建環(huán)概論 第四講 建筑能源的需求、生產、調質與輸配

1、四川大學Sichuan University第四講建筑能源的需求、生產、調質與輸配建筑與環(huán)境學院2013.09建筑環(huán)境與建筑環(huán)境與能源應用能源應用工程工程專業(yè)概論專業(yè)概論四川大學Sichuan University第四講第四講 提綱提綱4.1 建筑能源的需求 4.2 建筑熱能的生產原理4.3 建筑熱能的采集原理4.4 建筑能源的調質4.5 建筑能源的輸配建筑能源的需求、生產、調質與輸配建筑能源的需求、生產、調質與輸配四川大學Sichuan University4.1 4.1 建筑能源的需求建筑能源的需求 以人為本是建筑設計建造的基本要求。以人為本是建筑設計建造的基本要求。 建筑對能源的需求，從

2、根本上取決于人對建筑環(huán)境建筑對能源的需求，從根本上取決于人對建筑環(huán)境、使用功能、居住行為等的要求。、使用功能、居住行為等的要求。 設計師根據(jù)當?shù)啬茉?、資源現(xiàn)狀，合理規(guī)劃設計各設計師根據(jù)當?shù)啬茉?、資源現(xiàn)狀，合理規(guī)劃設計各種能源供應系統(tǒng)，為居住者提供安全、健康、舒適、方種能源供應系統(tǒng)，為居住者提供安全、健康、舒適、方便等服務，代價是能源的消耗。便等服務，代價是能源的消耗。 不同的建筑對能源的需求是不同的，且隨著社會經不同的建筑對能源的需求是不同的，且隨著社會經濟發(fā)展、人們生活水平的提高而不斷變化。濟發(fā)展、人們生活水平的提高而不斷變化。四川大學Sichuan University4.1 4.1 建筑

3、能源的需求建筑能源的需求1、建筑能源需求的種類、建筑能源需求的種類舒適類舒適類 熱環(huán)境控制（空調、采暖） 濕環(huán)境控制 聲環(huán)境控制 光環(huán)境控制健康安全類健康安全類 空氣品質保證 衛(wèi)生熱水供應生活便利類生活便利類炊事、設施、交通四川大學Sichuan University4.1 4.1 建筑能源的需求建筑能源的需求2、建筑冷熱需求預測、建筑冷熱需求預測影響因素分析影響因素分析）、建筑固有特性幾何尺寸、造型）、建筑圍護結構特性）、室外氣象條件；）、室內設定條件；）、室內熱濕源狀況人員、設備，人工照明；）、使用方式及使用時間）、控制方式建筑的冷、熱負荷取決于個方面四川大學Sichuan Univers

4、ity4.1 4.1 建筑能源的需求建筑能源的需求2、建筑冷熱需求預測、建筑冷熱需求預測任意基因房間的空氣溫變特性：為了維持建筑能耗基因的環(huán)控單元房間所期望的環(huán)境狀態(tài)，任意時刻外界所需提供的冷（熱）量，或冷（熱）負荷。 Betttt)(0)3600)(00cVnFKttQkiishut四川大學Sichuan University4.1 4.1 建筑能源的需求建筑能源的需求3、建筑能源需求與建筑能耗、建筑能源需求與建筑能耗不同不同理想與現(xiàn)實理想與現(xiàn)實關聯(lián)關聯(lián)需求是內動力，能耗是結果需求是內動力，能耗是結果建筑能耗的定義建筑能耗的定義與建筑相關的能源消耗包括：建筑材料生產用能、建筑材料運輸用能、房

5、屋建造和維修過程中的用能以及建筑使用過程中的建筑運行能耗。按照國際通行的分類，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務業(yè))使用過程中的能耗，主要包括建筑采暖、空調、通風、熱水供應、照明、炊事、家用電器、電梯等方面的能耗。建筑能耗現(xiàn)狀四川大學Sichuan University4.1 4.1 建筑能源的需求建筑能源的需求4、建筑能源的種類、建筑能源的種類能源定義關于能源的定義，目前約有關于能源的定義，目前約有2020種。種。例如：科學技術百科全書說：例如：科學技術百科全書說：“能源是可從其獲得能源是可從其獲得熱、光和動力之類能量的資源熱、光和動力之類能量的資源”；大英百科全書說：

6、大英百科全書說：“能源是一個包括著所有燃料、能源是一個包括著所有燃料、流水、陽光和風的術語，人類用適當?shù)霓D換手段便可讓流水、陽光和風的術語，人類用適當?shù)霓D換手段便可讓它為自己提供所需的能量它為自己提供所需的能量”；四川大學Sichuan University4.1 4.1 建筑能源的需求建筑能源的需求4、建筑能源的種類、建筑能源的種類能量形式能量形式: 機械能機械能(風能、水能等風能、水能等)、電磁能、熱能、化學能、原子能、電磁能、熱能、化學能、原子能、光能。光能。能源種類能源種類：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、始來源分按原始來源分: : 地內能源和地外能源以及相互作用能源。地內能源和地外能源以及相互作用能源。按對能源的認識過程分：常規(guī)能源和新能源。按對能源的認識過程分：常規(guī)能源和新能源。四川大學Sichuan University4.1 4.1 建筑能源的需求建筑能源的需求4、建筑能源的種類、建筑能源的種類天然天然(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：它是指經過消耗一次能源加工轉化而產它是指經過消耗一次能源加工轉化而產生的誕生能源。如電能、熱能、煤氣、柴油、氫能、生的誕生能源。如電能、熱能、煤氣、柴油、氫能、焦炭、沼氣等。焦炭、沼氣等。 非再生能源：石油、天然氣、原

8、煤、核燃料等非再生能源：石油、天然氣、原煤、核燃料等一一次次能能源源再生能源：太陽能、風能、水能、海洋能生物再生能源：太陽能、風能、水能、海洋能生物質能等質能等建筑能源建筑能源以上都可能作為建筑能源以上都可能作為建筑能源四川大學Sichuan University4.1 4.1 建筑能源的需求建筑能源的需求4、建筑能源的種類、建筑能源的種類核能太陽能地熱能風能生物質能水能海洋能 氫能新能源 新能源的定義因地、新能源的定義因地、因時而不同。比如核因時而不同。比如核電在中國是新能源，電在中國是新能源，而在法國、美國則不而在法國、美國則不是。是。 “能源能源”是一個廣泛是一個廣泛的稱呼，有四大主要的

9、稱呼，有四大主要環(huán)節(jié)：環(huán)節(jié)：資源轉化輸送終端利用四個環(huán)節(jié)中的一個或幾個環(huán)節(jié)有大的變化，且相對于在役主力能源而言，能四個環(huán)節(jié)中的一個或幾個環(huán)節(jié)有大的變化，且相對于在役主力能源而言，能大幅度地節(jié)約資源、大幅度減排的能源或能源技術即可稱為大幅度地節(jié)約資源、大幅度減排的能源或能源技術即可稱為 “ “新能源新能源”。四川大學Sichuan University4.1 4.1 建筑能源的需求建筑能源的需求4、建筑能源的種類、建筑能源的種類非再生能源非再生能源: 石油、天然氣、煤炭和裂變核燃料約占石油、天然氣、煤炭和裂變核燃料約占能源總消費量的能源總消費量的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%左右左右目前人類使用的能源構成目前人類使用的能源構成再生能源分布再生能源分布: 太陽能占太陽能占99.44%,99.44%,水能、水能、風能、地熱能、生物能等不到風能、地熱能、生物能等不到1%1%未來用能趨勢？未來用能趨勢？四川大學Sichuan University4.1 4.1 建筑能源的需求建筑能源的需求5、建筑能源獲得的幾種方式、建筑能源獲得的幾種方式1）外部提供：）外部提供：如電力，天然氣，煤氣，城市熱網(wǎng)蒸汽、熱水，2）自主生產：）自主生產：冷凍水熱水，熱空氣3）就近采集：）就近采集：熱泵最終結果最終結果技術經濟比較，往往是多種形式并存四川大

11、學Sichuan University4.2 4.2 建筑熱能的生產原理建筑熱能的生產原理1、能源轉化原理、能源轉化原理一般是消耗煤炭、石油、天然氣等化石燃料，將燃料的化學能轉化為水或蒸汽的熱能，核心設備是鍋爐。對于液體和氣體燃料，碳氫化合物的燃燒反應式為： 對于固體燃料， C+O2=CO2OHnmCOOnmHCnm2224)4(能量轉化滿足：能量守恒定律物質轉化滿足：質量守恒定律四川大學Sichuan University4.2 4.2 建筑熱能的生產原理建筑熱能的生產原理2、熱能生產設備、熱能生產設備 鍋爐是將燃料的化學能轉化為熱能，又將熱能傳遞給水，從而產生一定溫度和壓力的蒸汽或熱水的設

12、備。 鍋爐及鍋爐房設備的任務，在于安全可靠、經濟有效地把燃料的化學能轉化為熱能，進而將熱能傳遞給水，以生產熱水或蒸汽。 鍋爐隨著蒸汽機的發(fā)明而出現(xiàn)和迅速發(fā)展，迄今已有二百余年的歷史。其間，從低級到高級，由簡單到復雜，隨著生產力的發(fā)展和對鍋爐容量、參數(shù)要求的不斷提高，鍋爐型式和鍋爐技術得到了迅速的發(fā)展。 對社會發(fā)展貢獻卓著 四川大學Sichuan University4.2 4.2 建筑熱能的生產原理建筑熱能的生產原理3、熱能生產設備、熱能生產設備鍋爐工作原理鍋爐工作原理基本構造由“汽鍋”和“爐子”兩大部分。四川大學Sichuan University4.2 4.2 建筑熱能的生產原理建筑熱能的

13、生產原理4、經濟指標、環(huán)保性能、經濟指標、環(huán)保性能鍋爐的熱效率：指每小時送進鍋爐的燃料(全部完全燃燒時)所能發(fā)出的熱量中有百分之幾被用來產生蒸汽或加熱水，以符號表示。它是一個能真實說明鍋爐運行的熱經濟性的指標消耗化石燃料不可再生燃燒產物：CO2、SO2 、粉塵、廢水四川大學Sichuan University4.3 4.3 制冷與建筑熱能采集原理制冷與建筑熱能采集原理1、冷熱概念、冷熱概念日常生活中，衡量冷與熱是以人的體溫及感覺細胞為參照，在熱科學領域，冷與熱是一樣的四川大學Sichuan University4.3 4.3 制冷與建筑熱能采集原理制冷與建筑熱能采集原理2、熱力學第二定律、熱力

14、學第二定律開爾文表述對任意之循環(huán)運轉裝置，在只與單一熱庫交換熱量之情形下，而產生對外作功之效應是不可能的。此為熱機之觀點，即熱無法百分之百轉為功?？梢姡哄仩t將高品位化學能轉化為熱能直接使用，存在品質浪費四川大學Sichuan University4.3 4.3 制冷與建筑熱能采集原理制冷與建筑熱能采集原理2、熱力學第二定律、熱力學第二定律制冷原理制冷原理克勞修斯表述對于任意之循環(huán)運轉裝置，在不輸入功的情形下而自發(fā)性的產生使熱由冷體傳向熱體之效應是不可能的，此為冷機之觀點。T2為制冷對象四川大學Sichuan University4.3 4.3 制冷與建筑熱能采集原理制冷與建筑熱能采集原理2、制

15、冷原理、制冷原理-逆卡諾循環(huán)逆卡諾循環(huán)12 絕熱膨脹；溫度從T1 T2；23 等溫膨脹：溫度保持T2；從低溫熱源吸收熱量q2； 34 絕熱壓縮：溫度從T2 T1；41 等溫壓縮：溫度保持T1；向高溫熱源放熱q1；q2為制冷量四川大學Sichuan University4.3 4.3 制冷與建筑熱能采集原理制冷與建筑熱能采集原理2、制冷原理、制冷原理-逆卡諾逆卡諾循環(huán)循環(huán)在制冷循環(huán)中，制冷劑從被冷卻物體中吸取的熱量（即制冷量）與所消耗的機械功之比稱為制冷系數(shù)制冷系數(shù)，用表示。它是評價制冷循環(huán)經濟性的指標之一。蒸發(fā)器被冷卻介質壓縮機膨脹機冷凝器冷卻介質s(a)(b)q0wcweTk0wcweqkT

16、kq0T03412TT123456000000TTTqqqwqkkc四川大學Sichuan University4.3 4.3 制冷與建筑熱能采集原理制冷與建筑熱能采集原理3、熱能采集原理逆卡諾循環(huán)也可用來獲得供熱效果，例如冬季將大氣環(huán)境作為低溫熱源，將供熱房間作為高溫熱源進行供熱。這樣工作的裝置稱為熱泵熱泵，也就是向泵那樣把低位熱源的熱能轉移至高位熱源。10000ckcwwqwq四川大學Sichuan University4.3 4.3 制冷與建筑熱能采集原理制冷與建筑熱能采集原理4、制冷與熱能采集設備、制冷與熱能采集設備制冷機組四川大學Sichuan University4.3 4.3 制

17、冷與建筑熱能采集原理制冷與建筑熱能采集原理4、制冷與熱能采集設備、制冷與熱能采集設備熱泵機組四川大學Sichuan University4.4 4.4 建筑熱源的調質建筑熱源的調質1、調質的必要性、調質的必要性 生產或采集的冷熱源并非都能直接供給建筑使用，需要轉換調質 在夏季工況和冬季工況下，實現(xiàn)不同的空氣處理過程需要不同的空氣處理設備，如空氣的加熱、冷卻、加濕、減濕設備等。 根據(jù)各種熱質交換設備的特點不同可將它們分成兩大類：混合式熱質交換設備和間壁式熱質變換設備。前者包括噴淋室、蒸汽加濕器、局部補充加濕裝置以及使用液體吸濕劑的裝置等；后者包括各種形式的空氣加熱器及空氣冷卻器等。四川大學Sic

18、huan University4.4 4.4 建筑熱源的調質建筑熱源的調質2、熱交換原理、熱交換原理傳熱計算公式：Q=KFt強化傳熱的方法？目的：滿足熱源溫度要求、采集能源IoK111四川大學Sichuan University4.4 4.4 建筑熱源的調質建筑熱源的調質3、質交換原理、質交換原理噴淋加濕：通過水的質擴散調節(jié)空氣濕度目的：滿足熱源濕度要求，或四川大學Sichuan University4.4 4.4 建筑熱源的調質建筑熱源的調質4、熱質交換設備、熱質交換設備氣氣換熱器汽水換熱器水水換熱器熱管換熱器噴淋加濕段冷卻塔四川大學Sichuan University4.4 4.4 建筑熱

19、源的調質建筑熱源的調質5、高效傳熱技術與傳熱強化、高效傳熱技術與傳熱強化傳熱強化換熱器耗材減少，制造成本較低相同面積，傳熱量增加，提高能量利用效率（熱回收）運行過程污垢熱阻，較低效率對節(jié)能減排的作用四川大學Sichuan University4.5 4.5 建筑能源的輸配建筑能源的輸配1、電能輸配、電能輸配建筑電氣按照強弱電兩大系統(tǒng)分類。1）強電系統(tǒng)強電系統(tǒng)主要包括建筑電工電氣和建筑照明產品。建筑電工電氣包括供配變電設備、高低壓電源電器開關、開關柜電箱，插座、斷路器、接觸器、電容器、啟動器、室內外配電器、電流電壓互感器、電氣節(jié)能改造裝置、電氣防火，變換器、各類儀器儀表、建筑電氣系統(tǒng)集成；建筑照明產品包括指示燈、光源、燈具燈飾、照明配件、照明電工產品、照明器材、調光設備、智能照明控制系統(tǒng)。2）弱電系統(tǒng)弱電系統(tǒng)主要包括建筑綜合布線系統(tǒng)、建筑安防與消防系統(tǒng)、建筑通信自動化系統(tǒng)、公用設施的自控系統(tǒng)等。四川大學Sichuan University4.5 4.5 建筑能源的輸配建筑能源的輸配1、電能輸配、電能輸配供配電方式 供配電方式是指電源與電力用戶之間的接線方式。具體有以下幾種方式： (1)放射式 (2)樹干式(3)環(huán)式 (4)格網(wǎng)式格網(wǎng)式四川大