把这些热量收集利用起来,说不定能成为很好的技术革新项目。要知道,当年工资很低,若能开发出技术革新项目,所获得的奖金是1年的工资总和!

仪表专业的特征是各种元器件都有,即便没有,可以立即下订单给采购部门,他们就会按时采购到位。

于是立刻动手设计。想法是这样的:我们把热风中的能量收集起来,储存到蓄电池中,这样就可以实现能量转换了。

用什么来转换?首先想到的是热电偶。

大家都知道测温的热电偶,它的原理如下:

想法很简单:我们制作一个热电偶阵列,利用它把热能转换为电能,并存入蓄电池即可。

我找来若干废旧的镍铬-镍硅热电偶,把它拆开,将镍铬丝和镍硅丝切成百段,用点压焊机把它们焊接成100个热电偶,再组成10X10的热电偶阵列。

下图是镍铬-镍硅热电偶的分度值表:

热风风口在冬天的温度是60到70度,夏天更高。当时是冬天,温度大约在65度,我们看到镍铬-镍硅输出的电压是2.643毫伏。

我设计了一个电路,输入端就是来自热电偶阵列的100个毫伏电压。我把它们做了组态,通过串并联获得较高的电压;电路的中间级是用运放构建的电压-电流变换器,输出端是恒流源电路,实现向蓄电池恒流充电。

电路制作完毕,和几位电工一起把转换器安装到位。

效果如何?一个蓄电池充满需要近2天。于是,打算修改电路,进一步提高转换效率。

然而,因为突然在排风机风口出现这么一个怪东西,动力车间的工程师来观察一番,接着把我们告到厂部技术科,说我们的东西挡住了排风风口,造成散热流量损失,影响N大。

技术科科长来看后,通知我们立刻拆除。大家面面相觑,毫无办法。

总工也知道了这件事,专门找我谈话。这位留苏的玻璃工业专家,他对我说了几件事:

第一:这种电路的测量原理是对的,可以实现能量转换;

第二:从卡诺循环的原理可知,这件事是得不偿失的。因为温度场的温度太低,我们付出的成本和转换效率与收益相比,没有价值;

第三:这种技术革新不实用,它会破坏生产条件,增加事故隐患。必须立刻拆除;

第四:建议要把思路从技术革新改变为技术创新。让我们的发明在市场中得到运用和检验,这才能实现名利双收。

最后,当然是忍痛拆除了。

老国企的共青团组织得知此事,立刻写了一个广播稿,把我们大加鼓励和赞赏。说试验虽然不可行,但精神可嘉,并给我们几元钱的午餐补贴。于是午餐时,大家美美地吃了一顿,品尝这来之不易的美味奖赏。

当然,我们立刻出名了,全公司近五万名职工都知道我们了,连进大门处的保安都对我们点头致意。开心!

此后数年,我得到若干项专利技术。正如总工所说,要实现技术创新,才能让发明的价值充分发挥出来。

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故事讲完了,题主的问题答案也有了。答案是:当然可以把空调室外机排出来的热气能量收集起来并转换为电能。然而,这种能量转换的价值不大,投入的成本和转换成本远远高于收益。

其实,想想物理学的卡诺循环效率即可得知此事的可行性了。

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这个帖子发布已经有1天了,看到许多知友在评论区提了各种看法和建议,很有意思。

为了让大家多了解这个问题,我把我做过的试验再给大家描述一下:

我所工作过的老国企属于玻璃制造业。它有3种产品,第一种是平板玻璃,第二种是玻璃纤维和玻璃钢。玻璃制造企业属于资金和技术密集型企业,而玻璃纤维因为有织布工序因而属于劳动密集型企业,所以职工人数的绝大部分就在玻璃纤维车间。

玻璃纤维的制造过程是这样的:首先要有一座专门日产近百吨玻璃珠的玻璃熔窑,然后在专门的玻璃纤维抽丝机里让玻璃珠熔融,经过白金坩埚的孔板,玻璃液被抽丝机拉制成直径为数微米的玻璃纤维。一颗玻璃珠据说可以拉制成近1千千米的玻璃纤维。再往下自然就是将玻璃纤维纺织成玻璃布了。

我们想象一下,一百多台玻璃纤维抽丝机工作是怎样的情景:从人头顶高处熔融的红色玻璃液流出,在人膝盖处有高速旋转的玻璃纤维线框,线框把玻璃纤维缠绕起来。在这个过程种,被抽出的玻璃纤维运行速度极快,它从红热到常温依靠空气来降温散热,可见,拉制玻璃纤维的工段一定是温度相当高的工作环境。

车间里配备了数台大功率(55kW)的风机,它的叶片直径大约有2米。这些风机利用风管延伸到玻璃纤维抽丝机机台上,把高温的空气抽走,最后直排到大气中。

本文谈到的排风机指的就是这些风机。

至于抽丝工段所配备的大功率中央空调机组,它的散热依靠建筑物顶端的水循环散热塔,这部分不在本文的讨论范围之内。

我们来看下图:

从图中我们看到,热空气的流量十分重要。若流量受限,则系统的散热效率会大打折扣。

我们还看到,热电偶阵列尽管尺寸不大,但它的确会对热空气流量产生一定的影响。

如果我们利用热电偶阵列把热空气的热量转换为电能,正如一位知友所说,情况类似于在自行车上安装了发电机,给自己造成了阻力。可见,这的确有点得不偿失的。

对于空调外机,它的示意图如下:

在这里,我们看到了毛细管风栅,它由细密的毛细管组成,毛细管管道里流动的就是需要散热的热态制冷剂。当风扇吹风时,毛细管风栅中的热量被空气带走,形成了空调外机前端的热风。在这里,热态制冷剂被强制降温,然后被压缩机抽回室内机实施循环降温。

如果我们也在毛细管风栅处安装热电偶阵列,或者安装在空调外机前不远处,我们很容易想到,冷空气的流量必定会受阻,毛细管风栅的工作效率必然会下降。

根据卡诺循环的原理,热机工作在高温热源和低温热源之间,热机的工作效率与高低温热源的温度差成正比。空调外机吹出的热风与冷空气之间的温度差其实并不高,即便我们安装了热电偶阵列,但可以想见,所获得的电能十分有限。

由此我们能看出,不管采取什么方法,只要我们安装的能量转换部件(哪怕只是一件衣服)阻碍了空调外机的空气流量,就会降低空调外机的工作效率,而我们从这些能量转换部件中所获得的能量却很少。

如果我们把毛细管风栅本身制作成热电偶阵列,当然可以获得一些能量,但这些可怜兮兮的能量用来点燃几个LED指示灯恐怕都有问题,更别想回馈给空调机作为动力能源了。

最后,我给大家总结一下:

空调外机的风扇吹出了热风,热风扩散在大气中。如果我们期望把散失在大气中的热量回收起来,就存在回收效率的问题。

物理学的卡诺循环告诉我们,效率与高温热源和低温热源的温度差有关。但请注意以下两点:

第一:我们不可能把空调外机所排出的热空气全部都收集起来,热量会有大量的散失;

第二:空调外机所排出的热空气温度与冷空气之间的温度差太低。

基于这两个原因,不管采用什么方法,我们能从空调外机所排出的热空气中回收的能量是很有限的,转换效率很低。如果要提高效率,所投入的设备和成本会大幅度增加,反过来又进一步降低了效率。

如果我们能把空调外机所排出的热空气能量全部回收,事实上就是永动机了。热力学告诉我们,永动机是不存在的,我们也不可能从空调热风中获得什么实际效益。

当然,利用热风吹干衣服还是可以的,但距离一定要远一些,不要影响空调机组的风场流量才行。

来源:知乎 www.zhihu.com

作者:Patrick Zhang

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