建筑節(jié)能教案 第1章 能源、環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展

第一章能源、環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展第一節(jié)能源概論一、能量（1）機(jī)械能是與物體機(jī)械運(yùn)動或空間狀態(tài)相關(guān)的能量，包括固體和流體的動能、勢能、彈性能和表面張力能。設(shè)質(zhì)量為m的物體的運(yùn)動速度為v，該物體的動能Ek可以用下式表示：QUOTEEk=12mv受重力作用，不同位置高度的物體具有不同的重力勢能。設(shè)物體的質(zhì)量為m，高度為H，重力加速度為g，則物體的重力勢能Ep可用下式表示：QUOTEEk=12mv2物體由于彈性變形而具有做功的本領(lǐng)，這種能量叫做彈性勢能。設(shè)物體彈性系數(shù)為k，物體的變形量為x，則物體的彈性勢能EτQUOTEEk=12mv2（1在不同物質(zhì)和同一物質(zhì)不同相的界面上，由于表面張力的存在而具有的做功能力稱為表面張力能。設(shè)物體的表面張力系數(shù)為σ，界面面積為S，則表面張力能Es可表述為：QUOTEEk=12mv2（2）熱能設(shè)溫度為T的系統(tǒng)的熵的變化為dS，則熱能Eq可以表述為：QUOTEEk=12mv2（3）輻射能（1-6）（4）化學(xué)能（5）電能以電子的流動傳遞的能量。設(shè)驅(qū)動電子流動的電動勢為U，電流強(qiáng)度為I，則電能Ee可以表示為：（1-7）（6）核能是原子核內(nèi)部粒子相互作用所釋放的能量。核能要通過核反應(yīng)釋放能量。核反應(yīng)有三種形式：①放射性衰變；②核裂變；③核聚變。在熱力學(xué)第二定律中，熵是不可用能的度量。熵的增加意味著系統(tǒng)的能量數(shù)量不變，但質(zhì)量變差，做功的能力變低。因此熵增加意味著能量在質(zhì)量上的貶值。如果環(huán)境溫度為T0，系統(tǒng)的熵增為△S，則能量的貶值E0為：QUOTEE0=T0?S（1圖1-1示意圖設(shè)在圖1-1中，一臺卡諾熱機(jī)從高溫?zé)嵩次諢崃縌，對外做功W，向低溫?zé)嵩捶艧酫o。熱量Q的為：（1-9）（1-10）在一定的能量中，占的比例越大，其能質(zhì)越高。我們定義一個能質(zhì)系數(shù)φQ。（1-11）（1-12）（1-13）二、能源一次能源和二次能源表1-2一次能源二次能源煤炭、石油、天然氣、水力、核能、太陽能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能、風(fēng)能、潮汐能、海洋能電力、城市煤氣、各種石油制品、蒸汽、氫能、沼氣從資源的角度出發(fā)，還可以將能源分為可再生能源和不可再生能源。國際公認(rèn)的可再生能源有六大類：太陽能；風(fēng)能；地?zé)崮?；現(xiàn)代生物質(zhì)能；海洋能；小水電。圖1-22005年世界各國的能源消費(fèi)比例圖1-32005年世界一次能源消費(fèi)量構(gòu)成圖1-4紐約石油期貨市場油價的變化（截止至2008年6月）第二節(jié)能源與環(huán)境一、能耗引起的環(huán)境污染二、能耗引起的全球氣候變化問題大氣污染和酸雨（雪、霧），即跨國界的大氣污染問題；溫室氣體排放問題；臭氧層破壞問題；土地退化和荒漠化問題；水資源短缺和水污染問題；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；人口增長過快。這十大問題或多或少都與人類消耗能源有關(guān)，也或多或少與人類大規(guī)模的建設(shè)活動有關(guān)。其中最直接的，也是影響最大的問題是溫室氣體排放、酸雨和臭氧層破壞。圖1-5溫室效應(yīng)示意圖圖1-6從公元元年開始大氣中溫室氣體濃度的變化1圖1-7有氣象記錄以來地球表面溫度的變化（以1961～1990年平均值為基準(zhǔn)）1圖1-8海平面的變化（以1961～1990年平均值為基準(zhǔn)）1為了評價各種溫室氣體對全球溫暖化影響的相對能力大小，可以用“全球變暖潛勢（globalwarmingpotential，GWP）”的指標(biāo)參數(shù)：（1-14）圖1-9地球大氣層構(gòu)造圖1-10美國航空航天局（NASA）提供的南極上空圖像（2006年9月）（1-15）圖1-11HCFCs淘汰時間表（2007年9月）a）發(fā)達(dá)國家；b）發(fā)展中國家第三節(jié)中國的能源與環(huán)境（1-16）。圖1-122005年我國人均能耗（電耗）與世界各國的比較縱觀我國的能源消費(fèi)狀況，有以下幾個顯著特點(diǎn)：圖1-13我國能源消費(fèi)的增長（億噸標(biāo)準(zhǔn)煤）圖1-14我國電力裝機(jī)量的增長（億千瓦）（1）我國的能源消費(fèi)以工業(yè)為主圖1-152005年我國各部門能耗比例（2）能源效率低圖1-16我國能源效率與2005年國際水平的比較（每千美元GDP消耗油當(dāng)量）圖1-17我國GDP（以PPP計算）與2005年國際水平的比較（每千美元GDP消耗油當(dāng)量）（3）人均能源消費(fèi)量低，人均生活能耗量更低圖1-18我國人均生活能耗（電耗）的增長（4）農(nóng)村用能水平很低（5）能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)以煤為主圖1-192006年我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)圖1-202006年世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)圖1-212005年各國和地區(qū)溫室氣體（GHG）排放份額第四節(jié)能源與可持續(xù)發(fā)展圖1-21中國化石燃料的碳排放系數(shù)（t[C]/TJ）圖1-22中