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1、绪 论,在暖通空调系统中，冷热源是不可缺少的； 是工业企业及人民生活的重要组成部分。 冷源是空调系统的核心设备。 热源是供热系统的核心设备。 冷热源的大规模利用很大程度上将加快能源枯竭的进程，恶化城市生态环境、对人类自身的生存空间环境造成不可估量的影响。 国家大力提倡节能推行清洁能源工程、严格控制大气环境污染；制定了一系列规范 通过本门课程的学习，培养学生的节能和环保意识，迅速适应新的形势。,冷热源与安全,设计/管理人员的意识： 綦江彩虹桥跨踏 宜宾长江答桥跨踏 99宁夏银川锅炉爆炸事件 2003上海虹口区桑拿中心锅炉爆炸事件,系列规范,中华人民共和国节能法 中国节能技术政策大纲 民用建筑节能
2、标准 高层建筑防火规范 旅游宾馆商业建筑节能标准 中华人民共和国大气污染防治法 夏热冬暖地区建筑节能标准 地方法规：如重庆市人民政府关于实施清洁能源工程严格控制大气污染的通告,第一节 能源与冷热源工程,一、能源的形式,太阳能 一切能源的主要来源 它是无穷无尽的、无公害的干净能源 二十二亿分之一 达地球 全球1998年消耗能量=1/18000 引起：水力电、风能、潮流、生物能,能源可分,按能源的形态 化学能 热能、 太阳能、 电能、 核能、 水力能 海洋能、生物能等。,以原始状态存在于自然界中的能源叫做一次能源（或初级能源），如煤炭、石油、天然气、水力等； 把一次能源经过各种方式加工转换后得到的
3、能源叫二次能源，如电能、蒸汽、热水等,质优能源,化学能是物质通过化学反应释放出的一种能量，它不是任何物质都具备的，在自然界中，煤炭、石油、天然气是开采成本较低的质优的能源。因此被人们广泛采用，目前占能源消费量的85%左右； 热能广泛存在于空气、海洋、土壤中，它属于物质的内能，由于开采利用成本较高，还未得到广泛的利用； 水力资源主要是利用江河中水的落差具有的势能进行发电，目前水电占总电量的15%左右。,二、能源的重要性,能源是现代社会和生活的物质基础。 经济、技术发展程度越高，能源的消耗量也就越多。 在正常情况下，各国工业化初期，能源消耗量(包括电能消耗在内)与国民生产总值同步增长。 人的生活与
4、能源消费息息相关，人们生活中衣、食、住、行、文化娱乐等等。 采暖和空气调节方面的能耗占能源总用量的比例很大，欧洲约占50%，美国和日本也占到33%左右，每年平均以45%的速度增长,三、现有能源的有限性,世界能源消费大幅度地增长。 全世界每年所消耗的矿物燃料相当于地球史前二百万年地球所储存的。 如仍按现在的消费增长率持续下去，估计在今后3040年内矿物燃料即将枯竭。,矿物燃料的消耗模式图,人口急剧增长加剧能源枯竭,世界人口的急剧增长，是人类将面临的最重要的问题之一。 世界的总人口在15世纪时，据估算不过3亿人左右， 自公元1400至1900年间，人口的年增长率O0.75%，人口的增长较缓慢。 2
5、0世纪，人口年增长率约达2%。这意味着，30多年，人口就要翻一番。,我国一次能源结构,世界一次能源结构,消费能源的一种最广泛的形式 主要：火力发电、水力发电、核能发电,电 能,我国能源空前紧张,空调用电高峰：2002年夏天：4500万kw2.5个三峡总容量； 2003年夏天：22个省市拉闸限电； 2004年国家计委计划投资1600亿建设火力发电厂；大力开发水电站； 未来10年，将建设30余座核电站,四、能源的可持续性,虽然地球上及浩瀚的宇宙中蕴藏的能量是无穷无尽的，但是,在现有的技术水平和经济条件下，地球上可被人类利用的能源却是非常有限的。 大力开发新能源 大力提倡节约能源（节能）,能源可持续
6、性战略,一次能源战略储备 我国一次能源结构 世界一次能源结构 大力开发新能源 大力提倡节约能源（节能）：2001年全球能源消耗200亿吨标煤，为了减缓能源枯竭的进程，我们必须提高能源利用率，节约能源，目前世界上仍然存在能源供应紧张，产品能耗偏高，能源利用率偏低、浪费严重的现象，在我国犹为突出。与发达国家存在很大差距。,五、冷热源与能源,“冷”与“热”是能源的一种形式， 冷量供应或热量供应一般是通过中间载体实现的，中间载体称为“冷媒”或“热媒”。 生产冷媒的设备称作冷源设备（或制冷设备） 生产热媒的设备称作热源设备。 冷（热）媒可以直接利用，也可通过其它热交换设备（或末端装置）进行能量转换。 由
7、于能源形式的多样性，使得冷、热源设备的型式也多种多样。,？ 问题,请列举几种冷源形式？ 说明与能源形式的关系。,能源决定热源设备多样性,多样性,多样性,多样性,多样性,第二节 冷热源与生态环境,冷热源设备是大量消耗能源的能量转化装置，主要是电能及矿物燃料。 矿物燃料仍是我国能源的主要一次能源。电能也在很大程度上依赖矿物燃料的消耗，大量使用冷热源设备会导致众多与生态环境有关的问题。,一、臭氧层破坏,原因：向大气排放出大量的氟氯烃气体和哈龙 人类皮肤癌的发病率就会增加 打乱生态系统中复杂的食物链和食物网， 导致生物物种的灭绝 破坏植物的光合作用和授粉能力。 1985：保护臭氧层国际公约 1987年
8、9：蒙特利尔公约,二、全球变暖与海平面上升,化石燃料-二氧化碳等气体 1992年，全球二氧化碳的排放达264亿吨 84%来自工业活动 二氧化碳含量的年增长率约为0.4%。 温室气体吸收长波辐射热，并将其反射回地球，对地面气候起到增温作用，出现地球表面的“温室效应”。,各国温室气体排放份额,温室气体危害,全球气候变暖 导致海水变暖和膨胀，加速极地冰川和冻土的融化，造成海平面上升等等。 美国环保局认为，2025年，海平面将上升10-40厘米，到2100年，将上升60-200厘米， 世界上大约有1/3的人口生活在海岸线60公里的范围内，一些城市和乡村可能被淹没。 旱涝灾害的次数可能增加，森林、草原火
9、灾增多，水资源问题将更为突出，对农业影响也将十分明显。,控制对策：,（1）减少化石燃料的使用 （2）开发各种新能源，改变能源结构，大力提倡使用自然能（如太阳能、风能等），加快发展核能以代替化石能； （3）必须控制和制止乱砍滥伐森林，提倡生物资源的可持续利用，大力开展植树造林，利用绿色植物吸收二氧化碳的功能来减少温室气体的含量。,三、酸雨蔓延,主要因素是工业生产排放二氧化硫、燃烧石油以及汽车尾气排放出来的氮氧化物等进入大气后，经过“云内成雨过程”和“云下冲刷过程”，形成较大的酸雨雨滴，最后降落在地面上 我国既是一次能源消耗大国，也是二氧化硫和二氧化氮气体的排放大国和受害国，每年排放的二氧化硫大约
10、在1500万吨以上，是少数几个排放量大的国家之一。 我国酸雨的分布区面广量大,酸雨影响,生态系统，大片森林死亡、农作物枯萎， 抑制土壤中有机物的分解和氮的固定，使土壤贫瘠化； 酸雨可以使湖泊河流酸化， 溶解重金属进入水中，毒害鱼类，使水生生态受到严重破坏，人体健康也有直接的影响。 河川、酸湖。鱼虾绝迹。 加速建筑物和文物的腐蚀和风化。例如雅典古城堡的大理石建筑和雕塑剥落，自由女神铜像披上铜绿，嘉陵江大桥锈迹斑斑。,四、烟尘、废渣及噪音污染,矿物燃料-机械设备（如水泵、风机等）-噪音-二氧化碳、烟尘、硫化物及产生废水-大气污染，威胁人类。 伦敦烟雾事件，死亡1800名。1952死亡4000人 美
11、国光化学烟雾，使数千人患病。 北京飘尘比东京、伦敦60年代还高。 雾都-重庆,第三节 能源的品位与新能源,一、能源的品位,通常，以作功本领来描述能量的大小。 在封闭系统中，各种形式的能量无论发生什么变化过程，都可互相转换，其总和恒定不变。 我们可根据需要把自然界中存在的各种形形色色的能转化为其他各种形式的能。 能量利用的过程实质就是能量的转化、传递过程。能源因所处的状态不同，而其价值也不同。,例1图,能源的品位 举例1,某城镇供水方案：10T/h 方案1、水坝直接供水，w=0,； 方案2、用水泵从湖中取水；坝中水驱动水轮机，水轮机再拖动水泵，将10m以下的湖水输入供水池。 水坝中的水和湖中的水
12、，其价值是不同的。 热能一样，不仅有数量，而且也有其质量。,例2图,能源的品位 举例2,向室内供热10kW，有两种供热方案： 1、电阻式加热器，直接加热室内空气，需要电能为10kW。 2、热泵供热。若t2=45，t1=0，热泵采用的最理想循环逆卡诺循环热泵的制热性能系数,供热10kW，驱动热泵的电能为：,第二方案消耗1/7电能。这似乎不符能量守恒定律。事实上此方案中约6/7的供热量利用了温度低于室温的低温热源的热量，因此，节省了高位能源(电能)的消耗量。,热泵,地源/土壤源 水源 空气源,能源的品位重要性,1评价能源的价值时，既要看其数量，又要看其质量。热源也同样分为高位热源和低位热源。 2按
13、质用能：合理地使用高位能的问题是十分重要的。量的守恒性和质的贬值性 3能量贬值：能量既不能产生，也不能消失，只能由高位能变为低位能。一切能量使用到最后，都成废热传递给大气环境了，虽然它在数量上看是守恒的，但质量上已经越来越不中用，最后降级到无用了。,二、热电冷联供系统,合理利用能源，国内外关注。热电联产就是一种典型的总能系统。所谓总能系统，是指该系统所需的能量，几乎都由该系统中所设置的唯一能源供给，而不必求助于其他能源。 热电联产中，较高参数的蒸汽首先用来作功发电，然后抽汽或排气供热，既避免了热电分产时，有用能的大量损失，也避免了大量冷源损失，具有热力学优势。 “热电冷联供”，是指使锅炉产生的
14、蒸汽先通过背压式汽轮机发电作功，排汽除满足各种热负荷外，还用作溴化锂吸收式制冷机的工作蒸汽。,热电冷联供系统原理图,科技部“十五”攻关,“小城镇节能与新能源利用关键技术研究及设备开发”课题 农产品生产加工流程中的节能技术研究 本课题以农副产品生产加工、保鲜冷藏及包装流程中的节能技术研究为中心。根据生产链中不同环节的供热、供冷需求，研究开发适用的冷热能量调控技术，实现同生产流程间的冷热能量互用、共用的循环体系，充分利用冷藏设备及工业设备的排热、余热，为加工、生产提供热量，并将夏季富余热量调节到冬季，为种植、养殖场供暖。,“十五”攻关,夏热冬冷地区小城镇高效、小型土壤源热泵技术与设 备 研 究 本
15、课题研究适应于夏热冬冷地区小城镇的高效、多功能、小型土壤源热泵系统。在结合理论分析、计算机模拟、实验实例的基础上，对地下岩土热交换器的强化换热、配套建筑物内冷热输配末端及相应的成套系统、以及地下岩土换热器、压缩机、室内冷热输送末端的优化匹配理论及技术、小型地下岩土换热器设计软件和夏热冬冷地区小城镇土壤源热泵设计软件展开研究。,“十五”攻关,生物质能开发利用关键技术的研究 研制出生物质直接液化技术和设备，主要技术指标为：利用生物质能为主要液化能源；秸秆类液化率达到50%，林业副产物、薪炭林液化率达到70%；设备连续运转时间不低于1000小时，运行稳定；生物油加工成本低于300元/吨；生物油热值为
16、22MJ/kg。,生物质能资源,煤、石油和天然气等化石能源也是由生物质能转变而来的。 一是木材及森林工业废弃物；二是农业废弃物；三是水生植物；四是油料植物；五是城市和工业有机废弃物；六是动物粪便。 在世界能耗中，生物质能约占14，在不发达地区占60以上。全世界约25亿人的生活能源的90以上是生物质能。生物质能的优点是燃烧容易，污染少，灰分较低；缺点是热值及热效率低，体积大而不易运输。直接燃烧生物质的热效率仅为10一30。,利用生物质能方法,1热化学转换法，获得木炭、焦油和可燃气体等品位高的能源产品，该方法又按其热加工的方法不同，分为高温干馏、热解、生物质液化等方法； 2生物化学转换法，主要指生物质在微生物的发酵作用下，生成沼气、酒精等能源产品； 3利用油料植物所产生的生物油； 4把生物质压制成成型状燃料(如块型、棒型燃料)，以便集中利用和提高热效率。,城市垃圾热解制气,城市垃圾予处理(破碎与分选)成型(块状或饼状)热解气化炉旋风除尘净化器压缩机贮气罐计量用户,沥青矿获取馏分制液体燃料工艺的经济可行方案与中试研究,图1 矿石加热产
