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空气热能特性

时间: 2017-06-22 10:14  来源: 未知   作者: chinakqn   点击:  

空气热能特性
太阳能是地球所需能量的最大来源,也是空气热能的最终来源。如图1所示,以短波辐射的形式到达地球表面的太阳能,其中约31%的能量被云层、大气中各种尘埃、分子、微小水珠等质点以及地表反射回宇宙空间,称为地球的星体反射率。剩下约69%中,19%被上层大气(平流层)中的臭氧、尘埃、臭氧、水蒸气等直接吸收;约4%被下层大气(对流层)中的云层所吸收;约46%的太阳能最终到达地表并被吸收和利用。
被地表吸收的这部分能量最终有6%会以地面(包括水面)长波辐射的形式被靠近地表的大气层和云层吸收,约9%会以长波辐射的形式返回太空;剩余约30%则以潜热或显热的形式通过对流、蒸发等方式进入靠近地表的大气层和云层中。被近地表大气层吸收的这部分能量即为空气热能的来源。

常见的可再生能源形式有太阳能、风能、地热能等,有着可再生、储量丰富、绿色无碳(或低碳)等优点,但同时也存在能源密度低、能源分布分散及间断性供能等问题。而空气热能除了具有可再生能源的优点之外,还具有以下特点:能量供应的连续性。其他形式的可再生能源大多受分布空间(如地热能)或时间(如太阳能、风能)的限制,无法连续稳定供能。而空气热能储存在环境空气之中,无时无处不在,因此能量供应在时间及空间上都是连续性的。而且空气的流动特性使得在特定区域内被消耗的空气能量能够在很短的时间内得到补充和恢复。取之不尽,用之不竭。
空气热能最终来源于太阳,而其直接来源则主要包括空气吸收的地面长波辐射以及其他自然进程和人类活动中产生的热耗散。在能量品位评价中,一般以环境空气热能为零点。通过逆卡诺循环,热泵系统能够以消耗少量高品位能源(多为电能)为代价,将空气热能的品位加以提升和利用。而根据热力学第二定律,热力过程中的能量衰减使得高品位的热量最终会耗散到环境空气(能量零点)中,因此热泵系统将空气热能加以提升产生的高品位热能最终也由于热耗散重新回到空气中(见图2)。因此,空气热能是真正意义上的取之不尽,用之不竭。

能源的利用量受设备安装面积影响小。可再生能源从储量上来说虽是取之不尽、用之不竭,但在实际利用过程中,能源的可获取量还与其转换、利用的技术路线有密切关系。如太阳能、风能、地热能等能源实际获得量是由能源密度(如太阳辐射强度、风力、土壤或地下水温度等)和能量接受、转化设备(太阳能集热器、风力发电机、地埋管换热器等)的安装面积决定的。而由于安装空间、投资成本等因素的限制,能量接受、转化设备的安装面积并不能随意增加。而模块化的空气源热泵机组安装方便、运行维护成本低廉,且空气由于具有流动性,可以在不增加或增加较小设备安装面积的条件下,通过增加风机的转速、功率的方法来提高空气流量及空气热能利用量。
(责任编辑:chinakqn)
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