第五章 生态建筑的能源利用与设计精选文档.ppt

第五章 生态建筑的能源利用与设计本讲稿第一页，共二十六页两个问题：两个问题：1 1 生态建筑的能源从哪来生态建筑的能源从哪来 可持续能源是清洁能源，是指在自然界中可以不断再生、永续利用、取之不尽、用之不竭的资源，它对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用，主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。2 2 能源如何在建筑中运用能源如何在建筑中运用本讲稿第二页，共二十六页一、太阳能一、太阳能1 1 太阳能的基本概念太阳能的基本概念 定义定义：指太阳所负载的能量，它一般以阳光照射到地面的辐射总量来计量，包括太阳直接辐射和天空散射辐射的总和。本讲稿第三页，共二十六页特点：特点：（1）储量的无限性 （2）存在的普遍性 （3）利用的清洁性 （4）利用的经济性中国的太阳能资源中国的太阳能资源 分布总趋势：北高南低，西高东低。本讲稿第四页，共二十六页2 2 太阳能热水器太阳能热水器1）太阳能贮存方式）太阳能贮存方式显热贮存显热贮存 物质因温度变化而吸收或放出的热能称为显热。潜热贮存潜热贮存 伴随物质的相变过程进行的，利用物质发生相变过程中吸收或放出大量潜热而基本保持温度不变。本讲稿第五页，共二十六页2）太阳能热水器的理论基础）太阳能热水器的理论基础利用真空管集热，促使管内水温高于水箱水温，因热水比冷水轻，形成 对流，最终使水箱中 的温度达到使用所需 的温度。本讲稿第六页，共二十六页3）太阳能热水器分类）太阳能热水器分类依据集热技术上的发展可分为三个阶段：闷晒式，平板式，真空管式。人们设计出第一代太阳能热水器闷晒式太阳能热水器。它是一个由镀锌薄铁板或铝合金薄板制作的表面涂以黑色涂层的储水箱，利用黑色物体吸热效果较好的原理进行工作。这种太阳能热水器的特点是：在阳光照射强度较大时吸收热量，而当阳光照射强度减弱时又向外界散发热量。本讲稿第七页，共二十六页平板式太阳能热水器对太阳辐射热能的吸收是靠一块集热平板完成的，集热平板由对热量传递较快的铝合金薄板或紫铜薄板制作，这大大提高了太阳能热水器的集热效率，其运行原理是集热平板将所吸收的热能传递给平板下的水，集热平板底部和上部各有一个管道接口和位于比集热平板稍高的带有保温层的储水箱相连，利用冷、热水比重不同的原理进行自然循环，将集热平板所吸收的热能传递到储热水箱中储存供人们需要时使用。本讲稿第八页，共二十六页虹吸原理：就是连通器的原理虹吸原理：就是连通器的原理虹吸现象是液态分子间引力与虹吸现象是液态分子间引力与位能差所造成的，即利用水柱位能差所造成的，即利用水柱压力差，使水上升后再流到低压力差，使水上升后再流到低处。由於管口水面承受不同的处。由於管口水面承受不同的大气压力，水会由压力大的一大气压力，水会由压力大的一边流向压力小的一边，直到两边流向压力小的一边，直到两边的大气压力相等，容器内的边的大气压力相等，容器内的水面变成相同的高度，水就会停止流动。利用虹吸现象水面变成相同的高度，水就会停止流动。利用虹吸现象很快就可将容器内的水抽出。很快就可将容器内的水抽出。本讲稿第九页，共二十六页利用真空中热量不易散失的原理研制新一代太阳能集热部件玻璃真空集热管。将玻璃罩管和集热面之间的空气抽出后利用玻璃的热塑性进行收口，使玻璃罩管和集热面之间形成真空，起隔绝热传导的作用，玻璃良好的透光性又保证了集热面能最大限度的吸收太阳辐射的热能。本讲稿第十页，共二十六页主要由水箱、全玻璃真空管、反射板和 支架组成本讲稿第十一页，共二十六页本讲稿第十二页，共二十六页本讲稿第十三页，共二十六页3 3 太阳能采光太阳能采光1 1）白天采光）白天采光2 2）夜间照明）夜间照明-太阳能电池太阳能电池3 3）地下采光）地下采光下沉式天窗光学系统 日照和太阳卡的应用日照和太阳卡的应用本讲稿第十四页，共二十六页4 4 太阳能建筑太阳能建筑主动系统主动系统被动系统被动系统 1 1）间接得热系统）间接得热系统特朗伯集热墙、水墙、充水墙、附加日光间特朗伯集热墙、水墙、充水墙、附加日光间 2 2）直接得热系统）直接得热系统本讲稿第十五页，共二十六页直接获取系统：直接获取系统：A A定义：利用南向大面积窗户，冬季白天使大量阳光透定义：利用南向大面积窗户，冬季白天使大量阳光透入，夜间则用专门的保温窗帘或保温板遮挡窗口。室内入，夜间则用专门的保温窗帘或保温板遮挡窗口。室内地面需用蓄热能力大的材料，如砖、石或混凝土等做成，地面需用蓄热能力大的材料，如砖、石或混凝土等做成，在白天吸收并蓄积热量，夜间不断向室内释放，使室内在白天吸收并蓄积热量，夜间不断向室内释放，使室内维持相对稳定的温度。其他朝向的各面维护结构则尽量维持相对稳定的温度。其他朝向的各面维护结构则尽量加强保温，减少热量散失和冷风渗透。加强保温，减少热量散失和冷风渗透。本讲稿第十六页，共二十六页直接获取系统：直接获取系统：B B 特点：该系统让太阳辐射直接进入室内，让室内的墙特点：该系统让太阳辐射直接进入室内，让室内的墙面和地面蓄热，因此，需要根据采暖计算所需蓄热材料面和地面蓄热，因此，需要根据采暖计算所需蓄热材料的面积和厚度。其优点是，在拥有充足阳光的同时拥有的面积和厚度。其优点是，在拥有充足阳光的同时拥有开阔的视野，需要增加的额外建设费用很少，效率很高；开阔的视野，需要增加的额外建设费用很少，效率很高；缺点在于室内温度波动大，容易发生夏季过热的情况，缺点在于室内温度波动大，容易发生夏季过热的情况，为了保证蓄热材料暴露在直射阳光下，需要限制铺设地为了保证蓄热材料暴露在直射阳光下，需要限制铺设地毯，在墙上挂画或增加木装饰等行为。毯，在墙上挂画或增加木装饰等行为。本讲稿第十七页，共二十六页直接获取系统：直接获取系统：C C 设计方法：设计方法：在寒冷时段的气候条件下，对窗户而言有利的能量平衡条在寒冷时段的气候条件下，对窗户而言有利的能量平衡条件是：件是：窗户南向，光线直射，有蓄热储备窗户南向，光线直射，有蓄热储备其热阻等于或大于双层玻璃其热阻等于或大于双层玻璃为了尽量减少热桥效应和冷风渗透，必须慎重考虑接缝为了尽量减少热桥效应和冷风渗透，必须慎重考虑接缝处构造和窗框材料处构造和窗框材料采用常规设施采暖的地方，热控制设施应该放置于窗的采用常规设施采暖的地方，热控制设施应该放置于窗的外侧。外侧。本讲稿第十八页，共二十六页二、地热能二、地热能 1 1 地热能的基本概念地热能的基本概念 定义定义：是来自地球深处的可再生热能。它来源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。地下水的深处循环和来自极深处的岩浆侵入到地壳后，把热量从地下深处带至近表层。在有些地方，热能随自然涌出的热蒸汽和水而到达地面，这种热能的储量相当大。本讲稿第十九页，共二十六页2 2 地热能的优点地热能的优点 地热随时随地可以使用，不受气候及季节的限制地热能源的可靠性很高地热取之不竭开采设备占地很小，主要部分在地下本讲稿第二十页，共二十六页3 3 地热能分类地热能分类地下热水浅层土壤干热岩石热熔岩本讲稿第二十一页，共二十六页4 4 地热能利用地热能利用 地下热水地热能利用技术 地热水采暖 地热水空调地下热水地热能发电技术地热热泵利用技术本讲稿第二十二页，共二十六页三、生物质能三、生物质能 1 1生物质能的基本概念生物质能的基本概念 定义定义：是蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而储存在生物质内的能量，通常包括木材、森林废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物、动物粪便等。本讲稿第二十三页，共二十六页2 2 生物质能的优势生物质能的优势 用本地资源代替进口能源，减少国家对进口能源的依赖性 使本国燃料利用多样化，减少对一种能源的依赖一种相对清洁的能源 生物质资源分布广泛，到处可以获得 本讲稿第二十四页，共二十六页3 3 生物质能的利用生物质能的利用 目前生物质利用技术的种类较多，涉及生物质的气化、固化和液化几个方面。生物质气化发电生物质气化发电生物质气化供气生物质气化供气本讲稿第二十五页，共二十六页四、风能四、风能 1 1 风能的基本概念风能的基本概念 定义定义：风能就是空气的动能，是指风所负载的能量，风能的大小决定于风速和空气的密度。2 2 风能的利用风能的利用目前对风能的利用以风力发电为主。本讲稿第二十六页，共二十六页