山东省能源师培训节能管理基础.docx

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山东省能源师培训节能管理基础

能源与节能管理基础（上）

第一篇能源与节能基础知识

第一章能源与能量

三、理解要点

（一）能源的种类与划分

根据能源的来源、形态、性质、使用后对环境的污染、使用的类型、特征或转换、是否进入市场和再生可否等特点分为八类。

（二）能量的分类

对能量的分类方法没有统一的标准，到目前为止，人类认识的能量有机械能、热能、电能、光能、化学能、核能等六种。

四、掌握重点

（一）能源与能量

1．能源是指煤炭、石油、天然气、生物质能和电力、热力以及其他直接或者通过加工、转换而取得有用能的各种资源。

2．能量是物质运动的度量。

物质存在着各种不同的运动形态对于每一种具体的物质运动形式存在相应的能量形式。

例如：

与分子运动对应的能量形式是热能。

（二）能源与能量的关系

1.能源具有两个重要的特征：

能源是一种自然资源；能源可以提供人类生产生活所必需的各种能量。

2.能源的总量是不断变化的，它随着人类的开发利用而逐渐减少；能量的总量是不会改变的，它在人类的开发利用过程中转化为其他的不可利用能量继续存在，即能量守恒。

（三）能量的特性

1.状态性：

能量取决于物质所处的状态，物质的状态不同，所具有的能量也不同（包括数量和质量）。

2.可加性：

不同物质所具有的能量可以相加。

3.转换性：

能量的转换是能量利用中最重要的环节。

各种形式的能量可以相互转换，其转换方式、转换数量、难易程度均不尽相同，即他们之间的转换效率是不一样的。

任何能量转换过程都必须遵守能量守恒定律。

4.传递性：

能量可以从一个地方传递到另一个地方，也能从一种物质传递到另一种物质。

能量传递的最终去向通常只有两种：

一是转移到产品，二是散失于环境.如果把产品的使用也包括在内，能量传递的实质是能量的最终去向只能是唯一的，即最终进入环境。

其结果是能量被利用了，能源被消耗。

5.作功性：

各种能量转换为机械功的本领是不一样的，转换程度也不相同。

6.贬值性：

能量在传递与转换过程中，由于多种不可逆因素的存在，总伴随着能量损失，表现为能量质量和品位的降低，即作功能力的下降，直至达到与环境状态平衡而失去作功本领，成为废能，这就是能的质量贬值。

（四）能量的储存

为了使利用能量的过程连续而满足要求地进行，就应有某种形式的能量储存。

常见的有三种：

一是机械能以动能或势能的形式储存；二是热能的储存，就是把暂时不需要的多余热量收集并储存起来，等到需要时再提取使用，从储存的时间来看，分随时储存、短期储存和长期储存三种情况；三是电能的储存，最常见的形式是蓄电池和抽水蓄能。

能源与节能管理基础

第二章能源概述

三、理解要点

1.能源的意义

一是人类社会发展重要的物质基础；二是国民经济发展的基本保证；三是人类生存的根本要素。

2.节能的意义（七个方面）

（1）节约资源是我国的一项基本国策；

（2）节约与开发并举，把节约放在首位是我国的能源发展战略；（3）节能是保障国家能源安全的重要手段；（4）节能是解决环境问题的有效途径；（5）节能是推动低碳经济体系建立的重要抓手；（6）节约资源是发展循环经济的基本前提（7）节能是增强用能单位竞争力，提高用能单位经济效益的重要措施。

四、掌握重点

（一）能源安全

1．能源安全的概念。

指保障对一国经济社会发展和国防至关重要的能源可靠而合理的供应。

对生产国而言，能源安全就是需求安全。

对消费国而言，能源安全是供应安全。

2．能源安全是保障国家安全的基石，是国家安全的核心内容。

3．能源安全的要求主要是四个方面：

保持较高的自给水平；多元化发展；符合低碳经济要求；开放的能源市场。

（二）能源与环境：

1.能源其开采、输送、加工、转换、利用和消费的过程，尤其是利用过程，直接或间接地改变着地球上的物质平衡和能量平衡，必然对生态系统产生各种影响，成为环境污染的根源之一。

主要表现在导致酸雨、臭氧层破坏、热污染、温室效应等方面。

2．能源与环境保护主要抓责任目标考核、技术开发和推广、结构调整、污染联防联控、监管及保障、节能工作等六个方面的措施。

（三）能源与可持续发展

1．可持续发展的定义。

指不断提高人群生活质量和环境承载能力的、满足当代人需求又不损害子孙后代满足其需求能力的、满足一个地区或一个国家人群需求又不损害别的地区或国家人群满足其需求能力的发展。

2.能源资源是自然资源中的基础性资源，能源的可持续发展对国家实现可持续发展战略起着决定性的作用。

应从能源结构、能源利用效率、低碳经济、开发新能源和环境保护等方面做工作，促使能源的可持续发展。

第三章节能概述

三、理解要点

（一）节能的基本原则（四个原则）

坚持突出节能是科学发展的本质要求；坚持把节能放在首位的能源发展战略；坚持政府引导和市场运作机制；坚持全社会共同参与。

（二）节能的方式（四种方式）

不使用能源；降低能源消耗；通过技术进步提高能源利用率；通过调整经济结构实现节能。

四、掌握重点

（一）节能的定义

加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费，更加有效、合理地利用能源。

掌握定义中的措施、环节和目的。

（二）节能的途径

1、管理节能

（1）实施节能目标责任制和政府节能考核评价制度。

（2）加强节能标准体系建设。

（3）建立健全能源计量、统计制度，完善能源计量统计指标体系。

（4）严格执行固定资产投资项目节能评估和审查制度。

（5）严格执行落后产品、产能淘汰制度。

（6）加大实施能效标识和节能产品认证管理力度。

（7）加强电力需求侧管理。

（8）严格建筑节能管理，大力推广节能省地环保型建筑。

（9）控制室内空调温度。

（10）强化交通运输节能管理。

（11）加强公共机构用能管理。

（12）加大对用能单位执行节能法律、法规和节能标准情况的监督检查。

（13）加大对节能服务机构的支持力度。

（14）扶持行业协会的发展。

2.技术节能

（1）加大对节能先进技术的资金投入与研发力度。

（2）加快技术创新，落实示范与推广潜力大、应用广的重大节能技术。

（3）加快节能技术在建筑领域和交通运输领域的推广和应用。

（4）抓好高耗能行业的工艺节能。

（5）搞好用能设备的节能。

（6）输配电系统节能。

（7）余热利用。

（8）加强国际交流合作。

3.结构节能

（1）完善促进产业结构调整的政策措施。

（2）控制高耗能、高污染行业过快增长。

（3）加快淘汰落后生产能力。

（4）加快钢铁工业三大生产工艺结构调整。

（5）推进电力结构调整。

（6）因地制宜，提高产业集中度。

（7）建设节能型综合运输体系。

（8）积极推进能源结构调整。

第四章热工基础知识

第一节工程热力学

三、理解要点

（一）基本概念和基本参数

1.主要基本概念：

工质、热源、冷源、闭口系统、开口系统、绝热系统、孤立系统、平衡状态、状态参数、状态方程式、坐标图、热力过程、准平衡过程、可逆过程、正向循环和逆向循环

正向循环和逆向循环举例

2.主要参数：

功、热量、压力、温度、比体积、热力学能、焓、总能、熵

在p—v图上，功的大小用过程曲线与横坐标所围成的面积表示。

热力学能U：

储存在系统内部的能量

焓H：

H=U+pV，即热力学能加推动功

（二）热力学第一定律的实质

实质是能量守恒与转化定律。

当热能与其他形式的能量相互转换时，能量的总量保持不变。

（三）理想气体性质

理想气体热力学能、焓、熵的计算

理想气体的熵是温度的函数，但不是温度的单值函数。

如定温过程，温度不变，熵在改变。

［理想气体的热力学能和焓都是温度的单值函数，见掌握重点

（二）］

（四）理想气体热力过程：

理想气体热量、功、热力学能差、焓差、熵差的计算

（五）热力学第二定律的描述方式

1.克劳修斯描述方式：

热不可能自发地、不付任何代价地从低温传递到高温物体；

2.开尔文描述方式：

不可能从单一热源吸热，使之全部转化为功而不留下任何变化。

（六）孤立系统熵增原理：

和外界没有物质和能量交换的系统叫做孤立系统。

孤立系统内的熵只能够增大或维持不变，不可能减小

非孤立系统熵的问题（不可逆过程熵可以减少，可逆和不可逆循环前后熵都不变）

（七）气体和蒸汽的流动促使流速改变的条件：

（八）气体动力循环1.混合加热理想循环：

2.定容加热理想循环：

（九）蒸汽动力循环朗肯循环：

再热循环和回热循环：

朗肯循环的改进

（十）理想气体混合物和湿空气

1.混合物的成分表示、分压力定律和湿空气2.相对湿度3.含湿量，焓-含湿图相对湿度高，含湿量不一定高。

与温度有关。

4.湿空气过程

四、掌握重点

（一）热力学第一定律的数学表达式

闭口系统能量方程式：

全部工质Q=ΔU+W；1kg工质q=Δu+w。

开口系统能量方程式：

教材第50页公式（4.1－6）

wt——技术功

（二）理想气体性质

1.状态方程：

2.比热容：

3.比定容热容cv，比定压热容cp。

4.理想气体的热力学能和焓都是温度的单值函数。

理想气体比定容热容和比定压热容都是温度的函数，且cv＜cp。

（三）理想气体的热力过程：

4个基本过程

1.定容过程：

比体积不变2.定压过程：

压力不变3.定温过程：

温度不变4.绝热过程：

工质与外界没有热量交换。

大多数的一般过程，可以表示成pvn=定值的形式，叫做多变过程。

（四）卡诺循环和卡诺定理

1.卡诺循环：

2个定温过程和2个绝热过程热效率：

强调：

理想、可逆、效率最高

2.卡诺定理：

定理1：

相同高温热源和低温热源间工作的可逆循环热效率相等

定理2：

温度相同的高温热源和低温热源间工作的可逆热机热效率大于不可逆热机热效率

3．结论

（1）热效率只取决于高温热源和低温热源的温度，与工质的性质无关。

（2）效率小于1。

（3）单热源热机不存在。

（4）增大T1，减小T2，可提高热效率。

（5）卡诺循环是理想循环。

（五）水蒸汽的性质

1.饱和状态：

2.水的定压汽化过程：

未饱和水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽和过热蒸汽5个阶段

3.水、水蒸气表和图水的三相点温度0.01℃，压力611.7Pa查表与汽态判断方法

第二节传热学

三、理解要点

（一）导热、对流和辐射换热的概念

1.导热：

温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象。

在引力场下单纯的导热只发生在密实固体中。

2.对流：

指流体发生宏观运动而把热量由一处传递到另一处的现象，又称热对流。

对流换热是流体与温度不同的固体壁面接触时发生的传热现象。

热对流是传热的三种基本方式之一，而对流换热是导热与热对流两种基本方式的综合作用

3.辐射换热：

三个特点：

冷热物体之间无需接触，不需要中间介质；在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换；大于0K的物体，相互间辐射能量，总结果热量由高温物体传到低温物体

（二）导热传热

1.理解温度场、等温面、等温线和导热系数的含义。

2.导热过程的单值性条件

3.毕渥数又称毕渥准则，是一个无量纲准则数，表示导热热阻与对流热阻的比值。

（三）对流换热

1.雷诺数：

表征流体受迫流动时惯性力与黏滞力的相对比值。

2.普朗特数：

反映流体的动量扩散能力与热扩散能力的相对大小。

3.对流换热的五个影响因素流动的起因和流动状态；流体的热物理性质；流体的单相换热与相变换热；换热的几何因素；定性温度与定型尺寸：

4.凝结换热：

膜状凝结与珠状凝结影响因素：

5.沸腾换热：

大空间沸腾与强制对流沸腾；饱和沸腾和过冷沸腾。

影响因素：

（四）辐射传热

1.理解黑体、辐射力、单色辐射力和角系数的概念。

能吸收投入到其面上的所有热辐射能的物体称为黑体。

2.普朗克定律：

3.兰贝特定律：

四、掌握重点

（一）导热热阻、对流热阻、辐射热阻定义：

导热系数是物性参数，各个热阻都不是物性参数。

（二）平板导热、圆筒壁导热的计算

1.第一类边界条件下的多层平板导热

2.第一类边界条件下的多层圆筒壁的导热

3.应用：

习题集，举例：

冰箱的结霜，锅炉管子的积灰垢、结水垢

（三）单相流体对流换热

1.管内受迫流动换热2.外掠圆管流动换热

3.自然对流换热

因温差引起流体的密度差产生浮升力而形成的流体换热。

亦有层流和紊流之分，又可分成大空间和有限空间两类。

（四）斯蒂芬-玻尔兹曼定律

（五）强化传热与削弱传热的方法

1.强化传热方法：

7种。

扩展传热面；改变流动状态；改变流动物性；改变表面状况；改变换热面积形状和大小；改变能量传递方式；靠外力产生振荡。

2.削弱传热的方法：

2种覆盖绝热材料；改变表面状况。

第三节流体力学

三、理解要点

（一）绝对压强、相对压强、真空

绝对压强：

以完全真空为基准

相对压强：

以当地大气压强为基准，大于大气压强的值

真空：

低于大气压强的数值

（二）压力体：

（三）定常流动的动量方程：

定常流动的概念动量方程来自物理学中的动量定理

（四）动能修正系数

取决于过流断面上流速分布的均匀程度。

其准确值总是大于1的。

在实际工业管道中，通常都近似地取1。

（五）雷诺数：

判别流体流动状态的准则数。

工程中，一般取圆管的临界雷诺数Recr＝2000

（六）绕流物体的阻力

物体阻力分为压差阻力和摩擦阻力。

摩擦阻力：

压差阻力：

（七）声速与马赫数

四、掌握重点

（一）流体的粘性：

产生在流体内部的摩擦阻力的性质称为流体的粘性。

压强的变化对粘性的影响很小。

温度升高，气体粘性增大，液体粘性减小

（二）静力学基本方程

静压强特性：

流体静压强的方向与作用面相垂直，并指向作用面的内法线方向。

静止流体中任一点的流体静压强与作用面在空间的方位无关。

流体静力学方程式：

公式：

（三）连续性方程

（四）黏性流体总流的伯努利方程

（五）流体流动的状态层流：

紊流：

（六）边界层的概念

边界层是一个薄层。

边界层内速度梯度很大，为粘性流体的有旋流动；边界层以外速度梯度很小，可以看作理想流体的无旋流动。

（七）泵与风机的主要性能参数

1.流量：

单位时间内输送的流体量，用体积流量或质量流量表示

2.扬程（全压）：

单位重量（体积）液体（气体）通过泵（风机）时所获得的能量增加值

3.功率：

有效功率、轴功率和原动机功率。

4.转速：

泵或风机轴每分种的转数。

5.汽蚀余量（正吸入压头）：

泵汽蚀性能的重要参数

6.损失与效率：

损失：

机械损失、容积损失和流动损失有效功率：

轴功率除去这些能量损失

（八）泵与风机的性能曲线

1.性能曲线：

在一定的转速下，以流量作为基本变量，其他各参数随流量改变而变化的曲线。

2.种类：

通常包括流量与扬程、流量与轴功率以及流量与效率之间的关系。

泵与风机串联并联工作问题

（九）离心式泵与风机的工况调节

管路性能曲线与泵或风机的性能曲线的交点为泵或风机的工作点。

工况调节就是改变工作点的位置。

方法：

1.改变管路性能曲线的调节方法2.改变泵或风机性能曲线的调节方法

第四节热工测量技术

三、理解要点

（一）仪表的精度等级

仪表精度等级：

仪表可能产生的最大误差与仪表量程之比，分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0共7个等级

（二）不确定度

四、掌握重点

（一）温度测量

掌握测温仪表的分类、测温原理及适用范围掌握热电偶、热电阻的分类及使用注意事项

掌握测温仪表的选用原则及测温布置技术如：

热辐射式高温计常用于测炉膛燃烧温度。

（二）压力测量

掌握压力仪表的分类、测压原理及适用范围掌握压力仪表的需用原则及安装注意事项

一般在被测压力较稳定的情况下，最大工作压力不超过仪表量程的3/4。

（三）流速、流量测量

流速仪表：

皮托管、热线风速仪和激光多普勒流速仪。

掌握流量计的分类及应用范围；掌握标准节流元件的使用注意事项。

（四）气体成分测量

取样方法有直接取样法、全量取样法、比例取样法以及定容取样法。

掌握氧化锆氧量分析仪、色谱分析仪和红外气体分析仪的测量范围及特点。

（五）误差表示方法

绝对误差：

（六）误差的分类：

粗大误差、系统误差和随机误差

（七）数据处理1.有效数字：

2.“0”的使用原则：

3.有效数字的运算4.数据修约

第五章电工基础知识

第一节电磁学概论

三、理解要点

（一）直流电路的基本概念

1.电路：

就是电流通过的路径。

它由电源、负载、连接导线和开关等组成。

电路的状态：

开路、短路、通路。

2.电流、电压、电动势、电阻

（1）电流：

电流的数值等于单位时间内通过导体截面的电荷量。

计算公式

，单位：

安培（A）

（2）电压：

电场中两点之间的电位差。

用U表示，单位：

伏特（V）

（3）电动势：

用E表示，单位：

伏特（V）

（4）电阻：

电流在导体中流动时受到的阻力。

一段金属导体的电阻大小与导体的材料、长度和横截面积有关。

3.电路的连接形式：

电路有串联、并联和混联三种连接形式。

（二）电场和磁场的基本概念

1.电场强度E：

描述电场强弱的物理量。

2.磁感应强度B：

描述磁场强弱的物理量.

3.自感：

4.互感：

5.磁滞和磁滞损耗

磁滞：

铁磁材料所具有的磁通密度B的变化滞后于磁场强度H变化的现象。

磁滞损耗：

铁磁材料置于交变磁场中时，材料被反复磁化，与此同时，磁畴相互间不停的摩擦，消耗能量，造成损耗，这种损耗称为磁滞损耗。

（三）电场和磁场的基本定律

1.电荷守恒和电流连续性原理：

电荷是守恒的，它既不能产生也不能消灭。

2.库仑力定律：

两个点电荷之间作用力的大小与两电荷量乘积成正比，与距离的平方成反比。

3.安培力定律有关两个电流回路之间磁场力的定律，安培力定律是研究磁场力的基础。

四、掌握重点

（一）欧姆定律：

是表示电压、电流和电阻三者关系的基本定律。

1.部分电路欧姆定律：

2.全电路欧姆定律：

（二）电功和电功率

（1）电功：

电流所做的功，A=UIt=I2Rt

对于纯电阻性负载，A=UIt=I2Rt=

单位：

焦耳（J）、千瓦时（kW.h）（度）。

（2）电功率：

电流在单位时间内所作的功，

对于纯电阻性负载，

单位：

瓦（W）或（kW）

（三）电流的热效应：

电流通过导体时产生热的现象。

焦耳定律，

对于纯电阻性负载，产生的热量与电流做的功相等，

单位：

焦耳（J）。

（四）电磁感应定律

当穿过导体回路围成面积的磁链随时间变化时，导体回路中将产生感应电动势。

（五）涡流、集肤效应

1.涡流：

导体在变化的磁场中，内部产生的呈旋涡状的电流。

用途：

涡流炼钢；危害：

变压器铁心发热。

2.集肤效应：

高频电流几乎只在导体表面附近一薄层内流动的现象。

电视天线一般用铝（铜）管制作。

（六）单相交流电路

1.交流电的定义大小和方向都随时间按照

一定规律做周期性变化。

2.正弦交流电的表达式：

3.交流电的基本物理量

（1）瞬时值：

交流电某一时刻的数值。

（2）最大值：

瞬时值中的最大的数值。

（3）有效值：

正弦交流电的有效值等于最大值的

。

（4）周期：

T，单位：

秒（s）

（5）频率：

f，单位：

赫兹（Hz）。

（6）角频率：

单位时间内变化的角度。

周期与频率之间的关系：

=

（7）相位：

表达式中的

。

（8）初相位：

t=0时的相位，表达式中的

。

（9）相位差：

两个同频率的正弦交流电的相位之差。

交流电的相位关系：

同相、超前、滞后、反相

4.单相正弦稳态电路的功率

（1）瞬时功率P=UI

（2）有功功率（也称平均功率）P=UIcos

单位:

（kW）实际消耗功率。

（3）无功功率（电源和电感、电容交换功率）Q=UIsin

单位:

（kVAR）

（4）视在功率S=UI单位：

（kVA）。

（七）三相交流电路

1、三相交流电路

由三个频率相同、振幅相同、相位彼此相差120的正弦电动势作为供电电源的电路。

2、对称三相电源的表达式：

三相电源的瞬时值之和为零。

3.相序：

三相电源中各相电源经过同一值（如最大值）的先后顺序。

正序（顺序）：

A—B—C—A；负序（逆序）：

A—C—B—A。

4.三相电源的联接

Y联接：

线电压大小是相电压的

倍；联接：

线电压与相电压大小相等。

无中线连接时，三相电源对负载的连接为三相三线制，有中线时为三相四线制。

5.三相负载及其联接三相负载也有星形和三角形两种联接方式。

（1）线电压、线电流、相电压、相电流概念

（2）Y连接时，线电流与相电流相等，线电压是相电压的

倍。

（3）形连接时，线电流是相电流的

倍，线电压与相电压相等。

6.三相负载有功功率、无功功率和视在功率

第二节电力基础知识

三、理解要点

（一）电能质量的基本参量（六个指标）

1.电压偏差：

2.电压波动：

3.电压闪变：

4.电压正弦波畸变率：

5.负序电压系数6.频率偏差：

四、掌握重点

（一）电力负荷的基本概念

1.设备安装容量：

设备安装容量PN（亦称设备功率）是指连续工作的用电设备铭牌上的标称功率PE。

2.负荷与负荷曲线

电力负荷是指单台用电设备或一组用电设备从电源取用的电功率，包括有功功率、无功功率和视在功率。

所谓负荷曲线就是指在某一段时间内用电设备有功、无功负荷随时间变化的图形。

3.平均负荷、最大负荷、有效负荷与计算负荷

（1）平均负荷Pav。

平均负荷是指电力负荷在一段时间内的平均值。

（2）最大负荷Pmax。

年最大负荷是指全年中负荷最大的工作班内消耗电能最大的半小时的平均负荷，因此，年最大负荷也称为半小时最大负荷P30。

（3）有效负荷Pe。

有效负荷是指由典型工作班负荷曲线确定的的平均负荷。

（4）计算负荷Pc。

在用户供电系统设计中，必须首先确定计算负荷。

计算负荷是该用户典型负荷曲线上的半小时（30分钟）最大平均负荷。

4.负荷系数

负荷系数是指平均负荷与最大负荷之比，它反映了负荷的平稳程度。

负荷系数常分为有功负荷系数a和无功负荷系数。

5.年最大负荷利用小时数

年最大负荷利用小时数Tmax是这样一个假想时间：

电力负荷按照最大负荷Pmax持续运行Tmax时间所消耗的电能恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能Wa，因此年最大负荷利用小时数为：

（二）供电质量的具体指标

供电质量包括电能质量和供电可靠性两部分。

六个指标：

1.电网频率：

电力系统正常偏差2.电压偏差：

规定：

35kV及以上，正负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10%；20kV及以下，正负偏差的绝对值之和为额定电压的7%；220V单相供电电压允许偏差为额定电压的+7%，-10%。

3.三相电压不平衡：

电力系统公共连接点正常电压不平衡度为2%，短时不能超4%。

4.公用电网谐波5.电压波动和闪变6.可靠性：

（四个主要指标）

（1）供电可靠率；

（2）用户平均停电时间；（3）用户平均停电次数；（4）用户平均故障停电次数。

（三）提高功率因数的意义（四个方面）

1.在一定的有功功率下，可以减小供电线路和变压器的容量，减少供电投资。

2.可以提高供电设备利用率。

3.当输出的有功功率相同时，可以减小线路电流，减小线路损耗