第一章节能基础知识.docx
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第一章节能基础知识
第一章节能基础知识
第一节节能的定义及必要性
0001节能的定义
简单地说，节能就是节约能源。
狭义：
节能就是节约石油、天然气、电力、煤炭等资源；
广义：
节能是节约一切需要消耗能量才能获得的物质，如自来水、粮食、布料等。
节能的定义：
1998年开始实施的《中华人民共和国节约能源法》第三条对节能的定义如下：
“节能是指加强用能管理，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。
”
0002节能四个层面理解节能定义
节能定义的四个层面：
（1）从管理的层面指出节能工作必须从管理抓起，加强用能管理，向管理要能源。
（2）从技术的层面指出节能工作必须是技术上可行，也就是说节能工作必须符合现代科学原理和先进工艺制造水平，它是实现节能的前提。
（3）从经济的层面指出节能工作必须是经济上合理。
任何一项节能工作必须经过技术经济论证，只有那些投入和产出比例合理，有明显经济效益项目才可以进行实施。
（4）从环境保护和可持续发展的角度指出任何节能措施必须是符合环境保护的要求、安全实用、操作方便、价格合理、质量可靠并符合人们生活习惯的。
0003节能的必要性
目前，我国的能源整体利用率为30%左右。
我国目前的能源政策是“资源开发与节约并举，把节约放在首位”，依法保护和合理使用资源，保护环境，提高资源的利用效率，实现可持续发展。
对于各种企业实施节能，不仅可以降低企业的能耗成本，提高企业的经济效益，而且有助于缓解政府能源供应和建设压力，减少废气污染，保护环境。
对于企业而言，减少能源消耗方面的费用支出可直接改善企业现金流，降低企业的整体运营成本，增加企业当期利润，提高企业的成本优势和市场竞争力，使企业获得持续健康发展。
企业实施节能改进，减少电力消耗，可以间接减少因煤炭火力发电而产生的二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物的废气排放量，减少空气污染，促进城市环境治理，为环保事业作贡献。
总之，企业实施节能工作，不仅可以降低能耗成本，而且有助于缓解政府能源供应和建设压力，对减少废气污染保护环境也有巨大的现实意义。
第二节节能的内容及有关概念
0004节能的内容
从节能的领域来着，节能的内容包括工业节能、交通节能、建筑节能、农业节能及日常生活节能，而每一项领域又可以细分为多项领域。
如工业节能可分为燃料动力工业节能，冶金工业节能，金属加工、机械制造业节能，石油化工业节能，电机、电器工业节能及纺织轻工等其他工业领域的节能。
从节约能源的形式来看，节能的内容包括节煤、节油、节气、节电，当然，节油也可以细分为节约柴油、节油汽油、节约煤油等。
从广义节能的角度来看，节能的内容几乎包含任何所有的物质，因为几乎没有一种物质的获得不需要消耗能量，只要消耗了能量，那么我们节约这种物质，就等于节约了能源，如节约用水、节约粮食、重复利用资源等。
从节能的方法措施领域来看，节能的内容包括管理节能、技术节能、结构调整节能、合同能源管理（EMC）节能。
而技术节能又可以细分为工艺节能、控制节能、设备节能；结构调整节能又可以分为产业结构调整节能、产品结构调整节能。
从能源转换过程来看，节能的内容包括能源开采过程节能、能源加工、转换和储运过程节能及能源终端利用过程节能。
从节能的时空位置来看，可以说是时时可节能、处处可节能，如室内无人时及时关灯，将纸张的两面都使用，从细节事务上注意节能。
总之，在任何地方、任何时间、任何事件上，只要我们注意到了节能这个问题，总可以找到需要节能的方面，正是时时、处处、事事可节能。
【课堂练习】4.合同能源管理的缩写是（）
A.MCEB.CEM
C.EMCD.CME
【答案】：
C
0005节能的有关概念
1.标准当量能源
在有关节能的文献中，经常可以看到用标准当量能源来表示能源的消耗量，如标准煤当量、标准油当量。
标准当量是以该物质的燃烧热值为基准，1千克标准煤当量=7000千卡，1千克标准油当量=10000千卡；而1千卡=1000卡。
由于卡不是能量的国际单位，需要将其换算成国际单位焦，一般情况下可以利用1卡=4.186焦进行换算，但需要注意的是其换算系数在具体应用时需要根据实际情况加以选用。
如在工程中使用时，一般使用1卡=4.1868焦，而在热力学中则采用热化学卡，其含义是1克水在1标准大气压自14.5℃变到15.5℃所吸收的热量，其换算关系是1卡=4.184焦，而在《化工节能技术手册》中，规定燃料的热值卡均为20℃卡，其换算式是1卡=4.1816焦，可简化为1卡=4.182焦，1千克标准油的发热墨为10000千卡，合41.82兆焦。
文献中有时直接用英文缩写表示能源单位，如Mtce表示百万吨煤当量，Mtoe表示百万吨油当量，tce表示吨煤当量，toe表示吨油当量。
2.发热量
发热量是指单位重量（固体、液体）或体积（气体）物质在完全燃烧，且燃烧产物冷却到燃烧前的温度时发出的热量，也称热值，单位为千焦／千克或千焦／立方米。
在具体应用上，又将发热量分为高位发热量和低位发热量。
高位发热量是指燃料完全燃烧，且燃烧产物中的水蒸气全部凝结成水时所放出的热量；低位发热量是燃料完全燃烧，而燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在时所放出的热量。
显然，低位发热量在数值上等于高位发热量减去水的汽化潜热。
对于燃烧设备，如锅炉中燃料燃烧时，燃料中原有的水分及氢燃烧后生成的水均呈蒸汽状态随烟气排出，因此低位发热量接近实际可利用的燃料发热量，所以在热力计算中均以低位发热量作为计算依据。
3.能源效率
能源系统的总效率由开采效率、中间环节效率和终端利用效率三部分组成。
其中能源开采效率是指能源储量的采收率，如原油的采收率、煤炭的采收率。
一般而言这一环节的效率是最低的，如我国学者测算了我国1992年能源系统的总效率为9.3%，其中开采效率仅为32%，中间环节效率70%，终端利用效率41%。
中间环节效率包括能源加工转换效率和储运效率，如原油加工成汽油、柴油的效率，将原煤加工成焦炭的效率，将煤矿的原煤运至发电厂发电的效率。
终端利用效率是指终端用户得到的有用能与过程开始时输入的能量之比，如电力用户通过电力获得的所需要能量（热能、机械能）与输入电力之比。
通常将中间环节效率和终端利用效率的乘积称为能源效率。
目前我国的能源效率为40%左右，相当于发达国家20世纪90年代的水平。
4.当量热值和等价热值
当量热值又称理论热值（或实际发热值）是指某种能源一个度量单位本身所含热量。
等价热值是指加工转换产出的某种二次能源与相应投入的一次能源的当量，即获得一个度量单位的某种二次能源所消耗的，以热值表示的一次能源量，也就是消耗一个度量单位的某种二次能源，就等价于消耗了以热值表示的一次能源量。
因此，等价热值是个变动值。
某能源介质的等价热值等于生产该介质投入的能源与该介质的产量之比或该介质的当量热值与转化效率之比。
如二次能源电力1千瓦时当量热值等于3600焦，而等价热值则在热量转化为电的效率不同时，是个变化的数值，当转化效率为30.4%时，二次能源电力1千瓦时等价热值为11842焦。
5.能源折换系数
在节能统计工作中，为了方便，需将不同能源及物质的消耗折算到某一标准能源如标准煤、标准油。
名称折标准煤系数（千克标煤·千克-1）名称折标准煤系数（千克标煤·千克-1）
原煤0.7143热力0.03412千克标煤·兆焦-1
焦炭0.9714电力0.4040千克标煤·千瓦时-1
原油1.4286除氧水0.9714千克标煤·吨-1
燃料油1.4286压缩空气0.0400
汽油1.4714氧气0.4000
煤油1.4714氮气0.6714
柴油1.4571二氧化碳气0.2143
液化石油气1.7143氢气0.3686
气田天然气1.3300千克标煤·米-3低压蒸汽128.6千克标煤·吨-1
油田天然气1.2143千克标煤·米-3软水0.4857千克标煤·吨-1
6.单位国内生产总值能耗
单位国内生产总值能耗是指产出每单位国内生产总值所消耗的能源，一般用“吨标煤/万元”作单位，不同年份进行比较研究时，需将国内生产总值进行折算，一般以某一年的不变价进行折算。
7.单位工业增加值能耗
单位工业增加值能耗指一定时期内，一个国家或地区每生产一个单位的工业增加值所消耗的能源，是工业能源消费量与工业增加值之比。
需要注意的是工业增加值和工业产值的区别。
工业增加值是工业生产过程中增值的部分，是指工业企业在报告期内以货币形式表现的工业生产活动的最终成果，是企业全部生产活动的总成果扣除了在生产过程中消耗或转移的物质产品和劳务价值后的余额，是企业生产过程中新增加的价值。
计算工业增加值通常采用两种方法。
一是生产法，即从工业生产过程中产品和劳务价值形成的角度人手，剔除生产环节中间投入的价值，从而得到新增价值的方法，公式：
工业增加值=现价工业总产值-工业中间投入+本期应交增值税。
二是分配法，即从工业生产过程中制造的原始收入初次分配的角度，对工业生产活动最终成果进行核算的一种方法，其计算公式：
工业增加值=工资+福利费+折旧费+劳动、待业保险费+产品销售税金及附加+应交增值税+营业盈余，或=劳动者报酬+固定资产折旧+生产税净额+营业盈余。
各地区生产总值能耗与工业增加值能耗数据是不同的概念。
8.能源消费弹性系数
能源消费弹性系数是能源消费的年增长率与国民经济年增长率之比。
世界各国经济发展的实践证明，在经济正常发展的情况下，能源消耗总量和能源消耗增长速度与国内生产总值和国内生产总值增长率成正比例关系。
这个数值越大，说明国内生产总值每增加1%，能源消费的增长率越高；这个数值越小，则能源消费增长率越低。
能源消费弹性系数的大小与国民经济结构、能源利用效率、生产产品的质量、原材料消耗、运输以及人民生活需要等因素有关。
世界经济和能源发展的历史显示，赴于工业化初期的国家，经济的增长主要依靠能源密集工业的发展，能源效率也较低，因此能源弹性系数通常多大于1。
例如目前处于发达国家的英国、美国等在工业化初期，能源增长率比工业产值增长率高一倍以上，进入工业化后期，由于经济结构转换及技术进步促使能源消费结构日益合理，能源使用效率提高，单位能源增加量对国内生产总值的增加量变大，从而使能源弹性系数小于1。
尽管各国的实际条件不同，但只要处于类似的经济发展阶段，它们就具有大致相近的能源消费弹性系数。
发展中国家的能源消费弹性系数一般大于1，工业化国家能源弹性系数大多小于1；人均收入越高，弹性系数越低。
9.需求侧管理（DSM）
简称DSM，是指对用电用户用电负荷实施的管理。
这一概念最早在20世纪70年代由美国环境保护基金会提出，并于20世纪90年代初传人我国。
这种管理是国家通过政策措施引导用户高峰时少用电，低谷时多用电，提高供电效率、优化用电方式的办法。
这样可以在完成同样用电功能的情况下减少电量消耗和电力需求，从而缓解缺电压力，降低供电成本和用电成本，使供电和用电双方得到实惠，达到节约能源和保护环境的长远目的。
10.能源效率标识
能源效率标识是指表示用能产品能源效率等级等性能指标的一种信息标识，属于产品符合性标志的范畴。
我国的能源效率标识张贴是强制性的，采取由生产者或进口商自我声明、备案、使用后监督管理的实施模式。
能效标识直观地明示了家电产品的能源效率等级，而能源效率等级是判断家电产品是否节能的最重要指标，产品的能源效率越高，表示节能效果越好，越省电。
能效标识按产品耗能的程度由低到高，依次分成5级：
等级1表示产品达到国际先进水平，最节电，即耗能最低；等级2表示比较节电；等级3表示产品能源效率为我国市场的平均水平；等级4表示产品能源效率低于我国市场平均水平；低于5级的产品不允许上市销售。
即使是进口商品，在能源标识上也应先“中国化”后才可在国内市场上销售。
我国自2005年3月1日起率先从冰箱、空调这两种产品开始实施能源效率标识制度。
该两种产品源效率标识制度采用的标准分别是GB12021.2-2003《家用电冰箱耗电量限定值及能源效率等级》，GB12021.3-2004《房间空气调节器能效限定值及能源效率等级》。
11.节能认证
节能产品认证是指依据国家相关的节能产品认证标准和技术要求，按照国际上通行的产品质量认证规定与程序，经中国节能产品认证机构确认并通过颁布认证证书和节能标志，证明某一产品符合相应标准和节能要求的活动。
我国节能产品认证为自愿认证。
我国的节能产品认证工作接受国家质检总局的监督和指导，认证的具体工作由通过国家认证认可监督管理委员会认可的独立机构，依据《中华人民共利国标准化法》、《中华人民共和国产品质量法》、《中华人民共和国产品质量认证管理条例》和有关规章的要求，按照第二方认证制度准则负责组织实施。
【课堂练习】5.4千克煤当量的发热值为（）不是5.45事题号。
。
。
。
A.32000千卡B.56000千卡
C.28000千卡D.7000千卡
【答案】：
C
第3节节能的层次及准则
0006节能的层次
1.不使用能源
这是一个最简单易行的节能工作，如不开车外出，不用空调。
这个层次节能工作的实际效果不一定十分理想，还不是真正意义上的节能，对节能工作的宣传教育意义大于实际的节能效果。
2.降低能源的使用量
这是一个比较可行的节能方法，例如通过降低驾车的速度来减少汽油的消耗，当然这个速度的减少是相对与高速行驶而言，它通过行车时间的增加来换取能源消耗的减少，对于那些对时间要求不是十分紧迫的情况而言是可行的，但当时间价值大于所节约的能源价值时，该方法就显得不可行。
3.通过技术手段提高能源使用效率
这一层次的节能工作属于目前正在采用的真正意义上的节能工作，通过各种技术手段，在不改变生产、生活质量的前提下，减少能源的消耗。
开发和推广应用先进高效的能源节约和替代技术、综合利用技术及新能源和可再生能源利用技术。
4.通过调整经济和社会结构提高能源利用效率
这是一个最高层次的节能工作，主要通过调整产业结构、产品结构和社会的能源消费结构，淘汰落后技术和设备，加快发展以服务业为主要代表的第三产业和以信息技术为主要代表的高新技术产业，用高新技术和先进适用技术改造传统产业，促进产业结构优化和升级换代，提高产业的整体技术装备水平。
能源转换过程的不同状态能源状态
质量（燃料）
热（蒸汽）
动力
电、光或动力
转换过程
利用热量产生蒸汽
利用蒸汽产生动力
利用动力发电
利用电力发光或带动电机转动
相关设备
锅炉
汽轮机
发电机
光源设备或电机
主要节能手段
热电联产
节能灯及变频电机
【课堂练习】6．真正意义的节能工作是哪个层次的节能（）
A.不使用能源B.降低能源使用量C.通过技术手段提高能效D.结构节能
【答案】：
C
0007节能的准则
准则就是标准和原则，目前世界和我国均出台了不少节能的法规和标准，例如1997年全国人大通过，1998年实施并于2007年修订的《中华人民共和国节约能源法》；2005年全国人大通过，2006年实施的《中华人民共和国可再生能源法》；2007年国务院发布的《民用建筑节能条例》等。
除了国家层面上的法律规定之外，还有各种层面的有关节能的标准，如GB50189-2005《公共建筑节能设计标准》、GB/T13234-2009《企业节能量计算方法》、GB/T15320-2001《节能产品评价导则》、JC/T713-2007《烧结砖瓦能耗等级定额》等。
从技术层面来说，节能工作应该遵循下面四项基本原则：
一是最大限度地回收和利用排放的能量；二是能源转换效率最大化；三是能源转换过程最小化；四是能源处理对象最小化。
【课堂练习】7．中央空调集中制冷属于节能的哪个准则（）。
A.最大限度地回收和利用排放的能量
B.能源转换效率最大化
C.能源转换过程最小化
D.能源处理对象最小化
答案D
第四节节能的方法及措施
0008节能的方法及措施
从能源转换及回收利用的角度来看，节能工作的方法可分为以下几方面：
一是燃料燃烧的合理化；
二是加热、冷却和传热的合理化；
三是防止辐射、传热等因素的热损失；
四是废热回收利用；
五是热能向动力转换的合理化；
六是防止电阻等造成的电力损失；
七是电力向动力和热转换的合理化。
以上七方面涉及工业、建筑、交通等主要节能领域，比如燃料燃烧的合理化方法既涉及工
业领域的锅炉燃料燃烧也涉及交通领域的汽车发动机燃料燃烧，而防止电阻等造成的电力
损失是电力部门在大电力输送以及在建筑物内电力输送时均应该注意的节能方法。
如果从节能工作的深浅度及广度节能工作的方法和措施分为以下几种
1.管理节能
管理节能，就是通过能源的管理工作，减少各种浪费现象，杜绝不必要的能源转换和输送，
在能源管理调配环节进行节能工作。
管理工作的方法通常有经济方法、行政方法、法律方
法、社会心理学方法等。
经济方法是指依靠利益驱动，利用经济手段，通过调节和影响被管理者物质需要而促进管
理目标实现的方法，该法的特点是利益驱动性、普遍性、持久性。
行政方法是指依靠行政权威，借助行政手段，直接指挥和协调管理对象的方法。
法律方法是指借助国家法规和组织制度，严格约束管理对象为实现组织目标而工作的一种
方法。
该法的特点是高度强制性及规范性。
社会心理方法指借助社会学和心理学原理，运用教育、激励、沟通等手段，通过满足管理
对象社会心理需要的方式来调动其积极性的方法。
2.技术节能
技术节能就是在生产中或能源设备使用过程中用各种技术手段进行节能工作。
工业技术节
能一般可以分为工艺节能、控制节能、设备节能，其困难程度从高到低。
3.结构调整节能
结构调整节能就是调整产业规模结构、产业配置结构、产品结构等进行节能工作。
【课堂练习】8.在具体的能源消耗过程组织采取一定的节能措施，并对具体的节能过程和
工作实施领导和控制，比如建立各种节能工作规范、考核指标及奖惩办法，属于哪方面的
节能措施（）
A．技术节能B．管理节能
C．结构调整节能D．控制节能
【答案】：
B
第五节能源及能源效率
0009能源的定义
能源是可以直接或通过转换提供人类有用能量的资源。
能量就是做功的本领。
广义而言，
任何物质都可以转化为能量，但是转化的数量及难易程度是不同的。
比较集中而又较易转
化的含能物质才能称为能源。
能源的定义可描述为：
比较集中的含能体或能量过程称为能
源，它是一种可以直接或经转换提供人类所需的光、热、动力等任何形式能量的载能体资
源。
能源在不同的领域和部门其分类方法各有不同，以适应科研、统计、开采、储运及使
用的需要。
【课堂练习】9．能量就是（）的本领。
A.能源B.能效
C.存量D.做功
【答案】：
D
0010能源的种类理解
1.一次能源与二次能源
在自然界中取得的未经任何改变或转换的能源，称为一次能源，如原煤、原油、天然气、
水能、风能、地热等。
为了满足生产和生活的需要，有些能源通常需要经过加工转换以后再加以使用。
由一次能
源经过加工转换成另一种形态的能源产品叫做二次能源，如电力、煤气、焦炭、蒸汽及各
种石油制品等。
2.可再生能源与非再生能源
在自然界中可以不断再生并有规律地得到补充的能源，称为可再生能源。
如太阳能和由太
阳能转换而成的水能、风能、生物质能等。
经过亿万年形成的，短期内无法恢复的能源，称之为非再生能源煤炭石油天然气核燃料
3.常规能源与新能源
在相当长的历史时期和一定的科学技术水平下，已经被人类长期广泛利用的能源，称之为
常规能源，如煤炭、石油、天然气、水力、电力等。
最近一二十年才被人们所重视，新近才开发利用，而且在目前使用的能源中所占的比例很小，但有发展前途的能源，称之为新能源
4.燃料能源与非燃料能源
从能源性质来看，能源又可分为燃料能源和非燃料能源。
属于燃料能源的有矿物燃料（煤炭、石油、天然气），生物质燃料（薪柴、沼气、有机废物等），化工燃料（甲醇、酒精、丙烷等），核燃料（铀、钍等）共四类。
非燃料能源多数具有机械能，如水能、风能等；有的含有热能，如地热能、海洋热能等；有的含有光能，如太阳能、激光等。
5.清洁能源与非清洁能源
从使用能源时对环境污染的大小，又把无污染或污染小的能源称为清洁能源，如太阳能、
水能、氢能等；对环境污染较大的能源称为非清洁能源，如煤炭、油页岩等。
石油的污染
比煤炭小些，但也产生氧化氮、氧化硫等有害物质，所以，清洁与非清洁能源的划分也是
相对比较而言的，不是绝对的。
．
能源在不同的领域还有很多分类，如商品能源和非商品能源。
商品能源是作为商品经流通
环节大量消耗的能源，如煤炭、天然气、电力等。
非商品能源指薪柴、秸秆等农林废弃物
和人畜粪便等就地利用的能源。
非商品能源在发展中国家农村地区的能源供应中占有很大
比重。
能源的分类虽然繁多，但品种相对简单，只不过根据不同部门的需要叫法不同。
【课堂练习】10.下面哪项是二次能源（）
A.热水
B.石油
C.煤炭
D.天然气
【答案】：
A
0011能源效率
节能是“采取技术上可行、经济上合理、环境和社会可接受的一切措施，来提高能源资源
的利用效率”。
“能源效率”定义为：
“减少提供同等能源服务的能源投入”。
（1）国家的综合能源效率指标是增加单位GDP的能源需求，即单位产值能耗；
（2）部门能源效率指标分为经济指标和物理指标，前者为单位产值能耗，物理指标工业部
门为单位产品能耗，服务业和建筑物为单位面积能耗和人均能耗。
（3）衡量能源效率的指标可分为经济能源效率和物理能源效率两类。
经济能源效率指标又
可分为单位产值能耗和能源成本效率（效益）；物理能源效率指标可分为物理能源效率（热
效率）和单位产品或服务能耗.
（4）单位产品或服务能耗是指生产单位产品或提供单位服务所消耗的能源量。
包括一次能
源、二次能源以及耗能工质（工业用水、压缩空气、氧气、电石、乙炔等）消耗的能源。
二次能源和耗能工质一般按等价热值计算。
提供服务的单位能耗指标，主要是服务业和建
筑物单位面积能耗和人均能耗。
1.经济能源效率
前面章节叙述的单位国内生产总值能耗、单位工业增加值能耗属于经济能源效率指标。
使
用能源还必须要考虑能源的费用成本、时间成本和环境成本，即能源成本效率。
2.物理能源效率
物理能源效率通常用能源效率（热效率）和单位产品或服务能耗来表示。
能源效率的定义是：
在使用能源（开采、加工、转换、储运和终端利用）的活动中所得到的起作用的能源量与实际消耗的能源量之比。
根据联合国欧洲经济委员会的能源效率评价和计算方法，能源系统的总效率由三部分组成：
一是开采效率，即能源储量的采收率；二是中间环节效率，包括加工转换效率和储运效率；
三是终端利用效率，即终端用户得到的有用能与过程开始时输入的能源量之比。
中间环节效率与终端利用效率的乘积称为“能源效率”。
开采效率、中间环节效率、终端利用效率三者的乘积称为“能源系统总效率”。
单位产品或服务能耗是指生产单位产品或提供单位服务所消耗的能源量。
包括一次能源、
二次能源以及耗能工质（工业用水、压缩空气、氧气、电石、乙炔等）消耗的能源。
二次
能源和耗能工质一般按等价热值计算。
提侠服务的单位能耗指标，主要是服务业和建筑物
单位面积能耗和人均能耗。
【课堂练习】11.在使用能源（开采、加工、转换、储运和终端利用）的活动中所得到的
起作用的能源量与实际消耗的能源量之比指的是（）。
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