第4章建筑能源需求及供应(第一节)

1、 建筑能源需求与供应 能源的基本概念建筑环境与能源应用工程专业概论14.1.1 能源2建筑环境与能源应用工程专业概论物质世界的构成物质物质能量能量信息信息建筑环境与能源应用工程专业概论3一次能源和二次能源可以直接获取能量或经过加工转换获取能量的自然资源称为能源。在自然界天然存在的、可以直接获得而不改变其基本形态的能源是一次能源。将一次能源经直接或间接加工改变其形态的能源产品是二次能源4建筑环境与能源应用工程专业概论一次能源一次能源二次能源二次能源煤炭、石油、天然气、水力、煤炭、石油、天然气、水力、核能、太阳能、地热能、生物质核能、太阳能、地热能、生物质能、风能、潮汐能、海洋能能、风能、潮汐能、

2、海洋能电力、热力（蒸汽、热水、冷电力、热力（蒸汽、热水、冷水）、城市煤气、各种石油制品、水）、城市煤气、各种石油制品、氢能、沼气氢能、沼气遵循自然规律“量”的规律：能量守恒定律“质”的规律：从高温到低温5建筑环境与能源应用工程专业概论可再生能源和不可再生能源可再生能源 太阳能； 风能； 地热能； 现代生物质能； 海洋能； 小水电。清洁能源非化石能源6建筑环境与能源应用工程专业概论4.1.2 能源效率7建筑环境与能源应用工程专业概论能源效率（Energy Efficiency）的三重含义1. 能源有效利用（Efficient Energy Use）：即用尽量少的能源提供尽量多的产品或服务。2.

3、能源转换效率（Energy conversion efficiency）：能源经过加工、转换后，产出的各种能源产品的数量与投入加工转换的各种能源数量的比率。3. 能源节约（Energy conservation）：减少服务、限制用能注重全生命周期的能耗注重从一次能源到二次的能源转换过程的能效（提示：同学们可以举出三种能效途径的实例/查找资料，对某个家电产品分析其生命周期能耗/分析某种品牌汽车的能效）8建筑环境与能源应用工程专业概论服务与能效9建筑环境与能源应用工程专业概论图中横坐标表示能耗，纵坐标表示服务，中间的斜线叫做服务曲线。显然，提供的服务越多，能耗就越大。服务曲线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，服务曲线就越陡峭。热力学第二定律在环境条件下任一形式的能量能够转变为有用功的那部分称为能量的 ，在一定的能量中占的比例越大，其能质（品位）越高。热能应用中应遵循的两个原则： 不应将高能级的热能用到低能级的用途，例如，用来源于火力发电的电力直接加热为建筑供暖； 尽量实现热能的梯级利用，减小应用的级差，例如高温热能应先用来推动热机或发电，将余热用来供暖或加热热水，做到物尽其用，温度的对位应用。10建筑环境与能源应用工程专业概论4.1.3 能源消耗对地球环境的破坏11建筑环境与能源应用工程专业概论能源消耗对地球环境的破坏的两个层面第一是传统意义上的“公害”问题，即大气

5、污染、水污染和固体废弃物污染。第二是能源消费中的温室气体排放所导致的全球气候变化。温室气体主要指： 二氧化碳（CO2） 甲烷（CH4） 氧化亚氮（N2O） 全氟碳（Perfluorocarbons, PFCs） 氟代烃（Hydrofluorocarbons，HFCs） 六氟化硫（SF6）等六种气体。12建筑环境与能源应用工程专业概论能源燃烧造成的大气污染能源应用造成环境污染2013年中国大范围PM2.5污染，已经成为全球范围内最严重的空气污染灾难之一化石燃料燃烧，造成SO2和NOx的排放，是酸雨成因之一能源生产过程中大量废水废渣排放，导致土地和水的污染（提示：同学们可以到互联网上搜索能源造成的

6、环境影响的最新数据和案例）14建筑环境与能源应用工程专业概论全球环境问题大气污染和酸雨（雪、雾），即跨国界的大气污染问题；温室气体排放问题；臭氧层破坏问题；土地退化和荒漠化问题；水资源短缺和水污染问题；热带雨林的迅速减少；生物多样性（包括基因、物种和生态系统）的破坏；有害废弃物的越境转移；海洋污染；人口增长过快。15建筑环境与能源应用工程专业概论温室气体排放引起气候变化所谓温室气体，按照联合国气候变化框架公约的定义，主要指二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）、全氟碳（Perfluorocarbons, PFCs）、氟代烃（Hydrofluorocarbons，HFCs）和六氟

7、化硫（SF6）等六种气体。六种温室气体对太阳的短波辐射是透明的，而对地面的长波辐射却是不透明的。携带热量的太阳辐射可以通过大气层长驱直入，到达地球表面，而地表热量却难以向地球外逃逸。大气中由燃料燃烧排放的CO2等气体起到了给地球“保温”的作用。2005年以后的地球表面平均温度，要比1961-1990年间的平均温度高出将近0.6，而且呈现出持续和加速增长的态势。气候变化是指自1900年代以来发现的地球上气候的变化。最近我们看到的和预计今后80年将发生的变化，主要是由于人类的行为引起的非自然变化。16建筑环境与能源应用工程专业概论温室效应建筑环境与能源应用工程专业概论17温室气体使地球保持温暖如果

8、没有温室气体，地球平均温度会比现在低30度大气的 99%由 78%氮气nitrogen和21%氧气oxygen组成。它们对气候调节基本没有直接的作用。但人类活动产生了过多温室气体，主要因为： 煤、石油和天然气燃烧后产生二氧化碳 森林破坏降低了植被的二氧化碳吸收能力温室气体Greenhouse GasesIPCC1988年由世界气象组织（WMO）和联合国环境规划署（UNEP）联合成立了政府间气候变化专门委员会（IPCC，The Intergovernmental Panel on Climate Change）。这是一个政府间的科学机构，承担评估由人类活动引起的气候变化的风险的研究任务。在20多

9、年的时间里，IPCC发表了四次评估报告。19建筑环境与能源应用工程专业概论最新发表的IPCC第5次评估报告在2013-2014年间，IPCC的三个工作组发表了第五次评估报告。2013年，IPCC第一工作组（WG1）的第五次评估报告（AR5）指出，1880-2012年，全球海陆表面平均温度呈线性上升趋势，升高了0.85；2003-2012年平均温度比1850-1900年平均温度上升了0.78。报告指出，人类活动极有可能是20世纪中期以来全球气候变暖的主要原因，可能性在95%以上。报告还警告说，如果没有实质性的政策和技术的变化，世界正走向危险的温度上升中。 报告还指出，全球排放的二氧化碳当量从19

10、70年的27Gt增加到2010年的49Gt，到现在可能已经达到了每年超过52Gt。为了能有50%的机会保持全球地表温升小于2C（这也是联合国的目标），人类在2100年前排放的温室气体总量就不能超过1550Gt，而按照目前的排放速度，这个限额将在2050年前就被突破。第5次报告中有众多中国学者参与了工作。20建筑环境与能源应用工程专业概论质疑声如果从80万年的尺度看，尽管最近百年大气中CO2浓度是最高的，但地球表面温度却并不是最高的时期。除了人为活动之外，应该还有其他自然的力量（如太阳活动）引起全球变暖。21建筑环境与能源应用工程专业概论4.1.4 中国的能源与节能22建筑环境与能源应用工程专业

11、概论中国的能源特点能源资源紧缺能源消费结构以煤为主能源消费中以工业能耗主导，能源利用效率低能源消费对严重影响环境大力发展新能源同学们根据以上特点提纲，自行搜集素材，完成一份最新中国能源国情的简短报告。23建筑环境与能源应用工程专业概论中国能耗总量居世界第一（2011年G20各国能耗总量Mtoe）24建筑环境与能源应用工程专业概论资料来源：国际能源机构（IEA）中国碳排放总量居世界第一（2011年G20各国碳排放量MtCO2）25建筑环境与能源应用工程专业概论资料来源：国际能源机构（IEA）2009年G20各国每千美元GDP的能耗（kg油当量）26建筑环境与能源应用工程专业概论资料来源：国际能源

12、机构（IEA）我国能源资源不足，影响国家安全 已探明可采储量已探明可采储量储采比（按现在的开采强度还能维持多少年）储采比（按现在的开采强度还能维持多少年）石油石油天然气天然气煤煤32.4亿吨4.02万亿m31842亿吨15.437.65027建筑环境与能源应用工程专业概论2012年中国共进口原油2.85亿吨，石油的对外依存度达到了58.7%。这对国家安全带来严重的威胁。本专业的节能职责目前建筑能耗约占全国总能耗的20%，7亿多吨标准煤。暖通空调能耗约占建筑能耗的50-60%，3-4亿吨标准煤。北方城市冬季集中供暖用煤和用气，是各地城市政府力保的头等民生大事；南方城市夏季空调应用，给电网带来冲击性负荷。随着经济结构调整和人民对美好生活的追求，包括建筑能耗在内的民生能耗总量和占比都会刚性增长。在保证建筑环境质量和人民生活质量不断提高的前提下，降低能耗，降低建筑能耗增长的弹性系数（即建筑能耗增长率与当地经济增长率之比），是本专业义不容辞的责任。28建筑环境与能源应用工程专业概论本专业的环境职责我国北方大多数建筑物冬季用煤炭直接燃烧供暖，而且很多燃煤锅炉效率低，从而直