对一位以实验室为家的学者而言，也许科技成果的诞生，比业内的论资排辈要重要得多。当看到其科技成果推动行业发展时，成就感一定妙不可言。对此，北京工业大学传热强化与过程节能教育部重点实验室暨北京市传热与能源利用重点实验室主任马重芳教授应当是深有体会的。
在北京工业大学东门，靠近操场的位置，有一座五层的红色楼房。操场上传出的欢声笑语，并未打扰在楼里的国家重点实验室中日复一日辛勤工作的学者。这座北工大高科技能源楼（简称“能源楼”）集多项先进热能研究成果应用于一身，先后开发了燃料电池、涡流管能量分离技术、抑霜技术等十余种先进的节能环保技术。马重芳教授表示，这个实验室对空调行业作出的贡献，更让他深感作为一名学者对行业和社会的责任。
不遗余力推广热泵
关于热泵使用的合理性，在学术界、工程界中已经得到了认同。但就在几年前，学术界中却还存在很多分歧。马重芳教授认为,为了推广热泵的应用，需要从建筑节能的科学原理做起。
建筑能源的使用，马重芳教授一直坚持着“温度对口，梯级利用”这一科学用能的基本原则。具体说来就是，建筑能源的特点是：第一，建筑能耗的大部分都是低品位的能源，即指热能、冷能，而非机械能或电能。比如电灯、电梯是高品位能源，供热、供冷是低品位能源。
第二，建筑能耗范围非常狭窄。比如冷冻水，在七至十二度，低温供热也就是三十多度，这很狭窄的温度范围跟自然能源的温度，也就是跟土壤、地下水、地表水的温度，甚至空气的温度都很接近，这就是“温度对口”。因此这决定了在建筑节能的过程中应该大量使用热泵，把温度提升起来，或者降低下去，以适应建筑用能的要求。而能量并非无中生有，而是从土壤、地下水、地表水、周围介质甚至空气中提取热能冷能，再提升一下降低一下使用，所以大大节能。比如，使用一度电大概得到一度电的热能，热泵的使用则可使我们用一度电得到相当三度电的热能。
第三，正因为建筑所需求的热能、冷能与周围环境温度相近，所以完全没有必要烧煤、烧气、烧油，因为燃烧的结果是几百度的温度，然后把几百度温度降低到几十度再来使用，可以想象能耗非常高，而且会造成污染。因此，应当实现能量的梯级利用。比如天然气不要用来直接供暖，而应当是先发电，再去做低品位应用，这是建筑节能的基本原理。
事实上，“温度对口、梯级利用”8个字，出自我国工程热物理学科的创始人吴仲华院士。早在上世纪80年代初，吴仲华院士就敏锐地意识到能源问题不久即将成为我国和世界各国发展的重大制约因素，必须认真对待并及早研究应对措施。
如今，20多年过去，这8个字开始成为业内共识时，每当马重芳教授引用此观点来解释建筑用能时，在他身上似乎依然能见到包括吴仲华老师在内的我国优秀的前辈学者对他治学的影响。
研发微型制冷系统
如果说体量再大的公共建筑，也有相应的空调系统满足其制冷和取暖的需求的话，与之相比，个人便携式空调的研究难度则大得多。
马重芳教授介绍，便携式空调是用于使在炎热环境中工作的人，尤其是必须身着防护服而阻碍了身体热量散发的工作人员冷却身体，因为高温会引起人缺氧和抗荷耐力降低、注意力分散、记忆力衰退等。“而随着微电子机械系统(MEMS) 的迅速发展，许多微细加工方法得到了发展和应用，使机械装置的微型化和轻量化成为可能。微型热泵正是基于传统热泵的工作原理,利用MEMS 微加工技术生产出热泵系统的各个部件,并将这些部件及其传感器、控制器、电源等集成在一个微小体积范围内的微型机械。”
“其实美国单兵研究中心以及Aspen公司均研制出了能够提供300W制冷量的微型压缩机，但他们所研制的微型压缩机主要用于军事目的,并不公开他们压缩机的结构和原理。因此我国必须走自主研发的道路。”
然而，要自主研发，却不得不面对几个技术难点，这就是马重芳、吴玉庭、钟晓辉等联合署名撰写的论文《微型制冷系统在便携式空调中的应用》中提到的：(1)微型压缩机的制造技术。微型压缩机是关键部件，同时又是运动部件，它的性能是否可靠直接关系到整个系统的长时间运行。微型压缩机的研制涉及缸体型线、转子、阀片、机械密封等多个部件的设计制造技术。由于压缩机比较小，这些部件也相应微型化,这给设计制造提出了更高的要求。如何避免制冷剂泄漏也是需要进一步解决的技术难题。(2)蒸发器冷凝器的设计。在整个蒸汽压缩制冷系统中，蒸发器和冷凝器是系统重量减轻和体积减小的关键因素，如何提高蒸发器冷凝器的换热系数，减小这两个器件的体积和重量对于整个系统的缩小是关键。(3)寻求更高能量密度的供电电池或是用微型内燃机代替电机驱动压缩机运转，这样就能很大程度减轻动力源的重量。
最终，经过近5年的研制，第一代微型制冷系统———工大微冷-Ⅰ型于2005年底在北京工业大学环境与能源工程学院热科学重点实验室诞生。这一微型制冷系统压缩机采用旋转式压缩机，第一代压缩机采用铸铁制造，重量为700g。微冷-Ⅰ型采用12V高能锂离子聚合物电池作为动力源,水路循环是由微型电动水泵驱动。微型制冷系统重量为2. 8kg,几何尺寸为270mm ×260mm ×120mm。而第二代压缩机采用铝合金制造，铝合金材质的压缩机在重量上更加轻巧，已经低至400余克。更深入的研发工作正在迅速的开展，以期早日实现产业化的应用。
催生空调清洗产业
马重芳教授的学科背景是传热学，但他却在空调行业中取得了丰硕的成果。尤其值得一提的是，他的努力，直接促使了一项国家标准的颁布以及一个新兴行业的诞生。
那是2003年5月23日的下午，马重芳教授带领重点实验室的相关人员，去了国家标准化研究中心，就制定“空调通风系统清洗规范”国家标准问题的具体事宜进行了商谈，并立即起草了制定标准的申请文件。那一年，由于“SARS”的肆虐，这一标准的制定有着非同寻常的涵义。
仅仅过了3天，即5月26日，制定“空调通风系统清洗规范”国家标准的申请就得到了国家有关领导部门的批准，要求在抗击非典的严峻形势下，尽快在一个月内完成该标准的制定。经过紧张的夜以继日的工作，在参照美国、日本、澳大利亚、新加坡、瑞典等国相关标准及文件的基础上，马重芳教授和吴玉庭、赵跃进等研究人员与其他单位合作，在6月中旬就完成了该标准的初稿。6月30日，此项国家标准以GB19120－2003编号正式颁布。
在完成标准的制定之后，马重芳教授又和李守福等同事研制了空调清洗专用的检测与清洗专用机器人，并成功地投入了生产，其制造成本和价格均远远低于进口产品，而性能和质量却毫不逊色。2004年，卫生部对国内空调产品的卫生状况做了调查，发现合格者只占6.2%，而严重污染者竟达47%之多。这种状况充分说明了制定空调系统清洗国家标准的必要性和迫切性。马重芳教授表示，如果不是抓紧Sars在2003年流行的时机，推动了这一国家标准的迅速制定，这项重要的工作可能还会被拖延很长的时间。实际上，由于北京奥运会和上海世博会的举办，此项国家标准已经开始强制性地执行，并逐渐形成了一个新兴的产业部门，其潜在的市场价值数以十亿元计，其社会和经济效益都十分可观。
除了空调清洗行业之外，研发物理方法消灭冷却塔中的军团菌以及发明空调除垢装置，都是马重芳教授及其团队对空调行业的贡献。根据德国斯图加特大学的统计数据，全球每年因结垢而造成的损失高达400亿美元。马教授领导的团队研发了三代技术产品，在长达八年的工作过程中，已有两名博士和十名硕士深入地开展研究工作，并获得了学位。这种产品已在美国取得了实验验证。而针对空调及生活热水系统中由于不良使用产生的各种问题，尤其是军团菌等病毒的产生，马重芳教授、陈永昌与中科院院士曾毅先生和李泽琳教授长期合作，开发出了切实有效的物理灭菌装置，为改善空调系统的运行，保障公众卫生开拓了新的技术途径。
推动单螺杆制冷压缩机的革命
目前，最令马重芳教授感到兴奋的是静立在能源楼里面的单螺杆压缩机。
众所周知，压缩机是热泵和空调系统的心脏。作为国际奖的评审专家，马重芳教授先后在2005年主审了涡旋式制冷压缩机，2006年主审了双螺杆制冷压缩机，由西安交通大学完成的这两项工作均获国家科技进步二等奖。由于压缩机技术难度大，应用范围广，近年来，年进口额已超过22亿美元（其中制冷压缩机和气体压缩机大体各占一半左右），并逐年增加。而单螺杆压缩机和双螺杆压缩机相比较，前者比后者拥有更高的能效比、更长的寿命以及更低的噪音和振动。然而，目前世界上只有少数两三家企业能制造出单螺杆制冷压缩机。但马重芳教授统领的科研团队在单螺杆压缩机的研制方面已经取得了重要进展，并已达到了小批量生产的规模。37 Kw和90 Kw的制冷压缩机已试制了近30台。为了满足特殊的需求，驱动功率1.4Kw,转速8000rpm，质量不足10Kg，螺杆直径42mm的微型制冷压缩机已经研制成功。就国际文献的报导，这是迄今为止世界上最小的单螺杆制冷压缩机。它的研制成功，可以说明马教授研发团队对单螺杆技术的把握已经比较成熟。此外，氨制冷单螺杆压缩机也已试制成功。目前，这种制冷压缩机的商业化生产只有一家美国公司。压缩机是核心高科技，对中国制冷空调和热泵产业的发展至关重要。由于单螺杆压缩机性能远超普遍应用的双螺杆压缩机，一场“以单带双”的技术革命，似乎已经指日可待。与此同时，在国家计划的支持下，单螺杆膨胀机的开发已在加紧进行。两种不同型号的样机已投入制造。目前这种单螺杆动力膨胀机还没有任何一家国内外的公司制造出来，一旦研制成功，将为节能减排作出新的贡献。
然而，在成果面前，马重芳教授却显得异常谦虚：“我们只是空调产业的新兵，还要多多向同行学习。”他一直强调的是，自己并非是大学空调专业的毕业生，只是以开拓的精神，努力把各种先进的技术用于这个产业，以推动中国制造业的发展。
在兢兢业业进行科研工作的同时，他把科学工作者的责任置于至高无上的地位，科学界、学术界存在的弄虚作假和误导民众的行为，受到了他的抨击。他说：“科技工作者得到了政府和人民高度的重视和尊敬，是人民养活了我们，我们对社会是富有责任的。”
在兢兢业业进行科研工作的同时，他把科学工作者的责任置于至高无上的地位，科学界、学术界存在的弄虚作假和误导民众的行为，受到了他的抨击。他说：“科技工作者得到了政府和人民高度的重视和尊敬，是人民养活了我们，我们对社会是富有责任的。”
马重芳教授简介：
马重芳教授，男，汉族，1940年生，宁波市人，教授，博士生导师,北京工业大学教育部传热强化与过程节能重点实验室主任，北京市传热与能源利用重点实验室主任，中国工程热物理学会传热传质分会主任。
1964年毕业于中国科学技术大学，1967年中国科学院力学研究所研究生毕业。1981年至1984年师从国际著名强化传热权威Bergles教授从事强化传热基础研究。先后在美国卡内基梅隆大学，杨百翰大学担任访问学者、教授；在波兰华沙工业大学、俄国科学院工程热物理研究所、日本九州大学、上智大学担任客座教授，总计在海外工作长达六年之久，先后在二十余所国外大学做学术报告。
主要研究方向包括强化传热及其在空调制冷中的应用、沸腾传热与射流冲击传热、电子系统冷却技术、内燃机传热、节能技术、燃料电池与蓄电池内部热过程的研究、抗垢技术、纳米应用技术、建筑节能、热泵技术、中央空调清洗等。获“973”项目、“863”项目、国家自然科学基金项目、北京市自然科学基金项目、国家部委、北京市科委及国家多项重点项目。从2007年起担任科技部国家重点基础研究发展计划（973计划）领域专家咨询组成员，已出版专著四种，译著十种，发表英文学术论文134篇，其中被SCI录用的有45篇。在中文学术刊物上发表论文200余篇，现担任Journal of Enhanced Heat Transfe(强化传热)；International Journal of Low Carbon Technologies；Frontiers of Energy and Power Engineering in Chins英文期刊编委。拥有专利22项（美国1项，中国21项）。1995年在著名的《传热学进展》（英文）中撰写了“单相射流冲击传热”一章，成为中国大陆唯一在该权威著作中撰文的传热学工作者。2002在《2002中国科学院高技术发展报告》撰写了《中国能源消费的环境效应评述》。2003年参加编写了《绿色奥运建筑评估体系》。多次在国际会议上做主旨报告。
备注：《地源热泵》杂志专稿，谢绝转载，转载必究！
