节能环保文章(大学节能环保文章)

​低碳生活的准则：低碳生活50条准则​低碳生活是指生活作息时所耗用能量要减少，从而减低碳，特别是二氧化碳的排放。倡导低碳生活对于我们普通人来说，是一种态度，而不是能力

实验室

对普通人来说，是一个神秘且神圣的地方

许许多多的科学成果诞生在这里

为我们的生活创造了无数福祉

But，对于无数的科研工作者来说

实验室是他们夜以继日工作的地方

就是说~这个地方也是要用电、用水、用气的~

而实验室更是是各科研机构、高等院校、检测机构的耗能大户

SO~实验室如何做到节能减排，降低功耗呢？

（以下文章来源于网络）

（原文地址：斯尔福实验室节能技术应用）

先进结构先进结构设计是巧妙利用结构对热传导的影响，降低实验室与外界的热能交换技术。通过合理平面结构布局、空间结构优化设计，确保实验室温度、湿度、洁净度、光照度、密闭性等环境和空间满足实验工艺要求和工作人员舒适性要求。科学合理的结构设计可以降低能耗，夏季，顶层建筑可以为底层建筑遮阳，起到一定的降温作用。另外应用了生态农业景观技术，能有效隔热，使建筑能耗降低25%以上。实验室设计中，将顶层设计为尖顶可以减少冬季取暖和夏季制冷需要的能耗。合理布局楼体排布和调整楼间距，可以充分利用当地日照时间，确保楼层日照量。合理利用气流走向，实现楼群冬暖夏凉。

在建筑物顶层布置绿植，夏季室内温度可降低2-3℃，同时还具有效净化空气、美化环境的作用。采用外墙保温或内墙保温，减少实验室通过墙面与外界交换热量。将环境要求相同或相近的实验室集中布局，尽量避免温度梯度大起大落。合理的结构设计，也可以采取自然通风，保持春秋季节温度、湿度适宜。

先进材料随着科技发展，实验室先进材料主要有主墙体材料、墙体保温材料、门窗材料和玻璃材料等节能材料，具有杀菌、防尘、密封功能的围护结构材料和光电材料也逐渐应用。节能主墙体材料包括加气混凝土砌块、EPS砌块（用阻燃型聚苯乙烯泡沫塑料模块作模板和保温隔热层，中芯浇筑混凝土而成的复合墙体）、混凝土空心砌块、模网混凝土、纳土塔板（由聚苯乙烯、水泥、添加剂和水制成的隔热吸声水泥聚苯乙烯空心板构件经黏合组装成墙体）等。墙体保温材料主要有聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酯泡沫塑料、胶粉聚苯颗粒保温材料等。

节能门窗材料主要塑铝型材、玻璃钢型材等。低辐射镀膜玻璃，可以起到散热保护作用，达到冬暖效果；还能有效抵御紫外线，达到夏凉效果。采用新型防微尘围护结构材料，可以使净化空调系统的风管和调节风阀、高效空气过滤器的保护网、孔板、扩散孔板减少微尘产生，进而提高洁净度，降低新风量，节约能源。高效过滤杀菌材料，在排风、新风量一定的情况下，能够保持实验室高洁净度等级，起到节能效果。

自循环

自循环是指将各实验室有可能损失的能量通过某种方式收集再次利用的技术，如一次或二次回风系统、自然冷却系统等。实验室冬季取暖，可以将热能循环介质由实验室温度高的区域流向温度低的区域。可以将实验室产生的余热通过换热器等设备设施收集，用于空气预热或生活用水加热。采用洁净自循环，如，循环安全柜、通风柜室内自循环等，可以使空气在实验室内部循环，降低实验室内部空气与外界空气热量交换产生损失。采用高效杀菌技术实施室内空气过滤，确保空气清洁度，降低补风需要的能耗。净化空调系统设计应合理利用回风、风机宜采取变频措施，严寒及寒冷地区的新风防冻保护措施。

智能控制

智能控制技术日新月异，已经广泛应用于生产、生活的方方面面，在实验室建设和管理中，也得到广泛应用。采用智能控制系统可以自动控制实验室温度、湿度、照明、气压等。控制系统甄别实验室工作人员状况，自动调节实验室温度、照明、换风等。如，新风自动控制系统，可以根据实验室内工作人员的有无，自动调整新风换风次数，自动调整通风柜升降门的有效排风面积。空调控制系统可以在非工作时间段，保持实验室处于相对宽泛的温度环境，根据工作时间，提前自动调整实验室温度。又如，采用送风、回风和排风系统的启闭联锁控制，正压洁净室联锁程序应先启动送风机，再启动回风机和排风机；关闭时联锁程序应相反。负压洁净室联锁程序应与上述正压室相反。

仿真技术

对于高能耗实验室，可以将实验项目建立数学模型，采用计算机技术、网络技术、控制技术模拟实验的自变量、因变量、变化过程、反应现象等，避免真实实验需要的能量，大大降低能耗。如，我国建成的某型高速风洞实验室，可以模拟20MH高超音速飞行，该实验室每次启动的能耗功率已超过三峡电站产电总功率。又如，高温材料蠕变实验室，需要连续实验数万小时，耗能较大。

新能源

根据实验室所在地理环境，太阳能、风能、潮汐能等新能源技术广泛应用于实验室。光伏发电是最常用的新能源技术，如世界太阳城大会主场，总建筑面积7.5x104m2，采用太阳能热水供应、采暖、制冷、光伏发电等技术，节能88%。光伏发电与建筑物统一设计、统一施工、统一验收，与建筑功能和外观协调，使之成为建筑物有机的组成部分。将电池板等设备器件安装在屋顶或屋面，不需要额外占地，有效降低建筑能耗。太阳能通风墙、太阳能通风式屋顶等也被应用于实验室节能，既采用了先进材料，又采用科学合理的建筑结构。另外太阳能路灯、太阳能指示牌、太阳能热水器也逐渐应用于实验室。

空气燃料：实验室功能新方案

目前航空和航运目前约占人为二氧化碳排放总量的8%。Drop-in燃料作为一种很有前景的替代燃料源，这是一种合成版本的石油衍生液态烃（例如煤油、汽油或柴油都是液态烃），能在太阳能的帮助下用水和二氧化碳制成。之前演示过这种太阳能燃料生产过程的独立步骤，但在真实世界条件下运行完整步骤和优化后的系统一直很有难度。

尽量购买本地食品，减少食物加工及流通过程，可以减少二氧化碳的排放。使用少油、少盐、少加工的烹饪方法，健康的不仅是自己，还有我们赖以生存的地球。

不久之前，瑞士苏黎世联邦理工学院研究人员阿尔多·斯坦菲尔德及其同事，描述了一种安装在实验室屋顶的太阳能燃料系统，该系统由3个关键单元组成：一个是直接空气捕获装置，能从空气中提取二氧化碳和水；一个是太阳氧化还原装置，能利用太阳能将二氧化碳和水转换为一氧化碳和氢的混合物（合成气）；还有一个气转液装置，能将合成气转换为液态烃或甲醇。该实验系统能在间歇性太阳辐射下顺利、稳定地运转，在一天7小时的典型工作时间里能产生32毫升的甲醇，验证了太阳能燃料生产流程的技术可行性。

研究团队评估了他们的系统所需的升级方案，从而有望满足全球范围内的航空煤油消耗量（2019年为4140亿升）。据估算，所有太阳燃料生产厂的总土地足迹大概在4.5万平方公里，相当于撒哈拉沙漠面积的0.5%左右。不过，第一代商用太阳能燃料厂生产的这类燃料将比它们能取代的化石煤油更贵。

这种装置制造的燃料是碳中性的，因为它们燃烧释放的二氧化碳与制作时提取的二氧化碳量一样。研究人员认为，考虑到建设太阳能燃料厂所需的初始投入成本较高，有必要制定支持政策来推进这些燃料的大规模部署。

番外篇：使用新能源，也要开发新能源

分布式供能获得发展

近年来，分布式供能与可再生能源实验室组织承担了国家分布式能源973项目，在能的综合梯级利用理论、微小型动力、余热利用和系统集成方法及验证方面取得诸多成果，验收成绩在能源领域同期项目中名列前茅。而可再生能源凭借取之不尽和清洁环保等优势，正在成为世界能源舞台上的主角，并将逐渐取代化石燃料。

专家表示，将太阳能与成熟的常规发电技术整合，进行多能源互补发电，不仅可降低开发利用太阳能的技术和经济风险，有效解决太阳能利用不稳定和蓄热技术不成熟等技术瓶颈问题，还能实现高效、低成本地利用太阳能。

在中低温太阳能热化学互补发电技术方面，分布式供能与可再生能源实验室原创性提出并研制了15kW槽式太阳能驱动甲醇裂解合成气的内燃机发电装置，成功实现了300℃太阳能燃料发电，太阳能年均净发电效率达到25%，标志着太阳能热化学发电实验样机研制的重大突破，为该技术向产业化迈进提供了坚实基础。

实验室还原创性提出部分旋转的槽式聚光集热新方法，研发了变辐照主动调控聚光集热场技术，开展我国首座10MW光煤互补示范电站关键技术的研究。实验室不仅研制了百kW级太阳能热化学发电样机，还在郑州富士康能源站建立槽式太阳能热化学发电示范装置。太阳能与火电机组互补发电可使中低温太阳能热发电规模发展到单台容量几万千瓦，与一座太阳能单独发电电站规模相当，因此具有低成本、规模化开发利用太阳能资源的潜力。

附加科技：钙钛矿型太阳能电池（perovskite solar cells）

钙钛矿是钙钛矿太阳能电池中吸收光的材料，它吸收光子并产生电子-空穴对。之后，这个电子-空穴对会分离（也可能不会，这是导致太阳能电池效率低下的原因），释放出电子和正电荷载流子。这些电子（负极）和空穴（正极）载流子分别被设备中的其他材料（传输层）收集，然后流出，在外部电路中产生电压。人们尝试用各种钙钛矿材料来制备PSCs，其中最常见的是MAPbI3。这种材料由甲基铵正离子嵌入Pb2+离子和碘离子(I-)组成的八面体框架。

电饭锅：煮饭前浸泡30分钟后再用热水煮，可省电30%。

钙钛矿作为一种人工合成材料，在 2009 年首次被尝试应用于光伏发电领域后，因为性能优异、成本低廉、商业价值巨大，近年来，全球顶尖科研机构和大型跨国公司，如牛津大学、瑞士洛桑联邦理工学院、日本松下、夏普、东芝等都投入了大量人力物力，力争早日实现量产。近年来，中国某钙钛矿小组将转换效率提升至 17.9%，稳态输出效率达 17.3%，再一次证明了中国科学家在钙钛矿领域的技术领先优势。然而大部分太阳能电池无论材质如何在生产中都面临着同样的问题如何在电池表面进行镀膜工序。

对于薄膜的制备技术目前主要有液体旋涂和真空镀膜两类。旋涂技术由于设备简单，易于快速搭建等特点很容易在实验室实现。但是其规模化拓展性较差，器件的重复性和稳定性以及与后续加工流程的兼容性等方面仍有不足。在真空镀膜方面目前较为流行的是采用物理气象沉积（physical vapor deposition—PVD），例如热蒸发等方式。而对于热蒸发技术来说，在真空室中加热钙钛矿前驱体，使它们向上蒸发并覆盖在基片上。通过对过程的精细控制，形成所需的钙钛矿薄膜。热蒸发方法制备出的薄膜不仅性能出色，同时还能与太阳能电池制造过程中需要的其他过程具备良好的兼容性(例如，传输层和金属接触层的沉积也经常使用PVD)。

以制备钙钛矿太阳能电池的常用材料MA和Pb为例，MAI蒸发温度约为150℃，而金属卤化物PbI需要400℃~500℃。这与常规的金属热蒸发相比温度低很多，但对热蒸发源温度控制的精准性要求较高。传统金属热蒸发更注重所能达到的高温（可达~1800℃），如果采用传统的蒸发源生长钙钛矿材料很容易导致温度过冲，制备的薄膜性能不稳定，甚至前驱体会瞬间挥发殆尽导致生长失败。钙钛矿光伏材料除了在较低温度下生长之外，沉积速率也是一个重要的控制变量。由于沉积速率并非温度的直接函数，钙钛矿材料在沉积时需要对每一个蒸发源的速率进行标定与检测。通常在热蒸发过程中，可以采用晶振探头来探测每一个蒸发源的蒸发速率。对于常规的金属热蒸发过程，材料从蒸发源沿着直线方向到达衬底，按照类似于标准分布函数的规律在衬底上沉积成薄膜。然而对于非常易挥发的材料，例如MAI，蒸发过程中会首先在源上方形成较高的蒸气压，这会导致材料向侧方扩散，导致材料在腔体的其他部位形成非必要的沉积。因此，对于钙钛矿光伏材料的沉积过程必须控制得更加精密，否则MAI容易导致其他材料的晶振传感器被污染。

这也就是说：整个钙钛矿光伏材料的制备，都需要在一个绝对真空且干净的环境中进行：目前所有的技术方法，都不能很好的解决镀膜膜层均匀性的问题。喷涂法镀膜过程中，喷中心镀膜液富集多，造成花斑；表面刻蚀法因压花玻璃表面成分难以均一，导致刻蚀反应的速度不一致造成膜厚不均匀；即使均匀性辊涂法，受制于玻璃厚薄差、辊道传输抖动等多种因素的制约，也难以达到高精度的一致性。在镀膜均匀性无法进一步提高的情况下，其结果一方面造成组件的色差影响外观，另一方面由于镀膜玻璃各区域透光率不一致造成热斑效应，影响组件的耐久性。（文章内容来源于网络）

手套箱集成系统

虽然成品PSCs元件可以在大气条件下使用，但通常有必要在惰性气氛下进行器件封装制造。因为在最后的保护涂层覆盖之前，湿气和氧气会对材料性能造成影响。因此，一些PSC制备工作通常在惰性气体(如纯氩气或氮气)的手套箱中进行。针对这一问题，经过多年探索，伊特克斯提供的真空镀膜系统，由真空镀膜系统和真空手套箱系统集成，可在高真空蒸镀腔室中完成薄膜蒸镀，并在手套箱高纯惰性气体氛围下进行样品的存放、制备以及蒸镀后样品的检测。真空镀膜手套箱是一款整装可直接使用的标准型真空手设备，由主作业仓、主过渡舱、工具过渡舱、抽真空系统以及各个零部件组合而成，具有高密闭性、保压时间长、操作简单等特点，可满意院校科研和小批量生产的应用。

钙钛矿太阳能电池叠层实验

在手套箱氮气环境里里旋涂钙钛矿前驱液，避免接触水和空气，可以直接通过连接藏舱将制备好的钙钛矿电池传到蒸发舱里，蒸发电极，全程实验都可以做到无水无氧的环境下操作，以保证实验的有效性；方腔室自动门热蒸发镀膜机嵌入手套箱内，配套进口英福康膜厚仪，普发分子泵，北仪机械泵，4个蒸发源，合理的蒸发源布局，保证每个蒸发源到基片的距离完全一样，提高了成膜质量和均匀性；

整套系统由真空镀膜系统和手套箱系统集成而成，可在高真空蒸镀腔室中完成薄膜蒸镀，并在手套箱高纯惰性气体氛围下进行样品的存放、制备以及蒸镀后样品的检测。主要用于太阳能电池钙钛矿、OLED和PLED、半导体制备等实验研究与应用。

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