第4章建筑能源需求及供應(yīng)(第一節(jié))

1、 建筑能源需求與供應(yīng) 能源的基本概念建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)概論14.1.1 能源2建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)概論物質(zhì)世界的構(gòu)成物質(zhì)物質(zhì)能量能量信息信息建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)概論3一次能源和二次能源可以直接獲取能量或經(jīng)過(guò)加工轉(zhuǎn)換獲取能量的自然資源稱為能源。在自然界天然存在的、可以直接獲得而不改變其基本形態(tài)的能源是一次能源。將一次能源經(jīng)直接或間接加工改變其形態(tài)的能源產(chǎn)品是二次能源4建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)概論一次能源一次能源二次能源二次能源煤炭、石油、天然氣、水力、煤炭、石油、天然氣、水力、核能、太陽(yáng)能、地?zé)崮?、生物質(zhì)核能、太陽(yáng)能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能、風(fēng)能、潮汐能、海洋能能、風(fēng)能、潮汐能、

2、海洋能電力、熱力（蒸汽、熱水、冷電力、熱力（蒸汽、熱水、冷水）、城市煤氣、各種石油制品、水）、城市煤氣、各種石油制品、氫能、沼氣氫能、沼氣遵循自然規(guī)律“量”的規(guī)律：能量守恒定律“質(zhì)”的規(guī)律：從高溫到低溫5建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)概論可再生能源和不可再生能源可再生能源 太陽(yáng)能； 風(fēng)能； 地?zé)崮埽?現(xiàn)代生物質(zhì)能； 海洋能； 小水電。清潔能源非化石能源6建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)概論4.1.2 能源效率7建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)概論能源效率（Energy Efficiency）的三重含義1. 能源有效利用（Efficient Energy Use）：即用盡量少的能源提供盡量多的產(chǎn)品或服務(wù)。2.

3、能源轉(zhuǎn)換效率（Energy conversion efficiency）：能源經(jīng)過(guò)加工、轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)出的各種能源產(chǎn)品的數(shù)量與投入加工轉(zhuǎn)換的各種能源數(shù)量的比率。3. 能源節(jié)約（Energy conservation）：減少服務(wù)、限制用能注重全生命周期的能耗注重從一次能源到二次的能源轉(zhuǎn)換過(guò)程的能效（提示：同學(xué)們可以舉出三種能效途徑的實(shí)例/查找資料，對(duì)某個(gè)家電產(chǎn)品分析其生命周期能耗/分析某種品牌汽車的能效）8建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)概論服務(wù)與能效9建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)概論圖中橫坐標(biāo)表示能耗，縱坐標(biāo)表示服務(wù)，中間的斜線叫做服務(wù)曲線。顯然，提供的服務(wù)越多，能耗就越大。服務(wù)曲線的斜率是能源利用的效率

4、。能源利用效率越高，斜率就越大，服務(wù)曲線就越陡峭。熱力學(xué)第二定律在環(huán)境條件下任一形式的能量能夠轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪遣糠址Q為能量的 ，在一定的能量中占的比例越大，其能質(zhì)（品位）越高。熱能應(yīng)用中應(yīng)遵循的兩個(gè)原則： 不應(yīng)將高能級(jí)的熱能用到低能級(jí)的用途，例如，用來(lái)源于火力發(fā)電的電力直接加熱為建筑供暖； 盡量實(shí)現(xiàn)熱能的梯級(jí)利用，減小應(yīng)用的級(jí)差，例如高溫?zé)崮軕?yīng)先用來(lái)推動(dòng)熱機(jī)或發(fā)電，將余熱用來(lái)供暖或加熱熱水，做到物盡其用，溫度的對(duì)位應(yīng)用。10建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)概論4.1.3 能源消耗對(duì)地球環(huán)境的破壞11建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)概論能源消耗對(duì)地球環(huán)境的破壞的兩個(gè)層面第一是傳統(tǒng)意義上的“公害”問(wèn)題，即大氣

5、污染、水污染和固體廢棄物污染。第二是能源消費(fèi)中的溫室氣體排放所導(dǎo)致的全球氣候變化。溫室氣體主要指： 二氧化碳（CO2） 甲烷（CH4） 氧化亞氮（N2O） 全氟碳（Perfluorocarbons, PFCs） 氟代烴（Hydrofluorocarbons，HFCs） 六氟化硫（SF6）等六種氣體。12建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)概論能源燃燒造成的大氣污染能源應(yīng)用造成環(huán)境污染2013年中國(guó)大范圍PM2.5污染，已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)最嚴(yán)重的空氣污染災(zāi)難之一化石燃料燃燒，造成SO2和NOx的排放，是酸雨成因之一能源生產(chǎn)過(guò)程中大量廢水廢渣排放，導(dǎo)致土地和水的污染（提示：同學(xué)們可以到互聯(lián)網(wǎng)上搜索能源造成的

6、環(huán)境影響的最新數(shù)據(jù)和案例）14建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)概論全球環(huán)境問(wèn)題大氣污染和酸雨（雪、霧），即跨國(guó)界的大氣污染問(wèn)題；溫室氣體排放問(wèn)題；臭氧層破壞問(wèn)題；土地退化和荒漠化問(wèn)題；水資源短缺和水污染問(wèn)題；熱帶雨林的迅速減少；生物多樣性（包括基因、物種和生態(tài)系統(tǒng)）的破壞；有害廢棄物的越境轉(zhuǎn)移；海洋污染；人口增長(zhǎng)過(guò)快。15建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)概論溫室氣體排放引起氣候變化所謂溫室氣體，按照聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約的定義，主要指二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）、全氟碳（Perfluorocarbons, PFCs）、氟代烴（Hydrofluorocarbons，HFCs）和六氟

7、化硫（SF6）等六種氣體。六種溫室氣體對(duì)太陽(yáng)的短波輻射是透明的，而對(duì)地面的長(zhǎng)波輻射卻是不透明的。攜帶熱量的太陽(yáng)輻射可以通過(guò)大氣層長(zhǎng)驅(qū)直入，到達(dá)地球表面，而地表熱量卻難以向地球外逃逸。大氣中由燃料燃燒排放的CO2等氣體起到了給地球“保溫”的作用。2005年以后的地球表面平均溫度，要比1961-1990年間的平均溫度高出將近0.6，而且呈現(xiàn)出持續(xù)和加速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。氣候變化是指自1900年代以來(lái)發(fā)現(xiàn)的地球上氣候的變化。最近我們看到的和預(yù)計(jì)今后80年將發(fā)生的變化，主要是由于人類的行為引起的非自然變化。16建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)概論溫室效應(yīng)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)概論17溫室氣體使地球保持溫暖如果

8、沒有溫室氣體，地球平均溫度會(huì)比現(xiàn)在低30度大氣的 99%由 78%氮?dú)鈔itrogen和21%氧氣oxygen組成。它們對(duì)氣候調(diào)節(jié)基本沒有直接的作用。但人類活動(dòng)產(chǎn)生了過(guò)多溫室氣體，主要因?yàn)椋?煤、石油和天然氣燃燒后產(chǎn)生二氧化碳 森林破壞降低了植被的二氧化碳吸收能力溫室氣體Greenhouse GasesIPCC1988年由世界氣象組織（WMO）和聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）聯(lián)合成立了政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC，The Intergovernmental Panel on Climate Change）。這是一個(gè)政府間的科學(xué)機(jī)構(gòu)，承擔(dān)評(píng)估由人類活動(dòng)引起的氣候變化的風(fēng)險(xiǎn)的研究任務(wù)。在20多

9、年的時(shí)間里，IPCC發(fā)表了四次評(píng)估報(bào)告。19建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)概論最新發(fā)表的IPCC第5次評(píng)估報(bào)告在2013-2014年間，IPCC的三個(gè)工作組發(fā)表了第五次評(píng)估報(bào)告。2013年，IPCC第一工作組（WG1）的第五次評(píng)估報(bào)告（AR5）指出，1880-2012年，全球海陸表面平均溫度呈線性上升趨勢(shì)，升高了0.85；2003-2012年平均溫度比1850-1900年平均溫度上升了0.78。報(bào)告指出，人類活動(dòng)極有可能是20世紀(jì)中期以來(lái)全球氣候變暖的主要原因，可能性在95%以上。報(bào)告還警告說(shuō)，如果沒有實(shí)質(zhì)性的政策和技術(shù)的變化，世界正走向危險(xiǎn)的溫度上升中。 報(bào)告還指出，全球排放的二氧化碳當(dāng)量從19

10、70年的27Gt增加到2010年的49Gt，到現(xiàn)在可能已經(jīng)達(dá)到了每年超過(guò)52Gt。為了能有50%的機(jī)會(huì)保持全球地表溫升小于2C（這也是聯(lián)合國(guó)的目標(biāo)），人類在2100年前排放的溫室氣體總量就不能超過(guò)1550Gt，而按照目前的排放速度，這個(gè)限額將在2050年前就被突破。第5次報(bào)告中有眾多中國(guó)學(xué)者參與了工作。20建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)概論質(zhì)疑聲如果從80萬(wàn)年的尺度看，盡管最近百年大氣中CO2濃度是最高的，但地球表面溫度卻并不是最高的時(shí)期。除了人為活動(dòng)之外，應(yīng)該還有其他自然的力量（如太陽(yáng)活動(dòng)）引起全球變暖。21建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)概論4.1.4 中國(guó)的能源與節(jié)能22建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)

11、概論中國(guó)的能源特點(diǎn)能源資源緊缺能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)以煤為主能源消費(fèi)中以工業(yè)能耗主導(dǎo)，能源利用效率低能源消費(fèi)對(duì)嚴(yán)重影響環(huán)境大力發(fā)展新能源同學(xué)們根據(jù)以上特點(diǎn)提綱，自行搜集素材，完成一份最新中國(guó)能源國(guó)情的簡(jiǎn)短報(bào)告。23建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)概論中國(guó)能耗總量居世界第一（2011年G20各國(guó)能耗總量Mtoe）24建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)概論資料來(lái)源：國(guó)際能源機(jī)構(gòu)（IEA）中國(guó)碳排放總量居世界第一（2011年G20各國(guó)碳排放量MtCO2）25建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)概論資料來(lái)源：國(guó)際能源機(jī)構(gòu)（IEA）2009年G20各國(guó)每千美元GDP的能耗（kg油當(dāng)量）26建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)概論資料來(lái)源：國(guó)際能源

12、機(jī)構(gòu)（IEA）我國(guó)能源資源不足，影響國(guó)家安全 已探明可采儲(chǔ)量已探明可采儲(chǔ)量?jī)?chǔ)采比（按現(xiàn)在的開采強(qiáng)度還能維持多少年）儲(chǔ)采比（按現(xiàn)在的開采強(qiáng)度還能維持多少年）石油石油天然氣天然氣煤煤32.4億噸4.02萬(wàn)億m31842億噸15.437.65027建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)概論2012年中國(guó)共進(jìn)口原油2.85億噸，石油的對(duì)外依存度達(dá)到了58.7%。這對(duì)國(guó)家安全帶來(lái)嚴(yán)重的威脅。本專業(yè)的節(jié)能職責(zé)目前建筑能耗約占全國(guó)總能耗的20%，7億多噸標(biāo)準(zhǔn)煤。暖通空調(diào)能耗約占建筑能耗的50-60%，3-4億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。北方城市冬季集中供暖用煤和用氣，是各地城市政府力保的頭等民生大事；南方城市夏季空調(diào)應(yīng)用，給電網(wǎng)帶來(lái)沖擊性負(fù)荷。隨著經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整和人民對(duì)美好生活的追求，包括建筑能耗在內(nèi)的民生能耗總量和占比都會(huì)剛性增長(zhǎng)。在保證建筑環(huán)境質(zhì)量和人民生活質(zhì)量不斷提高的前提下，降低能耗，降低建筑能耗增長(zhǎng)的彈性系數(shù)（即建筑能耗增長(zhǎng)率與當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率之比），是本專業(yè)義不容辭的責(zé)任。28建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)概論本專業(yè)的環(huán)境職責(zé)我國(guó)北方大多數(shù)建筑物冬季用煤炭直接燃燒供暖，而且很多燃煤鍋爐效率低，從而直