（摘自《中國科學報》1998.12.29張津生所寫《自然冷能》）
自然冷能
燃燒法消耗了大量的礦物資源，而且帶來環境汙染、溫室氣體排放等一系列問題，有沒有更經濟、更科學的辦法，使人們酷暑時節降溫、嚴寒季節增溫呢？答案是肯定的，利用自然溫差可以達到這個目的，這就是"自然冷能"及其應用問題。
何謂"自然冷能"
自然冷能的科學定義是："常溫環境中，自然存在的低溫差低溫熱能"，簡稱"冷能"實際上冷熱感覺都是相對的，無論氣溫高低，溫差的存在就意味著可利用能量。由於大自然維持環境溫度的能力為無限大，而溫差又無處不在，所以該能量的數量也為無限大，是一種潛在的巨量低品位能源。
我國大部處於大陸性氣候區，氣溫的晝夜變化與季節變化都很大，比起低平原海洋氣候區，自然冷能潛力要大得多，利用成本相對較低，與風能、太陽能一樣具有經濟價值，利用過程也不會產生環境汙染。
自然環境中，存在有數百平方公尺小範圍、寒冬臘月春暖花開、六月份炎暑卻天寒地凍的"反季節"現象，當地群眾用來作天然冷藏庫。我國商、周時代即有冬季儲冰夏季取用的冷能利用先例，而且一直延續至今。井水一般冬暖夏涼，合理利用可以代替空調能源。
１９３３年，在法國的實驗室，在室溫下利用３０℃溫差推動小型發動機發電，點亮幾個小燈泡，首次實證了自然溫差作為能源的可能性。６０年代，美國阿拉斯加輸油管路利用寒冷的氣候條件加強散熱，防止基土融化下沉，從而保證了管路系統的安全執行。受此啟發，研究人員開始對自然冷能進行實用化研究。
１９８６年，經過約１０年的試驗研究，日本建成了世界上第一座熱管換熱式、以自然冷能製冷的冷藏庫，觀測結果表明，庫四周季節凍土層終年保持凍結狀態，達到了預期效果。我國於１９９０年建成利用自然冷能致冷的無能耗實驗冷藏訓，用於農副產品貯存。
自然冷能開發利用的關鍵
傳熱與蓄能
自然溫差一般較小，聚集自然冷能十分困難，也就談不上開展利用。熱管的出現，才使得低品位熱能的傳遞與聚集成為現實。
熱管是一種高效傳熱元件，最早的專利出現於１９４２年，但一直未引起人們注意，直至１９６２年，由於人造衛星的向陽面與背陰面溫差過大，容易導致裝置故障，有人提出熱管均溫方案，使衛星表面溫差縮小到了１４℃左右，太陽光電池陣的向陽面溫度也由４９℃降到了７．５℃。１９６７年，它的超強傳熱能力和可靠性得到普遍認可，從此迅速在各領域得到應用。
熱管為收集自然冷能提供了高效傳熱條件，只有將聚集的能量妥善儲存，才能加以利用。所以，如何高效、廉價地蓄能，成為利用自然冷能的關鍵。
熱幫浦、溫差電致冷與熱管
熱量一般只能由高溫體自動地移向低溫體，如何使熱量從低溫體移向高溫休，就得額外耗費能源（如常見的空調裝置）。根據水幫浦把水從低水位處揚向高水位的特點，這種從低溫物體吸熱，並把熱量移向高溫物體的機械，被形象地叫做"熱幫浦"。一般情況下，熱幫浦所得熱能的數量大於自身能耗，所以是一種節能裝置，在同時致熱和致冷（例如同時利用冰箱和供生活熱水）時，能夠得到雙重節能效果，但必須依賴外加能源才能運轉。
熱管是一種單向傳熱元件，與熱幫浦不同，它只能從高溫端向低溫端傳遞熱量，不需要額外耗費能源就能執行。熱幫浦經常與熱管的高效傳熱效能結合，以求得最大節能效果。
例如冬季利用熱管促進土層降溫，到復季利用地－氣溫差得到有性能量。在季節變化過程中，熱管與大自然形成了熱幫浦系統，而驅使土中熱能向大氣流動的動力來自大自然。
"無能源"冷藏
這裡說的是指利用自然冷能作為能源降溫的冷藏庫。如果採取人為措施，冬季強迫土中熱量向大氣中散發，同時減少逆向傳回地下的熱量，使土層充分降溫凍結就形成冷藏庫。夏季高溫時，庫內溫度仍可以保持在０℃附近。
這類不用常規機械致冷，具有多種不同方案。一是積雪法；冬季將雪壓縮成泡沫水，存於庫內，作為致冷源。二是凍冰法：
冬季分層灑水凍冰形成冷庫。三是通風製冰法：將冷庫分為兩大部分，一部分作為貨物貯存間，另一部分放置水槽，作為冰（水）室。
冬季利用風機強制通風，使槽中的水凍結成冰。天暖時開動風機，使貯存間降溫。四是凍土法：
在冷庫四周的土中插入熱管，冬季土中熱量通過熱管散入大氣。熱管傳熱具有單向生，所以一旦氣溫高於地溫，傳熱過程立即自動停止，熱量不會逆向傳回地下，以凍土為冷源，只要凍土能連續多年存在，庫內溫度就得以終年保持在０℃附近。通風制冰冷庫已在河北地區推廣。
實踐結果表明，自然冷能製冰法可以節電９０％。如果採用熱管降溫凍結，則不必耗用電力，節電１００％。
熱管可以在很小的溫差下進行大熱量傳遞，而且熱管工作並不限於冬季，只要庫內溫度高於外界環境，溫差再小，它也能立即恢復工作，將熱量傳出，使庫內降溫，所以致冷效率高。該過程不用動力，全部自動進行，幾乎無須管理，因此投資、能耗與執行費用均小，節能效果與經濟效益最高。
塑料大棚調溫
我國北方大部分地區，特別是西北地區，太陽光能豐富，但冬季晝夜溫差大，在自然條件下，無法長期保持作物的最佳溫度溫室能有效地保持室內溫度，因此利用塑料大棚可以增產。
實驗表明，我國西北地區，即使在冬季，晴天中午大棚內氣溫可接近４０℃，但晚上大幅度溫度下降，仍不能處於理想溫度範圍。如果利用蓄能體，在溫度高時可將部分熱吸收並儲存起來；當溫度下降時，釋放出這部分能量，防止溫度過低，能量的一吸一放就構成乙個日調節的自然冷能利用週期。
自然冷能空調
與塑料大棚調溫同樣原理，利用自然冷能可以實現房屋的"無能耗空調"。與普通空調設施投資相當，但運轉時只需要消耗一些通風用電，所以耗電功率可以下降到１／３０以下，能夠大幅度節能。
以北京為例，平均每台空調按３千瓦功率計算，假定只有５０萬戶安裝了空調，每天開動３小時，則單台日耗電９度，共４５０萬度。若只在
七、八月份使用４５天，則總共耗電２．０３億度，電費在億元以上。按每度電耗煤４００克計，相當於８．２萬噸標準煤，價值１３００萬元以上。實際上，空調用電大戶是賓館、飯店、商場以及辦公樓等，加上電風扇等，約為居民空調用電量的３倍，所耗電相當於一座２０千瓦中型電站的發電功率。
武漢、南京、上海、廣州地區的夏季民用空調用電都接近６０萬千瓦，湖北省工廠經常因此停工讓電。實踐證明，利用地溫的集中式熱幫浦調溫，可節能３０％～７０％，如果我國全部採用這種方式，就可以消除電網的大部高峰電力缺口；如果全國７０％的採暖、空調、降溫能源為自然冷能，每年至少節省１億噸標準煤，可以減少很大一部分能源缺口，溫室氣體排放及酸雨危害也將相應在減少。同時，隨空調器普遍應用，空調病也隨之產生。
有關資料表明，室內、外空調溫差不宜超過５℃，而這正是利用自然冷能很容易做到的。因此，利用自然冷能進行居室的自然調溫是未來趨勢。
牧區發生雪災時，能源**困難，經常導致牲畜損失，人員凍傷。由於天氣不好，在了需要能源時，太陽能裝置反而用不上。建立自然冷能增溫式住房和棚圈，提高災期禦寒能力，往往是惟一選擇。
"無能耗"苦、鹹水淡化
苦、鹹水礦化度高，難以利用。但只要太陽能豐富，白晝氣溫高，晚間氣溫低就可以利用自然冷能進行苦、鹹水淡化。例如，沙漠地帶往往有豐富的苦、鹹水，在沙丘中修建類似上述無能耗冷藏庫的大型冷凝器，以沙作蓄能物質，夜間低溫期蓄存冷能，白天利用太陽的輻射熱及高氣溫使苦、鹹水蒸發，將水蒸氣引入冷凝器中，就能得到蒸餾水。
隨水蒸汽凝結放熱，冷凝器周圍的沙也不斷公升溫，出水率逐漸減少，直到停止生成蒸餾水。夜間氣溫降低後，熱管開始工作，重新又將冷凝器周圍沙中熱量傳出散往大氣。於是冷凝器重新又具備冷凝水蒸能力，上述過程在第二天又將重新開始。
如此周而復始，連續不斷，可以實現"無能耗"苦、鹹水淡化。
南沙群島運水代價極高，達到"噸水噸油"程度，淡水不足帶來極大困難，類似上述方法，利用太陽光熱、氣溫與海水間的溫差，可以實現"無能耗"海水淡化。
21世紀的能源教學設計
一 教材分析 1課文主要介紹21世紀幾種新能源的特點。全文可分為三段。第一段 第1 2自然段 介紹當今使用的能源主要是煤炭 石油 天然氣。第二段介紹21世紀將普遍使用的原子能 太陽能 地熱等3鐘新能源的特點。第三段舉例說明末來新的能源很很富。2這是一篇宣偉傳科普知識的說明文。課文的段落結構比較清楚，...
《21世紀》稿約
理論實踐探索編輯部 稿約 21世紀 雜誌是共青團 主管，中國國際青年交流中心主辦，以宣傳國際文化教育交流與合作 海歸 創業報道 企業發展及展現各界優秀研究成果為主體的國家級刊物。全國留學交流類核心期刊。國內發行代號 82 611，國外發行代號 bm3284t，國際刊號 issn1005 2984，國...
21世紀管理的挑戰
沒錯，這是管理學大師彼得.德魯克 peter ferdinand drucker 的一本名著。我之所以借用此書名作為我本篇短文的題目，皆因為我所處的雜誌社在21世紀的第10年裡遭遇了巨大的挑戰。而且所遭遇的挑戰與彼得.德魯克在其書中所稱的一樣 對知識員工管理的挑戰。首先我要表明我不是管理層，也不是該...