建筑環(huán)境與能源應用工程中的清潔能源利用

建筑環(huán)境與能源應用工程中的清潔能源利用熊亞選2016年6月29日目錄1、為什么要利用清潔能源？2、太陽能利用3、太陽能的存儲4、燃氣輸配中的清潔能源利用1、為什么要利用太陽能？資源種類煤炭（億噸）石油（億噸）天然氣（億M3）探明可開采儲量114532.73611704可開采年限54-81年15-20年28-58年可開采到2060-20902020-20402035-2065■化石能源緊缺，無法滿足社會發(fā)展的能源需要2015年我國全年總能耗超過38億噸標煤，其中煤炭、石油、天然氣等化石能源超過92%；開采和利用過程釋放大量CO2、CO、SO2等有毒、有害氣體和粉塵，造成了酸雨、霧霾天氣、地球升高、海平面升高。。。一些疾病如癌癥、傳染病等病頻發(fā)，部分地方不再適于人類居住。。?！龌茉蠢门欧盼廴緡乐兀祟惿姝h(huán)境受到嚴重威脅太陽能的優(yōu)缺點優(yōu)點：地球上普遍存在免費、清潔、綠色、可再生使用過程中不會對人和環(huán)境產(chǎn)生危害儲量巨大（約130萬億噸標煤，2013年37.6億噸標煤），取之不盡，用之不竭缺點：單位面積輻射能流密度低，需要的集熱面積大受天氣因素如夜、陰雨雪等影響大全球可再生能源資源儲量太陽能可開發(fā)儲量是2015年我國總能耗的470倍；其它可再生能源可開發(fā)儲量總和為2015年我國總能耗的1.4倍。我國可再生能源儲量豐富種類我國資源可開發(fā)量折合標準煤(億tce)太陽能17000億tce17000風能>10億kW>8水能經(jīng)濟/技術開發(fā)4.0/5.4億kW4.8～6.4生物質能4.6億tce4.6地熱能33億tce33根據(jù)集熱溫度為三個階段：低溫階段：～100℃，生活熱水、采暖、糧食干燥、海水淡化等；中溫階段：100～300℃，工業(yè)過程用熱、采暖、吸收式制冷、中溫熱發(fā)電、海水淡化、污水處理等；高溫階段：>300℃，太陽能光熱發(fā)電、制氫等根據(jù)集熱器類型分為三類：低溫集熱器中溫集熱器高溫集熱器2、太陽能利用2.1太陽能集熱技術分類2.2低溫太陽能集熱器（1）全玻璃真空管集熱器特點：將吸熱體與透明蓋層之間抽成真空，減少集熱器的傳導、對流和輻射熱損失；全玻璃的真空管集熱器吸熱體由玻璃管組成。1、內玻璃管2、太陽選擇性吸收涂層3、真空夾層4、外玻璃管5、支承件6、吸氣劑7、吸氣膜（2）平板太陽能集熱器吸熱體：吸收太陽輻射能，將其轉換為熱能，并向工質傳遞熱量透明蓋板：光學性能好、機械性能好、耐老化性能好隔熱層：降低集熱器熱損失提高其熱效率殼體：將吸熱體、透明蓋板和隔熱層裝配成一體2.3中溫太陽能集熱器（1）熱管式真空管集熱器管子的一端為蒸發(fā)段，吸收熱量，另一端為冷凝段釋放熱量。當管子的蒸發(fā)段被加熱時，液體在網(wǎng)中氣化，蒸發(fā)的蒸汽從管心流向冷凝段，蒸汽向外部釋放熱量，重新凝結為液體，再流回蒸發(fā)段。最高運行溫度可達100℃.最高悶曬溫度可達250℃.工作溫度為70℃-120℃特殊的防凍技術：即使在-50℃的嚴寒下仍能正常工作而無凍損之憂。內置反射器中溫集熱器外置反射器中溫集熱器（2）CPC真空管集熱器CPCU型管中溫真空管集熱器由槽式拋物面反射鏡、真空集熱管、跟蹤裝置等幾部分組成；集熱溫度可達300℃左右。（3）中小型拋物面槽式集熱器四種基本形式：槽式線性菲涅爾碟式塔式2.4高溫太陽能集熱器組成：槽式拋物面反射鏡、高溫真空集熱管、跟蹤裝置等幾部分組成；集熱溫度：600℃左右（1）大型槽式太陽能集熱器關鍵技術：直通式真空集熱管、拋物面反射鏡、跟蹤驅動裝置、傳熱工質。組成：定日鏡、跟蹤驅動器、高溫吸熱器；集熱溫度：800℃以上（2）塔式太陽能集熱器關鍵技術：高溫吸熱器、跟蹤驅動裝置、傳熱工質。組成：斯特林發(fā)電機、高溫吸熱器；集熱溫度：1000℃以上（3）碟式太陽能集熱器關鍵技術：斯特林發(fā)電機。單元聚光鏡照片（4）菲涅爾式太陽能集熱器集熱溫度：350℃左右2.5太陽能在建環(huán)專業(yè)的應用（1）太陽能高溫熱發(fā)電槽式太陽能高溫熱發(fā)電塔式太陽能高溫熱發(fā)電（2）工業(yè)過程熱利用工業(yè)用熱溫度大部分在80℃~300℃。（3）建筑采暖與熱水用熱溫度在40℃~80℃范圍內。（4）建筑制冷空調用熱溫度在80℃~300℃范圍內。（5）太陽能海水淡化用熱溫度較廣。（6）太陽能在天然氣輸配中的應用太陽能輔助的液化天然氣氣化6.5天然氣輔助的太陽能采暖3、太陽能的存儲3.1顯熱儲存方法（1）貯熱水箱（2）地下含水層貯熱雙井貯熱系統(tǒng)由于濃度較大的鹽水密度也較大，因此只要池內鹽水的濃度梯度足夠大，即使在下部溫度高于上部溫度時，池水也不會發(fā)生對流，所以太陽池也稱為無對流的鹽水池。太陽池的構成上層對流區(qū)無對流區(qū)下層對流區(qū)（3）太陽池將硝酸鈉等化學物質或其混合物加熱熔化，然后再加熱到一個較高的溫度。利用材料熔化階段的溫度升高，存儲熱能。（4）高溫熔鹽3.2固體顯熱貯熱石塊床儲熱裝置土壤儲熱庫高溫儲熱材料3.3太陽能潛熱儲存（相變儲熱）相變儲熱過程：通過固態(tài)-液態(tài)、固態(tài)-固態(tài)、固態(tài)-氣態(tài)、液態(tài)-氣態(tài)等的物質相態(tài)變化來存貯熱能；特點：單位質量儲熱密度高，但蓄熱過程和放熱過程慢（固態(tài)時材料導熱系數(shù)低）。主要相變蓄熱材料：高溫熔鹽、各種石蠟、水合鹽類、有機化合物等。3.4化學反應熱儲存AB+熱?A+B金屬氧化物是一種常見的化學貯熱材料，一類金屬氧化物熱分解生成的氧氣可另派用處是這類反應的優(yōu)點，并且逆反應所需的氧氣可由大氣提供。例如，4KO2+熱=2K2O+3O2

該反應的溫度范圍為300～800℃，分解熱為2.1MJ/kg。另外還有水受熱制氫氣4、燃氣輸配中的清潔能源利用（1）天然氣壓力能發(fā)電及制冷

天然氣從氣田/氣源以10MPa的壓力遠距離向用戶輸送天然氣，家庭燃氣灶要求的天然氣壓力為3000Pa。這個過程中，天然氣被逐級降壓（調壓），天然氣體積會膨脹，膨脹過程會產(chǎn)生機械功，溫度會大幅降低而產(chǎn)生冷量。天然氣膨脹做功實際膨脹過程：穩(wěn)定流動過程，絕熱過程，不計進出口流速和位能變化膨脹后的制冷能力實際膨脹過程中，一部分壓力火用轉化天然氣的冷量