建环第四讲建筑能源的需求、生产、调质与输配

1、四川大学Sichuan University第四讲建筑能源的需求、生产、调质与输配建筑与环境学院2013.09建筑环境与建筑环境与能源应用能源应用工程工程专业概论专业概论四川大学Sichuan University第四讲第四讲 提纲提纲4.1 建筑能源的需求 4.2 建筑热能的生产原理4.3 建筑热能的采集原理4.4 建筑能源的调质4.5 建筑能源的输配建筑能源的需求、生产、调质与输配建筑能源的需求、生产、调质与输配四川大学Sichuan University4.1 4.1 建筑能源的需求建筑能源的需求 以人为本是建筑设计建造的基本要求。以人为本是建筑设计建造的基本要求。 建筑对能源的需求，从

2、根本上取决于人对建筑环境建筑对能源的需求，从根本上取决于人对建筑环境、使用功能、居住行为等的要求。、使用功能、居住行为等的要求。 设计师根据当地能源、资源现状，合理规划设计各设计师根据当地能源、资源现状，合理规划设计各种能源供应系统，为居住者提供安全、健康、舒适、方种能源供应系统，为居住者提供安全、健康、舒适、方便等服务，代价是能源的消耗。便等服务，代价是能源的消耗。 不同的建筑对能源的需求是不同的，且随着社会经不同的建筑对能源的需求是不同的，且随着社会经济发展、人们生活水平的提高而不断变化。济发展、人们生活水平的提高而不断变化。四川大学Sichuan University4.1 4.1 建筑

3、能源的需求建筑能源的需求1、建筑能源需求的种类、建筑能源需求的种类舒适类舒适类 热环境控制（空调、采暖） 湿环境控制 声环境控制 光环境控制健康安全类健康安全类 空气品质保证 卫生热水供应生活便利类生活便利类炊事、设施、交通四川大学Sichuan University4.1 4.1 建筑能源的需求建筑能源的需求2、建筑冷热需求预测、建筑冷热需求预测影响因素分析影响因素分析）、建筑固有特性几何尺寸、造型）、建筑围护结构特性）、室外气象条件；）、室内设定条件；）、室内热湿源状况人员、设备，人工照明；）、使用方式及使用时间）、控制方式建筑的冷、热负荷取决于个方面四川大学Sichuan Univers

4、ity4.1 4.1 建筑能源的需求建筑能源的需求2、建筑冷热需求预测、建筑冷热需求预测任意基因房间的空气温变特性：为了维持建筑能耗基因的环控单元房间所期望的环境状态，任意时刻外界所需提供的冷（热）量，或冷（热）负荷。 Betttt)(0)3600)(00cVnFKttQkiishut四川大学Sichuan University4.1 4.1 建筑能源的需求建筑能源的需求3、建筑能源需求与建筑能耗、建筑能源需求与建筑能耗不同不同理想与现实理想与现实关联关联需求是内动力，能耗是结果需求是内动力，能耗是结果建筑能耗的定义建筑能耗的定义与建筑相关的能源消耗包括：建筑材料生产用能、建筑材料运输用能、房

5、屋建造和维修过程中的用能以及建筑使用过程中的建筑运行能耗。按照国际通行的分类，建筑能耗一般是指民用建筑(包括居住建筑和公共建筑以及服务业)使用过程中的能耗，主要包括建筑采暖、空调、通风、热水供应、照明、炊事、家用电器、电梯等方面的能耗。建筑能耗现状四川大学Sichuan University4.1 4.1 建筑能源的需求建筑能源的需求4、建筑能源的种类、建筑能源的种类能源定义关于能源的定义，目前约有关于能源的定义，目前约有2020种。种。例如：科学技术百科全书说：例如：科学技术百科全书说：“能源是可从其获得能源是可从其获得热、光和动力之类能量的资源热、光和动力之类能量的资源”；大英百科全书说：

6、大英百科全书说：“能源是一个包括着所有燃料、能源是一个包括着所有燃料、流水、阳光和风的术语，人类用适当的转换手段便可让流水、阳光和风的术语，人类用适当的转换手段便可让它为自己提供所需的能量它为自己提供所需的能量”；四川大学Sichuan University4.1 4.1 建筑能源的需求建筑能源的需求4、建筑能源的种类、建筑能源的种类能量形式能量形式: 机械能机械能(风能、水能等风能、水能等)、电磁能、热能、化学能、原子能、电磁能、热能、化学能、原子能、光能。光能。能源种类能源种类：按生成方式分按生成方式分: : 天然天然( (一次一次) )能源和人工能源和人工( (二次二次) )能源能源按原

7、始来源分按原始来源分: : 地内能源和地外能源以及相互作用能源。地内能源和地外能源以及相互作用能源。按对能源的认识过程分：常规能源和新能源。按对能源的认识过程分：常规能源和新能源。四川大学Sichuan University4.1 4.1 建筑能源的需求建筑能源的需求4、建筑能源的种类、建筑能源的种类天然天然(一次一次)能源和人工能源和人工(二次二次)能源能源二次能源：二次能源：它是指经过消耗一次能源加工转化而产它是指经过消耗一次能源加工转化而产生的诞生能源。如电能、热能、煤气、柴油、氢能、生的诞生能源。如电能、热能、煤气、柴油、氢能、焦炭、沼气等。焦炭、沼气等。 非再生能源：石油、天然气、原

8、煤、核燃料等非再生能源：石油、天然气、原煤、核燃料等一一次次能能源源再生能源：太阳能、风能、水能、海洋能生物再生能源：太阳能、风能、水能、海洋能生物质能等质能等建筑能源建筑能源以上都可能作为建筑能源以上都可能作为建筑能源四川大学Sichuan University4.1 4.1 建筑能源的需求建筑能源的需求4、建筑能源的种类、建筑能源的种类核能太阳能地热能风能生物质能水能海洋能 氢能新能源 新能源的定义因地、新能源的定义因地、因时而不同。比如核因时而不同。比如核电在中国是新能源，电在中国是新能源，而在法国、美国则不而在法国、美国则不是。是。 “能源能源”是一个广泛是一个广泛的称呼，有四大主要的

9、称呼，有四大主要环节：环节：资源转化输送终端利用四个环节中的一个或几个环节有大的变化，且相对于在役主力能源而言，能四个环节中的一个或几个环节有大的变化，且相对于在役主力能源而言，能大幅度地节约资源、大幅度减排的能源或能源技术即可称为大幅度地节约资源、大幅度减排的能源或能源技术即可称为 “ “新能源新能源”。四川大学Sichuan University4.1 4.1 建筑能源的需求建筑能源的需求4、建筑能源的种类、建筑能源的种类非再生能源非再生能源: 石油、天然气、煤炭和裂变核燃料约占石油、天然气、煤炭和裂变核燃料约占能源总消费量的能源总消费量的90%90%左右左右再生能源再生能源: 水力、植物

10、燃料等只占水力、植物燃料等只占10%10%左右左右目前人类使用的能源构成目前人类使用的能源构成再生能源分布再生能源分布: 太阳能占太阳能占99.44%,99.44%,水能、水能、风能、地热能、生物能等不到风能、地热能、生物能等不到1%1%未来用能趋势？未来用能趋势？四川大学Sichuan University4.1 4.1 建筑能源的需求建筑能源的需求5、建筑能源获得的几种方式、建筑能源获得的几种方式1）外部提供：）外部提供：如电力，天然气，煤气，城市热网蒸汽、热水，2）自主生产：）自主生产：冷冻水热水，热空气3）就近采集：）就近采集：热泵最终结果最终结果技术经济比较，往往是多种形式并存四川大

11、学Sichuan University4.2 4.2 建筑热能的生产原理建筑热能的生产原理1、能源转化原理、能源转化原理一般是消耗煤炭、石油、天然气等化石燃料，将燃料的化学能转化为水或蒸汽的热能，核心设备是锅炉。对于液体和气体燃料，碳氢化合物的燃烧反应式为： 对于固体燃料， C+O2=CO2OHnmCOOnmHCnm2224)4(能量转化满足：能量守恒定律物质转化满足：质量守恒定律四川大学Sichuan University4.2 4.2 建筑热能的生产原理建筑热能的生产原理2、热能生产设备、热能生产设备 锅炉是将燃料的化学能转化为热能，又将热能传递给水，从而产生一定温度和压力的蒸汽或热水的设

12、备。 锅炉及锅炉房设备的任务，在于安全可靠、经济有效地把燃料的化学能转化为热能，进而将热能传递给水，以生产热水或蒸汽。 锅炉随着蒸汽机的发明而出现和迅速发展，迄今已有二百余年的历史。其间，从低级到高级，由简单到复杂，随着生产力的发展和对锅炉容量、参数要求的不断提高，锅炉型式和锅炉技术得到了迅速的发展。 对社会发展贡献卓著 四川大学Sichuan University4.2 4.2 建筑热能的生产原理建筑热能的生产原理3、热能生产设备、热能生产设备锅炉工作原理锅炉工作原理基本构造由“汽锅”和“炉子”两大部分。四川大学Sichuan University4.2 4.2 建筑热能的生产原理建筑热能的

13、生产原理4、经济指标、环保性能、经济指标、环保性能锅炉的热效率：指每小时送进锅炉的燃料(全部完全燃烧时)所能发出的热量中有百分之几被用来产生蒸汽或加热水，以符号表示。它是一个能真实说明锅炉运行的热经济性的指标消耗化石燃料不可再生燃烧产物：CO2、SO2 、粉尘、废水四川大学Sichuan University4.3 4.3 制冷与建筑热能采集原理制冷与建筑热能采集原理1、冷热概念、冷热概念日常生活中，衡量冷与热是以人的体温及感觉细胞为参照，在热科学领域，冷与热是一样的四川大学Sichuan University4.3 4.3 制冷与建筑热能采集原理制冷与建筑热能采集原理2、热力学第二定律、热力

14、学第二定律开尔文表述对任意之循环运转装置，在只与单一热库交换热量之情形下，而产生对外作功之效应是不可能的。此为热机之观点，即热无法百分之百转为功。可见：锅炉将高品位化学能转化为热能直接使用，存在品质浪费四川大学Sichuan University4.3 4.3 制冷与建筑热能采集原理制冷与建筑热能采集原理2、热力学第二定律、热力学第二定律制冷原理制冷原理克劳修斯表述对于任意之循环运转装置，在不输入功的情形下而自发性的产生使热由冷体传向热体之效应是不可能的，此为冷机之观点。T2为制冷对象四川大学Sichuan University4.3 4.3 制冷与建筑热能采集原理制冷与建筑热能采集原理2、制

15、冷原理、制冷原理-逆卡诺循环逆卡诺循环12 绝热膨胀；温度从T1 T2；23 等温膨胀：温度保持T2；从低温热源吸收热量q2； 34 绝热压缩：温度从T2 T1；41 等温压缩：温度保持T1；向高温热源放热q1；q2为制冷量四川大学Sichuan University4.3 4.3 制冷与建筑热能采集原理制冷与建筑热能采集原理2、制冷原理、制冷原理-逆卡诺逆卡诺循环循环在制冷循环中，制冷剂从被冷却物体中吸取的热量（即制冷量）与所消耗的机械功之比称为制冷系数制冷系数，用表示。它是评价制冷循环经济性的指标之一。蒸发器被冷却介质压缩机膨胀机冷凝器冷却介质s(a)(b)q0wcweTk0wcweqkT

16、kq0T03412TT123456000000TTTqqqwqkkc四川大学Sichuan University4.3 4.3 制冷与建筑热能采集原理制冷与建筑热能采集原理3、热能采集原理逆卡诺循环也可用来获得供热效果，例如冬季将大气环境作为低温热源，将供热房间作为高温热源进行供热。这样工作的装置称为热泵热泵，也就是向泵那样把低位热源的热能转移至高位热源。10000ckcwwqwq四川大学Sichuan University4.3 4.3 制冷与建筑热能采集原理制冷与建筑热能采集原理4、制冷与热能采集设备、制冷与热能采集设备制冷机组四川大学Sichuan University4.3 4.3 制

17、冷与建筑热能采集原理制冷与建筑热能采集原理4、制冷与热能采集设备、制冷与热能采集设备热泵机组四川大学Sichuan University4.4 4.4 建筑热源的调质建筑热源的调质1、调质的必要性、调质的必要性 生产或采集的冷热源并非都能直接供给建筑使用，需要转换调质 在夏季工况和冬季工况下，实现不同的空气处理过程需要不同的空气处理设备，如空气的加热、冷却、加湿、减湿设备等。 根据各种热质交换设备的特点不同可将它们分成两大类：混合式热质交换设备和间壁式热质变换设备。前者包括喷淋室、蒸汽加湿器、局部补充加湿装置以及使用液体吸湿剂的装置等；后者包括各种形式的空气加热器及空气冷却器等。四川大学Sic

18、huan University4.4 4.4 建筑热源的调质建筑热源的调质2、热交换原理、热交换原理传热计算公式：Q=KFt强化传热的方法？目的：满足热源温度要求、采集能源IoK111四川大学Sichuan University4.4 4.4 建筑热源的调质建筑热源的调质3、质交换原理、质交换原理喷淋加湿：通过水的质扩散调节空气湿度目的：满足热源湿度要求，或四川大学Sichuan University4.4 4.4 建筑热源的调质建筑热源的调质4、热质交换设备、热质交换设备气气换热器汽水换热器水水换热器热管换热器喷淋加湿段冷却塔四川大学Sichuan University4.4 4.4 建筑热

19、源的调质建筑热源的调质5、高效传热技术与传热强化、高效传热技术与传热强化传热强化换热器耗材减少，制造成本较低相同面积，传热量增加，提高能量利用效率（热回收）运行过程污垢热阻，较低效率对节能减排的作用四川大学Sichuan University4.5 4.5 建筑能源的输配建筑能源的输配1、电能输配、电能输配建筑电气按照强弱电两大系统分类。1）强电系统强电系统主要包括建筑电工电气和建筑照明产品。建筑电工电气包括供配变电设备、高低压电源电器开关、开关柜电箱，插座、断路器、接触器、电容器、启动器、室内外配电器、电流电压互感器、电气节能改造装置、电气防火，变换器、各类仪器仪表、建筑电气系统集成；建筑照明产品包括指示灯、光源、灯具灯饰、照明配件、照明电工产品、照明器材、调光设备、智能照明控制系统。2）弱电系统弱电系统主要包括建筑综合布线系统、建筑安防与消防系统、建筑通信自动化系统、公用设施的自控系统等。四川大学Sichuan University4.5 4.5 建筑能源的输配建筑能源的输配1、电能输配、电能输配供配电方式 供配电方式是指电源与电力用户之间的接线方式。具体有以下几种方式： (1)放射式 (2)树干式(3)环式 (4)格网式格网式四川大