1、- -南 京 工 業 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. 優選- -能量的梯級利用太陽能利用與建筑結合技術探討【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境與能源問題，也能為世界經濟的開展作出奉獻，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，使用的各種設備品種數量更多了，人們的舒適要求也比過去有所提高，因此，僅靠“節流已無法滿足降低

2、建筑能耗的要求，開發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，開發利用太陽能已在各國尋求可持續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；風力發電遭遇并網難問題，發出的電被白白浪費；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。在國外也有多種稱謂：DEDecentralized Energy，DERDistributed Energy Resources，DGDistributed Generation，DRDistributed Resources.國內將分布式能源供應定義為將能源系統以小規模、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、電能的各種產品和技術。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)與高科技結合；5) 拾遺補缺。其優勢在于：1)發電就在用戶端，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備日益壯大時才應運而生。在兼具環保性和持續利用形式下，將天然氣、風力發電、太陽能技術、生物質能發電和其他高科技結合在一起，實現資源、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。非常多的新能源設備由于種種原因被閑置，被“離網。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，不穩定的風能，光能轉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網Internet，整個系統由大大小小的節點組成，每個節點都是平等的，互補的。將此與現有的電網連接，使得無論哪個節點出現問題，都不會影響整個系統的運行。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：以下述系統為例,在蒸汽動力循環中,將從汽輪機中抽出的工業蒸汽首先引入BN0. 520. 88型汽輪機,做功驅動鍋爐給水泵,用作除

6、氧器的熱源;在供熱熱網循環水系統中,將工業蒸汽首先引入BN0. 520. 88型工業汽輪機,汽輪機作功帶動熱網的循環水泵,排汽作為根本熱網加熱器的汽源,節約電動循環泵消耗的電能。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主要由鍋爐、汽輪機、冷凝器、凝結水泵、除氧器、工業汽輪機、給水泵等組成。蒸汽動力循環可以分為鍋爐和水蒸汽循環兩局部。2.2.1蒸汽動力循環鍋爐將鍋爐內能量轉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。(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系可表示為:(8)2.2.2蒸汽動力循環能量方程式: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)經整理后,式(11)還可寫成 (12)2.2.3熱網加熱循環水系統本工程在供熱熱網循環水系統上的應用,是利用汽機抽汽驅開工業小汽輪機,小汽輪機拖動熱網循環泵做功,蒸汽引入熱網加熱器實現蒸汽能量的梯級利用,節約電動循環泵消耗的電能。該廠承擔某

9、市集中供熱任務,熱網循環水除局部由熱水鍋爐提供外,主要由根本熱網加熱器進展汽水換熱。加熱器汽源為0. 98 MPa (絕對壓力)的工業蒸汽,經閥門節流為0. 20. 3 MPa后進入換熱器,汽源節流損失高達0. 78 MPa。熱網循環水泵為5臺250R262型電動泵,循環水進展量調節時,靠循環水泵臺數的變化進展宏觀調節和閥門的節流進展微觀調節,造成水泵的節流損失。2.3 分析各項損失:2.3.1熱力循環的熱力學分析針對該熱力系統建立上述分析模型,進展計算,那么熱力系統中的各項損失匯總于表1。 表1損列表 圖2蒸汽動力循環裝置的流程及其T2s圖2.3.2根本熱網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：e= 1 - e = 18. 82%其損失:E1 =e ×Wide = 18. 82% ×232. 806 =43. 814 kJ /kg節流前后損失:T0 ( s2 - s1 ) = 69. 344 6 kJ /kg在實際熱力過程中,由于存在技術上或經濟上不可逆因素,一定存在損失,本文建立的熱電聯產分析模型計算說明,改進后的系統的效率得到了提高,同時,節約了廠用

11、電量,對于熱電聯產的改進具有較大的指導作用。3太陽能建筑技術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;根據當地氣候條件,在很少使用機械設備條件下,通過建筑物布局,構造處理,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,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。并根據當地的氣象條件及所處位置,做出恰當調整,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。為了使透光外罩內最大限度得到太陽照射,在空氣夾層內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,通過與室內相連的上,下通風口,與室內空氣進展循環對流,從而使室內溫度上升;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,將透光外罩內的空氣層與室外連接的通風口開啟,與室內連接的通風口關閉。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,這時空氣層內的溫度低于室外溫度,室內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。透光材料傳統使用的是玻璃,透光率一般到達6585%之間,而現在使用的采光板,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,如采取水墻做蓄熱體以增加墻體的蓄熱量。另外設置貯熱間也是一種蓄熱方法,貯熱間的傳統作法是,將卵石堆放在貯熱間

14、內,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。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。現在高層建筑也采用這一原理:將玻璃幕墻分層設置,在外墻樓板上下聯接處設可控式進出通風口,這樣既采用了太陽能又美化了建筑立面,是太陽能技術的具體表達。主動式太陽能建筑就是利用機械設備,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置貯熱間。這樣把采暖系統,熱水供應系統組合成一體,應用有效的熱能控制設備,使太陽能利用更加合理

15、。 3.4主動式太陽能采暖系統的運行過程是:該系統裝有兩臺風機,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向使空氣流入房間位置。在太陽能集熱器出口處設熱水盤管可以使房間的熱水供應系統與太陽能采暖系統成為一體。 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。進入夜晚沒有太陽輻射時,就要從貯熱間里取熱。此時關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,使室內的空氣循環由下向上通過貯熱間卵石層加熱,再返回到供暖調節系統。當貯熱間有充足的熱量時,進入空氣調節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。這一循環過程將持續到貯熱間卵石層的熱量差不放完。然后假設是設有附助加熱器時,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。 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。這樣系統內的所

17、有設備在同樣熱效應下,體積減小同時還可以與其它能源共同使用一個熱水系統。這是用水做媒介的最大優點。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,通過采暖系統將熱量送到房間,制冷時反向運行,工作原理如同空調機組。其缺乏是機組連續工作時間較長時,熱量可能供應缺乏。因此在地熱資源豐富地方比較適用。4總結太陽能的利用應該在生活中廣泛的利用 可以得出以下結論:(1)能和新能源中最正確選擇仍然是太陽能,而節能和太陽能的應用對建筑物的外觀有一些影響,為此在建筑物設計中,處理好建筑物立面,屋頂收集熱源的外觀構造,不僅關系到熱效率,同時也是關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, 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產事業亟待解決的問題, 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電, 在環保和經濟上的意義都是巨大的。附錄一：中國風能分區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類型年日照時數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二類3000-32005852-6680200225kgXX西北部，XX北部，內蒙南部，XX南部，XX中部，XX東部，XX東南部，XX南部較豐富地區三類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南部較差地區五類1000-1