《建环概论第四讲建筑能源的需求、生产、调质与输配》由会员分享，可在线阅读，更多相关《建环概论第四讲建筑能源的需求、生产、调质与输配（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、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,建筑环境与能源应用工程专业概论,第四讲 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,4.1 建筑能源的需求,以人为本是建筑设计建造的基本要求。 建筑对能源的需求，从根本上取决于人对建筑环境、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。 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
2、水平的提高而不断变化。,4.1 建筑能源的需求,1、建筑能源需求的种类 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 空气品质保证 卫生热水供应 生活便利类炊事、设施、交通,4.1 建筑能源的需求,2、建筑冷热需求预测 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,4.1 建筑能源的需求,2、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
3、，任意时刻外界所需提供的冷（热）量，或冷（热）负荷。,4.1 建筑能源的需求,3、建筑能源需求与建筑能耗 不同理想与现实 关联需求是内动力，能耗是结果 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,4.1 建筑能源的需求,4、建筑能源的种类 能源定义 关于能源的定义，目前约有20种。 例如：科学技术百科全书说：“能
4、源是可从其获得热、光和动力之类能量的资源”； 大英百科全书说：“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它为自己提供所需的能量”；,4.1 建筑能源的需求,4、建筑能源的种类 能量形式: 机械能(风能、水能等)、电磁能、热能、化学能、原子能、光能。 能源种类： 按生成方式分: 天然(一次)能源和人工(二次)能源 按原始来源分: 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。,4.1 建筑能源的需求,4、建筑能源的种类,天然(一次)能源和人工(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生的诞生能源。如电能、热能、煤气
5、、柴油、氢能、焦炭、沼气等。,建筑能源以上都可能作为建筑能源,4.1 建筑能源的需求,4、建筑能源的种类,新能源的定义因地、因时而不同。比如核电在中国是新能源，而在法国、美国则不是。 “能源”是一个广泛的称呼，有四大主要环节：,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 “新能源”。,4.1 建筑能源的需求,4、建筑能源的种类,非再生能源: 石油、天然气、煤炭和裂变核燃料约占能源总消费量的90%左右 再生能源: 水力、植物燃料等只占10%左右,目前人类使用的能源构成,再生能源分布: 太阳能占99.44%,水能、风能、地
6、热能、生物能等不到1%,未来用能趋势？,4.1 建筑能源的需求,5、建筑能源获得的几种方式 1）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： 冷冻水 热水，热空气 3）就近采集： 热泵 最终结果 技术经济比较，往往是多种形式并存,4.2 建筑热能的生产原理,1、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=CO2,能量转化满足：能量守恒定律,物质转化满足：质量守恒定律,4.2 建筑热能的生产原理,2、热能生产设备 锅炉是将燃料的化学能
7、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,4.2 建筑热能的生产原理,3、热能生产设备锅炉工作原理 基本构造由“汽锅”和“炉子”两大部分。,4.2 建筑热能的生产原理,4、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
8、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,4.3 制冷与建筑热能采集原理,1、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,4.3 制冷与建筑热能采集原理,2、热力学第二定律 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,4.3 制冷与建筑热能采集原理,2、热力学第二定律制冷原
9、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,4.3 制冷与建筑热能采集原理,2、制冷原理-逆卡诺循环 12 绝热膨胀；温度从T1T2； 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T2T1； 41 等温压缩：温度保持T1；向高温热源放热q1；,q2为制冷量,4.3 制冷与建筑热能采集原理,2、制冷原理-逆卡诺循环 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，用表示。它是评价制冷循环经济性的指标之一。,4.3 制冷与建
10、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，也就是向泵那样把低位热源的热能转移至高位热源。,4.3 制冷与建筑热能采集原理,4、制冷与热能采集设备 制冷机组,4.3 制冷与建筑热能采集原理,4、制冷与热能采集设备 热泵机组,4.4 建筑热源的调质,1、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
11、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。,4.4 建筑热源的调质,2、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,4.4 建筑热源的调质,3、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,4.4 建筑热源的调质,4、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,4.4 建筑热源的调质,5、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
12、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,4.5 建筑能源的输配,1、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、
13、公用设施的自控系统等。,4.5 建筑能源的输配,1、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,4.5 建筑能源的输配,2、流体能源的输配 燃气输配（天然气、煤气、蒸汽） 燃油输配（柴油、重油） 冷冻水输配 热水输配,4.5 建筑能源的输配,3、流体输配原理 任意管流，若为理想不可压缩流体，均满足恒定流元流能量方程，或称为伯努利方程。 能量方程式说明，理想不可压缩流体恒定元流中，各断面总水头相等，单位重量的总能量保持不变。,能量方程式，揭示了流体流动的动能和势能、流速和压强相互转换的普遍规律。,4.5 建筑能源的输配,流体输配管网 量大面广,4.5 建筑能源的输配,4、重要输配设备水泵与风机 轴流式泵与风机的性能 流量-压头曲线 流量-效率曲线,4.5 建筑能源的输配,4、重要输配设备水泵与风机 泵与风机的性能与管路阻力曲线 流量-压头曲线 流量-管路阻力曲线 流量越大，阻力迅速增加， 随流量增大，工作点偏离额定工况，效率大大降低 与能耗的关系？,课程作业,检索文献，阐述建筑能源的生产、调质与输配设备及系统对建筑节能、减少排放的重要作用 （可以侧重于某一角度，800字以上）,
