【管理精品】建筑节能原理与技术05冷热源(PPT 52).ppt
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1、第五章 冷热源 第一节 天然冷热源评价及利用,一、冷热源与冷热源设备的含义 能够提供热量的物体、空间称为热源; 能够提供冷量的物体、空间称为冷源; 从冷热源获取冷热量的设备称为冷热源设备。,二、分类 1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: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,1容量 2品位 3可靠性与稳定性 4持续性与可再生性 5获得的技术难度与经济性 6环境友好性与社会允许性,三、冷热源的评价指标,1.容量 冷热源在确定时间内能提供的
2、冷热量。 这是基本指标之一。,三、冷热源的评价指标,2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,定义式: 热源品位Th=ThThn 冷源品位Tc=TcnTc 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,3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。 可靠性分3类 : 类-任何时间都存在;
3、 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,4持续性与可再生性 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 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,自我恢复的能力。,三、冷热源的评价指标,5获得的技术难度与经济性 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 环境影响
4、评价 政府法规 社会风俗,第二节 太阳能的利用,一、太阳辐射能 太阳表面辐射温度约为5760K。 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 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 太阳能的利用,大气层厚度(大气程)
5、大气透明度P/大气质量m 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 P1/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 太阳能的利用,4水平面上太阳直射辐射强度 IDH (J/cm2min) IDH=INsinh IN=I0Pm 5垂直面上的直射辐射强度 IDV IDV=INcoshcos(A) h太阳高度角 A太阳方位角 被射面方位角,第二节 太阳能的利用,6太阳辐射强度的影响因素 地理纬度 太阳高度角 大气透明度 天空质量(天气) 海拔高度,第二节 太阳能的利用,二、太阳辐射
6、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 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获得的技术难度小;经济性好. 但能量密度小. 6环境友好性与社会允许性: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)
7、 太阳能辐射制冷(半导体制冷) 太阳能吸收式制冷,第二节 太阳能的利用,第三节 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=Ta,3. 天空特性, 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 夜晚,没有了太阳辐射,天空特性很明显 晴朗的
8、夜空:当气温ta=2535时,天空温度 Tsmin=0.845(298308)=252260K=2113 云层密布的夜空: Tsmax=1535 (针对2535的气温) 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,是夏季夜间的天然冷源。,二、天空作冷源的评价,1容量大。 2. 品位 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28,相对湿度70%,即水蒸汽分压力2.52kPa =288K =1526(室内设计温度) 是正品位的冷源,有11K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
9、难 6环境友好性好,三、利用夜空天然冷源的关键问题,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。 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
10、。 (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 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 冬季:twtn,dwdn 夏季:twtn,dwdn,二、冬季作为热源的评价,1、品位 twtn,负品位的热源,品级 twtn0 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,1、品位 twtn 正品位
11、 品级 tntw twtn 负品位 正品位时,可直接利用,通风 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,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,
12、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,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 体量大、冬夏变化不大,年温度10左右,日温差小 潮汐的搅混作用,上下温差很小 2、水库、水塘水 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
13、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 与降雨时的空气(雨云)露点温度相关 4、江河水 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。 由于湍流作用,上、下层水温差小。 5、废水 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 夏季 :twtn(26) 正品位冷源,但 品位低 冬季: twtn(18) 负品味,低品味,第六节 岩土作为冷热源,一、岩土的相关性 固体、没有流动性 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
14、冷热源设备,一、分类 1、冷热量生产(能源转变)设备 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,1、热量生产(能源转换)设备 能源转换效率(热效率) 提供的热量(MJ、KWh) 提供热能的品味(温度) 对环境的影响 经济性 社会性,2、热泵设备 设备能效比(COP、EER) 消耗单位能量提供的热(冷)量 提供的冷、热量 提供冷、热量的品味 对环境的影响 经济性能 社会性能,三、冷热源设备的评价与选用因素,1、可靠性
15、、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0 Q1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0 0 =EERi、 COPi,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 气源 水源 地源 冷热风热泵机组 气源 水源 地源,课程作业:某城
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