建環(huán)第四講建筑能源的需求、生產(chǎn)、調(diào)質(zhì)與輸配

1、四川大學(xué)Sichuan University第四講建筑能源的需求、生產(chǎn)、調(diào)質(zhì)與輸配建筑與環(huán)境學(xué)院2013.09建筑環(huán)境與建筑環(huán)境與能源應(yīng)用能源應(yīng)用工程工程專業(yè)概論專業(yè)概論四川大學(xué)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(chǎn)原理4.3 建筑熱能的采集原理4.4 建筑能源的調(diào)質(zhì)4.5 建筑能源的輸配建筑能源的需求、生產(chǎn)、調(diào)質(zhì)與輸配建筑能源的需求、生產(chǎn)、調(diào)質(zhì)與輸配四川大學(xué)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(shè)計(jì)建造的基本要求。以人為本是建筑設(shè)計(jì)建造的基本要求。 建筑對(duì)能源的需求，從

2、根本上取決于人對(duì)建筑環(huán)境建筑對(duì)能源的需求，從根本上取決于人對(duì)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(shè)計(jì)師根據(jù)當(dāng)?shù)啬茉?、資源現(xiàn)狀，合理規(guī)劃設(shè)計(jì)各設(shè)計(jì)師根據(jù)當(dāng)?shù)啬茉础①Y源現(xiàn)狀，合理規(guī)劃設(shè)計(jì)各種能源供應(yīng)系統(tǒng)，為居住者提供安全、健康、舒適、方種能源供應(yīng)系統(tǒng)，為居住者提供安全、健康、舒適、方便等服務(wù)，代價(jià)是能源的消耗。便等服務(wù)，代價(jià)是能源的消耗。 不同的建筑對(duì)能源的需求是不同的，且隨著社會(huì)經(jīng)不同的建筑對(duì)能源的需求是不同的，且隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人們生活水平的提高而不斷變化。濟(jì)發(fā)展、人們生活水平的提高而不斷變化。四川大學(xué)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(diào)、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(zhì)保證 衛(wèi)生熱水供應(yīng)生活便利類生活便利類炊事、設(shè)施、交通四川大學(xué)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(yù)測(cè)、建筑冷熱需求預(yù)測(cè)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(hù)結(jié)構(gòu)特性）、室外氣象條件；）、室內(nèi)設(shè)定條件；）、室內(nèi)熱濕源狀況人員、設(shè)備，人工照明；）、使用方式及使用時(shí)間）、控制方式建筑的冷、熱負(fù)荷取決于個(gè)方面四川大學(xué)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(yù)測(cè)、建筑冷熱需求預(yù)測(cè)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(shí)刻外界所需提供的冷（熱）量，或冷（熱）負(fù)荷。 Betttt)(0)3600)(00cVnFKttQkiishut四川大學(xué)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(shí)理想與現(xiàn)實(shí)關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián)需求是內(nèi)動(dòng)力，能耗是結(jié)果需求是內(nèi)動(dòng)力，能耗是結(jié)果建筑能耗的定義建筑能耗的定義與建筑相關(guān)的能源消耗包括：建筑材料生產(chǎn)用能、建筑材料運(yùn)輸用能、房

5、屋建造和維修過(guò)程中的用能以及建筑使用過(guò)程中的建筑運(yùn)行能耗。按照國(guó)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(wù)業(yè))使用過(guò)程中的能耗，主要包括建筑采暖、空調(diào)、通風(fēng)、熱水供應(yīng)、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(xué)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(guān)于能源的定義，目前約有關(guān)于能源的定義，目前約有2020種。種。例如：科學(xué)技術(shù)百科全書(shū)說(shuō)：例如：科學(xué)技術(shù)百科全書(shū)說(shuō)：“能源是可從其獲得能源是可從其獲得熱、光和動(dòng)力之類能量的資源熱、光和動(dòng)力之類能量的資源”；大英百科全書(shū)說(shuō)：

6、大英百科全書(shū)說(shuō)：“能源是一個(gè)包括著所有燃料、能源是一個(gè)包括著所有燃料、流水、陽(yáng)光和風(fēng)的術(shù)語(yǔ)，人類用適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換手段便可讓流水、陽(yáng)光和風(fēng)的術(shù)語(yǔ)，人類用適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)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(xué)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(jī)械能機(jī)械能(風(fēng)能、水能等風(fēng)能、水能等)、電磁能、熱能、化學(xué)能、原子能、電磁能、熱能、化學(xué)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(lái)源分按原始來(lái)源分: : 地內(nèi)能源和地外能源以及相互作用能源。地內(nèi)能源和地外能源以及相互作用能源。按對(duì)能源的認(rèn)識(shí)過(guò)程分：常規(guī)能源和新能源。按對(duì)能源的認(rèn)識(shí)過(guò)程分：常規(guī)能源和新能源。四川大學(xué)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(jīng)過(guò)消耗一次能源加工轉(zhuǎn)化而產(chǎn)它是指經(jīng)過(guò)消耗一次能源加工轉(zhuǎn)化而產(chǎn)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(yáng)能、風(fēng)能、水能、海洋能生物再生能源：太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、海洋能生物質(zhì)能等質(zhì)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(xué)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(yáng)能地?zé)崮茱L(fēng)能生物質(zhì)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(shí)而不同。比如核因時(shí)而不同。比如核電在中國(guó)是新能源，電在中國(guó)是新能源，而在法國(guó)、美國(guó)則不而在法國(guó)、美國(guó)則不是。是。 “能源能源”是一個(gè)廣泛是一個(gè)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(zhuǎn)化輸送終端利用四個(gè)環(huán)節(jié)中的一個(gè)或幾個(gè)環(huán)節(jié)有大的變化，且相對(duì)于在役主力能源而言，能四個(gè)環(huán)節(jié)中的一個(gè)或幾個(gè)環(huán)節(jié)有大的變化，且相對(duì)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(shù)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(shù)即可稱為 “ “新能源新能源”。四川大學(xué)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(fèi)量的能源總消費(fèi)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(gòu)成目前人類使用的能源構(gòu)成再生能源分布再生能源分布: 太陽(yáng)能占太陽(yáng)能占99.44%,99.44%,水能、水能、風(fēng)能、地?zé)崮?、生物能等不到風(fēng)能、地?zé)崮?、生物能等不?%1%未來(lái)用能趨勢(shì)？未來(lái)用能趨勢(shì)？四川大學(xué)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(chǎn)：）自主生產(chǎn)：冷凍水熱水，熱空氣3）就近采集：）就近采集：熱泵最終結(jié)果最終結(jié)果技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，往往是多種形式并存四川大

11、學(xué)Sichuan University4.2 4.2 建筑熱能的生產(chǎn)原理建筑熱能的生產(chǎn)原理1、能源轉(zhuǎn)化原理、能源轉(zhuǎn)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(xué)能轉(zhuǎn)化為水或蒸汽的熱能，核心設(shè)備是鍋爐。對(duì)于液體和氣體燃料，碳?xì)浠衔锏娜紵磻?yīng)式為： 對(duì)于固體燃料， C+O2=CO2OHnmCOOnmHCnm2224)4(能量轉(zhuǎn)化滿足：能量守恒定律物質(zhì)轉(zhuǎn)化滿足：質(zhì)量守恒定律四川大學(xué)Sichuan University4.2 4.2 建筑熱能的生產(chǎn)原理建筑熱能的生產(chǎn)原理2、熱能生產(chǎn)設(shè)備、熱能生產(chǎn)設(shè)備 鍋爐是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，又將熱能傳遞給水，從而產(chǎn)生一定溫度和壓力的蒸汽或熱水的設(shè)

12、備。 鍋爐及鍋爐房設(shè)備的任務(wù)，在于安全可靠、經(jīng)濟(jì)有效地把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，進(jìn)而將熱能傳遞給水，以生產(chǎn)熱水或蒸汽。 鍋爐隨著蒸汽機(jī)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(jí)到高級(jí)，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和對(duì)鍋爐容量、參數(shù)要求的不斷提高，鍋爐型式和鍋爐技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。 對(duì)社會(huì)發(fā)展貢獻(xiàn)卓著 四川大學(xué)Sichuan University4.2 4.2 建筑熱能的生產(chǎn)原理建筑熱能的生產(chǎn)原理3、熱能生產(chǎn)設(shè)備、熱能生產(chǎn)設(shè)備鍋爐工作原理鍋爐工作原理基本構(gòu)造由“汽鍋”和“爐子”兩大部分。四川大學(xué)Sichuan University4.2 4.2 建筑熱能的生產(chǎn)原理建筑熱能的

13、生產(chǎn)原理4、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、環(huán)保性能、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、環(huán)保性能鍋爐的熱效率：指每小時(shí)送進(jìn)鍋爐的燃料(全部完全燃燒時(shí))所能發(fā)出的熱量中有百分之幾被用來(lái)產(chǎn)生蒸汽或加熱水，以符號(hào)表示。它是一個(gè)能真實(shí)說(shuō)明鍋爐運(yùn)行的熱經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)消耗化石燃料不可再生燃燒產(chǎn)物：CO2、SO2 、粉塵、廢水四川大學(xué)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(jué)細(xì)胞為參照，在熱科學(xué)領(lǐng)域，冷與熱是一樣的四川大學(xué)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(xué)第二定律、熱力

14、學(xué)第二定律開(kāi)爾文表述對(duì)任意之循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)裝置，在只與單一熱庫(kù)交換熱量之情形下，而產(chǎn)生對(duì)外作功之效應(yīng)是不可能的。此為熱機(jī)之觀點(diǎn)，即熱無(wú)法百分之百轉(zhuǎn)為功?？梢?jiàn)：鍋爐將高品位化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能直接使用，存在品質(zhì)浪費(fèi)四川大學(xué)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(xué)第二定律、熱力學(xué)第二定律制冷原理制冷原理克勞修斯表述對(duì)于任意之循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)裝置，在不輸入功的情形下而自發(fā)性的產(chǎn)生使熱由冷體傳向熱體之效應(yīng)是不可能的，此為冷機(jī)之觀點(diǎn)。T2為制冷對(duì)象四川大學(xué)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?zé)嵩次諢崃縬2； 34 絕熱壓縮：溫度從T2 T1；41 等溫壓縮：溫度保持T1；向高溫?zé)嵩捶艧醧1；q2為制冷量四川大學(xué)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(jī)械功之比稱為制冷系數(shù)制冷系數(shù)，用表示。它是評(píng)價(jià)制冷循環(huán)經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)之一。蒸發(fā)器被冷卻介質(zhì)壓縮機(jī)膨脹機(jī)冷凝器冷卻介質(zhì)s(a)(b)q0wcweTk0wcweqkT

16、kq0T03412TT123456000000TTTqqqwqkkc四川大學(xué)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(lái)獲得供熱效果，例如冬季將大氣環(huán)境作為低溫?zé)嵩?，將供熱房間作為高溫?zé)嵩催M(jìn)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(zhuǎn)移至高位熱源。10000ckcwwqwq四川大學(xué)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(shè)備、制冷與熱能采集設(shè)備制冷機(jī)組四川大學(xué)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(shè)備、制冷與熱能采集設(shè)備熱泵機(jī)組四川大學(xué)Sichuan University4.4 4.4 建筑熱源的調(diào)質(zhì)建筑熱源的調(diào)質(zhì)1、調(diào)質(zhì)的必要性、調(diào)質(zhì)的必要性 生產(chǎn)或采集的冷熱源并非都能直接供給建筑使用，需要轉(zhuǎn)換調(diào)質(zhì) 在夏季工況和冬季工況下，實(shí)現(xiàn)不同的空氣處理過(guò)程需要不同的空氣處理設(shè)備，如空氣的加熱、冷卻、加濕、減濕設(shè)備等。 根據(jù)各種熱質(zhì)交換設(shè)備的特點(diǎn)不同可將它們分成兩大類：混合式熱質(zhì)交換設(shè)備和間壁式熱質(zhì)變換設(shè)備。前者包括噴淋室、蒸汽加濕器、局部補(bǔ)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(xué)Sic

18、huan University4.4 4.4 建筑熱源的調(diào)質(zhì)建筑熱源的調(diào)質(zhì)2、熱交換原理、熱交換原理傳熱計(jì)算公式：Q=KFt強(qiáng)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(xué)Sichuan University4.4 4.4 建筑熱源的調(diào)質(zhì)建筑熱源的調(diào)質(zhì)3、質(zhì)交換原理、質(zhì)交換原理噴淋加濕：通過(guò)水的質(zhì)擴(kuò)散調(diào)節(jié)空氣濕度目的：滿足熱源濕度要求，或四川大學(xué)Sichuan University4.4 4.4 建筑熱源的調(diào)質(zhì)建筑熱源的調(diào)質(zhì)4、熱質(zhì)交換設(shè)備、熱質(zhì)交換設(shè)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(xué)Sichuan University4.4 4.4 建筑熱

19、源的調(diào)質(zhì)建筑熱源的調(diào)質(zhì)5、高效傳熱技術(shù)與傳熱強(qiáng)化、高效傳熱技術(shù)與傳熱強(qiáng)化傳熱強(qiáng)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(yùn)行過(guò)程污垢熱阻，較低效率對(duì)節(jié)能減排的作用四川大學(xué)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(qiáng)弱電兩大系統(tǒng)分類。1）強(qiáng)電系統(tǒng)強(qiáng)電系統(tǒng)主要包括建筑電工電氣和建筑照明產(chǎn)品。建筑電工電氣包括供配變電設(shè)備、高低壓電源電器開(kāi)關(guān)、開(kāi)關(guān)柜電箱，插座、斷路器、接觸器、電容器、啟動(dòng)器、室內(nèi)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(chǎn)品包括指示燈、光源、燈具燈飾、照明配件、照明電工產(chǎn)品、照明器材、調(diào)光設(shè)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(dòng)化系統(tǒng)、公用設(shè)施的自控系統(tǒng)等。四川大學(xué)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(shù)干式(3)環(huán)式 (4)格網(wǎng)式格網(wǎng)式四川大