建筑节能原理与技术05冷热源（ppt 52.ppt

建筑节能原理与技术建筑节能原理与技术05冷热源（冷热源（PPT 52）二、分类1天然冷热源天然冷热源：自然存在的可提供冷热量的物体或空间。太阳、天空、空气、水、岩土等2人工冷热源人工冷热源：由人为进行的能量转变过程形成的可提供冷热量的物体或空间。受控燃烧等化学反应过程、电热过程、绝热膨胀与压缩热力过程等三、冷热源的评价指标 n1容量n2品位n3可靠性与稳定性n4持续性与可再生性n5获得的技术难度与经济性n6环境友好性与社会允许性三、冷热源的评价指标n1.容量容量 冷热源在确定时间内能提供的冷热量。冷热源在确定时间内能提供的冷热量。这是基本指标之一。三、冷热源的评价指标n2品位品位：以接受冷热量的空间或物体的温度为基准温度，热源温度与基准温度的差T为热源的品位。基准温度与冷源温度的差T为冷源的品位。T越大，品位越高。定义:T0 正品位冷热源;T=0 零品位冷热源;T0 负品位冷热源.三、冷热源的评价指标n定义式：n热源品位Th=ThThnn冷源品位Tc=TcnTcn其中：Tc,Th分别为冷、热源温 度，K；Tcn,Thn分别为接受冷热量空间的温度，K。这是另一个基本指标。三、冷热源的评价指标n3可靠性与稳定性可靠性与稳定性可靠性是从冷热源存在的时间角度评价冷热源。可靠性是从冷热源存在的时间角度评价冷热源。可靠性分3类：类-任何时间都存在；类-在确定的时间存在；类-存在的时间不确定性。稳定性评价冷热源的容量和品位随时间的变化。稳定性评价冷热源的容量和品位随时间的变化。稳定性分3类：类不随时间变化，保持定值；类随时间有规律地变化；类-随时间无规律地变化。三、冷热源的评价指标n4持续性与可再生性n持续性从全寿命周期考察，其容量和品持续性从全寿命周期考察，其容量和品位是否持续满足要求位是否持续满足要求 全寿命周期可满足要求 类分类 不能保证全寿命周期满足要求 类可再生性表征容量和品位衰竭后，自我恢可再生性表征容量和品位衰竭后，自我恢复的能力复的能力。三、冷热源的评价指标5 5获得的技术难度与经济性获得的技术难度与经济性n从技术角度考察。从冷热源向需求空间提供冷热量的难易程度。设备要求、输送距离。投资与运行维护费三、冷热源的评价指标6环境友好性与社会允许性环境友好性与社会允许性 环境影响评价 政府法规 社会风俗第二节第二节 太阳能的利用太阳能的利用一、太阳辐射能n太阳表面辐射温度约为5760K。n地球大气层上界接受到的太阳辐射约1.7310E17W 反射短波辐射30%1返回方式 大气、地表长波辐射47%成为水、气循环动力形成气候 和天气过程最后重新辐射回去23%第二节第二节 太阳能的利用太阳能的利用2地球蓄留：光合作用只有0.02%4.010E13W 3太阳辐射光谱 大气层上界，近于6000K黑体的连续光谱，波长约为0.2m3.0m，峰值在0.5m附近。地表太阳辐射光谱因时、因地而异。主要是大气吸收的原因。不同气候区、不同天气过程，太阳辐射光谱不同。第二节第二节 太阳能的利用太阳能的利用大气层厚度（大气程）大气透明度P/大气质量mn由海平面的O点垂直向上直到大气层上界A点，OA空气柱的质量为一个大气质量，m0=1；m=1/sinh，h为太阳高度角nP1/m 0.85 最好的晴天P=0.65 中等的晴天 0.53 恶劣的天气第二节第二节 太阳能的利用太阳能的利用4水平面上太阳直射辐射强度 IDH(J/cm2min)nIDH=INsinhnIN=I0Pm5垂直面上的直射辐射强度 IDVnIDV=INcoshcos(A)nh太阳高度角nA太阳方位角n被射面方位角第二节第二节 太阳能的利用太阳能的利用6太阳辐射强度的影响因素n地理纬度n太阳高度角n大气透明度n天空质量（天气）n海拔高度第二节第二节 太阳能的利用太阳能的利用二、太阳辐射作为热源的评价 1容量：地区差异大。2.品位:很高 Th=6000K左右3可靠性与稳定性可靠性与稳定性:可靠性 类-在确定的时间存在；品位稳定性 类不随时间变化，保持定值；容量稳定性 类-随时间无规律地变化 4持续性与可再生性:好5 5获得的技术难度小获得的技术难度小;经济性好经济性好.但能量密度小.6环境友好性与社会允许性环境友好性与社会允许性:优优 三、建筑太阳能利用的关键1针对稳定差 蓄能、调节 太阳热变换规律与热负荷规律的耦合 辅助热源 2针对能量密度小大面积收集技术，建筑外表面（大面积）采集太阳能3针对品位高（高品位的充分利用）太阳能热水器 6000K 350K 左右 浪费品位；太阳能电池 6000K 电能（高品位）太阳能辐射制冷（半导体制冷）太阳能吸收式制冷第二节第二节 太阳能的利用太阳能的利用第三节第三节 天空作冷源天空作冷源一、天空特性1.天空是建筑外天穹范围180的空间角度2.天空的温度Ts 或 t1为露点温度当空气中水蒸汽分压力ea=0(kPa)时，最低天空温度 Tsmin=0.845Ta如,Ta=303K tsmin=-17 当空气中水蒸汽饱和时，ea=3.165.5kPa (ta=2535，Ta=298308K)最高天空温度 Tsmax=(0.9680.999)Ta=Ta3.天空特性 白天，由于太阳辐射的强度影响，天空特性的作白天，由于太阳辐射的强度影响，天空特性的作用很弱，往往可忽略用很弱，往往可忽略 夜晚，没有了太阳辐射，天空特性很明显夜晚，没有了太阳辐射，天空特性很明显 晴朗的夜空晴朗的夜空晴朗的夜空晴朗的夜空：当气温当气温ta=2535ta=2535时，天空温度时，天空温度 T Tsminsmin=0.845=0.845（298308298308）=252260K=252260K=21211313 云层密布的夜空：云层密布的夜空：云层密布的夜空：云层密布的夜空：T Tsmaxsmax=1535=1535 （针对（针对25352535的气温）的气温）夜间天空温度由空气温度和空气中水蒸汽分夜间天空温度由空气温度和空气中水蒸汽分压力决定，水蒸汽分压力越低，天空温度越低，压力决定，水蒸汽分压力越低，天空温度越低，是夏季夜间的天然冷源。是夏季夜间的天然冷源。二、天空作冷源的评价1 1容量大。容量大。2.2.品位品位 取决于晴朗（空气的干燥）程度取决于晴朗（空气的干燥）程度 以重庆为例，夏季连晴高温天气，夜间气温以重庆为例，夏季连晴高温天气，夜间气温2828，相，相对湿度对湿度70%70%，即水蒸汽分压力，即水蒸汽分压力2.52kPa2.52kPa =288K=15=288K=152626（室内设计温度）（室内设计温度）是正品位的冷源，有是正品位的冷源，有11K11K的辐射传热温差。的辐射传热温差。3可靠性很好 稳定性较好（优于太阳辐射）4持续性好5易获得性高层容易，低层难6环境友好性好三、利用夜空天然冷源的关键问题1.只能通过辐射换热的方式从夜空获得冷量（类似太阳辐射的散射），要有足够的表面敞向夜空。2.建筑的相互遮挡问题:每个建筑都在同一高度设夜空散热器，每个散热器都想能整个夜空（180空间角）散热。若个建筑的夜空散热器高度不一，低位散热器的散热条件恶化；而高位散热器的情况并不加强。2.冷量的蓄存与调节3.建筑内部怎样向夜空散热？怎样将建筑内翻向外？4.怎样避免白天太阳辐射的反向热作用？5.夜空散热器的蓄热能力应尽量小6.白天太阳辐射集热（遮阳），夜间天空散热的双功能装置四、冷热耗量最大的天气1.夏季 白天晴，夜晚阴，耗冷最多。（希望白天阴，夜间晴）2.冬季 白天阴，夜晚晴，耗热最多。（希望白天晴，夜间阴）第四节第四节 空气作为冷热源空气作为冷热源一、空气特性1、湿空气焓湿图，空气状态及其变化过程 升温降温 加湿除湿 结露成霜2、流动性 自膨胀与可压缩3、显热、潜热、全热4、温、湿度变化特征n冬季：twtn，dwdnn夏季：twtn，dwdn二、冬季作为热源的评价二、冬季作为热源的评价1、品位n twtn，负品位的热源，品级 twtn0n必须提升品位才能利用气源热泵2、可靠性 很好3、稳定性 较好4、持续性 好5、易获得性 好6、环境友好性 建筑周围、小区局部气温明显 降低三、夏季作为冷源的评价三、夏季作为冷源的评价1、品位twtn 正品位 品级 tntwtwtn 负品位n正品位时，可直接利用，通风n负品位时，必须提升品级，气源热泵2、可靠性 很好3、稳定性 较好4、持续性 好5、易获得性 好6、环境友好性 加剧城市热岛强度 建筑周围、小区局部区域气温升高四、利用空气作冷、热源的关键问题四、利用空气作冷、热源的关键问题1、品位低，甚至是负品级。需用热泵。2、空气源热泵供冷、供热能力能效与建 筑需用冷、热量的变化规律相反。3、热泵处的空气容易形成局部涡流4、5左右，湿度大时，热泵换热器容易 结霜，影响连续性供热。5、噪声五、利用空气作冷热源的技术措施1、正品位时，尽量用通风措施提供冷热量2、尽量在负品位梯级较小时利用，如冬季初和末，避开盛夏和严冬。3、蓄能调节，以余补欠4、辅助地源5、运行控制，防霜除霜第五节 水作为冷热源一、水的基本性质一、水的基本性质1、流动性2、不可压缩性3、粘滞性4、密度容积比热远大于空气二、水体存在形式的分类 湖泊 海湾静止的水 水库 水塘 江河水流动的水 雨水 废水三、水体温度变化规律1、近海水n体量大、冬夏变化不大，年温度10左右，日温差小n潮汐的搅混作用，上下温差很小2、水库、水塘水n水体量有限，受太阳辐射、天空辐射和气温影响较大冬季：初冬气温、天空辐射、表层散热严重，水体上冷下热，不稳定，冷热混渗强烈，上下温差小，即冬季末整个水体温度均匀，接近冬末气温。夏季：气温和太阳辐射、表层吸热升温，实体上热下冷，稳定，冷热温渗难，靠导热向下传热，上下温差大，下层水温一直保持冬末时的温度。3、雨水n与降雨时的空气（雨云）露点温度相关4、江河水n取样点上游降雨时的地表温度和降雨温度，融雪水所占比例，通常是越往上游水温越低。n由于湍流作用，上、下层水温差小。5、废水n与用水温度有关四、水作为冷热源的评价1、品位 海水水温tw n夏季：twtn(26)正品位冷源，但 品位低n冬季：twtn(18)负品味，低品味第六节第六节 岩土作为冷热源岩土作为冷热源一、岩土的相关性n固体、没有流动性n密度、比热、导热系数二、岩土的温度特征三、岩土作为冷热源的评价 150 高温第七节第七节 冷热源设备冷热源设备一、分类一、分类1、冷热量生产（能源转变）设备n将其它形式的能源转变为热能煤、石油、天然气等的化学能 热能（2000左右）各类锅炉 电能 热能 电热器 光能 热能 太阳能接收器2、冷热品位提升设备 气源热泵 各类热泵 水源热泵 岩土源热泵二、冷热源设备的主要性能二、冷热源设备的主要性能1、热量生产(能源转换)设备n能源转换效率（热效率）n提供的热量（MJ、KWh）n提供热能的品味（温度）n对环境的影响n经济性n社会性2、热泵设备n设备能效比（COP、EER）消耗单位能量提供的热（冷）量n提供的冷、热量n提供冷、热量的品味n对环境的影响n经济性能n社会性能三、冷热源设备的评价与选用因素1、可靠性、稳定性、灵活性2、其对能源的要求是否可持续满足3、对源特性的适应性4、对负荷特性的适应性5、置设的方便性（空间需求、环境要求、位置要求）6、维护管理7、环境友好性8、经济指标9、社会接受性三、冷热源设备的评价与选用因素10、两类冷热源设备之间的比较热量生产设备一次能源利用效率热量生产设备一次能源利用效率0 0Q1提供的量Q0消耗的燃料热值冷热品位提升设备一次能源利用效率一次能源利用效率0 0 0 0=EERi、COPi 四、评价与选用四、评价与选用1、能量转换设备燃煤锅炉然油锅炉燃气锅炉电锅炉燃油、燃气冷热水机组 2、能量品位调节设备冷热水热泵机组n气源n水源n地源冷热风热泵机组n气源n水源n地源课程作业：某城市建筑节能技术路线分析作业内容：作业内容：n1 该城市气候特征分析n2 建筑体型系数对建筑能耗的影响分析n3 窗墙面积比对建筑能耗的影响分析n4 该城市窗、墙和屋面K值的合理范围n5 该城市外遮阳的重要性分析n6 自然通风在该城市建筑节能中的重要性分析n7 该城市建筑可利用的天然冷热源分析n8 利用该城市天然冷热源的设备性能分析n9 该城市建筑节能技术体系与关键技术课程作业：某城市建筑节能技术路线分析方法：方法：1 以一栋建筑为案例，进行体型系数、窗墙面积比、K值等多方面的变化，用DOE-2软件分析。2 不同城市可以用同一栋建筑进行分析。课程作业：某城市建筑节能技术路线分析n5月30日完成。交给王明国