访谈背景：2014年度国家科学技术奖励大会于2015年1月9日在人民大会堂隆重召开，上海交通大学王如竹教授团队潜心研究形成的“吸附式制冷的吸附机理、循环构建及热设计理论”，获得2014年度国家自然科学二等奖。王如竹教授带领的此项课题的科研团队多年来一直活跃在国际制冷学科前沿，经过近20年的探索，在吸附制冷机理、循环、传热传质以及系统应用等方面形成了完整的理论体系，有些成果进入产业化阶段，有关这项技术将如何影响制冷前沿发展，其研究现状及未来产业化展望等问题，暖通空调在线高端访谈特别约请王如竹教授为广大网友作了逐一解答。
版权说明：暖通空调在线独家报道，未经本站书面许可不
得转载。违者必究
王如竹：
上海交通大学机械与动力工程学院制冷与低温工程研究所所长
教育部太阳能发电及制冷工程研究中心主任
Energy 副总编，International Journal of Refrigeration地区主编, 制冷技术主编
Solar Energy/太阳能学报、制冷学报副主编
中国制冷学会副理事长
1984年7月上海交通大学动力机械工程系制冷设备与低温技术本科毕业，1987年2月获该校制冷与低温工程硕士学位，1987.9-1990.5为上海交通大学-德国柏林自由大学合作培养博士生，1990年5月获上海交通大学制冷与低温工程博士学位。1990年8月任上海交通大学讲师、1992年12月晋升为副教授、1994年12月被评为教授。1995年12月被聘为博士生导师，2000年9月被聘为第三批"教育部长江学者奖励计划"特聘教授。2007年被聘为国家级教学名师。
关于获得2014年国家科技进步奖项目的整体介绍
暖通空调在线：首先恭喜王教授团队多年的科研成果“吸附式制冷的吸附机理、循环构建及热设计理论”获得了2014年度国家自然科学二等奖，这是一个对高校课题的很高奖励了，请您描述一下这个课题的整体介绍。此课题的关键技术问题体现在哪些方面？从专业技术领域来讲，这项研究课题在国际制冷前沿的影响如何？我们注意到王教授自从1993年就进入了吸附式制冷技术研究领域，并且取得了一系列重要的发现和研究成果。当时确立这一课题的研究背景怎样？推动吸附式制冷技术研究深入的动因有哪些？
王如竹：能源资源日益短缺，同时环境问题也越来越受到人们的关注，吸附式制冷采用低品位热能驱动，并采用了环保型制冷剂，吻合了当前能源、环境协调发展的总趋势。采用吸附式制冷可以将存在于过程工业，交通运输业，以及环境热源的大量的难以被利用的60℃-150℃低品位热能转化为这些行业所需要的冷能，按照2013中国统计年鉴。目前工业能源消费量相当于32亿吨标准煤的能量，其中60℃-150℃的热能占了14.2%的比例，即4亿6千万吨标准煤。如果采用吸附式制冷回收20%的余热，则相当于节约了近1亿吨标准煤。
可以说吸附式制冷是节能减排的重要抓手。
关于此项课题的研究背景
暖通空调在线：我们了解到吸附式制冷技术最为令人期盼的应用是可以有效利用低品位热能来驱动系统实现制冷，但是在吸附剂-循环-热设计理论这三个相互关联与制约的环节上存在瓶颈问题，这些影响吸附式制冷的效率，请您就此介绍一下目前吸附式制冷技术的科研状况，简明介绍一下此课题在解决吸附式制冷产业应用方面的发展，如何有效提高循环的稳定性和效率。另外，与压缩式制冷相比，吸附式制冷有哪些显著的优势？
王如竹：吸附式制冷的工作原理为：吸附剂在外部热源的作用下，所吸附的制冷剂气体解吸后在冷凝器中冷凝；在外部环境的冷却下，吸附剂恢复吸附能力，造成蒸发器中制冷剂液体蒸发制冷。吸附剂、传热传质与循环是实现吸附制冷的三个重要环节。
自从1848年法拉第首次发现氯化银吸附氨产生制冷以来，众多的科学家开展了吸附式制冷研究，但一直没有得到有效发展。其瓶颈问题正是来源于这三个重要环节。
一、由于传统的物理吸附的吸附率低，化学吸附存在性能衰减问题，所以难以实现吸附制冷的高效性与稳定性。
二、传统的多床连续制冷循环只是从温度势的角度考虑了热量的回收，热效率一直处于较低水平。
三、吸附剂的传热强化往往会带来制冷剂的传质弱化，同时吸附剂与热源及环境之间难以实现小温差换热。这直接限制了单位吸附剂的制冷功率和循环热效率。
如果能解决以上三大问题，采用吸附式制冷则可以将存在于过程工业，交通运输业，以及环境热源的大量的难以被利用的60℃-150℃低品位热能，转化为这些行业所需要的冷能，实现显著的节能减排。项目组为此进行了近20年的深入研究，建立了吸附制冷的理论体系。
关于吸附式制冷技术实践情况
暖通空调在线：随着吸附式制冷技术研发的进程，相信从实验室走向产品应用已有很多实践经验可以分享，请您介绍一下此课题在理论创新的同时，实现了哪些领域的应用结合？有哪些方面已经或可以扩大至产业推广？
王如竹：吸附式制冷研究成果主要解决了吸附制冷工作对的高效性与稳定性、先进的吸附制冷循环方式、吸附制冷小温差热设计等3个主要科学问题， 具体来说：
1． 建立了适合于多类物理吸附孔径分布的吸附率方程，发现了均匀孔径吸附剂的高效吸附选择特性。揭示了化学吸附性能衰减规律，并在多类孔径吸附剂的研究基础上，提出了利用物理吸附剂等多孔材料丰富的微孔结构为基质与化学吸附剂相互嵌入来解决传质衰减现象的复合吸附思想。验证了这种复合吸附剂具有高效和稳定的吸附/解吸特性。
2．提出了利用循环解吸床与吸附床之间的压力势差，在切换期间实现制冷剂蒸汽从解吸床向吸附床有效转移的回质循环。并在此基础上建立了回质和回热相结合的循环新方法，这些循环不仅降低了对驱动热源温度品位的需求，而且显著提升了循环热力性能。基于这种压力势差，项目组还提出了有别于常规蓄能的吸附式蓄冷概念，其蓄冷能量密度接近冰蓄冷的2倍。
3．建立了吸附床的耦合传热传质理论模型，确定了性能分析优化准则。通过引入非金属基质如膨胀石墨实现了固化吸附床的传热与传质协同强化。提出了采用分离热管实现吸附床无驱动部件的高效相变加热及冷却。创建了毛细辅助蒸发换热理论模型，实现了吸附床的毛细辅助蒸发冷却以及低压制冷剂毛细辅助蒸发换热。经试验验证可实现吸附制冷系统的小温差换热。
以上发现点形成了吸附式制冷的吸附解吸机理、热力循环、传热传质等系统理论，所建立的实验系统实现了吸附式制冷COP 和SCP的显著提升。成果20篇主要文献中有6篇发表在影响因子大于5的刊物，其中2篇应邀发表在顶级能源期刊Prog Energ & Comb Sci（IF=15.089），有3篇为ESI高引用论文。20篇核心论著SCI他引713次。出版了中文专著2本、英文专著1本。相关成果获得国际制冷学会的James-Jouel青年研究奖，全国优秀博士论文，英国制冷学会2013年度J&E Hall Gold Meda。成果奠定了项目组在国际热驱动制冷领域的学术地位，为此项目组成员十余次受邀在国际会议上做大会主旨与关键报告。
目前吸附式制冷已经实施产业化，正在不断扩大市场， 这类系统主要优势是在60-150度低品位热能利用上， 应用面主要是余热利用制冷以及太阳能空调制冷。另外在高密度蓄热方面也具有重要发展前景。
关于研究成果产业化的前景介绍
暖通空调在线：相对于能源有效利用和环保大背景下的行业发展，吸附式制冷技术已经开始有应用的推广，并得到了业界普遍的关注，您认为这一研究产业化前景如何？课题组会如何在产业化的推动上开展合作？有哪些信心和愿景可以传达给企业？
王如竹：目前吸附式制冷已经形成产业， 总的来说国际上发展比国内更快些。 欧盟由于政策支持， 吸附式制冷产业已经迅速培育起来， 成为太阳能空调以及冷热电联供的重要载体。值得一提的是这些企业中很多产品采用了我们提出的回质循环或回热回质循环方式，以及复合吸附剂思想。 我们在国内也有合作厂家可以提供硅胶-水吸附式冷水机组、复合吸附剂-氨冷冻机组、复合吸附剂除湿转轮空气处理系统。目前我们也接受了吸附式蓄热的研究开发工作。
另外， 我们的热设计理论-有关毛细辅助蒸发换热也已经用于小型吸收式制冷机的产业化。
目前制冷机技术上已经没有问题， 我们需要寻找的是这类低品位热能制冷的应用场合。
需要有一批工程公司在工程中应用这类产品， 或者根据实际工程场合需求给我们提出新的设计要求， 我们再做应用性专门产品设计。
例如我们正在开发发动机烟气余热驱动的吸附式制冷用于冷藏物流车，这对于交通业节能减排意义巨大； 又如我们还在研制渔船柴油机烟气余热驱动的吸附式制冰冷冻机组，这对于我国中小渔船远程捕捞意义显著；针对吸附制冷机总体价格较高， 我们已经研发了大型模块化吸附式太阳能空调冷水机组等， 使得这类产品在太阳能空调中具有实际的竞争力。
吸附式储热器应该是储能产业的一个不可忽视的重要领域，我们期待与企业开展合作。
相关论文
1. Ruzhu Wang, Liwei Wang, Jingyi Wu. Adsorption Refrigeration Technology: Theory and application, John Wieley & Sons Singpore Pte. Ltd. 2014, ISBN:978-1-118-19743-1
2. 王如竹，吴静怡，代彦军等著。吸附式制冷，机械工业出版社，2002年7月第1版。
3. R.Z. Wang. Performance improvement of adsorption cooling by heat and mass recovery operation. International Journal of Refrigeration, 2001, 24(7): 602-611.
4. R.Z. Wang. Adsorption refrigeration research in Shanghai Jiao Tong University. Renewable & Sustainable Energy Reviews, 2001, 5(1): 1-37.
5. R.Z. Wang, R.G. Oliveira. Adsorption refrigeration - An efficient way to make good use of waste heat and solar energy. Progress in Energy and Combustion Science, 2006, 32(4): 424-458.
6. L.W. Wang, R.Z. Wang, J.Y. Wu, K.Wang. Compound adsorbent for adsorption ice maker on fishing boats. International Journal of Refrigeration, 2004, 27: 401-408.
7.X.J.Zhang, Y.J.Dai, R.Z.Wang. A simulation study of heat and mass transfer in a honeycombed rotary desiccant dehumidifier. Applied Thermal Engineering,2003,23(8):989-1003
8.C.X. Jia, Y.J. Dai, J.Y. Wu and R.Z. Wang. Analysis on a hybrid desiccant air-conditioning system , Applied Thermal Engineering, 2006, 26(17-18): 2393-2400
9.R.Z. Wang, J.P. Jia, Y.H. Zhu, Y. Teng, J.Y. Wu, J. Cheng, Q.B. Wang. Study on a new solid absorption refrigeration pair: Active carbon fiber- methanol, ASME Journal of Solar Energy Engineering, 1997, 119:214-218
10.D.C. Wang, Z.Z. Xia, J.Y. Wu, R.Z. Wang, H. Zhai, W.D. Dou. Study of a novel silica gel-water adsorption chiller. Part I. Design and performance prediction, International Journal of Refrigeration, 2005,28:1073-1083.
