建筑电气节能基本知识

作者:永利博 发布时间:2020-08-09 15:52

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  建筑电气节能 xe §1 绪论 1.1能源概论 1.1.1 能源定义 能源意为能量的源泉,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。 xe § 1 绪论 1.1.2 能源分类 (1)可再生能源和非再生能源 (2)一次能源、二次能源和终端能源 (3)常规能源(传统能源)和新能源 (4)固体燃料(solid fuels) 液体燃料(liquid fuels) 气体燃料(gaseous fuels) 水能(hydropower) 核能(nuclear energy) 电能(electrical energy) 太阳能(solar energy) 生物质能(biomass energy) 风能(wind energy) 海洋能(ocean energy) 地热能(geo-thermal energy) 核聚变(nuclear fusion) (5)清洁能源和非清洁能源 (6)商品能源和非商品能源 1.1能源概论术 xe § 1 绪论 1.1能源概论 1.1.3 能源发展进程 (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。 xe § 1 绪论 1.1能源概论 1.1.4能源的危机 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。 如何使能源和环境协调,使社会可持续发展? xe § 1 绪论 1.1能源概论 1.1.5 能源有关的几个概念 (1)标准当量能源 标准当量作为能源消耗的单位,表示能源的消耗量,如标准 煤当量、标准油当量。标准当量是以该物质的燃烧热值为基 准,1kg标准煤当量=7000kcal,1kg标准油当量=10000kcal; 而1cal=4.186J。 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。 石油有时以“桶”为单位,1桶=0.13697吨; (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。 xe § 1 绪论 1.1能源概论 (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。通常将中间环节效率和终端利用效率的乘积称 为能源效率。 xe § 1 绪论 1.2节能的概念 1.2节能的概念 1.2.1 节能的定义 1998年《中华人民共和国节约能源法》第三条对节能的定义 如下:“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)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; (2)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。 (3)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。 (4)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。 xe § 1 绪论 1.2节能的概念 1.2.2 节能的层次及准则 (1)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 xe § 1 绪论 1.2节能的概念 (2)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,通过转换效 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 在进行能源处理前尽量减量。 xe § 1 绪论 1.3节能基本原理 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 (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 xe § 1 绪论 (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, 1.3节能基本原理 ③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工,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。 xe § 1 绪论 1.3节能基本原理 综上所述的五种能量可分为两类:一类是储存能,包 括内能、动能、势能,它们是由于物质本身具有质量并 且处在一定的状态下(温度、速度、高度),与过程的 始末状态有关,与过程本身无关;另一类是传递能,包 括热和功,它们以能量传递的形式来体现,只与过程途 径有关,与状态无关。 xe § 1 绪论 1.3节能基本原理 (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。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。 xe § 1 绪论 1.3节能基本原理 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。 xe § 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 (1)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。 (2)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。 xe § 1 绪论 (3)热机效率的极限问题 1.3节能基本原理 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。 xe § 1 绪论 (4)制热或制冷机效率的极限问题 1.3节能基本原理 xe § 1 绪论 (4)制热或制冷机效率的极限问题 1.3节能基本原理 xe § 1 绪论 1.3节能基本原理 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。 xe


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