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暖通哲学成就"虚拟蓄热":源自惰性热,自由热,工质热(温度提升式蓄热;流量增加式蓄热),内能热……
栏目:分享交流 发布时间:2020-10-29
案例参照(电力系统)虚拟储能是一种利用其它装置或者调度策略来平衡电力系统能量的思想。通过对各类电源发出的电能进行转移或者变换能量形式等方法调节系统能量,达到提高系统运行可靠性和供电质量以及改善经济效益的目的。针对风光储微电网在家庭能源场景下的应用,通
案例参照(电力系统)

虚拟储能是一种利用其它装置或者调度策略来平衡电力系统能量的思想。通过对各类电源发出的电能进行转移或者变换能量形式等方法调节系统能量,达到提高系统运行可靠性和供电质量以及改善经济效益的目的。针对风光储微电网在家庭能源场景下的应用,通过需求侧管理,结合对可调负荷的控制以及与电价的实时互动,利用虚拟储能技术实现对微电网系统不同时段能量平衡的优化,使得系统降低对蓄电池容量的要求,在保持稳定系统运行的同时,改善微电网系统的经济性和环保性。
惰性热(热力系统)
比热容的大小,也可以理解为热惰性的大小。比热容大,可以理解为热惰性大,就是要使它升温不容易,使它降温也不容易;比热容小,可以理解为热惰性小,就是要使它升温容易,使它降温也容易。假设质量都为1kg的热媒水和导热油,如果让它们都吸收4.2×103J的热量,热媒水的温度升高1℃,而导热油的温度则升高2℃。可见,热媒水的比热容大,即热媒水的热惰性大,吸收相同的热量,温度升高更慢;而导热油的比热容小,即导热油的热惰性小,吸收相同的热量,温度升高更快。
卡诺定理指出,可逆循环的效率只与高温热源和低温热源的温度有关,而与工作物质(工质)或工作路径等其它因素无关。
采暖水温波动,多数情况下不会导致室温过冷或过热,特别是用户不会对过冷或过热有明显的感觉。这里有几个原因:1、建筑物和室内环境有一定的热惰性,会削弱因水温变化而产生的影响;2、我们人体对周围温度的感应也有一个舒适范围,通常1℃以内我们不会有明显感觉;3、室内温控装置可以起到调节作用!
自由热(热力系统)
自由热--阳光入射、人体活动、炊事、电器等热量称为采暖自由热,这部分热量不确定性而没有设计运行中予以充分考虑,仅作为安全系数考虑。实现室温控制后,这部分能量可以取代部分散热量,同时,不同朝向房间温差也可以消除,既提高了室内热环境舒适度,又节省了能量。
工质热(热力系统)
温度提升式蓄热;流量增加式蓄热… …
内能热(热力系统)
何为内能?
内能的定义:物体内部分子做无规则运动时所具有的动能以及分子间势能的总和。另外需要注意的一个概念是热能。热能是指分子做无规则运动时所具有的动能。也就是说,内能包括分子动能分子间势能两部分,其中的分子动能俗称热能。
内能跟宏观世界的机械能不一样。1)宏观世界的机械能是可以计算的,而物体所具有的内能无法测量,其变化量可由做功和热传递来量度。2)物体具有内能的同时可以具有机械能,也可以不具有机械能。
广义地说,内能是由系统内部状况决定的能量。热力学系统由大量分子、原子组成,储存在系统内部的能量是全部微观粒子各种能量的总和,即微观粒子的动能、势能、化学能、电离能、核能等等的总和。由于在系统经历的热力学过程中,物质的分子、原子、原子核的结构一般都不发生变化,即分子的内禀能量(原子间相互作用能、原子内的能量、核能)保持不变,可作为常量扣除。因此,系统的内能通常是指全部分子的动能以及分子间相互作用势能之和,前者包括分子平动、转动、振动的动能(以及分子内原子振动的势能),后者是所有可能的分子对之间相互作用势能的总和。
内能与什么有关?
在微观上,跟物体分子数量、分子势能和分子的平均动能有关。在宏观上,与物体的质量、状态和温度有关。水的分子数量:由于水分子的极性原因,水分子由氢链把一个水分子的氧与另一个水分子的氢链接起来,形成象一串串葡萄样的、大的缔合分子的水。所以,水是不能以单个水分子形式存在的。水中的水分子以分子链团的形式存在,水分子间以氢键缔合在一起。小分子团水区别于大分子团水,由5~6个水分子缔合而成的。水的分子团的大小检测手段为核磁共振。检测值为100Hz以内为小分子团水,100Hz以上为大分子团水。
HFNH3H2O等分子容易发生分子缔合,主要原因是形成了氢键。形成的分子叫缔合分子。分子发生缔合时放热。水分子发生缔合,xH2O缔合(H2O)x热量,相反,(H2O)x离解成xH2O吸热。在固态时,大量水分子以氢键互相连接成巨型缔合分子。其中每个氧原子跟两个氢原子紧靠,形成O-H(键长为101pm,键角为109°28' ,比原来104.5°稍稍扩张),而跟另外两个氢原子相距很远,形成键长276pm的氢键,这就是氢键的方向性。这个结构向空间无限周期性地延伸,就形成冰晶体。冰的结构比较疏松,出现密度比水小的特殊性质。当冰熔化成液态水时,部分氢键遭到破坏,部分缔合作用消除,但仍有许多运动自由的、以氢键结合的小集团(x=234…),不断地变动、改组,且可堆积得较为紧密。因此,冰熔化时体积反而缩小。在气态时,缔合作用完全消失,水就以单个分子存在。分子缔合作用除了形成氢键的原因外,还可以通过极性分子中偶极的相互作用,以及通过形成配位键(AlCl3二聚体)而缔合。
影响内能增大的因素有哪些?
四个方面:1.质量增大;2.温度升高;3.状态改变(汽液变化等);4.气体体积变小(外界对气体做功)
改变物体内能的方法是:
①做功。具体方式:形成激波,汽液变化,温度升高;
②热传递
这两种方式对于改变物体的内能是等效的。
对物体做功,物体的内能增大,温度升高;物体对外做功,自身内能减小,温度降低。
热传递发生的条件是:两个物体有温度差;热传递的方式有:传导、对流和辐射;发生热传递时,热量(内能)从高温物体传向低温物体,高温物体放出热量,低温物体吸收热量,直到温度相同时,热传递才停止。
有一个比较容易混淆的知识点是内能与温度,热量,热能的概念的区别。内能是物体内所有分子动能和分子势能的总和,而温度表示物体的冷热程度,是物体分子平均动能的标志。热量是热传递过程中物体内能变化的量度。热量只不过是热能的通俗的、不甚确切的说法。温度和内能是状态量,热量则是过程量。热传递的前提条件是温差的存在,实质是内能的转移。
需要特别特别关注的是,内能跟宏观世界的机械能不一样。宏观世界的机械能是可以计算的。而物体所具有的内能无法测量,其变化量可由做功和热传递来量度。
何类技术手段可以影响物体的内能?
超声波工质被压缩时,一般不能像其膨胀时那样连续变化,而往往以突变压缩的形式实现。我们把工质中产生的突变式的压缩波称为激波。激波三效应:冲击波效应;微射流效应;热效应。
1)叶轮与工质相互作用。离心水泵正常运转时,工质压力沿着泵入口到叶轮入口而下降,在叶轮叶片的入口附近,工质压力最低。叶轮转动时,高速旋转的叶轮对工质做功,使工质内能能量增加,压力上升。
2)汽液变化,相互作用。当叶轮叶片入口附近的压力小于该工质输送温度下的饱和蒸汽压力时,工质开始汽化并产生汽泡,汽泡随工质进入泵体内的高压区时破裂,周围的工质迅速填充原汽泡的空穴,产生水力冲击作用,这种汽泡的产生、发展和破裂现象,即激波,就是叶轮做功于工质的结果。导致工质内能增大,温度升高。
冲击波机制
由于工质内局部压力的变化引起蒸汽泡的形成、生长及溃灭,导致激波或高速微射流和高温的产生。当工质内的静压力下降到低于同一温度下工质的蒸汽压时,在工质内就会形成大量的汽泡,而汽泡群到达较高压力的位置时。汽泡就会溃灭,工质极速填补遗留空间,使工质内形成工质冲击波。并使汽泡内所储存的势能转变成较小体积内工质的动能。工资内能增大,温度升高。
微射流机制
由于工质中压力的降低而产生大量的汽泡,汽泡在过流部件边壁附近或与边壁接触的情况下,由于汽泡上下壁角边界的不对称性,在溃灭时,汽泡的上下壁面的溃灭速度不同。远离壁面的汽泡壁将较早地破灭,而最靠近材料表面的汽泡壁将较迟地破裂,于是形成向壁的微射流。高速微射流使得汽泡内所储存的势能转变成较小体积内工质的动能。工资内能增大,温度升高。
热效应机制
水泵气蚀试验时常常见到发光现象,是溃灭汽泡中的水蒸汽或其他气体达到高温所致。在空化过程中,汽泡急速产生、扩张,又急速溃灭,在工质中形成冲击波、高速微射流和高温。
1)汽泡溃灭时,产生很高的温度。2)当汽泡在高压区被压缩时,要放出热量。3)由于高速微射流对内壁表面冲击,也会产生局部高温。
高温工质与低温工质极速混合时,或高能工质与低能工质混合时,再或低温工质流经蓄热体高温表面时,极速汽化成泡扩张速溃灭,发生突跃变化的压缩波,又称冲击波。能量突然释放或急剧转化的过程,都会产生强冲击波,即激波。依靠工质间的相互混合、撞击、摩擦来生成能量。其内部的流动过程非常复杂,存在超音速流动、湍流、卷吸混合、微射流等极为复杂的流动现象,以致汽泡内所储存的势能转化成较小体积内工质的动能。这些非平衡、非定常流动现象的发生,使得内能热泵供热系统内部的流动过程变得非常复杂。原子弹的杀伤力,很大一部分是通过激波来体现的。
内能(激波)能源之汽泡能
通常,我们把气体在液体中的存在现象称作汽泡。汽泡的形成现象,在自然界的许多过程中都能遇到。当气体在液体中受到剪切力的作用时就会形成大小、形状各不相同的汽泡。目前,对汽泡的分类按照从大到小的顺序可分为厘米汽泡(CMB)、毫米汽泡(MMB)、微米汽泡(MB)、微纳米汽泡(MNB)、纳米汽泡(NB)。所谓的微纳米汽泡,是指汽泡发生时,直径在10微米左右到数百纳米之间的汽泡,这种汽泡介于微米汽泡与纳米汽泡之间具有常规汽泡所不具备的物理与化学特性。
相对传统供热技术的独特优势
内能(激波)热泵,"空气能热泵"+"汽泡能",两类原理高度融合,优势叠加,劣势互补。
特别值得关注的是,"汽泡能"装置的运行不受室外气温的影响。
再者,无须专用软化水制备,一是降低供热运行费用;二是彻底消除传统供热的匿隐污染源——软化水制备所排放废液对地下水体的污染。
第三,汽泡破裂产生的超声波,清除了管道内壁及水中设备表面体上的覆着物,光滑了物体表面,大为降低了水流阻力,从而节省了运行电耗。
第四,微纳米汽泡在固液界面减阻方面显示出重要的作用,从而节省能量和成本。
内能热泵属于空气全能供热机组当中的"内制热量"的具体技术形式之一。倘若,将供热系统比作硬币。那么,外制热量技术形式、内制热量技术形式,恰好构成硬币的双面,价值并完美。假如,缺失了任何一面,硬币也就丧失了流通价值。
空气能量包括大气空气能量(外制热量)、水中气泡能量(内制热量)等空气全能。5G时代,暖通行业"整合式创新"的具体应用,是针对空气能热泵的先天缺陷以及传统供热技术的固有瑕疵而发明的"空气全能供热机组"。空气是人类赖以生存的天然资源,空气中蕴含的能量为我们所需能源提供了保障和想象空间可再生能源之中,唯独空气能量的收集、搬运、利用等具有优势,且不受条件限制,工艺简单,初投资低,运行成本低廉。
空气全能供热机组=机组外,利用"空气能热泵"原理"搬运"空气中的能量+机组内,利用"气泡能"原理的"杠杆作用"放大水中气泡的能源效应。供热水系统中,裹挟有空气,这是先天性的与生俱来尤其存在于低温供热系统。趋利避害,是暖通人的天职,即充分释放"水中气泡"的能量潜质,真正做到"空气能""气泡能",内外兼容,叠加倍增,相得益彰。
空气全能(空气  气泡)
内能(激波)能源包括大气空气能量、水中气泡能量等空气全能。移动互联网时代,暖通行业"整合式创新"的具体应用,是针对空气能热泵的先天缺陷以及传统供热技术的固有瑕疵而发明的"内能(激波)热泵"。空气是人类赖以生存的天然资源,空气中蕴含的能量为我们所需能源提供了保障和想象空间可再生能源之中,唯独空气能量的收集、搬运、利用等具有优势,且不受条件限制,工艺简单,初投资低,运行成本低廉。
内能(激波)热泵=机组外,利用"空气能热泵"原理“”收集”"搬运"空气中的能量+机组内,利用"汽泡能"原理的"杠杆作用"放大水中汽泡的能源效应。内能是物体分子动能加分子势能之和。分子平均平动动能宏观上表现在物体的温度;分子间势能宏观上表现在物体的体积。物体内能的改变,可以通过做功,也可以通过热传递来实现。通过热传递转移的内能,通俗的讲法叫热量,或叫热能。热能是热传递过程中转移的内能。
内能(激波)能源之互联网赋能
内能(激波)热泵不仅仅是一套"电能替代"的设备,更是一套互联互通的网器。以"内能(激波)热泵"为经典的智慧能通被互联网赋能全新的生态系统:用户体验(评议、信誉平台)+暖通资源(云数据服务)+暖通教育(远程培训、暖通知识付费)+暖通研发(全球暖通平台)+暖通穿戴(AI/现实虚拟系统)+社区暖通(智慧社区)+家庭暖通(智能家居、智能穿戴产品)+远程暖通(暖通数据、远程分析)+暖通模型(BIMICT平台、区块链),最终形成全球共享暖通资源。
… …
这个字是关乎内心的,唯有躬身入局,沉浸其中,才有能力将技术应用与业务需求相融合,变成真正创造价值的行业场景化解决方案。而这个字重在专注,每个行业业务迥异、数字化转型的需求更是千差万别,即使同属一个行业,不同企业也面临着不同的痛点和挑战,没有长期耕耘且专注于其中,是不可能发掘出核心业务的场景化痛点,更没法与企业在同一频道对话,共同创造出数字化转型的核心价值。这与暖暖通哲学强耦合。
暖通哲学的精髓有四:
1,世界是可知的。
这是哲学的本体论,是人类对认知大自然信心满满的思想基础,是指引各门学科向前发展的指路明灯。
2,因果逻辑与方法论。
这是哲学的根基。哲学不是技能科学,是指导人们正确思辨与创新、引导人类不断求真、增长智慧的科学。学哲学能够增长智慧,凭的就是因果逻辑与方法论。因此,一个理论体系如果没有甚至排斥因果逻辑与方法论,就只能称为是一种学说,不能称为是哲学,因为它达不到使人增长智慧的效果。
最先的因果关系是具有必然性的。由于量子的发现,才知道因果关系是基于大概率。原先的必然性因果关系只是特例。
目前的认知方法论主要是唯心论与唯物论。两个方法论正好互补。
随着哲学的发展,或许产生新的因果逻辑与方法论。
哲学之所以能够引领其它科学,凭的就是人类会因此不断增长智慧、指引方向。其它科学发展到一定程度,必然与哲学难舍难分。因此,开拓知识领域的顶尖科学家,同时又具有很高的哲学水平,说他们是哲学家,一点都不过分。
定义智慧决不是一件简单的事情,只能列举。譬如:
在新的环境中能够找到适应环境的新途径;
能够探索并认知未知的世界和事物,并对新的发现给予定义。
对于新的目标,能够制定可行的计划。
在人与大自然的互动过程中,能够遵循自然规律。
人类本身面对新的挑战,或维系某个状态,能够达成共识。
面对错综复杂的社会,能够找到主要问题点,制定对策,提高人类福祉。
对过往的事物能够回顾反思、举一反三,总结经验教训。
能够透过表面现象判断事物的本质。
… …
以上只是智慧的例子。
3,博爱与普惠。
这是哲学的宗旨。哲学是中性的、普惠的,充满着满满的博爱。哲学对于任何的人或事物,都力求客观不带偏见。
哲学绝不会只对一部分人有利而对另一部分人有害。如果有群体偏向的话,就违背了哲学的博爱与普惠这一宗旨。对于有政治倾向和群体偏向的学说,还以为是哲学,那是对哲学的歪曲。
哲学只是帮助你思考、生智,是中性的。至于你思考什么、收获什么,以及然后做什么,是另一码事。
4,求同
这是哲学的立场,也是哲学发展的途径。
每个人都有两个世界:一个是外在的客观世界(外世界),一个是自己大脑内的虚拟世界(内世界)。
值得一提的是:别人大脑内的内世界对来说,也是外世界。
人们在讨论、说服、交流、获取和加工信息的过程,都是将自己的内世界向对方展示,就是将内世界求同,达成共识的过程。
在学习和研究过程中,就是在丰富自己的内世界,力求能够完全对应外世界。这也是一种求同。
为了进行研究,人们将自己的内世界独立出来,而把所有的外在都称为外世界,包括别人大脑里的内世界。
求同是指:认知是为了使内外世界相同,以正确认知整个宇宙。交流是为了人的内世界相同,达成共识。
顺便说一个误解:物质与意识谁第一。
世界的本源是哲学的研究方向之一(物质),人的思维活动也是哲学的研究方向之一(意识),还有人与社会(伦理)、人与大自然的和谐共处(各门学科),等等。
哲学研究方向,一定不属于哲学本身。因此,物质与意识,不存在谁第一的问题。
唯心论与唯物论是哲学得以发展的两个支柱,好比是人走路的两条腿,缺一不可,舍弃任何一个都是蹩脚的。
存在以下两类事实:因客观存在产生新的意识(认知),也有因意识产生新的物质、原有物质的新布局(创新),以及网络信息和病毒。
高铁和空间站,原先的自然界没有吧?现在有了。今后还会出现越来越多的新东西。这都是依据人的意识创新出来的。今后指不定把哪个小星球毁掉,如果它要碰撞地球的话。
物质的概念,包含各种客观存在,包括各种由物质本源产生的所有组合形态,以及由此产生的各种现象。因此,高铁和空间站就是宇宙中的新物质。把一根木材烧了,木材就消失了。人死了,生命就消失了。卫星上天了,新的物质就出现了。
我们完全没有必要区分唯物论与唯心论谁第一,甚至否认另一个。物质与意识都是哲学最底层的基础,两者共同支起了哲学这座大厦。