論文關(guān)鍵詞：紡織車間；熱能轉(zhuǎn)移技術(shù)；節(jié)能技術(shù)；細(xì)紗車間

論文摘要：由于各車間熱量產(chǎn)生量不同，紡織企業(yè)在冬季能量浪費嚴(yán)重。本文提出了紡織車間熱能轉(zhuǎn)移技術(shù)，即通過各車間熱能相互轉(zhuǎn)移分配來達(dá)到熱能節(jié)約利用的目的。該技術(shù)可以達(dá)到十分良好的節(jié)能效果。本文詳細(xì)介紹了這項技術(shù)的原理及方法，并以工程實例來驗證該方法的節(jié)能效果，為該方法的大規(guī)模應(yīng)用和推廣提供技術(shù)參考。

紡織企業(yè)用電量很大，約和整個紡織企業(yè)的工人工資相當(dāng)。作為勞動密集型的紡織企業(yè)，在原料成本和人工成本已無潛力可挖的情況下，節(jié)能已成為紡織企業(yè)可持續(xù)發(fā)展、增加企業(yè)利潤、提高企業(yè)核心競爭力的最佳選擇。

目前很多紡織企業(yè)有的車間在冬季需要供熱，有的車間則在冬季把大量的熱量排出室外，能量比較浪費嚴(yán)重。如果能把排出室外的熱量轉(zhuǎn)移至需要供熱的車間，則可以節(jié)約大量的能量，該技術(shù)本文稱為紡織熱能轉(zhuǎn)移技術(shù)。紡織車間熱能轉(zhuǎn)移技術(shù)是紡織車間節(jié)能的有效途徑之一。合理使用熱能轉(zhuǎn)移技術(shù)，可使紡織車間冬季可不設(shè)供熱系統(tǒng)而達(dá)到工人熱感覺要求，節(jié)能減排效果十分明顯。

1紡織車間熱能轉(zhuǎn)移技術(shù)的原理

部分紡織車間如細(xì)紗車間由于機器發(fā)熱量大，在冬季車間熱量仍有剩余，需要大量排放到室外大氣中，大量熱能白白浪費；而部分紡織車間如絡(luò)筒車間和前紡車間在冬季則需要供熱。此時可采用熱能轉(zhuǎn)移、風(fēng)量平衡的方法，把熱量剩余車間的熱量轉(zhuǎn)移至需要供熱的車間。該技術(shù)稱為紡織車間熱能轉(zhuǎn)移技術(shù)。該技術(shù)的核心在于：不消耗或消耗很少的能量，將部分紡織車間的熱能轉(zhuǎn)移至另外的紡織車間。

1紡織車間熱能轉(zhuǎn)移技術(shù)的原理

部分紡織車間如細(xì)紗車間由于機器發(fā)熱量大，在冬季車間熱量仍有剩余，需要大量排放到室外大氣中，大量熱能白白浪費；而部分紡織車間如絡(luò)筒車間和前紡車間在冬季則需要供熱。此時可采用熱能轉(zhuǎn)移、風(fēng)量平衡的方法，把熱量剩余車間的熱量轉(zhuǎn)移至需要供熱的車間。該技術(shù)稱為紡織車間熱能轉(zhuǎn)移技術(shù)。該技術(shù)的核心在于：不消耗或消耗很少的能量，將部分紡織車間的熱能轉(zhuǎn)移至另外的紡織車間。

發(fā)熱量較大的車間主要是指細(xì)紗車間。細(xì)紗車間用電一般占全廠噸紗基本生產(chǎn)用電的60%～70%，除一部分轉(zhuǎn)化為加工產(chǎn)品的機械能外，絕大部分電功率轉(zhuǎn)化為熱能散發(fā)到車間中。細(xì)紗機的主要產(chǎn)熱部件是電機，電機表面溫度甚至高達(dá)60℃[1]，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于車間的溫度。因此為節(jié)約能源，目前細(xì)紗車間的電機基本上都單獨進(jìn)行排風(fēng)，稱為工藝排風(fēng)。由于細(xì)紗車間熱量過剩[2]，無論冬季還是夏季，工藝排風(fēng)都排至室外大氣中。除工藝排風(fēng)外，細(xì)紗車間的車間回風(fēng)[3]稱為地排風(fēng)。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，細(xì)紗車間的溫度一般也高于其他車間的溫度。實際紡織車間中，冬季細(xì)紗車間的溫度甚至比前紡并粗等車間的車間溫度高10℃以上。

發(fā)熱量較小的車間包括有后紡的絡(luò)筒車間、前紡的并粗車間等。這些車間的機器數(shù)量較少，機器排布較稀，整個車間總體發(fā)熱量較低。在冬季，僅靠機器發(fā)熱量不足以保證車間的溫度。為達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求的溫度，需要從外界輸入熱量。

紡織車間熱能轉(zhuǎn)移技術(shù)是指在冬季，把細(xì)紗車間的熱量轉(zhuǎn)移至后紡的絡(luò)筒車間、前紡的并粗車間等產(chǎn)熱量較小的車間。通過這種車間熱能的相互轉(zhuǎn)移分配，來節(jié)約能源。

2紡織車間熱能轉(zhuǎn)移技術(shù)的應(yīng)用

一、商業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計中外墻保溫技術(shù)

建筑節(jié)能是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，很多人認(rèn)為能源的發(fā)展與經(jīng)濟(jì)發(fā)展沒有關(guān)系，其實不然，如果說經(jīng)濟(jì)發(fā)展是帶動社會進(jìn)步的機器，那么能源就是這部機器的發(fā)動機，它為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了源源不斷的動力。所以經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源的發(fā)展的關(guān)系是很密切的。能源短缺，能源源浪費等問題，不僅僅在我國十分嚴(yán)峻，在世界的各個國家都面臨著相應(yīng)的問題，可以說保護(hù)和節(jié)約能源已經(jīng)不是一個人或一個國家的責(zé)任，而是全人類應(yīng)共同擔(dān)負(fù)的。自保溫外墻的結(jié)構(gòu)很簡單，都是由保溫隔熱性能較好的材料，砌筑而成，所以對于建筑而言能有效的建筑的內(nèi)部與外界的熱傳遞，在寒冷的冬天可以減少建筑內(nèi)部熱能的散失，保持室內(nèi)溫度，從而減少因采暖對能源的消耗達(dá)到節(jié)能的目的，同樣在炎熱的夏季可以減少外界過高溫度對室內(nèi)溫度的影響，從而減少空調(diào)等調(diào)溫設(shè)備的使用，不僅會減少能源的消耗還可以減少空調(diào)產(chǎn)生的氟利昂對大氣層的破壞，真正達(dá)到建筑節(jié)能環(huán)保的要求。外保溫外墻是由兩種或兩種以上的建筑材料構(gòu)成的且起主要保溫隔熱作用的材料，放在室外一側(cè)的復(fù)合墻體，我國北方地區(qū)在目前建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)技術(shù)政策引導(dǎo)下多采用此類保溫形式，大、中城市和經(jīng)濟(jì)水平較好的城鎮(zhèn)還引進(jìn)、轉(zhuǎn)換了國外的外保溫成套技術(shù)，相對來說經(jīng)過建筑技術(shù)工作者二十年的不懈努力，加之伴隨我國化工行業(yè)的發(fā)展，以化工行業(yè)下游產(chǎn)品的聚苯乙烯泡沫塑料作為高性能絕熱保溫墻體的主流產(chǎn)品己經(jīng)完全實現(xiàn)了國產(chǎn)化。中間保溫外墻是由兩層保溫能力差的墻體夾一層絕熱能力好的保溫材料構(gòu)成的復(fù)合墻體。填充在中間層的絕熱材料，種類很多，工業(yè)類常見的是巖棉、礦棉、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫板材等，地方材料也常見刨花、稻殼、草(炭)灰、爐渣等。中間保溫的外墻是在嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)有一定的使用，但外層墻體長期處于負(fù)溫環(huán)境，主要起防護(hù)作用，絕熱能力低，從而容易造成通過墻體由室內(nèi)傳向室外的潮氣不易散開，導(dǎo)致中間填充的保溫材料容易受潮。因此在使用這類墻體時需要根據(jù)具體地區(qū)冬季的氣候條件進(jìn)行內(nèi)部結(jié)露驗算，設(shè)計過程比較繁瑣，但和外保溫系統(tǒng)比較，它的結(jié)構(gòu)防護(hù)能力好，造價相對低廉。

二、商業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計中屋頂保溫技術(shù)

建筑設(shè)計中的屋頂保溫是為了能夠有效提高冬季建筑物的室內(nèi)溫度，降低熱量的消耗，同時降低能源的浪費。

1、外保溫技術(shù)

外保溫技術(shù)通常是將保溫材料設(shè)置在屋頂樓板的外側(cè)，利用保溫材料來提高屋頂?shù)臒崃亢捅匦Ч瑥亩苊馕蓓斕幊霈F(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象。通常情況下，我們在樓板處設(shè)置隔熱材料，在隔熱材料的外側(cè)設(shè)置防水層與保護(hù)層，外墻保溫材料的厚度應(yīng)當(dāng)通過熱工計算，以此保證建筑熱工分區(qū)的節(jié)能設(shè)計符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

1.建筑節(jié)能與地源熱泵

社會的發(fā)展導(dǎo)致能源消耗的不斷增加，不可再生能源過量地開采利用導(dǎo)致的氣候問題日趨嚴(yán)重，給我們子孫后代的生存和發(fā)展埋下了不利的因素。由此，世界各國研究人員更多地把目光投入新興、可再生能源的利用上，而地?zé)嶙鳛橐环N清潔能源，越來越受人們重視。在2010年世界地?zé)岽髸希鱾€國家提交了各自地?zé)豳Y源利用情況報告，從這些報告可以看出，目前全世界共有78個國家正在利用地?zé)?，大部分地?zé)崮苤饕糜诎l(fā)電及直接利用。近幾年，直接利用地?zé)岬谋戎卦絹碓酱?，而增長最快的直接利用地?zé)嵝问骄褪堑卦礋岜?，從全世界范圍來看，冰島、土耳其兩國的地?zé)崂谜计淠茉唇Y(jié)構(gòu)的比重最大，冰島89%的房屋供暖能源來自于地?zé)崮?。我國淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用也一直在世界名列前茅。地源熱泵作為一種利用地?zé)豳Y源的新興、清潔、高效能源技術(shù)，地源熱泵技術(shù)具有節(jié)能、環(huán)保、可靠、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點，在中國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的很多新興建筑中應(yīng)用越來越多。熱泵，能把熱能從低溫端傳送到高溫端，它是一種可以實現(xiàn)蒸發(fā)器與冷凝器之間能量轉(zhuǎn)換的制冷機。地源熱泵的原理是：利用淺層地?zé)豳Y源，即利用儲存于地下的能量，實現(xiàn)既可供熱又可制冷的目的。地源熱泵能通過只輸入少量的高品位能源（如電能），實現(xiàn)由低位熱能向高位熱能的轉(zhuǎn)移。地下能量在冬季作為給熱泵供熱的熱源，在夏季成為制冷的冷源，即在冬季，把地下的熱量取出來，提高溫度后，供給室內(nèi)采暖；夏季，把室內(nèi)的熱量取出來，釋放到土壤中去。

2.地源熱泵國內(nèi)外應(yīng)用情況

地源熱泵技術(shù)最早出現(xiàn)于瑞士的一項專利，在英國、美國最早開始應(yīng)用。1946年開始，美國針對地源熱泵系統(tǒng)做了12個項目的研究，如地下盤管結(jié)構(gòu)的布置形式、結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)、管材的選用對熱泵性能的影響程度等，與此同時在俄勒岡州的波特蘭市中心某建筑中安裝了美國歷史上第一個地源熱泵系統(tǒng)。經(jīng)過近十多年的發(fā)展，地源熱泵技術(shù)在西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家和地區(qū)迅速發(fā)展，已慢慢成為一項比較成熟的技術(shù)。到21世紀(jì)初，在美國，保守估計超過40萬個地源熱泵系統(tǒng)在住宅、公共和工業(yè)建筑中使用，每年約能提供8000-11000GW•h以上的能量。在我國上海，上世紀(jì)八十年代，投入運行了最早應(yīng)用的地源熱泵系統(tǒng)，該系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)和設(shè)備都由美國提供，多年運行情況良好。這個系統(tǒng)有深35m的垂直豎管井135個，采用聚丁烯管為埋管。此后，國內(nèi)的多家科研機構(gòu)和大專院校都進(jìn)行了地源熱泵系統(tǒng)有關(guān)垂直或水平埋管的試驗研究以及在一些小型工程上的應(yīng)用，建立了地埋管的傳熱模型，有了相當(dāng)多的實驗資料和數(shù)據(jù)。但是由于各地的地質(zhì)條件不同，每個地方土壤的各項參數(shù)都不一樣，地源熱泵在全國各地的應(yīng)用還需要不斷地進(jìn)行實驗驗證以及相關(guān)實驗數(shù)據(jù)的積累。

3．地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)點

3．1保護(hù)環(huán)境

[摘要]隨著人們生活質(zhì)量的提升，對日常工作生活和娛樂環(huán)境的舒適性有了更高的要求，暖通空調(diào)工程發(fā)揮著重要的作用。節(jié)能減排是符合我國國情的一項要求，能源消耗和浪費已經(jīng)成為阻礙我國發(fā)展的一項重要因素，需要加強各行各業(yè)的節(jié)能意識。建筑行業(yè)是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分，通過項目設(shè)計、施工過程和科學(xué)合理的使用等方面進(jìn)行控制，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能減排的最終目標(biāo)。

[關(guān)鍵詞]建筑暖通；空調(diào)工程；節(jié)能減排；設(shè)計方法

隨著可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程的推進(jìn)，能源環(huán)境備受關(guān)注和重視?？照{(diào)工程是通過制冷機或熱泵把熱能從室內(nèi)轉(zhuǎn)移到室外或?qū)崮軓氖彝廪D(zhuǎn)移到室內(nèi)，不管是哪種方向的熱能轉(zhuǎn)移都與建筑本身關(guān)系密切?？照{(diào)工程的能耗通常受建筑物的朝向、通風(fēng)、面積、窗體等多項因素的影響。對建筑本身進(jìn)行細(xì)致的解析，再配合科學(xué)合理的節(jié)能減排設(shè)計，最終實現(xiàn)節(jié)能減排，造福國家、造福人民。

1建筑暖通空調(diào)工程中節(jié)能減排設(shè)計應(yīng)遵循的基本理念

立足于工程整體性:暖通空調(diào)工程的設(shè)計過程需要具有全局性、整體性，在項目設(shè)計的過程中合理地布局、綜合設(shè)計，不僅要滿足項目本身的要求還需兼顧考慮節(jié)能減排。借助科學(xué)技術(shù)的力量，對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，將資源使用率最大化，盡量平衡經(jīng)濟(jì)與節(jié)能減排間的矛盾問題。兼顧發(fā)展動態(tài)性：對于建筑暖通空調(diào)工程，多數(shù)項目會逐步發(fā)展壯大，在項目設(shè)計期間就應(yīng)該用發(fā)展的眼光看待問題，考慮未來發(fā)展動向，將設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，對發(fā)展留出調(diào)整余地。所有的設(shè)計都應(yīng)該秉承節(jié)能減排的理念，保持工程的總體動態(tài)性，提高系統(tǒng)的適應(yīng)性。保持技術(shù)的發(fā)展：隨著對節(jié)能減排的響應(yīng)，新的設(shè)計方案不斷涌出，但是有的企業(yè)盲目跟風(fēng)，不能從根本上實現(xiàn)節(jié)能減排。要想實現(xiàn)建筑暖通空調(diào)工程真正的節(jié)能減排，就要不斷優(yōu)化和改良設(shè)計方案，通過科學(xué)、智慧的方式提高工程經(jīng)濟(jì)效益的同時實現(xiàn)資源的高效利用。空調(diào)能夠?qū)崿F(xiàn)人們對活動環(huán)境溫度的調(diào)節(jié)，深受喜愛，使用量日益增多，順應(yīng)行業(yè)的發(fā)展趨勢，實現(xiàn)節(jié)能減排的直接途徑是在方案設(shè)計的過程中對整個系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，從根本上提高系統(tǒng)的質(zhì)量和性能。

2建筑暖通空調(diào)工程實現(xiàn)節(jié)能減排的設(shè)計方法

摘要：（火用），從“量”和“質(zhì)”兩個方面規(guī)定了能量的“價值”，解決了熱力學(xué)中長期以來沒有一個參數(shù)可以單獨評價能量價值的問題，改變了人們對能的性質(zhì)、能的損失和能的轉(zhuǎn)換效率等問題的傳統(tǒng)看法，提供了熱工分析的科學(xué)基礎(chǔ)。本文簡要介紹了熱力學(xué)上（火用）的相關(guān)概念及其在熱力系統(tǒng)能量平衡分析中的應(yīng)用，并運用這種方法對采用壓縮式熱泵的采暖系統(tǒng)進(jìn)行了（火用）分析。

關(guān)鍵詞：熱力系統(tǒng)（火用）分析壓縮式熱泵

0引言

“（火用）”，作為一種評價能量價值的參數(shù)，從“量”和“質(zhì)”兩個方面規(guī)定了能量的“價值”，解決了熱力學(xué)中長期以來沒有一個參數(shù)可以單獨評價能量價值的問題，改變了人們對能的性質(zhì)、能的損失和能的轉(zhuǎn)換效率等問題的傳統(tǒng)看法，提供了熱工分析的科學(xué)基礎(chǔ)。同時，它還深刻揭示了能量在轉(zhuǎn)換過程中變質(zhì)退化的本質(zhì)，為合理用能指明了方向。

熱泵的作用是從周圍環(huán)境中吸取熱量，并把它傳遞給加熱的對象（溫度較高的物體）。目前國外熱泵技術(shù)已得到了廣泛的應(yīng)用，并且仍在不斷發(fā)展。隨著國家對節(jié)能和環(huán)境保護(hù)工作的重視，我國熱泵的研制和推廣工作也得到了迅速發(fā)展。在我們暖通空調(diào)領(lǐng)域，熱泵尤其是壓縮式熱泵有著非常廣泛的應(yīng)用前景。本文從“（火用）”這個角度出發(fā)，對壓縮式熱泵在采暖系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了（火用）分析。

1（火用）與能量

摘要：本文分析了建筑空調(diào)用能中的熱泵技術(shù)對各種低品位能源的利用中存在的問題，提出了多熱源耦合熱泵系統(tǒng)，綜合、互為補充地利用多種低品位的能源。減少空調(diào)用能中高品位能源的消耗，實現(xiàn)按質(zhì)用能。

關(guān)鍵詞：空調(diào)用能低品位能源熱泵綜合利用

引言

在土壤、太陽能、水、空氣、工業(yè)廢熱中蘊藏著無窮無盡的低品位熱能，由于這些熱能的溫度與環(huán)境溫度相近，因此無法直接利用。而熱泵技術(shù)可以通過輸入較少的高品位能源把這種低品位的熱能提高到可以在建筑用能的溫度，（如采暖、生活熱水）。現(xiàn)在的熱泵技術(shù)都是把某一種的低位熱源與熱泵技術(shù)結(jié)合，但是每一種熱泵技術(shù)的應(yīng)用都有一定的不利因素，像土壤源熱泵需要有較大的空間，并且地下?lián)Q熱器比較龐大；太陽能熱泵具有間歇性，在晚上和全云天無法使用；地下水源熱泵會對地下水造成污染，空氣源熱泵在冬季要考慮除霜等等。為此考慮可以把多種的熱泵技術(shù)進(jìn)行綜合，綜合各種熱泵的優(yōu)點，以避免不利因素，也就是對各種低品位的能源與熱泵技術(shù)結(jié)合，互為補充、互為協(xié)調(diào)的利用多種低品位能源。

1熱泵原理

圖1熱泵原理

【摘要】本文主要介紹了近年來北京市供熱領(lǐng)域開展先進(jìn)節(jié)能技術(shù)產(chǎn)品的征集、評審和推薦目錄的編制與，通過對推廣先進(jìn)技術(shù)、搭建供需雙方對接平臺、促進(jìn)技術(shù)落地及成果轉(zhuǎn)化、跟蹤實際應(yīng)用效果的分析總結(jié)，探討對納入供熱領(lǐng)域推薦目錄的技術(shù)產(chǎn)品進(jìn)行后評價的思路。

【關(guān)鍵詞】供熱；節(jié)能；征集推廣；后評價；技術(shù)轉(zhuǎn)移；成果轉(zhuǎn)化

1概述

為深入推進(jìn)節(jié)能工作開展，大力培育和發(fā)展節(jié)能產(chǎn)業(yè)，提升技術(shù)創(chuàng)新與供給能力，加大推廣先進(jìn)適用技術(shù)產(chǎn)品的應(yīng)用力度，發(fā)揮節(jié)能技術(shù)產(chǎn)品對節(jié)能工作的支撐作用，引導(dǎo)用能單位積極采用先進(jìn)的新技術(shù)和新產(chǎn)品，滿足節(jié)能工作對節(jié)能技術(shù)產(chǎn)品的需求，不斷提升能源利用水平，依據(jù)《節(jié)能法》規(guī)定，自2008年始，國家發(fā)展改革委面向全國開展《國家重點節(jié)能低碳技術(shù)推廣目錄》的征集工作，征集范圍涉及煤炭、電力、熱力、鋼鐵、建筑、交通等13個行業(yè)領(lǐng)域，截至目前，已累計260余項重點節(jié)能技術(shù)。國家科技部、工業(yè)和信息化部、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部、交通運輸部等部委也相繼開展了相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)先進(jìn)技術(shù)目錄的編制工作，用以引導(dǎo)耗能企業(yè)采用先進(jìn)技術(shù)產(chǎn)品，實現(xiàn)節(jié)能減碳目標(biāo)。根據(jù)北京市《實施（節(jié)能法）辦法》有關(guān)規(guī)定，與國家發(fā)展改革委同步，北京市發(fā)展改革委自2008年起組織開展《北京市節(jié)能技術(shù)產(chǎn)品推薦目錄》（以下簡稱推薦目錄）的征集和推廣工作，目前已累計721項建筑、交通、工業(yè)等領(lǐng)域的先進(jìn)節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品，為引導(dǎo)和鼓勵廣大用能單位采用先進(jìn)適用新技術(shù)、新裝備和新工藝，完成本市節(jié)能目標(biāo)提供參考和借鑒。

2北京市開展推薦目錄工作現(xiàn)狀及工作流程

北京市發(fā)展改革委負(fù)責(zé)本市推薦目錄的征集和推廣工作。征集范圍是面向全國公開征集，符合本市產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，并適于廣泛推廣應(yīng)用的包括建筑節(jié)能、工業(yè)節(jié)能、交通節(jié)能、公共機構(gòu)節(jié)能及其他具有較高推廣意義的節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品。申報單位通過北京市節(jié)能技術(shù)產(chǎn)品和案例征集平臺自愿在線填報，經(jīng)過專家嚴(yán)格的初審、集中評審、現(xiàn)場案例審核和復(fù)審，并廣泛征求社會意見和建議等規(guī)定程序，最終納入年度推薦目錄。納入推薦目錄的技術(shù)產(chǎn)品符合本市產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，具備技術(shù)的先進(jìn)適用性，為深入推進(jìn)節(jié)能工作開展，培育和發(fā)展節(jié)能產(chǎn)業(yè)，提升技術(shù)創(chuàng)新與供給能力，提高能源利用水平提供技術(shù)支撐。征集評審工作的簡易流程圖如圖1：為促進(jìn)納入推薦目錄技術(shù)落地，加快技術(shù)成果轉(zhuǎn)化，大力開展各種形式的涵蓋供熱領(lǐng)域節(jié)能技術(shù)產(chǎn)品的推廣工作。積極開展與國家節(jié)能中心、中國質(zhì)量認(rèn)證中心、北京市供熱協(xié)會等單位密切合作，通過組織參加大型行業(yè)展覽會、京津冀節(jié)能技術(shù)改造與服務(wù)供需對接會、對口技術(shù)推介會、行業(yè)對接會、案例現(xiàn)場會等形式進(jìn)行集中展示。同時，將推薦目錄技術(shù)納入固定資產(chǎn)投資項目中能源評估的推薦技術(shù)，并定期組織節(jié)能項目與金融機構(gòu)“一對一”融資對接，通過各種務(wù)實措施，積極推進(jìn)供需見面。為便于用能企業(yè)借鑒，配套編制了《推薦目錄技術(shù)產(chǎn)品案例匯編》，匯編中對推薦目錄技術(shù)產(chǎn)品的典型應(yīng)用案例進(jìn)行詳細(xì)介紹，并通過“發(fā)展北京”、“北京市節(jié)能技術(shù)產(chǎn)品推廣平臺”等新媒體定期宣傳推廣，引導(dǎo)社會采用先進(jìn)適用技術(shù)，發(fā)揮推薦目錄在節(jié)能工作中的技術(shù)支撐作用。

能的轉(zhuǎn)化和守恒定律教案示例之二

教學(xué)目的

了解各種形式的能可以相互轉(zhuǎn)化，了解能量守恒定律。對學(xué)生進(jìn)行節(jié)約能源的教育。

教學(xué)過程

(一)能的轉(zhuǎn)化和守恒定律

我們知道，在機械能的范圍內(nèi)，動能和勢能之間可以相互轉(zhuǎn)化。

1化工熱能動力聯(lián)合生產(chǎn)技術(shù)

［1］長期以來，不同功能系統(tǒng)多是相互獨立的。常規(guī)熱能動力系統(tǒng)的核心為熱力循環(huán)，側(cè)重于熱與功的轉(zhuǎn)換利用，局限于物理能范疇，受制于卡諾理論框架。而傳統(tǒng)化工生產(chǎn)則側(cè)重于化工工藝，想方設(shè)法把原料中的有效成分最大程度地轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品。它們追求單一功能目標(biāo)的思路無法破解能耗高、化學(xué)能損失大及環(huán)境污染嚴(yán)重等難題。因此，系統(tǒng)整合思想受到重視，多能源互補和多產(chǎn)品聯(lián)產(chǎn)已成為當(dāng)今世界能源動力系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢與特征。多聯(lián)產(chǎn)是指通過系統(tǒng)集成把化工過程和熱能動力系統(tǒng)整合，在完成發(fā)電、供熱等熱工功能的同時生產(chǎn)化工產(chǎn)品，實現(xiàn)多領(lǐng)域的多功能綜合，其本質(zhì)特征是系統(tǒng)集成，更合理的物質(zhì)與能量綜合梯級轉(zhuǎn)換利用。圖1為某化工熱能動力多聯(lián)產(chǎn)示意圖。根據(jù)圖1，化工生產(chǎn)過程為原料的加工和轉(zhuǎn)換過程。在此過程中，需要與熱能動力系統(tǒng)發(fā)生諸多聯(lián)系，包括由熱能動力系統(tǒng)供給反應(yīng)所需的蒸汽和動力裝置所需的電力等，而化工過程副產(chǎn)的部分蒸汽可進(jìn)入熱能動力系統(tǒng)中，進(jìn)行全廠的平衡。現(xiàn)代化工生產(chǎn)在探求分產(chǎn)能效提高的同時，越來越趨向于追求總體效能的提高。例如，通過對某煤制烯烴項目的驗收，發(fā)現(xiàn)全廠熱能動力系統(tǒng)約占總耗能的28%，工藝裝置能耗占總耗能的72%。工藝系統(tǒng)的能源效率很難進(jìn)一步提高，但是熱電的爐機配置和供電模式對全廠綜合能效影響較大，進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化后可較大程度提高全廠綜合能效水平。圖2為煤氣化熱能動力多聯(lián)產(chǎn)在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用。圖2所示項目以最大限度地優(yōu)化利用煤氣化產(chǎn)生的合成氣組分為基礎(chǔ)，向化工生產(chǎn)裝置（如，醋酸、醋酐裝置）提供CO氣體，向化工生產(chǎn)裝置（如，合成氨裝置）提供H2，同時充分利用合成氣中的CO2生產(chǎn)尿素等，從源頭上減少溫室氣體的排放，并進(jìn)行酸性氣體的處理，實現(xiàn)脫硫；部分合成氣經(jīng)過處理后進(jìn)入燃?xì)廨啓C，燃機排氣進(jìn)入余熱鍋爐，余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽部分直接用于供熱，其余進(jìn)入汽輪發(fā)電機組，從而實現(xiàn)熱能、動力多聯(lián)產(chǎn)。傳統(tǒng)煤化工產(chǎn)業(yè)存在能耗高、污染重、規(guī)模小、工藝技術(shù)落后等局限，其發(fā)展正面臨著原料供應(yīng)、環(huán)保、新興產(chǎn)業(yè)沖擊等三個方面的挑戰(zhàn)，而燃煤電廠在發(fā)展過程中也遇到能源利用效率沒有實質(zhì)性突破和環(huán)保壓力越來越大的困境。煤化工和發(fā)電兩個系統(tǒng)單獨運行時，對能源和資源的利用并不是最充分的。如果把發(fā)電和煤化工結(jié)合起來，可以使得溫度、壓力、物質(zhì)的梯級利用達(dá)到最佳，實現(xiàn)效率最高、排放最小，兩者相互結(jié)合和促進(jìn)。煤氣化熱能動力多聯(lián)產(chǎn)是將煤氣化產(chǎn)生的合成氣經(jīng)過處理后，用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電和用于化工產(chǎn)品的生產(chǎn)，其比例可以調(diào)節(jié)，并且生產(chǎn)化工產(chǎn)品的弛放氣可以進(jìn)入燃?xì)廨啓C發(fā)電。它是煤氣化、氣體處理、氣體分離、化工品的合成與精制和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電五部分有機耦合的一種技術(shù)。通過整體優(yōu)化，相對于獨立分產(chǎn)系統(tǒng)，其總能利用率提高，污染物排放降低，經(jīng)濟(jì)效益提高，勢必成為未來能源化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向［2］。目前，煤化工熱能動力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)集成和設(shè)計優(yōu)化尚未形成完整的理論體系，優(yōu)化方法、評價準(zhǔn)則等基礎(chǔ)問題亟待突破。對多聯(lián)產(chǎn)認(rèn)識還存在許多誤區(qū)，如把多聯(lián)產(chǎn)看作是相應(yīng)的化工與動力的簡單聯(lián)合，各自保持與分產(chǎn)時的相同流程；把多聯(lián)產(chǎn)簡單地理解為多產(chǎn)品系統(tǒng)等。煤化工熱能動力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中，化工動力側(cè)多是希望運行在設(shè)計工況，而通常把熱力系統(tǒng)的運行工況分為設(shè)計工況和變工況。設(shè)計工況是在給定的設(shè)計參數(shù)與要求下的基準(zhǔn)工況，隨著環(huán)境大氣條件、外界負(fù)荷或系統(tǒng)本身等變動，熱力系統(tǒng)總是處于非設(shè)計工況運行。為了避免變工況給系統(tǒng)分析帶來的困難，本文中采用全年運行工況，突破設(shè)計工況點的舊框架，全面考慮全部可能運行區(qū)域的特性，以及相應(yīng)的評價準(zhǔn)則與設(shè)計優(yōu)化方法等。分析化工熱能動力系統(tǒng)的所有可能運行工作狀況（穩(wěn)定工況和過渡態(tài)工況）的總和，科學(xué)地描述與評估總能系統(tǒng)的性能特性，對煤化工熱能動力多聯(lián)產(chǎn)項目的選擇具有一定的指導(dǎo)意義。

2傳統(tǒng)熱力性能評價準(zhǔn)則

長期以來，熱力學(xué)第一定律被廣泛應(yīng)用。對于單一能源輸入和單一供能輸出（如單純供熱或純發(fā)電等）的能源動力系統(tǒng)來說，熱效率能夠比較好地描述系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換利用的有效性與優(yōu)劣，也比較簡單易懂。但對于功、熱并供與化工、動力聯(lián)產(chǎn)等復(fù)雜的系統(tǒng)，由于沒有區(qū)分功與熱、化工與電力等品位差異及其在價值上的不等價性，就不適用了。最初，功、熱并供系統(tǒng)常采用兩個指標(biāo)（熱效率和功熱比）來綜合評估。若對比的某個系統(tǒng)的兩個性能指標(biāo)都好，才能得出明確的結(jié)論；如果出現(xiàn)“一好一差”的情況，就很難評說哪一個系統(tǒng)更好了。有關(guān)研究相繼拓展到冷-熱-電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)和熱、電分?jǐn)偫碚搯栴}。盡管許多研究有了重要進(jìn)展，但至今沒有解決問題，且化工-熱能-動力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)集成優(yōu)化比熱-電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)還要復(fù)雜得多，所以越來越多的人認(rèn)識到單純從熱力學(xué)第一定律的角度，無法合理評價化工-熱能-動力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)劣。后來，有些學(xué)者采用熱力學(xué)第二定律?；鹩帽硎疽欢▍?shù)工質(zhì)在基準(zhǔn)環(huán)境下所能做功的最大可能性，將“質(zhì)”與“量”結(jié)合起來去評價能量的價值，改變了人們對能的性質(zhì)、能的損失和能的轉(zhuǎn)換效率等問題的傳統(tǒng)看法，開拓了一個新的熱工分析理念。熱力學(xué)第一定律效率（簡稱熱效率，又稱總能利用效率）是聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)各種形式的能量輸出的總量Qout（包括化工產(chǎn)品、發(fā)電量、制冷量與供熱量）與輸入能源總能量Qin（所消耗的一次能源總量）的比值。該值越高，表明系統(tǒng)的熱力性能越好。熱效率把化工產(chǎn)品與熱工產(chǎn)品（功、制冷量供熱量）等不同品質(zhì)與品位的能量等同看待，直接相加。因此，基于熱力學(xué)第一定律的系統(tǒng)熱力性能評價準(zhǔn)則，只是反映系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換利用的數(shù)量關(guān)系。既沒有對不同有效輸出的品質(zhì)與品位加以區(qū)分，又沒有合理反映產(chǎn)生有效輸出所消耗能量的分?jǐn)偳闆r［4］。雖然熱效率應(yīng)用得最早，而且至今還得到應(yīng)用，但它通常只適用于單一功能系統(tǒng)，而對于化工－動力聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)等多功能系統(tǒng)來說，則是不科學(xué)與不合理的。［5］在聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)和參照的分產(chǎn)系統(tǒng)輸出相同的產(chǎn)品（化工產(chǎn)品種類和量與熱工產(chǎn)品種類和量）條件下，兩者總能耗之差的相對比值即聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)相對節(jié)能率Esr（或Est），Esr＝Qd-QcogQd（1）式（1）中：Qd———參照的分產(chǎn)系統(tǒng)總能耗；Qcog———聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)總能耗。相對節(jié)能率體現(xiàn)的是聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)與參照的分產(chǎn)系統(tǒng)的對比。關(guān)注聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)與參照分產(chǎn)系統(tǒng)相比時能源消耗的節(jié)約情況。鑒于聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)與分產(chǎn)系統(tǒng)中化工原料、產(chǎn)品與熱動原料、產(chǎn)品的類型和數(shù)量存在不一致的情況，需要界定邊界條件。例如，相同的能源輸入量或相同的產(chǎn)品輸出量等。此外，聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)和與其比較的參照分產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)的化工產(chǎn)品和熱工產(chǎn)品的類型和量以及它們之間比例（如化／動比等）應(yīng)該有個合理的界定。不同的化／動比，計算出來的節(jié)能率并不相同，有時也會出現(xiàn)“化／動比越大，節(jié)能率就越高”的結(jié)論。有的學(xué)者通過建立多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)化、電分?jǐn)偫碚撃Ｐ停治龌どa(chǎn)過程和熱-功轉(zhuǎn)換過程的性能特性、能耗分?jǐn)偳闆r，使得計算結(jié)果更具有針對性。應(yīng)用相對節(jié)能率作為聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)評價準(zhǔn)則時，正確選擇相應(yīng)的參照分產(chǎn)系統(tǒng)性能基準(zhǔn)（簡稱參照基準(zhǔn)）非常重要。通常采用定折合性能基準(zhǔn)法和當(dāng)量折比系數(shù)法等。定折合性能基準(zhǔn)法是假定參照的分產(chǎn)系統(tǒng)中相關(guān)的性能均為一個定值時計算出的性能基準(zhǔn)，如某焦?fàn)t煤氣聯(lián)合循環(huán)效率為52%，某焦?fàn)t煤氣制甲醇能耗44.9MJ／kg等。當(dāng)量折比系數(shù)法是通過規(guī)定不同燃料之間熱值比值的一個當(dāng)量折比系數(shù)來計算聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的參照基準(zhǔn)。如假定1kg焦炭的熱值與0.9714kg標(biāo)準(zhǔn)煤相當(dāng)，表達(dá)不同能源之間關(guān)系。采用不同參照性能基準(zhǔn)進(jìn)行分析時，在數(shù)量變化率上有較大的差異，但總的變化趨勢大致相同。事實上，相對節(jié)能率與熱效率一樣，都把不同的有效輸出等同對待，沒有區(qū)分它們在品質(zhì)與品位上的不等價性，仍局限于熱力學(xué)第一定律概念；且應(yīng)用范圍較窄，特別是多能源輸入時，出現(xiàn)太多的參照分產(chǎn)系統(tǒng)（如雙能源輸入和雙產(chǎn)品輸出的系統(tǒng)就需4個），不但使得性能指標(biāo)量的計算變得復(fù)雜，而且使系統(tǒng)性能定性比較模糊不清。許多學(xué)者嘗試應(yīng)用熱力學(xué)第二定律來處理不同能量在品質(zhì)與品位上的不等價性問題，它以各種能量的火用（最大理論做功能力）來進(jìn)行統(tǒng)一評價，并由此推出基于熱力學(xué)第二定律的火用效率?；鹩眯适菍⒐εc熱合并到一個合理的綜合指標(biāo)中來統(tǒng)一評價的準(zhǔn)則，定義為能源動力系統(tǒng)輸出的總火用（Eout）與輸入的總火用（Ein）之比值，即所產(chǎn)功及輸出熱量中最大轉(zhuǎn)化功與輸入總火用之比值：ηex=Eout／Ein=（P+BQ）／Ein。（2）式（2）中，B為折扣系數(shù)，它指代由熱轉(zhuǎn)化為功的最大可能性，由卡諾循環(huán)效率確定，用熱力學(xué)第二定律來定量評價?；鹩眯时葻嵝矢侠碇幵谟冢夯跓崃W(xué)第一定律的評價只考慮了化工產(chǎn)品與熱工產(chǎn)品的熱性能，且忽略熱工產(chǎn)品中電、冷、熱之間的差別；火用效率對它們的品位或價值有不同的評價?？梢姡鹩眯实拇_在熱力學(xué)上更加正確地看待不同能量的差異，注意到了不同輸出在熱力學(xué)方面的不等價性。但是，火用的概念是從熱轉(zhuǎn)功的最大可能性出發(fā)，并不適合于用來描述化工生產(chǎn)過程和制冷過程等能量轉(zhuǎn)換利用問題。另外，化工產(chǎn)品的火用與熱工產(chǎn)品的火用以及冷火用與熱火用等都難以選擇同一的基準(zhǔn)環(huán)境。為此，作為評價準(zhǔn)則同樣存在一定的不合理性。對于功－熱聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)來說，火用效率在熱力學(xué)上把能量的量與質(zhì)相結(jié)合起來，將功與熱合并到一個綜合指標(biāo)中來統(tǒng)一評價的準(zhǔn)則。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，功能夠全化為熱，而熱是不能全化為功的。兩者雖然可用同一量綱表達(dá)，但存在明顯的品位差別，功的品位比熱高得多，且功與熱在經(jīng)濟(jì)上的價格也不是等價的。許多工程技術(shù)人員對經(jīng)典的火用概念多限于理論上理解，與實踐應(yīng)用相距甚遠(yuǎn)，因此，至今未能得到普遍使用。如果從其它角度來定量評定不同能量的價值，就可以得出另一種不同能量價值比和定義出另一種評價準(zhǔn)則，或者稱之為廣義的火用效率。經(jīng)濟(jì)火用效率ηEC提出另一種規(guī)定價值比B的方法，即系統(tǒng)供熱與供電（功）的售價之比：B=CR／CW。（3）式（3）中，價值比B聯(lián)系實際的經(jīng)濟(jì)效益，一定程度上更實際地反映功、熱并供裝置的性能，從而反映出熱力系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換利用的優(yōu)劣。經(jīng)濟(jì)火用效率只考慮了熱與電（功）的售價比，沒有考慮不同燃料的價格不同。這在比較使用不同燃料（其價格可能差別很大，如汽油與原煤）的裝置時就不夠全面。為了改進(jìn)這一點，可在經(jīng)濟(jì)火用效率的基礎(chǔ)上再加上燃料價格的考慮，從而提出經(jīng)濟(jì)火用系數(shù)XEC，XEC=ηEC×Cw／Cf。（4）式（4）中，Cw／Cf是單位能量電（功）與燃料的價格比，反映了燃料投入所獲得的經(jīng)濟(jì)增值比例（未考慮初投資等成本）。當(dāng)然，經(jīng)濟(jì)火用效率和經(jīng)濟(jì)火用系數(shù)是否合理，與熱／電（功）售價比、電（功）與燃料的價格比等定得正確與否有關(guān)。實際上，影響熱、電（功）售價的因素很多，經(jīng)濟(jì)火用效率和經(jīng)濟(jì)火用系數(shù)用來進(jìn)行化工熱能動力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化，存在一定的不確定性。

3能量綜合梯級利用率

［6］20世紀(jì)80年代初，我國著名科學(xué)家吳仲華先生提出各種不同品質(zhì)的能源要合理分配、對口供應(yīng)，做到各得其所，并從能量轉(zhuǎn)化的基本定律出發(fā)，闡述了熱能綜合梯級利用與品位概念，倡導(dǎo)按照“溫度對口、梯級利用”能源高效利用的原則。近期，相關(guān)研究從物理能（熱能）的梯級利用擴(kuò)展到化學(xué)能與物理能綜合梯級利用，提出冷－熱－電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)能量梯級利用率與化工熱能動力聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)能量梯級利用率等新準(zhǔn)則。在能源動力系統(tǒng)中，物質(zhì)化學(xué)能通過化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)其能量轉(zhuǎn)化。因此，物質(zhì)能的轉(zhuǎn)化勢必與其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的做功能力（吉布斯自由能變化△G）和物理能的最大做功能力（物理火用）緊密相關(guān)。對于一個化學(xué)反應(yīng)的微分過程，存在如下關(guān)系：dE=dG+TdSηc。（5）式（5）中，dE———過程物質(zhì)能的最大做功能力變化；dG———吉布斯自由能變化；TdS———過程中以熱形式出現(xiàn)的能量；T———反應(yīng)溫度，K；dS———過程熵變化；ηc———卡諾循環(huán)效率，ηc=1-T0／T；T0———環(huán)境溫度，K。上式描述物質(zhì)火用、化學(xué)反應(yīng)吉布斯自由能和物理火用的普遍關(guān)系。從而揭示如何分別通過化學(xué)反應(yīng)過程和物理過程實現(xiàn)物質(zhì)dE的逐級有效轉(zhuǎn)化與利用。在此基礎(chǔ)上，定義表征聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)化學(xué)能梯級利用特征的化學(xué)能梯級利用收益率，如式（6）：Rgain=ΔEthnetEs-（Ep+Ethnet）。（6）式（6）中，Rgain———聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)化學(xué)能梯級利用收益率；ΔEthnet———聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)熱轉(zhuǎn)功循環(huán)所得熱火用相對于分產(chǎn)系統(tǒng)的增長量；Es-（Ep+Ethnet）———從分產(chǎn)系統(tǒng)看，進(jìn)入系統(tǒng)的化學(xué)火用（Es）除部分轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品中（Ep）、部分轉(zhuǎn)化為熱轉(zhuǎn)功循環(huán)的有效凈熱火用（Ethnet），其余均消耗或損失于系統(tǒng)內(nèi)部。這部分化學(xué)火用損失即為聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)化學(xué)火用梯級利用的最大潛力。因此，Rgain代表了多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)化學(xué)能梯級利用的收益占分產(chǎn)系統(tǒng)的化學(xué)火用損失（化學(xué)火用利用潛力）的比例，即聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)通過集成整合成的化學(xué)能梯級利用收益率。它是量化描述聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中化學(xué)能品位梯級利用水平的一個最重要指標(biāo)。若在化工動力聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)集成時，以化學(xué)能收益率Rgain作為優(yōu)化目標(biāo)，把化學(xué)能梯級利用水平與系統(tǒng)集成特征變量和獨立設(shè)計變量以及聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)性能特性等關(guān)聯(lián)起來，就可構(gòu)建基于化學(xué)能梯級利用準(zhǔn)則的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化方法。