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有梦想,就一定能到达山顶———记国家技术发明二等奖获得者、能源与环境学院张小松教授及其科研团队
发布时间: 2017-05-22                    访问次数: 13

自人类进化到 科技发达的时代,就一直面临着科技成果“双刃剑”的矛盾。一方面科技给人类带来了前所未有的崭新生活方式,另一方面,也给人所赖以生存的环境,以及人类本身带来一定的负面影响。如何更大程度地趋利避害、造福人类,还是要依靠科技水平的不断提高——这是人类进步的方向,也是千百万科技工作者的人生追求和梦想。

年初,我校能源与环境学院张小松教授团队(下称张小松团队)领衔完成的“夏热冬冷地区建筑冷热湿一体化高效处理技术与装备”项目获得国家技术发明二等奖。团队成员以自己的非凡才智为我国制冷学科及制冷产业的发展、为我国的节能减排事业做出了卓越贡献。制冷学科的带头人1960年,张小松生于江苏高淳县的一个普通的教师家庭。他读中小学的时候,正处于文革 中。虽然学校的学习气氛很淡薄,但他有幸遇到了多位有良知、也有水平的教师。他们都是原江苏师范学院(现苏州大学)的高才生,其中一位是高中物理教师尤达庆。在他们严格要求和培养下,张小松打下了良好的数理基础。更为幸运的是,高中一毕业,他就遇到了国家恢复高考的大好时机。凭着优良的成绩,张小松成为那个特定时代“新三届”的一员,如愿进入南京工学院动力工程系学习。

刚刚从文革中过来的大学生们对学习有着特别的勤奋。张小松和大家一起全身心地投入到紧张的学习中。为了能有更多的时间看书,在晚自修后,他常转场到五五楼那栋不熄灯的教室继续攻读。寒暑易节,四年后,张小松以优异的成绩毕业,并留校任教。刚毕业的那几年,教研组难得有几个课题,除了完成正常教学外,张小松几乎没有科研任务,这对于一个大学教师而言是 很痛苦的事情。在职读研时,在导师杨思文教授的鼓励下,张小松经常到实验室自己动手去做台架和试验装置,这段经历锻炼了他的动手能力。随着改革开放深入和国内经济发展,制冷空调产业发展很快,就有机会开始有了一些横向课题,与杜凯教授、赵开涛、季士良教授等争取到了一些课题,比如,与春兰集团合作,进行“空调用换热器性能试验装置”研究等等。这段时间的积 累相当宝贵,使张小松及其合作者获得了一定的科研经费积累,得以初步建立了制冷空调方面的实验平台并购置了一批重要的仪器和设备,为以后能顺利申请到国家纵向项目和制冷学科的发展打下了良好基础。同时,张小松等一批教师的科研能力也得到了很大提高。

20世纪90年代末,在博士生导师施明恒教授鼓励下,张小松开始申报国家自然科学基金项目。几经努力,2000年,他终于申请到了18万元的自然科学基金。依靠这项基金和以前在横向项目上的积累,张小松很快做出了成绩并有可能探索制冷空调新技术和关注学科发展前沿,以后每隔三年,张小松都及时申请到了这个基金项目,这使他所在的制冷学科很大的推动力。紧接着,以他为主申请的863 项目,以及“十一·五”科技支撑项目先后获批,以他为学科带头人的制冷学科在东南大学成立。同时,他的研究领域也扩大到新型制冷技术、高效空调系统与热泵技术和太阳能利用与建筑节能领域。

同一个梦想几十年来,为满足日常生活舒适性需要和工业生产环境需求,制冷空调设备的应用越来越广泛、普遍,其中以电驱动的蒸汽压缩式制冷空调装置为主。目前的制冷空调设备大量使用CFCs类制冷工质给地球大气层中的臭氧层造成破坏,给人类健康带来极大的危害。这类传统空调装置要消耗大量的电能,产生大量的C02,造成全球气候变化。因此,传统制冷空调方法导致的能源与环境问题非常严峻。最近两年以来提倡以“低能耗、低污染、低排放”为核心的低碳经济已逐渐被国际社会、政府等所重视。人类对环境保护日益注重,因而研发环保节能型空调机,变成国际环保趋势。

但是,现代科学已经走到了一个多学科交叉的纷繁复杂的年代,单纯依靠个人努力已经远远不能满足科研发展的需要。以张小松领衔获奖的“夏热冬冷地区建筑冷热湿一体化高效处理技术与装备”项目为例,它就涉及到热力学、传热学、流体力学、电学、光学、建筑环境学等多个基础学科,并要用到计算机软件编程、数理建模等多种工具。所以,打造一个拉得出、打得响、能战斗的一流科研团队是摆在张小松面前的重要任务。为此,他不断为课题组引进人才,并树立了两个基本原则:第一,所有团队成员要有一致的目标或理想。大家要心往一处想、劲往一处使。第二,在团队成员间,鼓励大家公平竞争。要有自己想法和学术创新点,比如,鼓励支持他们独立申请国家自然科学基金项目或者牵头申请重要的国家与省部级课题。这就使团队时刻保持着一种旺盛的活力。

在张小松团队里,有李舒宏、梁彩华、殷勇高、徐国英等一批骨干力量,也有杜凯教授、蔡亮等一些志同道合的合作者。如果说张小松教授领衔的获奖项目是一棵大树,那么他们就是支撑起这棵大树的脊梁。

自2000年以来,张小松一直有这样一个意识,就是无论从社会发展需求,还是从学术研究前沿看,利用太阳能进行制冷和空调将会具有广泛和深远的发展空间。基于溶液除湿技术的空调新方法正是满足该 需求的技术途径之一,而且可行性更强。于是,他安排殷勇高开始溶液除湿空调新方 法和新系统课题的研究工作。殷勇高在本科级阶段学习时一直有疑问:“现有的空气 调节过程在焓湿图上描述过程路径比较复杂,通常先降温、除湿,然后加热到送风点,为什么不能将空气直接处理到送风状态点?”得到的答案是现有空调方式只能是降温,加湿,加热等基本过程的有机组合。对此,张小松团队认为溶液除湿技术在发展温湿度独立控制模式上会有很大空间,但是如何利用一套系统实现湿处理和温度调节是关键问题。

2005年,张小松团队溶液除湿技术研究小组提出了溶液除湿与辐射供冷的一体化制冷空调新方法,实现了利用溶液除湿技术处理湿负荷和溶液除湿蒸发冷却提供辐射供冷的冷源。为太阳能等低位热能驱动热湿独立处理空调模式提供了清晰的技术路径,实现了70摄氏度热源高效驱动制冷空调的技术。该类系统中如何高效利用太阳能产生驱动热水也是一项关键技术,李舒宏博士和徐国英博士等也在统一筹划下提出并开展了基于太阳能的复合热源技术,可以稳定高效地供暖、供热水和提供制冷驱动热源。

格力集团对冷热湿一体化空调很关注。在张小松筹划下,团队的梁彩华博士开始主攻如何有效利用压缩式制冷系统实现冷热湿一体化的空调模式。随后于2007年提出了热湿独立处理的辐射冷暖及生活热水一体化供应技术,该技术在实现冬天供暖、夏天制冷和全天候供应生活热水的同 时,还有效改善系统运行工况,能效显著提升,与格力集团共同开发的样机系统联供能效达到8.82的国际领先水平。

十多年的积累,张小松团队获得了多项成果。“夏热冬冷地区建筑冷热湿一体化高效处理技术与装备”项目已获授权国家发明专利33项,形成了完整的自主知识产权体系,其中核心发明获2012年日内瓦国际专利展金奖;在本学科国内外权威刊物发表学术论文100余篇,代表性论文获 El-sevier数据库颁发的Most Cited Articles Award,成果获全国优秀博士学位论文奖。发明成果已在珠海格力电器、江苏太阳雨太阳能、江苏风神空调集团等业内龙头企业实现了产业化和工程应用,累计新增产值10.99亿元;项目产品年节省4.87亿度电,经济和社会效益显著。

近年来,为扩大研究领域,在团队内形成多学科交叉的良好氛围,张小松团队又从外校引进了钱华、梁文清、郑晓红等一批年轻的学者。团队成员已经扩大到11人,研究领域也已超出了获奖项目的学科范围,相信不远的将来,这个团队将成为国内制冷空调学科的一支劲旅。

关注的点要深一些作为项目领军人物,知人善任是张小松的优秀品质。参与项目的殷勇高、梁彩华、李舒宏、徐国英等科研人员都曾是张小松的学生,有的从本科开始,一直到硕士、博士都跟在他后面搞科研。张小松发现,有的学生数理基础较好,适合做理论研究;有的学生动手能力较强,适合做实验;有的学生计算机水平较高,适合做模拟。于是,他结合学生的个性特点给以学术建议和指导。更为重要的是,张小松认为,不论做什么科学研究,一定要有广博的理论基础,并能在某一点上达到一定的深度。为此,他常告诫大家:“关注的面要广一点,关注的点要深一些。”在他精心指导下,研究生的论文质量都达到了较高的水准。

殷勇高是硕博连读的研究生。硕士一年级时,张小松就发现,殷勇高有超强的理论功底和自学能力。鉴于制冷学科在整体研究基础上还比较薄弱,实验条件和平台非常有限,张小松要求殷勇高对于国际前沿的文章要多加关注。好在系资料室有较丰富的资源,订阅了大量有影响的专业国际期刊。经过一年多的跟踪和总结,殷勇高发现耦合传热传质过程的复杂性及诸多不确定因素,以及与现有建模模式有很多不匹配。为此,他设计了相关实验方法,借助了本硕共用实验平台——空气焓差法实验平台进行了实验探索,得到了大量的反映耦合传热传质过程基础特性的实验数据。在实验遇到困难的时候,张小松都会组织人员对实验方案进行讨论,并想法尽快解决实验所需的资源。最终,殷勇高通过对大量实验数据和理论技术数据的挖掘,提出了引入内冷/热源的方式强化耦合传热传质过程性能,为开发新型热质交换设备提供新的思路。期间,他被选拔进入美国普渡大学机械工程学院深造,科研能力得到进一步提升。由于具有很强的理论创新和实践意义,殷勇高的博士论文被评为全国百优博士论文。

二十多年来,张小松指导的研究生已经有近百名,其中硕士生70多名,博士生近20名。在张小松宽松而又严格的氛围中,他们大都以优秀的成绩毕业。殷勇高就是他们中的杰出代表。

从进母校读书时起,张小松从事制冷学科的研究和教学已经有三十多年了。弹指一挥间,他也有了一些白发。岁月的痕迹已经烙下,但是却一点没有损伤他的梦想。这位喜爱爬山、热爱生命的学者经常会带着他的团队成员登高望远。每每爬到山腰,有人要退却时,张小松常会说道:“人要有梦想。要相信,有梦想,就一定能到达山顶。”


本文刊载于《东南大学报》2014年3月20日第1245期第8版