建筑环境与能源应用工程中的
清洁能源利用
熊亚选
2016年6月29日
目 录
1、为什么要利用清洁能源？
2、太阳能利用
3、太阳能的存储
4、燃气输配中的清洁能源利用
1、为什么要利用太阳能？
■化石能源紧缺，无法满足社会发展的能源需要
2015年我国全年总能耗超过38亿吨标煤，
其中煤炭、石油、天然气等化石能源超
过92%；
开采和利用过程释放大量CO2、CO、SO2
等有毒、有害气体和粉尘，造成了酸雨、
雾霾天气、地球升高、海平面升高。。。
一些疾病如癌症、传染病等病频发，部
分地方不再适于人类居住。。。
■化石能源利用排放污染严重，人类生存环境受到严重化石能源利用排放污染严重，人类生存环境受到严重
威胁威胁
太阳能的优缺点
优点：
• 地球上普遍存在
• 免费、清洁、绿色、可再生
• 使用过程中不会对人和环境产生危害
• 储量巨大（约130万亿吨标煤，2013年亿吨标
煤），取之不尽，用之不竭
缺点：
• 单位面积辐射能流密度低，需要的集热面积大
• 受天气因素如夜、阴雨雪等影响大
全球可再生能源资源储量
太阳能可开发储量是2015年我国总能耗的470倍；
其它可再生能源可开发储量总和为2015年我国总能耗的
倍。
我国可再生能源储量丰富我国可再生能源储量丰富
根据集热温度为三个阶段：
1. 低温阶段：～100 ℃，生活热水、采暖、粮食干燥、海水淡化等；
2. 中温阶段：100～300℃ ，工业过程用热、采暖、吸收式制冷、中温
热发电、海水淡化、污水处理等；
3. 高温阶段：>300℃，太阳能光热发电、制氢等
根据集热器类型分为三类：
1. 低温集热器
• 中温集热器
1. 高温集热器
2、太阳能利用
太阳能集热技术分类
低温太阳能集热器
（1）全玻璃真空管集热器
特点：
将吸热体与透明盖层之间抽成真空，减少集热器的传导、对
流和辐射热损失；
全玻璃的真空管集热器吸热体由玻璃管组成。
1、内玻璃管 2、太阳选择性吸收涂层 3、真空
夹层 4、外玻璃管 5、支承件 6、吸气剂 7、
吸气膜
（2）平板太阳能集热器
• 吸热体：吸收太阳辐射能，将其转换为热能，并向工质传递热量
• 透明盖板：光学性能好、机械性能好、耐老化性能好
• 隔热层：降低集热器热损失提高其热效率
• 壳体：将吸热体、透明盖板和隔热层装配成一体
中温太阳能集热器
（1）热管式真空管集热器
管子的一端为蒸发段，吸收热量，另一端为冷凝段释放热量。
当管子的蒸发段被加热时，液体在网中气化，蒸发的蒸汽从管心流向冷
凝段，蒸汽向外部释放热量，重新凝结为液体，再流回蒸发段。
最高运行温度可达100℃.最高闷晒温度可达250℃.工作温度为70℃-
120℃
特殊的防冻技术：即使在-50℃的严寒下仍能正常工作而无冻损之忧。
内置反射器中温集热器 外置反射器中温集热器
（2）CPC真空管集热器
CPC U型管中温真空管集热器
由槽式抛物面反射镜、真空集热管、跟踪装置等几部分组成；
集热温度可达300℃左右。
（3）中小型抛物面槽式集热器
四种基本形式：
槽式
线性菲涅尔
碟式
塔式
高温太阳能集热器
组成：槽式抛物面反射镜、高温真空集热管、跟踪装置等几部分组成；
集热温度：600℃左右
（1）大型槽式太阳能集热器
关键技术：直通式真空集热管、抛物面反射镜、跟踪驱动装置、传热工质。
组成：定日镜、跟踪驱动器、高温吸热器；
集热温度：800℃以上
（2）塔式太阳能集热器
关键技术：高温吸热器、跟踪驱动装置、传热工质。
组成：斯特林发电机、高温吸热器；
集热温度：1000℃以上
（3）碟式太阳能集热器
关键技术：斯特林发电机。
单元聚光镜照片
（4）菲涅尔式太阳能集热器
集热温度：350℃左右
太阳能在建环专业的应用
（1）太阳能高温热发电
槽式太阳能高温热发电
塔式太阳能高温热发电
（2）工业过程热利用
工业用热温度大部分在80 ℃~300 ℃。
（3）建筑采暖与热水
用热温度在40 ℃~80 ℃范围内。
（4）建筑制冷空调
用热温度在80 ℃~300 ℃范围内。
（5）太阳能海水淡化
用热温度较广。
（6）太阳能在天然气输配中的应用
太阳能辅助的液化天然气气化
天然气辅助的太阳能采暖
3、太阳能的存储
显热储存方法
（1）贮热水箱
（2）地下含水层贮热
双井贮热系统
由于浓度较大的盐水密度也较大，因此只要池内盐水的浓度梯度足
够大，即使在下部温度高于上部温度时，池水也不会发生对流，
所以太阳池也称为无对流的盐水池。
太阳池的构成
上层对流区
无对流区
下层对流区
（3）太阳池
将硝酸钠等化学物质或其混合物加热熔化，然后再加热到一个较高
的温度。利用材料熔化阶段的温度升高，存储热能。
（4）高温熔盐
固体显热贮热
石块床储热装置
土壤储热库
高温储热材料
太阳能潜热储存（相变储热）
相变储热过程：通过固态-液态、固态-固态、固态-气态、
液态-气态等的物质相态变化来存贮热能；
特点：单位质量储热密度高，但蓄热过程和放热过程慢
（固态时材料导热系数低）。
主要相变蓄热材料：高温熔盐、各种石蜡、水合盐类、
有机化合物等。
化学反应热储存
AB+热ÛA+B
金属氧化物是一种常见的化学贮热材料，一类金属氧化物热分解
生成的氧气可另派用处是这类反应的优点，并且逆反应所需的氧
气可由大气提供。例如，
4KO2+热= 2K2O+3O2
该反应的温度范围为300～800℃，分解热为
另外还有水受热制氢气
4、燃气输配中的清洁能源利用
（1）天然气压力能发电及制冷
天然气从气田/气源以10MPa的压力远距离向用户输送天然气，
家庭燃气灶要求的天然气压力为3000Pa。这个过程中，天然气被
逐级降压（调压），天然气体积会膨胀，膨胀过程会产生机械功，
温度会大幅降低而产生冷量。
天然气膨胀做功
• 实际膨胀过程：稳定流动过程，绝热过程，不计进出口流速和位能
变化
膨胀后的制冷能力
• 实际膨胀过程中，一部分压力火用转化天
然气的冷量火用。
压缩空气膨胀后的降温
DFC-ERG电站现场图
（2）液化天然气冷能利用
LNG通常存储在-162 ℃的常压储罐中，从该温度下气化为0 ℃
时，天然气时释放出来的冷量837KJ/kg的冷量。
该部分低温冷量可用于发电、空气分离、冷库、橡胶粉碎、制冰
/干冰等。
谢谢
