1、1節能技術節能技術2目目 錄錄 第一篇第一篇 能量與能源能量與能源(10) 第一章第一章 能量能量(4) 第二章第二章 能源能源(6) 第二篇第二篇 常規能源與新能源常規能源與新能源(10) 第三章第三章 常規能源常規能源(6) 第四章第四章 新能源新能源(4) 第三篇第三篇 節能與節能技術節能與節能技術(16) 第五章第五章 節能概述節能概述(4) 第六章第六章 節能技術節能技術(12)3 課程的地位課程的地位具有專業背景，且以人類自身發展為焦點的了解、具有專業背景，且以人類自身發展為焦點的了解、認識、分析和促進社會進步的工具和方法。認識、分析和促進社會進步的工具和方法。 課程的作用課程的作

2、用全球視野全球視野 個人與社會個人與社會 環境環境 公民責任公民責任 歷史定位歷史定位 課程的特點課程的特點事實事實 客觀客觀 專業專業 冷靜的思考冷靜的思考 新穎新穎 知識跨度知識跨度關于本課程關于本課程4務必要了解的幾點務必要了解的幾點 行課方式行課方式 講授講授* * 講座講座 視頻視頻 頭腦風暴頭腦風暴 學習方法學習方法 獲取獲取 甄別甄別 處理處理 提煉觀點提煉觀點 解決問題解決問題 學習要求學習要求 在教師的激勵和幫助下，探索出一套自己與世界在教師的激勵和幫助下，探索出一套自己與世界和社會溝通的方法，并把它反映到口頭或書面的和社會溝通的方法，并把它反映到口頭或書面的報告中去。報告中

3、去。5參考書目參考書目1 黃素逸黃素逸, ,高偉編著高偉編著 能源概論能源概論, , 高等教育出高等教育出版社版社, , 2004年年8月第月第1版版2 黃素逸編著黃素逸編著 能源與節能技術能源與節能技術, 中國電力出版中國電力出版社社, 2004年年8月第月第1版版3 李崇祥等編著李崇祥等編著 節能原理與技術節能原理與技術, 西安交通大西安交通大學出版社學出版社, 2004年年3月第月第1版版 6第一篇第一篇 能量與能源能量與能源 7第一章第一章 能量能量8目目 錄錄 概述概述 能量的形式能量的形式 能量的基本性質能量的基本性質 能量轉換的基本原理能量轉換的基本原理 能量的傳遞能量的傳遞(

4、(傳輸傳輸) ) 能量的存儲能量的存儲9目目 錄錄概述概述 能量的形式能量的形式 能量的基本性質能量的基本性質 能量轉換的基本原理能量轉換的基本原理 能量的傳遞能量的傳遞( (傳輸傳輸) ) 能量的存儲能量的存儲10一、概述一、概述 物質和能量是構成客觀世界的基礎物質和能量是構成客觀世界的基礎 世界是由物質構成的世界是由物質構成的 運動是物質存在的形式運動是物質存在的形式 能量是物質運動的度量能量是物質運動的度量 宇宙間一切運動著的物體都有能量的存在和宇宙間一切運動著的物體都有能量的存在和轉化轉化11能量的定義能量的定義能量：就是產生某種效果能量：就是產生某種效果( (變化變化) )的能力。的

5、能力。 產生某種效果產生某種效果( (變化變化) )的過程必然伴隨能量的消的過程必然伴隨能量的消耗或轉化。耗或轉化。 能量守恒定律：自然界一切物質都具有能量。能量守恒定律：自然界一切物質都具有能量。能量不可能被創造，也不可能被消滅，而只能能量不可能被創造，也不可能被消滅，而只能在一定條件下從一種形式轉變為另一種形式，在一定條件下從一種形式轉變為另一種形式，在轉換中能量總量恒定不變。在轉換中能量總量恒定不變。12 1922年年Einstein揭示了揭示了能量和物質質量之間的能量和物質質量之間的關系，即關系，即2Emc式中式中E-物質釋放的能量，物質釋放的能量，J；m-轉變為能量的物質的質量，轉變

6、為能量的物質的質量，kg；c-光速，光速， 。83 10 m s愛因斯坦愛因斯坦Albert Einstein 1879-195513Einstein愛因斯坦愛因斯坦(Albert 1879-1955,美籍德國猶太人美籍德國猶太人,理論物理學理論物理學家家,創立相對論創立相對論)他創立的狹義他創立的狹義和廣義相對論使現代關于時間和廣義相對論使現代關于時間和時間性質的想法發生突破性和時間性質的想法發生突破性進展并給原子能的利用提供了進展并給原子能的利用提供了理論基礎。因其對光電效應的理論基礎。因其對光電效應的解釋獲解釋獲1921年諾貝爾獎。年諾貝爾獎。 German-born American

7、theoretical physicist whose special and general theories of relativity revolutionized modern thought on the nature of space and time and formed a theoretical base for the exploitation of atomic energy. He won a 1921 Nobel Prize for his explanation of the photoelectric effect.14能量的單位能量的單位 在國際單位制在國際單位

8、制(SI, Systme International, 法法語語)中，能量的單位，功及熱量的單位通常都中，能量的單位，功及熱量的單位通常都用焦耳用焦耳(J)表示，也有表示，也有kJ、MJ等。等。 單位時間內所做的功或吸收單位時間內所做的功或吸收(釋放釋放)的熱量則稱為的熱量則稱為功率，單位為瓦功率，單位為瓦(W)，也有，也有KW、MW等。等。 在工程應用和一些有關能源的文獻中，還有在工程應用和一些有關能源的文獻中，還有卡、大卡、標準煤當量、標準油當量、百萬卡、大卡、標準煤當量、標準油當量、百萬噸煤當量和百萬噸煤當量等。噸煤當量和百萬噸煤當量等。151卡4.186焦1大卡1000卡1kg標準煤當

9、量(kgce)7000大卡1kg標準油當量(kgoe)10000大卡卡卡 calorie (calorie (卡路里卡路里) ) 等于在等于在1 1個標準大氣壓下將個標準大氣壓下將1 1克水從克水從00加熱到加熱到100100所需熱量的所需熱量的1/1001/100。16目目 錄錄 概述概述能量的形式能量的形式 能量的基本性質能量的基本性質 能量轉換的基本原理能量轉換的基本原理 能量的傳遞能量的傳遞( (傳輸傳輸) ) 能量的存儲能量的存儲17二、能量的形式二、能量的形式 能量是一切物質運動、變化和相互作用的能量是一切物質運動、變化和相互作用的度量。度量。 利用能量的結果必然和能量系統的始末狀

10、利用能量的結果必然和能量系統的始末狀態相聯系。態相聯系。 能量利用的優劣、利用效率的高低與具體能量利用的優劣、利用效率的高低與具體過程密切相關。過程密切相關。18人類所認識的能量形式人類所認識的能量形式 機械能機械能 熱能熱能 電能電能 輻射能輻射能 化學能化學能 核能核能191.1.機械能機械能 機械能是與物體宏觀機械運動或空間狀態相關的機械能是與物體宏觀機械運動或空間狀態相關的能量。能量。 前者也稱為動能，后者稱之為勢能。前者也稱為動能，后者稱之為勢能。 動能是指系統由于機械運動而具有的做功能力。動能是指系統由于機械運動而具有的做功能力。 質量為質量為m m的物體的運動速度為的物體的運動速

11、度為v v，則該物體的動能，則該物體的動能E Ek k212kEmv20 勢能與物體的狀態有關。勢能與物體的狀態有關。 (1)(1)受重力作用的物體因其位置高度不同而具有受重力作用的物體因其位置高度不同而具有重力勢能；重力勢能； (2)(2)物體由于彈性變形而具有的做功本領即彈性物體由于彈性變形而具有的做功本領即彈性勢能勢能 (3)(3)表面能：不同類物質或同類物質不同相的分表面能：不同類物質或同類物質不同相的分界面上，由于表面張力的存在而具有的做功能力。界面上，由于表面張力的存在而具有的做功能力。21重力勢能重力勢能pEmgHmgH物體的質量；重力加速度；物體的高度。22彈性勢能彈性勢能21

12、2Ekxkx物體的勁度系數；物體的變形量。23表面能表面能sESS表面張力系數；相界面的面積。242. 2. 熱能熱能 構成物質的微觀分子運動的動能和勢能總和構成物質的微觀分子運動的動能和勢能總和稱之為熱能。稱之為熱能。 熱能是能量的一種基本形式。熱能是能量的一種基本形式。 所有其它形式的能量都可以完全轉換為熱能。所有其它形式的能量都可以完全轉換為熱能。 熱能的宏觀表現是溫度的高低，它反映了分子運熱能的宏觀表現是溫度的高低，它反映了分子運動的激烈程度。動的激烈程度。 若系統的熵的變化為若系統的熵的變化為dSdS，則熱能，則熱能EqEqqETdS253. 3. 電能電能 電能是和電子流動與積累有

13、關的一種能量。電能是和電子流動與積累有關的一種能量。 電能通常由電池中的機械能轉換而來；電能通常由電池中的機械能轉換而來； 電能也有部分是從電池中的化學能轉換而來；電能也有部分是從電池中的化學能轉換而來； 如果驅動電子流動的電動勢為如果驅動電子流動的電動勢為U U，電流為，電流為I I，則電，則電能能EeEeeEUI264. 4. 輻射能輻射能 輻射能是物體以電磁波形式釋放的能量。輻射能是物體以電磁波形式釋放的能量。 物體會因各種原因發出輻射能；物體會因各種原因發出輻射能； 因熱的原因而發出的輻射能因熱的原因而發出的輻射能( (熱輻射能熱輻射能) )最有實用最有實用意義；意義； 地球表面接受的

14、太陽能就是熱輻射能；地球表面接受的太陽能就是熱輻射能； 物體的輻射能物體的輻射能ErEr400100rTEccT物體的發射率；黑體輻射系數；物體的熱力學溫度。275. 5. 化學能化學能 化學能是原子核外進行化學變化時放出的能化學能是原子核外進行化學變化時放出的能量，是物質結構能的一種。量，是物質結構能的一種。 化學熱力學定義：物質或物系在化學反應過化學熱力學定義：物質或物系在化學反應過程中以熱能形式釋放的內能成為化學能。程中以熱能形式釋放的內能成為化學能。 普遍利用的化學能是燃燒碳和氫，這兩種元普遍利用的化學能是燃燒碳和氫，這兩種元素是煤、石油、天然氣和薪柴等燃料中最主素是煤、石油、天然氣和

15、薪柴等燃料中最主要的可燃元素。要的可燃元素。 燃料燃燒時的化學能通常用燃料的發熱值表燃料燃燒時的化學能通常用燃料的發熱值表示。示。28 發熱值發熱值( (發熱量或熱值發熱量或熱值) ) 是指單位重量是指單位重量( (固體和液體燃料固體和液體燃料) )或單位體積或單位體積( (氣氣體燃料體燃料) )在完全燃燒，且燃燒產物冷卻到燃燒前在完全燃燒，且燃燒產物冷卻到燃燒前的溫度時所放出的熱量，單位的溫度時所放出的熱量，單位kJ/kgkJ/kg或或kJ/m3kJ/m3。 高位發熱量是指燃料完全燃燒，且燃燒產物中的高位發熱量是指燃料完全燃燒，且燃燒產物中的水蒸氣全部凝結成水時放出的熱量；水蒸氣全部凝結成水

16、時放出的熱量； 低位發熱量是指燃料完全燃燒，而燃燒產物中的低位發熱量是指燃料完全燃燒，而燃燒產物中的水蒸氣仍以氣態存在時放出的熱量；水蒸氣仍以氣態存在時放出的熱量； 低位發熱量在數值上等于高位發熱量減去水的汽低位發熱量在數值上等于高位發熱量減去水的汽化潛能。化潛能。29固體燃料固體燃料木材木材13.813.8褐煤褐煤18.8218.82木炭木炭29.2729.27液體燃料液體燃料汽油汽油45.9945.99煤油煤油45.1545.15酒精酒精26.7626.76氣體燃料氣體燃料天然氣天然氣37.6337.63水煤氣水煤氣10.4510.45丁烷氣丁烷氣125.45125.453110 kJ k

17、g3110 kJ kg3310 kJ m幾種典型燃料低位發熱量的概略值幾種典型燃料低位發熱量的概略值306. 6. 核能核能 核能是蘊藏在原子核內部的物質結構能。核能是蘊藏在原子核內部的物質結構能。 輕質量的原子核輕質量的原子核( (氘、氚等氘、氚等) )和重質量的原子核和重質量的原子核( (鈾等鈾等) )其核子之間的結合力比中等質量原子核的其核子之間的結合力比中等質量原子核的結合力小，這兩類原子核在一定條件下可以通過結合力小，這兩類原子核在一定條件下可以通過核聚變或核裂變轉變為在自然界更穩定的中等質核聚變或核裂變轉變為在自然界更穩定的中等質量的原子核，同時釋放出巨大的結合能。這種結量的原子核

18、，同時釋放出巨大的結合能。這種結合能就是核能。合能就是核能。31目目 錄錄 概述概述 能量的形式能量的形式能量的基本性質能量的基本性質 能量轉換的基本原理能量轉換的基本原理 能量的傳遞能量的傳遞( (傳輸傳輸) ) 能量的存儲能量的存儲32三、能量的性質三、能量的性質 狀態性狀態性 能量取決于物質所處的狀態。能量取決于物質所處的狀態。 可加性可加性 物質的量不同所具有的能量也不同。物質的量不同所具有的能量也不同。 傳遞性傳遞性 能量可以從一個地方傳遞到另一個地方，也可以能量可以從一個地方傳遞到另一個地方，也可以從一種物質傳遞到另一種物質。從一種物質傳遞到另一種物質。33 轉換性轉換性 各種形式

19、的能可以互相轉換，轉換的方式、數量、各種形式的能可以互相轉換，轉換的方式、數量、難易程度迥異，轉換效率不盡相同。難易程度迥異，轉換效率不盡相同。 熱力學及其任務熱力學及其任務 做功性做功性 利用能量做功是利用能量的基本手段和主要目的。利用能量做功是利用能量的基本手段和主要目的。 貶值性貶值性 能的質量損失，貶值程度用參與能量交換的所有能的質量損失，貶值程度用參與能量交換的所有物體熵的變化來反映。物體熵的變化來反映。34目目 錄錄 概述概述 能量的形式能量的形式 能量的基本性質能量的基本性質能量轉換的基本原理能量轉換的基本原理 能量的傳遞能量的傳遞( (傳輸傳輸) ) 能量的存儲能量的存儲35四

20、、能量的轉換四、能量的轉換 能量的轉換是能量最重要的屬性，也是能量能量的轉換是能量最重要的屬性，也是能量利用中最重要的環節。利用中最重要的環節。 通常所說的能量的轉換是指能量形態上的轉換。通常所說的能量的轉換是指能量形態上的轉換。 廣義上，能量的轉換還應包括能量在空間上的轉廣義上，能量的轉換還應包括能量在空間上的轉移移( (能量的傳輸能量的傳輸) )和能量在時間上的轉移和能量在時間上的轉移( (能量的能量的存儲存儲) )。 任何能量的轉換都必須遵守能量守恒定律。任何能量的轉換都必須遵守能量守恒定律。 輸入能量輸出能量儲存能量的變化輸入能量輸出能量儲存能量的變化 任何能量轉換過程都需要一定的轉換

21、條件，任何能量轉換過程都需要一定的轉換條件，并在一定的設備或系統中實現。并在一定的設備或系統中實現。36天然氣石油煤地熱能核能太陽能燃燒爐工業熱裝置核反應堆熱能熱電直接轉換裝置電熱裝置熱機機械能發電機電能用戶用戶用戶不同能源與熱能的轉換及利用情況不同能源與熱能的轉換及利用情況37目目 錄錄 概述概述 能量的形式能量的形式 能量的基本性質能量的基本性質 能量轉換的基本原理能量轉換的基本原理能量的傳遞能量的傳遞( (傳輸傳輸) ) 能量的存儲能量的存儲38五、能量的傳遞五、能量的傳遞 能量傳遞的條件能量傳遞的條件 能量傳遞的規律能量傳遞的規律 能量傳遞的形式能量傳遞的形式 能量傳遞的路徑能量傳遞的

22、路徑 能量傳遞的方法能量傳遞的方法 能量傳遞的方式能量傳遞的方式 能量傳遞的結果能量傳遞的結果 能量傳遞的實質能量傳遞的實質39 能量傳遞的條件能量傳遞的條件 能量的傳遞是有條件的，其傳遞的推動力是所謂能量的傳遞是有條件的，其傳遞的推動力是所謂“勢差勢差”。 例如：傳熱要有溫差、導電要有電位差、流動要例如：傳熱要有溫差、導電要有電位差、流動要有壓差或勢差、擴散要有濃度差、化學反應要有有壓差或勢差、擴散要有濃度差、化學反應要有化學勢差等。化學勢差等。40 能量傳遞的規律能量傳遞的規律 能量傳遞的速率正比于傳遞的動力而反比于能量傳遞的速率正比于傳遞的動力而反比于傳遞的阻力。傳遞的阻力。傳遞動力傳遞

23、速率傳遞阻力41 能量傳遞的形式能量傳遞的形式 能量的傳遞包括轉移和轉換兩種形式。能量的傳遞包括轉移和轉換兩種形式。 轉移是某種形態的能從一地到另一地，從一物到轉移是某種形態的能從一地到另一地，從一物到另一物；另一物； 轉換是由一種形態變為另一種形態。轉換是由一種形態變為另一種形態。 兩種能量傳遞的形式往往是同時或交替存在。兩種能量傳遞的形式往往是同時或交替存在。42 能量傳遞的方法能量傳遞的方法 在體系邊界面上的能量交換，通常以傳熱和在體系邊界面上的能量交換，通常以傳熱和做功兩種方法進行。做功兩種方法進行。 傳熱：由溫差引起的能量交換，微觀形式。傳熱：由溫差引起的能量交換，微觀形式。 做功：

24、由非溫差引起的能量交換，宏觀形式。做功：由非溫差引起的能量交換，宏觀形式。43 能量傳遞的方式能量傳遞的方式 通過能量交換而實現的能量傳遞，即傳熱和通過能量交換而實現的能量傳遞，即傳熱和做功。做功。 傳熱的基本方式：熱傳導、熱對流和熱輻射；傳熱的基本方式：熱傳導、熱對流和熱輻射； 做功的基本方式：容積功、轉動軸功和流動功做功的基本方式：容積功、轉動軸功和流動功( (推動功推動功) )。44 能量傳遞的結果能量傳遞的結果 能量傳遞的結果體現在兩個方面，即能量使能量傳遞的結果體現在兩個方面，即能量使用過程中所起的作用以及能量傳遞的最終去用過程中所起的作用以及能量傳遞的最終去向。向。 能量傳遞的最終

25、去向通常只有兩條：或轉移到產能量傳遞的最終去向通常只有兩條：或轉移到產品，或散失于環境，包括直接損失和用于過程后品，或散失于環境，包括直接損失和用于過程后再進入環境。再進入環境。45 能量傳遞的實質能量傳遞的實質 能量傳遞的實質就是能量利用的實質。能量傳遞的實質就是能量利用的實質。 能量的利用是通過能量的傳遞，使能量由能源最能量的利用是通過能量的傳遞，使能量由能源最終進入環境。其結果是能量被利用了，能源被消終進入環境。其結果是能量被利用了，能源被消耗了。耗了。 人類利用的不是能量的數量而是能量的質量，即人類利用的不是能量的數量而是能量的質量，即能的質量急劇下降，直至進入環境，最終成為廢能的質量

26、急劇下降，直至進入環境，最終成為廢能。能。46目目 錄錄 概述概述 能量的形式能量的形式 能量的基本性質能量的基本性質 能量轉換的基本原理能量轉換的基本原理 能量的傳遞能量的傳遞( (傳輸傳輸) )能量的存儲能量的存儲47六、能量的儲存六、能量的儲存 對大多數能量轉換或利用系統而言，獲得的對大多數能量轉換或利用系統而言，獲得的能量和需求的能量常常是不一致的，因此為能量和需求的能量常常是不一致的，因此為了使利用能量的過程能持續地進行，就必須了使利用能量的過程能持續地進行，就必須有某種形式的能量儲存措施或專門設置一些有某種形式的能量儲存措施或專門設置一些儲能設備。儲能設備。48 衡量儲能材料及儲能

27、裝置性能優劣的主要指衡量儲能材料及儲能裝置性能優劣的主要指標有：儲能密度；儲存過程能量的損耗；儲標有：儲能密度；儲存過程能量的損耗；儲能和取能的速率；儲存裝置的經濟性；壽命能和取能的速率；儲存裝置的經濟性；壽命以及對環境的影響。以及對環境的影響。 在實際應用中涉及到的儲能問題主要是機械在實際應用中涉及到的儲能問題主要是機械能、電能和熱能。能、電能和熱能。49 機械能以動能或勢能的形式儲存。機械能以動能或勢能的形式儲存。 動能通常可以儲存于旋轉的飛輪中。動能通常可以儲存于旋轉的飛輪中。 勢能存儲的裝置有彈簧、扭力桿和重力裝置、壓勢能存儲的裝置有彈簧、扭力桿和重力裝置、壓縮空氣和抽水蓄能站等縮空氣

28、和抽水蓄能站等50 電能的儲存電能的儲存 常見的電能儲存形式是蓄電池。常見的電能儲存形式是蓄電池。 蓄電池是將電能轉換為化學能，在使用時再蓄電池是將電能轉換為化學能，在使用時再將化學能轉換為電能。將化學能轉換為電能。 大規模電能的儲存是抽水蓄能發電。大規模電能的儲存是抽水蓄能發電。 電能還可以儲存于靜電場和感應電場中。電能還可以儲存于靜電場和感應電場中。51蓄電池蓄電池 電池可分為原電池和蓄電池。電池可分為原電池和蓄電池。 蓄電池利用化學原理，充電儲存電能時，在其內蓄電池利用化學原理，充電儲存電能時，在其內發生可逆吸熱反應將電能轉換為化學能；放電時，發生可逆吸熱反應將電能轉換為化學能；放電時，在蓄電池中的反應物在放熱的化學反應中化合并在蓄電池中的反應物在放熱的化學反應中化合并直接產生電能。直接產生電能。 蓄電池由正極、負極、電解液、隔膜和容器等五蓄電池由正極、負極、電解液、隔膜和容器等五部分組成。部分組成。 蓄電池分為鉛酸蓄電池和堿性蓄電池兩大類。蓄電池分為鉛酸蓄電池和堿性蓄電池兩大類。52蓄電池蓄電池鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池堿性蓄電池堿性蓄電池53 何昂，化學電源技術專家，何昂，化