PPT《建筑冷热源优化设计 的新理念与新方法》

建筑冷热源优化设计 的新理念与新方法

一、能源科学概揽 能量与功率/能流密度(W/M2)

一、能源科学概揽 人类耗用能率(power consumption)

一、能源科学概揽 人类耗用能率(power consumption) 2002世界人口62亿,消耗的能源为451EJ(1EJ=1018J),其中化石能源提供了约75%.

目前探明:煤还可用大约200年;

石油 40年;

天然气 60年;

且石油开采水平将在2010年左右达到峰值,以后就逐年下降.

一、能源科学概揽 人类耗用能率 耗用能率呈指数(exponential)曲线上升.当耗用率达到现在耗用率的一倍的时候,称该时刻为倍时(Doubling Time),用tD表示:tD =ln2/a=0.7/a

一、能源科学概揽 人类耗用能率 从现时到倍时之间的能消耗量为: 回顾自古至今,人类的总能消耗量为:

一、能源科学概揽 人类耗用能率 如果 a=0.07/year则tD=0.7/(0.07/y)=10year即每十年能消耗率将翻一倍也即未来十年的能消耗量=自古至今人类总消耗量

一、能源科学概揽 人类耗用能率 能源危机并非妄言!十年以后能源消耗量会更快增加!能源问题会更加严重! 以石油为例,按照此模式计算,最后一滴石油将在百年内耗去.

一、能源科学概揽 能源供应能力 能开采供率PP(power production)假定能储量ER(energy reserve)为一个定量,数学模式为:

一、能源科学概揽 能源供应能力 当某种能源(如石油)初发现被开采时,AT t=-∞,PP=0,呈指数曲线上升.Pproduction=Pconsumption 其后开采费渐增,开采率势必逐减,故:PP=0 ,AT t=+∞因为是对称函数最大开采率在t=0发生

一、能源科学概揽 能源供应能力 以此模式推演,此种能源76%将在峰开采率附近(4/a)时段内被开采.如果a=0.04/y,即表示76%能储量将在100年内被采.上述数学模式在美国石油采供统计上显示了惊人的准确度.美国的峰采率出现在1976年.

一、能源科学概揽 能源供需平衡问题 目前世界能源90%以上来自化石燃料(fossil fuel) ,比较其供需曲线可见二者之差越来越大,如何保证人类将来有足够的能源是一个高挑战性问题.

一、能源科学概揽 能源供需平衡问题 能源从何处来?化石燃料――太阳太阳能――太阳风能――太阳能约10%被空气吸收导致温差风水差能――洋面水蒸发(太阳能)冷却成雨流往低处海洋温差――洋面吸收太阳能产生洋面高温,洋底低温潮汐能――日月吸力导致位能差等由此可见,绝大多数能源来自太阳

一、能源科学概揽 地球能量平衡 如图一部分太阳能率进入地球大气层,地球又辐射能率到外太空,二者必须平衡,否则地球温度会有变化. S:大气层外太阳能率强度(约1400W/m2)r:反射系数,约0.35

一、能源科学概揽 地球能量平衡 RE:地球半径,约6.4*106mε:辐射系数(Emissivity系数)约0.6TE:地温 近二百年来,地球温度变化不大,上述二能率大致相等,地温为:

一、能源科学概揽 地球能量平衡 抵达地面的总太阳能率是(1-r)s(πR2E),约1019W,远超过人类耗能率1013W.故如果能有效运用各种不同方式的太阳能,解决能源危机大有希望!

一、能源科学概揽 人类用能对地球的影响 (A)污染(pollution)大量使用化石燃料产生大量燃烧后化学产品(production): 其中,CO,SO2,NSOT对人体有害,CO2(与玻璃性质相似,在长波辐射long wave radiation 中抑制大气辐射系数),导致温室

一、能源科学概揽 人类用能对地球的影响 效应. 微粒固体灰尘漂浮在空中会增加大气反射率r.(B)热污染(thermal pollution) 燃烧化石燃料产生大量热进入大气,地球能率新平衡改为: