第4章建筑能源需求與供應(第一節(jié))

1、 建筑能源需求與供應 能源的基本概念建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)概論14.1.1 能源2建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)概論物質世界的構成物質物質能量能量信息信息建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)概論3一次能源和二次能源可以直接獲取能量或經過加工轉換獲取能量的自然資源稱為能源。在自然界天然存在的、可以直接獲得而不改變其基本形態(tài)的能源是一次能源。將一次能源經直接或間接加工改變其形態(tài)的能源產品是二次能源4建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)概論一次能源一次能源二次能源二次能源煤炭、石油、天然氣、水力、煤炭、石油、天然氣、水力、核能、太陽能、地熱能、生物質核能、太陽能、地熱能、生物質能、風能、潮汐能、海洋能能、風能、潮汐能、

2、海洋能電力、熱力（蒸汽、熱水、冷電力、熱力（蒸汽、熱水、冷水）、城市煤氣、各種石油制品、水）、城市煤氣、各種石油制品、氫能、沼氣氫能、沼氣遵循自然規(guī)律“量”的規(guī)律：能量守恒定律“質”的規(guī)律：從高溫到低溫5建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)概論可再生能源和不可再生能源可再生能源 太陽能； 風能； 地熱能； 現代生物質能； 海洋能； 小水電。清潔能源非化石能源6建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)概論4.1.2 能源效率7建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)概論能源效率（Energy Efficiency）的三重含義1. 能源有效利用（Efficient Energy Use）：即用盡量少的能源提供盡量多的產品或服務。2.

3、能源轉換效率（Energy conversion efficiency）：能源經過加工、轉換后，產出的各種能源產品的數量與投入加工轉換的各種能源數量的比率。3. 能源節(jié)約（Energy conservation）：減少服務、限制用能注重全生命周期的能耗注重從一次能源到二次的能源轉換過程的能效（提示：同學們可以舉出三種能效途徑的實例/查找資料，對某個家電產品分析其生命周期能耗/分析某種品牌汽車的能效）8建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)概論服務與能效9建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)概論圖中橫坐標表示能耗，縱坐標表示服務，中間的斜線叫做服務曲線。顯然，提供的服務越多，能耗就越大。服務曲線的斜率是能源利用的效率

4、。能源利用效率越高，斜率就越大，服務曲線就越陡峭。熱力學第二定律在環(huán)境條件下任一形式的能量能夠轉變?yōu)橛杏霉Φ哪遣糠址Q為能量的 ，在一定的能量中占的比例越大，其能質（品位）越高。熱能應用中應遵循的兩個原則： 不應將高能級的熱能用到低能級的用途，例如，用來源于火力發(fā)電的電力直接加熱為建筑供暖； 盡量實現熱能的梯級利用，減小應用的級差，例如高溫熱能應先用來推動熱機或發(fā)電，將余熱用來供暖或加熱熱水，做到物盡其用，溫度的對位應用。10建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)概論4.1.3 能源消耗對地球環(huán)境的破壞11建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)概論能源消耗對地球環(huán)境的破壞的兩個層面第一是傳統意義上的“公害”問題，即大氣

5、污染、水污染和固體廢棄物污染。第二是能源消費中的溫室氣體排放所導致的全球氣候變化。溫室氣體主要指： 二氧化碳（CO2） 甲烷（CH4） 氧化亞氮（N2O） 全氟碳（Perfluorocarbons, PFCs） 氟代烴（Hydrofluorocarbons，HFCs） 六氟化硫（SF6）等六種氣體。12建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)概論能源燃燒造成的大氣污染能源應用造成環(huán)境污染2013年中國大范圍PM2.5污染，已經成為全球范圍內最嚴重的空氣污染災難之一化石燃料燃燒，造成SO2和NOx的排放，是酸雨成因之一能源生產過程中大量廢水廢渣排放，導致土地和水的污染（提示：同學們可以到互聯網上搜索能源造成的

6、環(huán)境影響的最新數據和案例）14建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)概論全球環(huán)境問題大氣污染和酸雨（雪、霧），即跨國界的大氣污染問題；溫室氣體排放問題；臭氧層破壞問題；土地退化和荒漠化問題；水資源短缺和水污染問題；熱帶雨林的迅速減少；生物多樣性（包括基因、物種和生態(tài)系統）的破壞；有害廢棄物的越境轉移；海洋污染；人口增長過快。15建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)概論溫室氣體排放引起氣候變化所謂溫室氣體，按照聯合國氣候變化框架公約的定義，主要指二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）、全氟碳（Perfluorocarbons, PFCs）、氟代烴（Hydrofluorocarbons，HFCs）和六氟

7、化硫（SF6）等六種氣體。六種溫室氣體對太陽的短波輻射是透明的，而對地面的長波輻射卻是不透明的。攜帶熱量的太陽輻射可以通過大氣層長驅直入，到達地球表面，而地表熱量卻難以向地球外逃逸。大氣中由燃料燃燒排放的CO2等氣體起到了給地球“保溫”的作用。2005年以后的地球表面平均溫度，要比1961-1990年間的平均溫度高出將近0.6，而且呈現出持續(xù)和加速增長的態(tài)勢。氣候變化是指自1900年代以來發(fā)現的地球上氣候的變化。最近我們看到的和預計今后80年將發(fā)生的變化，主要是由于人類的行為引起的非自然變化。16建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)概論溫室效應建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)概論17溫室氣體使地球保持溫暖如果

8、沒有溫室氣體，地球平均溫度會比現在低30度大氣的 99%由 78%氮氣nitrogen和21%氧氣oxygen組成。它們對氣候調節(jié)基本沒有直接的作用。但人類活動產生了過多溫室氣體，主要因為： 煤、石油和天然氣燃燒后產生二氧化碳 森林破壞降低了植被的二氧化碳吸收能力溫室氣體Greenhouse GasesIPCC1988年由世界氣象組織（WMO）和聯合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）聯合成立了政府間氣候變化專門委員會（IPCC，The Intergovernmental Panel on Climate Change）。這是一個政府間的科學機構，承擔評估由人類活動引起的氣候變化的風險的研究任務。在20多

9、年的時間里，IPCC發(fā)表了四次評估報告。19建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)概論最新發(fā)表的IPCC第5次評估報告在2013-2014年間，IPCC的三個工作組發(fā)表了第五次評估報告。2013年，IPCC第一工作組（WG1）的第五次評估報告（AR5）指出，1880-2012年，全球海陸表面平均溫度呈線性上升趨勢，升高了0.85；2003-2012年平均溫度比1850-1900年平均溫度上升了0.78。報告指出，人類活動極有可能是20世紀中期以來全球氣候變暖的主要原因，可能性在95%以上。報告還警告說，如果沒有實質性的政策和技術的變化，世界正走向危險的溫度上升中。 報告還指出，全球排放的二氧化碳當量從19

10、70年的27Gt增加到2010年的49Gt，到現在可能已經達到了每年超過52Gt。為了能有50%的機會保持全球地表溫升小于2C（這也是聯合國的目標），人類在2100年前排放的溫室氣體總量就不能超過1550Gt，而按照目前的排放速度，這個限額將在2050年前就被突破。第5次報告中有眾多中國學者參與了工作。20建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)概論質疑聲如果從80萬年的尺度看，盡管最近百年大氣中CO2濃度是最高的，但地球表面溫度卻并不是最高的時期。除了人為活動之外，應該還有其他自然的力量（如太陽活動）引起全球變暖。21建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)概論4.1.4 中國的能源與節(jié)能22建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)

11、概論中國的能源特點能源資源緊缺能源消費結構以煤為主能源消費中以工業(yè)能耗主導，能源利用效率低能源消費對嚴重影響環(huán)境大力發(fā)展新能源同學們根據以上特點提綱，自行搜集素材，完成一份最新中國能源國情的簡短報告。23建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)概論中國能耗總量居世界第一（2011年G20各國能耗總量Mtoe）24建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)概論資料來源：國際能源機構（IEA）中國碳排放總量居世界第一（2011年G20各國碳排放量MtCO2）25建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)概論資料來源：國際能源機構（IEA）2009年G20各國每千美元GDP的能耗（kg油當量）26建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)概論資料來源：國際能源

12、機構（IEA）我國能源資源不足，影響國家安全 已探明可采儲量已探明可采儲量儲采比（按現在的開采強度還能維持多少年）儲采比（按現在的開采強度還能維持多少年）石油石油天然氣天然氣煤煤32.4億噸4.02萬億m31842億噸15.437.65027建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)概論2012年中國共進口原油2.85億噸，石油的對外依存度達到了58.7%。這對國家安全帶來嚴重的威脅。本專業(yè)的節(jié)能職責目前建筑能耗約占全國總能耗的20%，7億多噸標準煤。暖通空調能耗約占建筑能耗的50-60%，3-4億噸標準煤。北方城市冬季集中供暖用煤和用氣，是各地城市政府力保的頭等民生大事；南方城市夏季空調應用，給電網帶來沖擊性負荷。隨著經濟結構調整和人民對美好生活的追求，包括建筑能耗在內的民生能耗總量和占比都會剛性增長。在保證建筑環(huán)境質量和人民生活質量不斷提高的前提下，降低能耗，降低建筑能耗增長的彈性系數（即建筑能耗增長率與當地經濟增長率之比），是本專業(yè)義不容辭的責任。28建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)概論本專業(yè)的環(huán)境職責我國北方大多數建筑物冬季用煤炭直接燃燒供暖，而且很多燃煤鍋爐效率低，從而直