1、- -南 京 工 業(yè) 大 學課 程 論 文-能量的梯級利用學生XX：X 輝教師XX：X廣麗學院系土木工程學號 1801120631 2021 年4月1日. 優(yōu)選- -能量的梯級利用太陽能利用與建筑結(jié)合技術(shù)探討【摘要】：太陽能是世界上最清潔、儲藏最豐富的能源。如果中國能在初見端倪的“綠色革命太陽能利用中拔得頭籌，那么中國既能解決日益惡化的環(huán)境與能源問題，也能為世界經(jīng)濟的開展作出奉獻，推動人類社會的重大進步。能源合理利用的一種方式。不管是一次能源還是余能資源，均按其品位逐級加以利用。隨著建筑總量的不斷增加，使用的各種設(shè)備品種數(shù)量更多了，人們的舒適要求也比過去有所提高，因此，僅靠“節(jié)流已無法滿足降低

2、建筑能耗的要求，開發(fā)新能源也成為必然的趨勢，其中重要的途徑之一就是利用太陽能這一古老而生生不息的能源。如今，開發(fā)利用太陽能已在各國尋求可持續(xù)開展的進程中得到了普遍的重視。在看到我們所取得的這些成就的同時，我們也應該看到新能源開展過程中的缺乏。例如：太陽能電池產(chǎn)量非常高，但是原料和市場兩頭在外，我們還只是加工而已；風力發(fā)電遭遇并網(wǎng)難問題，發(fā)出的電被白白浪費；新能源資源豐富的地方，恰恰不是能源需求大的地方，而東部沿海大中城市這些耗能大戶又不是風能、太陽能資源豐富地方。新能源的開展和利用不是一蹴而就，在這過程中，我們應該建立起階梯利用模式：化石為主，提高綠能，重視效率。一、分布式能源供應分布式能源是

3、隨著新能源應用開展起來的一種概念和技術(shù)。在國外也有多種稱謂：DEDecentralized Energy，DERDistributed Energy Resources，DGDistributed Generation，DRDistributed Resources.國內(nèi)將分布式能源供應定義為將能源系統(tǒng)以小規(guī)模、小容量、模塊化、分散式的方式布置在用戶端來雙向傳輸冷、熱、電能的各種產(chǎn)品和技術(shù)。分布式能源供應的主要特點是：1)小型化；2)模塊化；3)就地利用；4)與高科技結(jié)合；5) 拾遺補缺。其優(yōu)勢在于：1)發(fā)電就在用戶端，提高能源利用率；2)減少了輸配電損失；3)減少二氧化碳和其他污染物的排放；

4、4)減少用戶能源本錢。分布式能源供應本身并不是一種全新的形式。之前大家都見到過的：太陽能熱水器，小型柴油發(fā)電機等等。但分布式能源是在新型高效綠色的小型獨立能源設(shè)備日益壯大時才應運而生。在兼具環(huán)保性和持續(xù)利用形式下，將天然氣、風力發(fā)電、太陽能技術(shù)、生物質(zhì)能發(fā)電和其他高科技結(jié)合在一起，實現(xiàn)資源、地域之間的互補。分布式能源供應對于新能源的開展和應用有非常重大的意義。我們都知道，目前新能源應用中，間歇性和不穩(wěn)定是最大的問題。無論是風能還是太陽能，都不能滿足我們正常的需要。非常多的新能源設(shè)備由于種種原因被閑置，被“離網(wǎng)。如果我們能夠大力的推廣分布式能源供應的理念，促進分布式技術(shù)的開展，這樣就可以有效的緩

5、解新能源本身具有的局限性，將間歇性，不穩(wěn)定的風能，光能轉(zhuǎn)換為可以被正常應用的熱能，電能，使得新能源真正的被我們利用起來，而不只是建造一些風機，太陽能電池板看看而已。分布式能源供應很像我們的國際互聯(lián)網(wǎng)Internet，整個系統(tǒng)由大大小小的節(jié)點組成，每個節(jié)點都是平等的，互補的。將此與現(xiàn)有的電網(wǎng)連接，使得無論哪個節(jié)點出現(xiàn)問題，都不會影響整個系統(tǒng)的運行。從這一點來看，分布式能源不僅僅有助于新能源的應用，還有利于我們國家能源平安。2 基于平衡原理的能量梯級利用：2.1方案簡述：以下述系統(tǒng)為例,在蒸汽動力循環(huán)中,將從汽輪機中抽出的工業(yè)蒸汽首先引入BN0. 520. 88型汽輪機,做功驅(qū)動鍋爐給水泵,用作除

6、氧器的熱源;在供熱熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)中,將工業(yè)蒸汽首先引入BN0. 520. 88型工業(yè)汽輪機,汽輪機作功帶動熱網(wǎng)的循環(huán)水泵,排汽作為根本熱網(wǎng)加熱器的汽源,節(jié)約電動循環(huán)泵消耗的電能。工藝流程如圖1所示。圖1工藝流程圖2.2 分析模型的建立該系統(tǒng)主要由鍋爐、汽輪機、冷凝器、凝結(jié)水泵、除氧器、工業(yè)汽輪機、給水泵等組成。蒸汽動力循環(huán)可以分為鍋爐和水蒸汽循環(huán)兩局部。2.2.1蒸汽動力循環(huán)鍋爐將鍋爐內(nèi)能量轉(zhuǎn)換過程分為絕熱燃燒和傳熱兩別離的子過程,即認為燃料先在絕熱條件下燃燒,將化學能全部轉(zhuǎn)化為煙氣的熱能,使煙氣到達絕熱燃燒溫度Tad ,然后再由此高溫煙氣對水加熱,使之汽化并到達過熱狀態(tài)。(1) 絕熱燃燒過程

7、的損失b1 = mf ex, f +ma ex, a - me ex, e ( ad) (1)由于前已假設(shè)空氣在T0 下進入鍋爐,所以ex, a = 0,式(1)可改寫成b1 = mf ex, f - me ex, e ( ad) (2)式中mf ex, f 單位質(zhì)量蒸汽時燃料提供化學;me ex, e (ad) 絕熱燃燒溫度下煙氣的焓。(3)(2) 排煙損失爐內(nèi)煙氣可視為定壓,故(4)(3) 傳熱損失b3 = me ( ex, e ( ad) - ex, e ) - ( ex, 1 - ex4 ) (5)整個鍋爐的平衡方程式:mf ex, f = ( ex1 - ex4 ) +b1 +b2

8、+b3 (6)那么鍋爐效率: (7)鍋爐效率與熱效率間的關(guān)系可表示為:(8)2.2.2蒸汽動力循環(huán)能量方程式:mf ·( - Hlf ) = wnet +me he ( te ) - he ( t0 ) + q23(9)整個裝置效率:(10)平衡式:mf ex, f = wnet +b1 +b2 +b3 +T + ( ex2 - ex3 )(11)經(jīng)整理后,式(11)還可寫成 (12)2.2.3熱網(wǎng)加熱循環(huán)水系統(tǒng)本工程在供熱熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)上的應用,是利用汽機抽汽驅(qū)開工業(yè)小汽輪機,小汽輪機拖動熱網(wǎng)循環(huán)泵做功,蒸汽引入熱網(wǎng)加熱器實現(xiàn)蒸汽能量的梯級利用,節(jié)約電動循環(huán)泵消耗的電能。該廠承擔某

9、市集中供熱任務,熱網(wǎng)循環(huán)水除局部由熱水鍋爐提供外,主要由根本熱網(wǎng)加熱器進展汽水換熱。加熱器汽源為0. 98 MPa (絕對壓力)的工業(yè)蒸汽,經(jīng)閥門節(jié)流為0. 20. 3 MPa后進入換熱器,汽源節(jié)流損失高達0. 78 MPa。熱網(wǎng)循環(huán)水泵為5臺250R262型電動泵,循環(huán)水進展量調(diào)節(jié)時,靠循環(huán)水泵臺數(shù)的變化進展宏觀調(diào)節(jié)和閥門的節(jié)流進展微觀調(diào)節(jié),造成水泵的節(jié)流損失。2.3 分析各項損失:2.3.1熱力循環(huán)的熱力學分析針對該熱力系統(tǒng)建立上述分析模型,進展計算,那么熱力系統(tǒng)中的各項損失匯總于表1。 表1損列表 圖2蒸汽動力循環(huán)裝置的流程及其T2s圖2.3.2根本熱網(wǎng)的熱力學分析忽略過程中的傳熱、動能

10、及勢能的變化量時,實際軸功為:Ws = h2 - h1 = 2 865 - 3 054 = 189 kJ /kg(蒸汽)理想軸功:Wide = T0S - h = 232. 806 kJ /kg(蒸汽)其損失系數(shù)：e= 1 - e = 18. 82%其損失:E1 =e ×Wide = 18. 82% ×232. 806 =43. 814 kJ /kg節(jié)流前后損失:T0 ( s2 - s1 ) = 69. 344 6 kJ /kg在實際熱力過程中,由于存在技術(shù)上或經(jīng)濟上不可逆因素,一定存在損失,本文建立的熱電聯(lián)產(chǎn)分析模型計算說明,改進后的系統(tǒng)的效率得到了提高,同時,節(jié)約了廠用

11、電量,對于熱電聯(lián)產(chǎn)的改進具有較大的指導作用。3太陽能建筑技術(shù)3.1太陽能建筑可分為主動式和被動式兩個類型。利用機械裝置收集和儲存太陽能,并在需要時向房間提供熱能的建筑,被稱為主動式太陽能建筑;根據(jù)當?shù)貧夂驐l件,在很少使用機械設(shè)備條件下,通過建筑物布局,構(gòu)造處理,選擇性能好的熱工材料,使建筑物本身能夠吸收和儲存太陽能量,從而到達采暖, 空調(diào),供熱水的建筑物,稱為被動式太陽能建筑。 3.2太陽能建筑的平面布置應盡量將長邊作為南北方向。使集熱面處于正南方向正負30以內(nèi)。并根據(jù)當?shù)氐臍庀髼l件及所處位置,做出恰當調(diào)整,以到達最正確的陽光照射效果。集熱和蓄熱墻間承受的熱是被動式太陽能建筑的一種形式。它充分

12、利用南方向太陽輻射熱大的特點,在南向墻面上加設(shè)一層透光外罩,使透光外罩與墻體之間形成一道空氣層。為了使透光外罩內(nèi)最大限度得到太陽照射,在空氣夾層內(nèi)壁外表涂上吸熱材料。當太陽照射的時候加熱了空氣夾層內(nèi)的空氣和墻體,這時吸收到的熱量分為兩局部。一局部氣體加熱后利用溫差壓形成氣流,通過與室內(nèi)相連的上,下通風口,與室內(nèi)空氣進展循環(huán)對流,從而使室內(nèi)溫度上升;另一局部熱量使墻體受熱后,利用墻體的蓄熱能力貯存熱量,當夜晚到后氣溫降低時墻體蓄存熱向室內(nèi)釋放,從而到達晝夜溫度適宜的程度。 當夏季高溫到來時,將透光外罩內(nèi)的空氣層與室外連接的通風口開啟,與室內(nèi)連接的通風口關(guān)閉。室外通風口上部通向大氣,下部通風口最好

13、處于與周圍空氣溫度低的位置連接,如曬不上太陽陰涼處或地下空間。這樣當空氣層的溫度加熱后,氣流迅速向上部通風口處流動,將熱空氣排向室外,隨著空氣的不停流動,通過下部通風口的涼空氣進入空氣層,這時空氣層內(nèi)的溫度低于室外溫度,室內(nèi)熱氣通過墻體向空氣層散熱,從而到達夏季降低室溫的作用。 3.3從被動式工作原理可以看出,材料性能在太陽能建筑中占有重要的位置。透光材料傳統(tǒng)使用的是玻璃,透光率一般到達6585%之間,而現(xiàn)在使用的采光板,透光率到達92%。蓄熱用材料:采用一定厚度的墻體,或改變墻的材質(zhì),如采取水墻做蓄熱體以增加墻體的蓄熱量。另外設(shè)置貯熱間也是一種蓄熱方法,貯熱間的傳統(tǒng)作法是,將卵石堆放在貯熱間

14、內(nèi),熱空氣流過貯熱間時加熱卵石,進入夜晚或是陰雨天,可將卵石散出的熱量再輸送到室內(nèi)。由于被動式太陽能建筑簡單易行,太陽能建筑得到廣泛采用,如多層建筑,通信臺站,民宅等?，F(xiàn)在高層建筑也采用這一原理:將玻璃幕墻分層設(shè)置,在外墻樓板上下聯(lián)接處設(shè)可控式進出通風口,這樣既采用了太陽能又美化了建筑立面,是太陽能技術(shù)的具體表達。主動式太陽能建筑就是利用機械設(shè)備,將收集到的熱能輸送到各個房間。這樣就可以擴大太陽能的吸收面,如屋頂,坡面及院落等處但凡太陽光照射強的地方,都可以作為太陽能的吸收面。同時還可以在需要的地方設(shè)置貯熱間。這樣把采暖系統(tǒng),熱水供應系統(tǒng)組合成一體,應用有效的熱能控制設(shè)備,使太陽能利用更加合理

15、。 3.4主動式太陽能采暖系統(tǒng)的運行過程是:該系統(tǒng)裝有兩臺風機,一臺是太陽能集熱器風機,另一臺為供熱風機。當依靠太陽輻射直接采暖時兩臺風機同時運行,使房間里的空氣直接進入太陽能集熱器。然后再回到房間,如陰雨天時間較長熱量較低時采用輔助加熱,此時貯熱間不工作。熱空氣系統(tǒng)使用電動風門控制氣流,當直接采暖時空氣控制器中兩個電動風門轉(zhuǎn)向使空氣流入房間位置。在太陽能集熱器出口處設(shè)熱水盤管可以使房間的熱水供應系統(tǒng)與太陽能采暖系統(tǒng)成為一體。 3.5當太陽能集熱器收集到的熱量超過房間的需要時,集熱器風機開動而采暖機風機停頓。通向房間的電動機門關(guān)閉。從太陽能集熱器出來的熱空氣向下流向貯熱間的卵石層,把熱量貯存在

16、卵石里,直至卵石層全部被加熱,使貯熱間蓄熱到達飽和狀態(tài)。進入夜晚沒有太陽輻射時,就要從貯熱間里取熱。此時關(guān)閉空氣控制器中第一個電動風門,翻開第二個電動風門,啟動供暖風機,使室內(nèi)的空氣循環(huán)由下向上通過貯熱間卵石層加熱,再返回到供暖調(diào)節(jié)系統(tǒng)。當貯熱間有充足的熱量時,進入空氣調(diào)節(jié)器的空氣溫度只比從太陽能集熱器直接出來的氣溫低一些。這一循環(huán)過程將持續(xù)到貯熱間卵石層的熱量差不放完。然后假設(shè)是設(shè)有附助加熱器時,要啟動附助加熱器。如果貯熱間蓄熱到達飽和狀態(tài)或者夏季無采暖要求時,太陽能集熱器仍然工作,用于加熱使用熱水供應系統(tǒng)。 太陽能建筑種類較多,工作原理根本相似。有的建筑以水為媒介進展熱交換。這樣系統(tǒng)內(nèi)的所

17、有設(shè)備在同樣熱效應下,體積減小同時還可以與其它能源共同使用一個熱水系統(tǒng)。這是用水做媒介的最大優(yōu)點。另一種能源是利用地熱做熱源,工作過程是將地下水熱量提取后,通過采暖系統(tǒng)將熱量送到房間,制冷時反向運行,工作原理如同空調(diào)機組。其缺乏是機組連續(xù)工作時間較長時,熱量可能供應缺乏。因此在地熱資源豐富地方比較適用。4總結(jié)太陽能的利用應該在生活中廣泛的利用 可以得出以下結(jié)論:(1)能和新能源中最正確選擇仍然是太陽能,而節(jié)能和太陽能的應用對建筑物的外觀有一些影響,為此在建筑物設(shè)計中,處理好建筑物立面,屋頂收集熱源的外觀構(gòu)造,不僅關(guān)系到熱效率,同時也是關(guān)系到建筑物的整體效果。(2) 能量梯級利用原理從能量品位合

18、理匹配的角度出發(fā), 有效降低得了不可逆過程的能量貶值。(3) 冷源損失的利用一直是熱電聯(lián)產(chǎn)事業(yè)亟待解決的問題, 能量梯級利用原理應用于供熱機組, 本著溫度對口, 減小換熱溫差的原那么, 合理利用了供熱抽汽, 使機組在供熱能力不變的前提下多發(fā)電, 在環(huán)保和經(jīng)濟上的意義都是巨大的。附錄一：中國風能分區(qū)及占全國面積的百分比附錄二：中國太陽能資源分布表地區(qū)類型年日照時數(shù)h/a年輻射總量MJ/m2·a等量熱量所需標準燃煤kg包括的主要地區(qū)備注一類3200-33006680-8400225285kgXX北部，XX北部，XX南部，XX西部，XX西部太陽能資源最豐富地區(qū)二類3000-32005852-6680200225kgXX西北部，XX北部，內(nèi)蒙南部，XX南部，XX中部，XX東部，XX東南部，XX南部較豐富地區(qū)三類2200-30005016-5852170-200XX，XX，XX東南部，XX南部，XX北部，XX，XX，XX，XX北部，XX東南部，XX南部中等地區(qū)四類1400-20004180-5016140-170XX，XX，XX，XX，XX，XX北部，XX北部，XX南部，XX南部較差地區(qū)五類1000-1