描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787121362804
近年来，可再生能源的开发与利用越来越受到全世界的关注。本书介绍了常见的可再生能源类型、绿色建筑的设计方法和建造原理，主要内容包括绿色建筑概述、建筑材料、被动式太阳能设计、替代性建筑物、能源、太阳能热水、太阳能发电、风力发电、水力发电、生物质能源、非太阳能可再生能源。本书不仅介绍了不同的可再生能源的历史背景、基本原理及发展状况，还客观地讨论了它们的优势和局限性，以及它们对环境的影响。 本书的讲解通俗易懂，不仅适合对可再生能源和绿色建筑感兴趣的普通读者学习，也可作为在校学生的通识教育课程的教学用书。
章?绿色建筑概述 / 1
简介 / 2
绿色建筑的原则 / 4
居住者的舒适性 / 5
居住者的健康 / 6
能源 / 7
建筑物建造 / 7
建筑物管理与维护 / 8
资源 / 10
使用年限 / 11
环境影响 / 12
建筑物选址 / 12
气候考虑 / 13
第二章?建筑材料 / 19
简介 / 20
防腐木材 / 23
复合板 / 23
屋顶 / 25
壁板 / 27
地板 / 30
热量转移和隔热 / 33
热量转移 / 33
普通类型的隔热材料 / 36
窗户 / 40
普通类型的窗户 / 41
窗户性能 / 42
第三章?被动式太阳能设计 / 57
简介 / 58
太阳的季节性运动和日常运动 / 59
被动式太阳能设计 / 63
孔径 / 65
受热面 / 65
蓄热体 / 65
热分布 / 65
控制机制 / 65
被动式太阳能系统的类型 / 67
直接获取 / 68
间接获取 / 69
阳光房 / 74
主动式太阳能系统 / 76
被动式太阳能设计建筑物的内部空间 / 80
第四章?替代性建筑物 / 85
简介 / 86
共性特征 / 88
土坯砖 / 89
玉米穗轴 / 90
积木 / 92
土袋 / 94
夯土轮胎 / 96
禾捆 / 102
第五章?能源 / 113
简介 / 114
太阳能 / 115
潮汐能 / 116
地热能 / 117
能源类型 / 118
动能 / 118
重力势能 / 118
电能 / 119
核能 / 120
能量转化 / 121
常规发电 / 122
可再生能源 / 124
电力基础知识 / 126
欧姆定律 / 127
电功率和电能 / 127
标准单位 / 127
交流电和直流电 / 129
太阳能资源 / 129
太阳高度角 / 130
遮阴 / 132
第六章?太阳能热水 / 137
简介 / 138
太阳能热水系统类型 / 140
集成式集热存储系统 / 141
温差环流系统 / 143
开环直接系统 / 145
闭环加压系统 / 146
回流系统 / 148
集热器类型 / 149
平板集热器 / 149
真空管集热器 / 151
性能比较 / 153
台座的选择 / 154
调整太阳能热水系统 / 157
工业热水系统 / 160
第七章?太阳能发电 / 165
简介 / 166
光生伏特效应 / 167
硅太阳能电池 / 169
单晶硅太阳能电池 / 170
多晶硅太阳能电池 / 171
非晶硅太阳能电池 / 172
转换效率的限制 / 173
非硅太阳能电池 / 173
光伏发电 / 174
串联/并联排列 / 175
额定输出功率 / 175
光伏系统 / 176
光伏系统的安装 / 179
光伏系统的容量大小 / 184
太阳能资源 / 184
并网光伏系统 / 185
独立光伏系统 / 187
节约能源 / 192
太阳能热发电 / 194
抛物槽系统 / 194
太阳能塔 / 196
第八章?风力发电 / 201
简介 / 202
利用风力 / 204
风能 / 207
风的质量 / 210
现代风力发电机 / 211
水平轴风力发电机 / 212
垂直轴风力发电机 / 214
操作限制 / 215
选址 / 218
环境影响 / 221
第九章?水力发电 / 229
简介 / 230
水能 / 232
现代水力发电机 / 236
反作用式涡轮机 / 236
冲击式涡轮机 / 237
水力发电系统 / 239
微水电 / 242
商用水力发电 / 245
环境影响 / 247
第十章?生物质能源 / 253
简介 / 254
光合作用 / 255
生物质能 / 256
生物质的直接燃烧 / 256
城市固体废弃物发电 / 257
农业废弃物发电 / 260
生物质的生物转化 / 261
厌氧消化 / 261
发酵 / 264
生物质的热转化 / 266
木炭生产 / 266
气化 / 267
高温分解 / 268
热转化小结 / 269
生物质的化学转化 / 269
能源作物 / 272
第十一章?非太阳能可再生能源 / 277
简介 / 278
潮汐能 / 278
挡潮闸 / 281
水下涡轮机 / 283
地热能 / 287
地热能的来源和获取 / 289
发电 / 291
直接供热 / 295
环境影响 / 296
新兴技术 / 296
术语表 / 301
前言
这是一本介绍可再生能源与绿色建筑设计的书籍，它可以帮助读者了解常见的可再生能源类型，以及绿色建筑的设计方法和建造原理。学习本书不需要高深的自然科学和数学知识，仅需一些基本的代数知识即可，因此本书可以作为高中或者高等院校一个学期的通识教育课的教学用书。
本书首先概述了绿色建筑的实践历程，重点介绍了绿色建筑的设计原则、所采用的材料和具体设计方法等。将这几个要素结合起来，就能够为个人或者社区的建筑提供舒适的房屋结构设计，从而使人们的生活更加健康和充满活力。其次，本书介绍了诸多能源及支配其应用的自然法则，以及常规的发电模式和一些常见的可再生能源类型。然后，本书在“可再生能源”领域设计了六个章节的主题内容，每一章都介绍了一种类型的可再生能源。每一章开头都简要介绍这些可再生能源的历史背景，然后阐述与之相应的基本的科学原理，以及人类利用其发电的技术现状，后客观地评价每一种可再生能源的优势和局限性，并评估它们对环境的影响。
为了使我们日常的生活方式和所居住的建筑物能够完美地融合在一起，我们需要将可再生能源和绿色建筑进行融合设计，同时促使人们对未来的气候变化和能源来源的不稳定因素产生足够的重视。由于本书的主题和很多读者的日常生活密切相关，本书采用科普性的阐述方式，以激发具有不同背景和兴趣爱好的读者的阅读兴趣。本书适合作为高中、社区学院和四年制大学的学生读物，也可作为如下一些专业读者的通识课程教材：环境科学、可持续性社区发展、物理学和非技术类的学科等。由于本书采用案例教学方法，通俗易懂、开放性好、拓展性高，能够激励读者重新思考一些问题，也有利于今后他们面对此类课题时能做出更加明智的决策。
可再生能源和建筑学科在过去的十年当中均已发生了巨大的变化，而且今后也将面临诸多发展问题。本书在尽量避免涉及过多的、过于复杂的专业知识的基础上，对可再生能源系统和建筑设计的利弊进行了科学的阐述，并在每一章的结尾对相关的基本原理和重要观点进行了总结，后则设计了一些应用了数学概念的复习题和练习题。
【本书出版目的】
一直以来，很多人都认为人类的活动与大自然的活动相比实在渺小，对地球的影响也不是那么重要，但是现在看来，人类的活动却是能够对地球产生深远影响的。
目前，人类对气候变暖、能源短缺、空气和水污染的担忧，以及一系列环境与人类健康隐患的顾虑正在迅速增加。本书致力于强调这些因素对人类住所和能源供给的基本影响，也希望为研究如何建立一个全球范围内的可持续性发展的社会提供一个良性平台。本书还尽可能地利用实际生活中的案例展开研究，为每个人提供一些相关信息及相关方案，这样将更有利于读者理解相关信息，也有利于他们开展方案设计并促使他们将之转化成实践行动。本书的终目的是向大家传达这样一个对未来充满希望的观点，即这些方案可以有效地解决全球所关心的难题。
当今的技术进步使得我们能够将本书所构建的基本原理补充得更为完美。新兴技术——从革命性的建筑新材料到太阳能热水系统的改进，到的、具有潜在革命性意义的光伏组件，到鲸鱼鳍形状的风力发电机涡轮叶片，到气化处理工艺的进步，再到由风倾草（学名：柳枝稷）制成的纤维素乙醇——为本书补充了很多有价值的内容，并为广大读者提供了可以更深入讨论的机会。因此，本书在倡导不同领域间进行讨论和对话的基础上，又引出了很多问题，也提出了一些根据个人兴趣可进一步深入研究的观点和看法。
【本书组织结构】
章介绍了绿色建筑的六大原则，并将其作为建造高效、健康建筑的指南，并强调这能够提高居民的居住舒适度、增强居民的社区概念和有效地保护环境。
第二章讨论了一般性的建筑材料，比较了可用于建造绿色建筑的各种能源和资源，评估了各种建筑材料的毒性，以及其他的一些因素，目的是为了引导读者明晰这些建筑材料应用于不同建筑物时的优劣性、有何限制和整体的适合程度。第二章也阐述了一些热量转移的传输原理，并且应用这些原理来比较不同材料的隔热性能并评估了它们的能源效率。在第二章的深入学习单元，我们使用了一个基于R值的热量转移公式来对建筑物的热量转移进行评估。
第三章主要介绍了通过被动式太阳能设计来建造一个舒适、节能的建筑结构，即借助于可预测的太阳活动，从自然界获取能源为建筑物加热或降温。
第四章主要在替代性建筑物领域讲解了多样的建筑技术，同时也介绍了融合传统技术和技术创建的让人感觉更加自然的生活空间。
第五章可让我们对能源有个基本的了解。首先，本章阐述了太阳能是地球上几乎所有能量的源头的理论，然后对化石燃料和可再生能源进行了综述，接着介绍了一些重要的电力基础知识，后讨论了太阳能资源。第五章为介绍太阳能热水（第六章）和太阳能发电（第七章）打下了基础。
全社会对风力发电的广泛关注及其快速的增长使得本书将风力发电放在了仅次于太阳能的位置上（第八章）进行介绍，然后才在第九章介绍了水力发电。第十章则研究了从生物质中获取有用能源的各种不同方法，其中生物质包含了从农业和林业中得到的废弃物、动物粪便、油料作物、城市固体废弃物和沼气等。第十一章则概述了两种非太阳能派生出来的可再生能源——潮汐能和地热能。其中，这些年兴起的从石油化工行业中衍生出来的通过水力压裂法获得低温地热能的技术，可作为许多在新能源技术新起点领域进行深入研究并获得成功的典型案例之一。
【本书特色】
本书的十一个章节中每一章都各具特色，有助于学生及广大读者的学习。这些特色拓展了本书的内容，探索了相互关联的一些主题，鼓励读者消化吸收先前章节所学到的知识。这些特色包括：
-全彩和视觉强化设计。能够吸引读者的注意力，增加了和文字描述的关联度，利于读者对有关知识的理解与把握。书中插图系英文原书插图。
-深入学习单元。拓展了本书正文中阐述的内容，为那些想深入探讨该主题的读者提供了更详细的内容。例如：热量转移的数值计算（第二章），大地之舟哲学、被动式年度热量存储（第四章），空气动力学升力的应用、洋流发电（第八章），早期的水车（第九章），用于交通运输的乙醇（第十章），两种日常的潮汐现象、世界上个商用潮汐发电厂、地源热泵（第十一章）。
-例题。基于书中方程式和现实中案例，向读者介绍数值计算方法。这些例题示范了很有价值的解题技巧，有助于读者解答每一章节后的复习题和练习题，也有利于读者将相关思维引申到现实生活中。
-调查现实生活中的实际问题和证实本文观点的案例研究。例如：印第安库纳人（章），构件式建筑物、使用结构化隔热镶板的木构架建筑物、隔热混凝土泡沫建筑物（第二章），被动式太阳能建筑物、高品位建筑物（第三章），夯土轮胎建筑物、禾捆基木构架建筑物（第四章），威斯康星小屋（第六章），家用并网光伏系统、净电能为零的建筑物并网系统、独立家用光伏系统、节约能源（第七章），明尼苏达大学莫里斯分校（第八章），霍尔登村水电设施、离网微水电系统（第九章）。
-章节末尾的复习题。鼓励读者整合和吸收章节学习中的概念。具体而言，要求读者讨论章节中的部分问题，且许多问题都是开放式的；鼓励读者对人类历史上的一些预想或者个人观点进行评估。广大师生可在课堂上围绕部分复习题进行激烈的讨论。
-章节末尾的练习题。这些练习题可强化读者对书中相关知识的定量、定性理解。这些练习题可作为读者的家庭作业、团队的合作项目或者小测验。练习题的难度各有不同，读者需要将所学知识与基本的代数技能结合起来加以解决。
-综合性的术语表。这里汇总了关键性的词语和概念。在本书中，重要的术语用彩色字体来呈现。
尽管本书主要论述发生在美国的一些实际应用案例［采用的单位有英尺（ft）、加仑（gal）、英制热单位（Btu）和华氏温度（℉）等］，但是通过对一些国际研究和案例的引用，也使本书内容具有了很高的全球通用价值。
【鸣谢】
特别感谢那些为本书提供宝贵意见和建议以及图片的人们。他们当中的很多人都在为追求满意、舒适和可持续性的生活方式而努力多年，这些人的无私贡献和无上热情为本书的完成做出了很大的贡献和牺牲。在此特别感谢如下为本书案例提供宝贵信息和图片的人：
约翰·坎农
克里斯·杜克
奥特姆·凯利
杰夫·梅尔丁克
迈克尔·佩顿和朱迪丝·佩顿
洛厄尔·拉斯马森
戴夫·塔格特
阿尔塔·蒂尔内
杰里·昂鲁和迪亚娜·昂鲁
布伦特·维尔斯马和艾米·维尔斯马
特别感谢圣智学习出版公司的珍妮弗·斯塔尔，他也是本书内容的开发者，感谢圣智学习出版公司的产品经理妮科尔·斯圭利亚，是他们促进了本书的出版发行。
斯科特·格林内尔（Scott Grinnell）
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