建筑电气节能-1绪论

建筑电气节能杨本强[e-mail]13500354860参考书：1.建筑节能技术及应用.刘伟庆主编.中国电力出版社;2.建筑电气节能技术以设计原则.李炳华,宋镇江主编.中国建筑工业出版社;3.节能技术应用与评价.方利国主编.化学工业出版社1绪论（4学时）1.1能源概论1.2节能的概念1.3节能基本原理1.4节能技术评价1.5我国建筑能耗概况注：《建筑电气节能技术与设计指南》第1章；《节能技术应用评价》第1、2章能源：能量的源泉，就是能量的来源或载体，要么来自物质，要么来自物质的运动。前者如天然气、煤炭、等矿物燃料，后者如风流、水流、海浪、潮汐等。到目前为止，人类认识的能量主要有机械能、热能、电能、辐射能、化学能、核能。到目前为止，按热力学，能量的主要形式有内能、动能、势能、热、功。1绪论1.1能源概论1.1.1能源定义41绪论1.1能源概论1.1.2能源分类可再生能源能否再生非再生能源太阳能、风能、水能、潮汐能、地热能、生物质能等石油、天然气、煤炭等化石能源特点：连续再生；来自太阳和地球特点：形成时间长51绪论1.1能源概论1.1.2能源分类一次能源有无加工转换终端能源：通过用能设备供消费者使用的太阳能、风能、水能、潮汐能、地热能、薪柴、原油、原煤、天然气、天然铀矿经电线输送的电能、经煤气管道输送的煤气二次能源电、蒸汽、焦炭、煤气、氢61绪论1.1能源概论1.1.2能源分类常规能源利用的程度新能源71绪论1.1能源概论1.1.2能源分类液体燃料性质电能世界能源会议推荐的分类：固体燃料气体燃料水能核能太阳能生物质能风能海洋能地热能核聚变81绪论1.1能源概论1.1.2能源分类清洁能源使用过程中对环境是否有污染非清洁能源91绪论1.1能源概论1.1.2能源分类101绪论1.1能源概论1.1.2能源分类11（1）薪柴时期人类从远古的钻木取火之后，学会使用火，人类能源使用就进入薪柴时期，一直延续到18世纪的产业革命之前。（2）煤炭时期18世纪的产业革命，以煤炭为燃料的蒸汽机成为生产的主要动力，人类能源使用进入了煤炭时期。到19世纪末，以煤炭为主要燃料的火力发电厂运转发电，电力开始进入社会各领域，电动机代替了蒸汽机作为生产动力。（3）石油时期在20世纪50年代，美国、中东、北非相继发现了巨大的油田和气田，西方发达国家很快从以煤为主要能源转换到以石油和天然气为主要能源，世界能源使用由煤炭时期进入了石油时期。1绪论1.1能源概论1.1.3能源发展进程12人类依靠煤炭、石油、天然气等矿石资源，创造了人类历史上空前的物质文明，但是也付出了惨重代价。地球的不可再生资源被大量消耗，枯竭之日已将近；开采和消耗矿石能源对环境污染日益加重；人类活动范围的扩展，地球生态系统受到严重破坏。1绪论1.1能源概论1.1.4能源的危机石油还可以开采30多年，天然气还可以开采约60年，煤炭还可以开采约150年如何使能源和环境协调，使社会可持续发展？131绪论1.1能源概论1.1.5能源的相关概念（1）标准当量能源标准当量：表示能源的消耗量，以物质的燃烧热值为基准。燃烧热值：单位质量或者体积的固体或者气体燃烧释放的热量。例如：标准煤当量、标准油当量。1kg标准煤当量=7000kcal，1kg标准油当量=10000kcal；而1cal=4.1868J。文献中有时直接用英文缩写表示能源单位，如Mtce表示百万吨煤当量，Mtoe表示百万吨油当量。141绪论1.1能源概论1.1.5能源的相关概念15（2）能源折换系数将不同能源及物质的消耗折算到某一标准能源，如标准煤、标准油。1绪论1.1能源概论1.1.5能源的相关概念（3）能源效率能源系统的总效率由三部分组成：开采效率、中间环节效率和终端利用效率。能源开采效率是指能源储量的采收率。一般而言这一环节的效率是最低的。中间环节效率包括能源加工转换效率和储运效率；终端利用效率是指终端用户得到的有用能与过程开始时输入的能量之比。通常：能源效率=中间环节效率*终端利用效率。161绪论1.1能源概论1.2节能的概念1.3节能基本原理1.4节能技术评价1.5我国建筑能耗概况1绪论1.2节能的概念1.2.1定义18广义地：节约一切需要消耗能量才能获得的物质；狭义地：节约石油、天然气、电力、煤炭等能源；《中华人民共和国节约能源法》：节能是指加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，较少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费，更加有效、合理地利用能源。1绪论1.2节能的概念1.2.1定义《中华人民共和国节约能源法》表明：加强用能管理，向管理要能源。如能源计量、能源定额、能源合同管理、能源需求侧管理等；节能工作必须是技术上可行，符合现代科学发展和先进工艺制造水平。没有经济效益，节能不节钱，甚至是节能费钱就没有实施的必要。任何节能措施必须符合环境保护、安全质量可靠，并符合人们生活习惯。191绪论1.2节能的概念1.2.2节能的层次及标准(1)节能的层次①不使用能源②降低能源的使用质量③通过技术手段提高能源使用效率④通过调整经济和社会结构提高能源利用效率20(2)节能的准则①最大限度地回收和利用排放的能量梯级利用能源，尽可能减少排放到环境中去的能量。②能源转换效率最大化每一次能源状态的转换尽可能采用先进技术，提高能源转换效率；③能源转换过程最小化尽可能直接利用，减少能量的转换次数；④能源处理对象最小化对处理的对象在进行能源处理前尽量减量。1绪论1.2节能的概念1.2.2节能的层次及标准211绪论1.1能源概论1.2节能的概念1.3节能基本原理1.4节能技术评价1.5我国建筑能耗概况(1)在热力学中，为明确研究对象，将物质或空间分为系统和环境，其之间由界面分开。①孤立系统系统和环境没有物质和能量的交换②封闭系统只有能量而没有物质的交换③敞开系统有能量和物质的交换1绪论1.3节能基本原理1.3.1热力学第一定律与节能的可能性231绪论1.3节能基本原理1.3.1热力学第一定律与节能的可能性(2)按热力学，能量的不同形式:①内能，又称热力学能，以U表示；②动能：24③重力势能：④热：由于温差而引起的能量传递，以Q表示，热有传递方向。温度是热传递的推动力。当热加到系统以后，其储存的不是热，而是增加了该系统的内能。⑤功，除了热之外的能量传递均叫做功，以W表示，功有传递方向，是系统发生状态变化时与环境交换的能量。1绪论1.3节能基本原理1.3.1热力学第一定律与节能的可能性25储存能5种能量传递能内能、动能、势能热、功特点：由于物质本身具有质量并且处于一定状态下；与过程的始末状态有关，与过程本身无关。特点：以能量传递的形式体现；只与过程途径有关，与状态无关。1绪论1.3节能基本原理1.3.1热力学第一定律与节能的可能性26按照一般分类：机械能（动能、势能）、热能、电能、辐射能、化学能、核能。热能是一种基本形式，由于：(1)所有其他形式的能量都可以完全转化为热能，而热能却不能完全转化为其他形式的能量;(2)绝大多数的一次能源都首先经过热能形式而被利用;节能工作中十分关注热能的转化和利用。1绪论1.3节能基本原理1.3.1热力学第一定律与节能的可能性（3）热力学第一定律（即能量守恒定律）：能量既不能创造，也不会消灭。热力学第一定律的另一种表达：不消耗能量而产生机械功的第一类永动机是不可能造成的。例如：在热能与机械能相互转换过程中，如果系统消耗一定的热能，它就会完成相当数量的机械功；反之，若消耗一定的机械功，就会产生相当数量的热。271绪论1.3节能基本原理1.3.1热力学第一定律与节能的可能性锅炉用能平衡图28电能100%红外和紫外76%损失热量12%可见光能14%1绪论1.3节能基本原理1.3.1热力学第一定律与节能的可能性热力学第一定律对节能原理的指导意义:①能量守恒必须将系统和环境一起来考虑，单独考虑系统时，能量是不守恒的，为节能的可能性提供了理论依据；②节能的方向是减少能量向环境的转移，提高系统的能量利用率。291绪论1.3节能基本原理1.3.2热力学第二定律与节能的程度最广泛的说法：自然界一切自发过程都是不可逆的。1850年德国物理学家克劳休斯说法：“不可能使热量由低温物体向高温物体传递而不引起其他的变化。”，此说法针对热量传递过程的方向性。“外界做功”是使热由低温物体传给高温物体所必须具备的条件。1851年开尔文-普朗克说法：“要制成只从一个热源吸收热量并把它全部转换为功的热机是不可能的。”即“第二类永动机是不可能造成的。”“向冷源排热”是热机把热能不断地转换为机械能所必须具备的条件。301绪论1.3节能基本原理1.3.2热力学第二定律与节能的程度（3）热机及其效率的极限问题31绝热等温1绪论1.3节能基本原理1.3.2热力学第二定律与节能的程度（3）热机及其效率的极限问题热机的最高效率是由吸热环境的温度和放热环境的温度决定的。要想获得最大的功，可使热机的吸热温度尽可能的高，放热温度尽可能的低。但受各种因素影响，T1只能达到500~600℃，T2就是常规环境温度，为20~40℃，在此工作状态下，热机的最大效率为60%左右。321绪论1.3节能基本原理1.3.2热力学第二定律与节能的程度33（4）制冷机及其效率的极限问题1绪论1.3节能基本原理1.3.2热力学第二定律与节能的程度冷源34（4）制冷机及其效率的极限问题1绪论1.3节能基本原理1.3.2热力学第二定律与节能的程度节流冷凝压缩蒸发中温高压液体高温高压气体低温低压气体低压气液混合物/液体节流阀37℃32℃12℃7℃35（4）制冷机及其效率的极限问题冷源冷凝器蒸发器冷凝器蒸发器1绪论1.3节能基本原理1.3.2热力学第二定律与节能的程度36（4）制冷机及其效率的极限问题1234绝热定压1234节流阀Q2Q11绪论1.3节能基本原理1.3.2热力学第二定律与节能的程度（4）制冷机及其效率的极限问题37冷凝器蒸发器热量Q1热量Q2做功W节流阀1绪论1.3节能基本原理1.3.2热力学第二定律与节能的程度38热量热机功功制冷机热量转移卡诺循环：逆卡诺循环：利用热源的一部分热做功利用做功把热量从低温物质转移到高温物质热力学第二定律对节能原理的指导意义:①不要将高品位的能量等量转变为低品位的能量。如将电能转变成热能，不要直接转换，可通过制热机提供能源效率系数②低品位能量不能完全转变成高品位能量，过程中一部分能量转移到了环境中去。如能充分利用这部分能量，则可提高能量的利用率，达到节能的目的。1绪论1.3节能基本原理1.3.2热力学第二定律与节能的程度391绪论1.3节能基本原理1.3.2热力学第二定律与节能的程度40“饮水鸟”是永动机吗？？1绪论1.1能源概论1.2节能的概念1.3节能基本原理1.4节能技术评价1.5我国建筑能耗概况1绪论1.4节能技术评价不理想不科学的节能方法：节能不节钱节能节钱不环保短期节能效益,长期环境污染对潜在危险无法评定所以必须对节能技术进行全面、综合的评价。421绪论1.4节能技术评价43例如：节能灯替代白炽灯技术指标：光效高，寿命长优势怎样整改？？(1)加大宣传力度(2)完善回收处理体系(3)更新技术，尽量减小汞含量，推广不含汞的节能照明产品如LED等(4)相关标准和制度经济效益：价格高环境影响：不可降解的汞（5毫克汞/只普通节能灯，其中，1毫克的汞渗入地下就可污染360吨水）弊端1绪论1.4节能技术评价441998年实施的《中华人民共和国节约能源法》；2005年建设部：《民用建筑节能管理规定》，《民用建筑节能设计标准》(采暖居住建筑部分)；《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(合肥地区适用)；《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》;《公共建筑节能设计标准》等1绪论1.4节能技术评价1.4.1节能技术经济评价目前对节能技术的评价常用方法有能源使用效率评价、经济效益评价、生命周期评价。能源使用效率评价着重评价能源的转化利用过程中的技术因素，主要体现在能源的高效转化和充分利用上。经济效益评价着重各种节能技术所付出的代价和