傳統(tǒng)的真空設(shè)計(jì)中，對(duì)于真空室設(shè)計(jì)，為了節(jié)約加工成本，采用易加工簡(jiǎn)單的真空室，對(duì)抽真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)，經(jīng)常選用極限真空較高的機(jī)械泵、羅茨泵、擴(kuò)散泵組合系統(tǒng)，但當(dāng)前從節(jié)能減排的低碳要求出發(fā)，往往是不合理的，而且用戶日后在長(zhǎng)期運(yùn)行中，能耗很大，使應(yīng)用真空的產(chǎn)品后續(xù)成本大為提高。為了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，本文提出真空設(shè)計(jì)中應(yīng)更注重節(jié)能減排的低碳原則的新思考。

　　世界經(jīng)濟(jì)全球化的迅猛發(fā)展，人類社會(huì)生產(chǎn)規(guī)模日益擴(kuò)大，科學(xué)研究與技術(shù)科學(xué)向各領(lǐng)域的發(fā)展既深且廣，世界性的能源短缺瀕臨愈益嚴(yán)重的境地。

　　21 世紀(jì)剛開始的初期，煤、石油仍為主要能源的歷史時(shí)期仍在延續(xù)，清潔能源(太陽(yáng)能、風(fēng)能、水力能、核能、燃料電池等)雖有所增長(zhǎng)，但目前在運(yùn)行成本及工業(yè)性推廣上仍存在不少問題有待解決。

　　追溯人類使用能源的歷史，大規(guī)模使用煤炭、石油尚不足200 年，直到1895 年，發(fā)達(dá)的北美、歐洲、能源消耗中木材燃燒仍占90%，20 世紀(jì)起，煤炭開始占主導(dǎo)，20 世紀(jì)20 年代，石油開采大幅上升，1920- 1970 年半個(gè)世紀(jì)，構(gòu)成“石油時(shí)代”，1929- 1971 年，世界煤產(chǎn)量上升70%，而同期石油產(chǎn)量上升1000%。由于長(zhǎng)時(shí)間的歷史積累，煤、石油燃燒生成的碳排放造成地球大氣中溫室氣體(CO2 和CH4 等)的含量顯著增加，科學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，這類氣體含量少量增加，地球大氣對(duì)太陽(yáng)能熱量的吸收率明顯增加，使地球常年平均溫度日益升高，導(dǎo)致氣候變暖，對(duì)地球的生態(tài)平衡破壞相當(dāng)嚴(yán)重，冰川線后退，海平面上升，風(fēng)暴，高溫干旱等極端氣候明顯增多，對(duì)人類社會(huì)的持續(xù)發(fā)展和生存造成比歷史上任何時(shí)期更為嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

　　全面推進(jìn)工業(yè)經(jīng)濟(jì)中的節(jié)能減排，其正確含義應(yīng)表達(dá)為對(duì)于一定數(shù)量、質(zhì)量的產(chǎn)品，需要盡量節(jié)省消耗的能源，生產(chǎn)出同樣數(shù)量、質(zhì)量的產(chǎn)品，對(duì)大氣排放的溫室氣體盡量要少，顯然，按化學(xué)規(guī)律，原含于煤、石油中的碳和氧或氫氣化合成溫室氣體而釋入大氣，使大氣中實(shí)際碳含量增加，人類的人為行為應(yīng)盡量減少這過程，即所謂“低碳”行為方式。

　　我國(guó)屬于發(fā)展中國(guó)家，雖然歷史上碳排放低于發(fā)達(dá)國(guó)家，目前隨著經(jīng)濟(jì)總量已達(dá)世界第二大經(jīng)濟(jì)體，實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)刻不容緩。2009 年1 月清華大學(xué)在國(guó)內(nèi)率先成立低碳經(jīng)濟(jì)研究院。

　　2009 年3 月中科院發(fā)布《2009 中國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略報(bào)告》，提出2020 年單位GDP 的CO2 的排放降低50%左右目標(biāo)。2009 年9 月胡錦濤主席在聯(lián)合國(guó)氣候變化峰會(huì)上承諾：“中國(guó)進(jìn)一步將應(yīng)對(duì)氣候變化納入經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展規(guī)劃……”。節(jié)能減排已正式納入我國(guó)“十二五”規(guī)劃，2020 年實(shí)現(xiàn)我國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值CO2 排放比2005 年下降40%~45%的莊嚴(yán)承諾，這也是十分沉重的責(zé)任：一方面需要改變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式，調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，向低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，另一方面需要政府、民間組織、企業(yè)、個(gè)人等都能自覺成為這場(chǎng)革命的參與者、奉獻(xiàn)者，反過來(lái)成為受益者。

　　國(guó)際上1997 年在日本第三次締約國(guó)大會(huì)“京都議定書”目標(biāo)：2008~2012 年應(yīng)在1990 年基礎(chǔ)上減排下降5.2%。經(jīng)過100 多個(gè)國(guó)家批準(zhǔn)，2005 年2 月6 日此議定書生效，2007 年12 月印尼巴厘島上召開“聯(lián)合國(guó)氣候變化大會(huì)”，進(jìn)一步肯定此議定書。

1、真空行業(yè)的碳排放

　　真空行業(yè)應(yīng)包括真空工業(yè)和真空科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域，在20 世紀(jì)中獲顯著發(fā)展，主要是因?yàn)槠渌�工業(yè)、技術(shù)領(lǐng)域?qū)φ婵盏男枨笤黾恿�。特別是信息產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，電子工業(yè)對(duì)真空設(shè)備的需求大幅增加。航天工業(yè)中地面試驗(yàn)，大量采用真空模擬環(huán)境，對(duì)真空設(shè)備大規(guī)模使用�？梢娬婵招袠I(yè)涉及的領(lǐng)域日益廣闊：如電子和微電子工業(yè)，機(jī)械工業(yè)、航空、航天工業(yè)、冶金工業(yè)、核工業(yè)、薄膜和表面工程技術(shù)，太陽(yáng)能利用工程，現(xiàn)代食品、輕化等，21 世紀(jì)真空應(yīng)用方面發(fā)展廣度和深度更是不可估量。顯然這樣宏大的發(fā)展規(guī)模，在稠密大氣層環(huán)境下運(yùn)作，抽真空所需能耗也相應(yīng)增大，與這樣的發(fā)展相比，減少真空行業(yè)的碳排放卻不相匹配，節(jié)能減排刻不容緩，至少?gòu)恼婵赵O(shè)計(jì)方面值得社會(huì)各界思考。

2、真空設(shè)計(jì)應(yīng)更注重節(jié)能減排的低碳原則

　　真空工業(yè)和技術(shù)現(xiàn)在也夠得上用電大戶，抽真空主要消耗電能，數(shù)據(jù)舉例：

　　以常用的典型2X系列旋片真空泵之一為例計(jì)算能耗：2X- 30 真空機(jī)械泵。電機(jī)功率4 kW，一天運(yùn)行8 h，耗電=4 kW×8 h=32 度電2X- 70 真空機(jī)械泵。電機(jī)功率5.5 kW，一天運(yùn)行8 h，耗電=5.5 kW×8 h=44 度電真空設(shè)備供應(yīng)商長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)定點(diǎn)配供數(shù)百家用戶，每家使用用戶以20 臺(tái)平均值計(jì)算。2X- 30 泵一天8 h 范圍內(nèi)運(yùn)行300(家)用戶×20(臺(tái))×32(度電)=19.2 萬(wàn)度~20 萬(wàn)度電/ 天。2X- 70 泵一天8 h 范圍內(nèi)運(yùn)行300(家)用戶×20(臺(tái))×44(度電)=26.4 萬(wàn)度~27 萬(wàn)度電/ 天。全國(guó)不下50 家真空設(shè)備供應(yīng)商，則銷售在外運(yùn)行的上述兩泵近20 萬(wàn)度/ 天+27 萬(wàn)度/天×50 家供應(yīng)商≈2350 萬(wàn)度電耗/ 天。

　　以常用的典型K 系列油擴(kuò)散泵之一為例計(jì)算能耗：K- 600 油擴(kuò)散泵：加熱功率8~9 kW，一天運(yùn)行8 h，耗電= 8 kW×8h = 64 度電，一家真空設(shè)備供應(yīng)商長(zhǎng)期積累限定供配的280 家計(jì)算，每家使用用戶以10 臺(tái)平均值計(jì)算：K- 600 泵，則一天8 h 范圍內(nèi)運(yùn)行耗電：280×10×64=17.9 萬(wàn)度~18 萬(wàn)度電/ 天。全國(guó)不下50 家真空設(shè)備供應(yīng)商，則近18×50=900 萬(wàn)度電/ 天。

　　僅計(jì)算2X- 30、2X- 70，K- 600 泵1 天運(yùn)行的能耗至少達(dá)2350 萬(wàn)度電+900 萬(wàn)度電=3250 萬(wàn)度電。這例計(jì)算是不完全的，粗略的，更未計(jì)算其它型號(hào)多種真空泵的能耗，從上述可見能耗之大，非同小可。

　　根據(jù)碳排放“足跡”分析，CO2 三大來(lái)源：①火力發(fā)電排放占41%總排放。②汽車排放占25%總排放。③建筑排放占27%總排放。要實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)，必須低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，也是人類社會(huì)繼農(nóng)業(yè)文明到工業(yè)文明到生態(tài)文明的又一次重大進(jìn)步。真空行業(yè)也在這個(gè)進(jìn)步進(jìn)程中，一樣負(fù)有促進(jìn)的歷史責(zé)任。

　　過去的真空設(shè)計(jì)較多考慮真空室參數(shù)選用，抽氣時(shí)間計(jì)算，真空室容積、抽氣速率、漏率、壓升率、極限真空、強(qiáng)度計(jì)算、真空管道分子流流導(dǎo)計(jì)算，真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和選用。

　　當(dāng)然這些都是需要的，在當(dāng)時(shí)的歷史經(jīng)濟(jì)背景下，很少考慮節(jié)能減排，而在當(dāng)前的世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展危及地球氣候變暖，生態(tài)失去平衡，以及能源短缺的背景下，真空設(shè)計(jì)注重節(jié)能減排的低碳原則，同其它用電大戶一樣，有義不容辭的責(zé)任，固然，這樣改進(jìn)真空設(shè)計(jì)，一般也可能降低真空設(shè)備制造成本，但有時(shí)即使設(shè)計(jì)中貫徹低碳原則，提高了些成本，也應(yīng)在所不惜，譬如涉及抽氣時(shí)間的真空室容積選擇，不能一開始就選用圓柱形筒狀，必須依低碳原則考慮一下其它形狀能否更節(jié)能。在現(xiàn)代先進(jìn)的加工、焊接技術(shù)條件下，需要權(quán)衡一下把節(jié)能考慮的‘權(quán)重’提高。又譬如涉及極限真空的選擇，不能一開始就追求選用高極限真空的指標(biāo)，極限真空非常高，當(dāng)然能使背景真空非常潔凈，對(duì)工藝有利，但不能無(wú)節(jié)制，常常在不影響工藝的條件下，可以選用極限真空不太高的指標(biāo)，后面我們舉例采用分子增壓泵，即反映這種情形。

5、結(jié)束語(yǔ)

　　縮短工藝運(yùn)轉(zhuǎn)周期，縮短抽氣時(shí)間應(yīng)包括與過程除氣(即縮短放氣除氣在內(nèi)的過程)綜合節(jié)能。由于傳統(tǒng)的每日每月的工藝產(chǎn)量，花費(fèi)在抽真空上的時(shí)間非常長(zhǎng)，耗能也日積月累，更需要認(rèn)真實(shí)現(xiàn)低碳原則。特別是追求發(fā)展寬領(lǐng)域型真空泵、粘滯流領(lǐng)域的節(jié)能泵。對(duì)真空室設(shè)計(jì)展望： 應(yīng)不斷提高穿透(Feedthrough)真空室的技術(shù)，主要是創(chuàng)新設(shè)計(jì)傳動(dòng)穿透和電穿透技術(shù)，從而減少能耗。如果穿透技術(shù)提高了，終有一天將轉(zhuǎn)架傳動(dòng)齒輪機(jī)械移到真空室外，減少真空室體積。