1、可替代能源：来源和系统Alternative Energy：Sources and Systems美 唐纳德史蒂柏（Donald Steeby）著赵铭姝 郑青阳译机 械 工 业 出 版 社 本书介绍了太阳能集热系统、光伏发电系统、风力发电系统、地能系统、生物质能采暖系统等可替代能源系统，以及燃料电池和热电联产技术的概念和原理，讨论了各类系统的设计安装过程并展示了应用实例。本书内容丰富，浅显易懂，综合性和实用性强，能够帮助读者建立较为完整的可替代能源知识结构，并提高相应的工作实践能力。本书可供可替代能源领域的从业者，尤其是暖通空调行业的技术人员参考，也可供相关专业的在校师生参考。译丛序一、制造技
2、术长盛永恒先进制造技术是在 20 世纪 80 年代提出的，它由机械制造技术发展而来，通常可以认为它是机械、电子、信息、材料、能源和管理等方面技术的交叉、融合和集成。先进制造技术综合应用于产品全生命周期的整个制造过程，包括市场需求、产品设计、工艺设计、加工装配、检测、销售、使用、维修、报废处理、回收利用等，可实现优质、敏捷、高效、低耗、清洁生产，快速响应市场的需求。因此，当前的先进制造技术以产品为中心，以光机电一体化的机械制造技术为主体，以广义制造为手段，具有先进性和时代感。制造技术是一个永恒的主题，与社会发展密切相关，是设想、概念、科学技术物化的基础和手段，是所有工业的支柱，是国家经济与国防实
3、力的体现，是国家工业化的关键。现代制造技术是当前世界各国研究和发展的主题，特别是在市场经济高度发展的今天，它更占有十分重要的地位。信息技术的发展并引入到制造技术，使制造技术产生了革命性的变化，出现了制造系统和制造科学。制造系统由物质流、能量流和信息流组成，物质流是本质，能量流是动力，信息流是控制；制造技术与系统论、方法论、信息论、控制论和协同论相结合就形成了新的制造学科。制造技术的覆盖面极广，涉及机械、电子、计算机、冶金、建筑、水利、电子、运载、农业，以及化学、物理学、材料学、管理科学等领域。各个行业都需要制造业的支持，制造技术既有普遍性、基础性的一面，又有特殊性、专业性的一面，制造技术具有共
4、性，又有个性。目前世界先进制造技术沿着全球化、绿色化、高技术化、信息化、个性化和服务化、集群化六个方向发展，在加工技术方面主要有超精密加工技术、纳米加工技术、数控加工技术、极限加工技术、绿色加工技术等，在制造模式方面主要有自动化、集成化、柔性化、敏捷化、虚拟化、网络化、智能化、协作化和绿色化等。二、图书交流源远流长近年来，国际交流与合作对制造业领域的发展、技术进步及重大关键技术的突破起到了积极的促进作用，制造业科技人员需要及时了解国外相关技术领域的最新发展状况、成果取得情况及先进技术的应用情况等。国家、地区间的学术、技术交流已有很长的历史，可以追溯到唐朝甚至更远一些，唐玄奘去印度取经可以说是一
5、次典型的图书交流佳话。图书资料是一种传统、永恒、有效的学术、技术交流方式，早在 20 世纪初期，我国清代学者严复就翻译了英国学者赫胥黎所著的 天演论，其后学者周建人翻译了英国学者达尔文所著的 物种起源，对我国自然科学的发展起到了很大的推动作用。图书是一种信息载体，虽然现在已有网络通信、计算机等信息传输和储存手段，但图书仍将因其具有严谨性、系统性、广泛性、适应性、持久性和经济性的特点而长期存在。纸质图书有更好的阅读优势，可满足不同层次读者的阅读习惯，同时它具有长期的参考价值和收藏价值。当然，技术图书的交流具有时间上的滞后性，不够及时，翻译的质量也是个关键问题，需要及时、快速、高质量的出版工作支持
6、。机械工业出版社希望能够在先进制造技术的引进、消化、吸收、创新方面为广大读者做出贡献，为我国的制造业科技人员引进、吸纳国外先进制造技术的出版资源，翻译出版国际上优秀的先进制造技术著作，从而提升我国制造业的自主创新能力，引导和推进科研与实践水平的不断进步。三、选译严谨质高面广（1）精品重点高质本套丛书作为我社的精品重点书，在内容、编辑、装帧设计等方面追求高质量，力求为读者奉献一套高品质的丛书。（2）专家选译把关 本套丛书的选书、翻译工作均由国内相关专业的专家、教授、工程技术人员承担，充分保证了内容的先进性、适用性和翻译质量。（3）引纳地区广泛主要从制造业比较发达的国家引进一系列先进制造技术图书，
7、组成一套“国际制造业先进技术译丛”。当然其他国家的优秀制造科技图书也在选择之内。（4）内容先进丰富在内容上应具有先进性、经典性、广泛性，应能代表相关专业的技术前沿，对生产实践有较强的指导、借鉴作用。本套丛书尽量涵盖制造业各行业，如机械、材料、能源等，既包括对传统技术的改进，又包括新的可替代能源：来源和系统设计方法、制造工艺等技术。（5）读者层次面广面对的读者对象主要是制造企业、科研院所的专家、研究人员和工程技术人员。高等院校的教师和学生，可以按照不同层次和水平要求各取所需。四、衷心感谢不吝赐教首先要感谢许多热心支持“国际制造业先进技术译丛”出版工作的专家学者，他们积极推荐国外相关优秀图书，仔细
8、评审外文原版书，推荐评审和翻译的知名专家，特别要感谢承担翻译工作的译者，对各位专家学者所付出的辛勤劳动表示深切的敬意，同时要感谢国外各家出版社版权工作人员的热心支持。希望本套丛书能对广大读者的学习与工作提供切实的帮助，希望广大读者不吝赐教，提出宝贵意见和建议。机械工业出版社译丛序译者序随着中国经济的高速发展，能源和环境问题日渐凸显。为实现可持续发展并减少污染物的排放，可替代能源产业方兴未艾。目前，中国的太阳能集热、光伏发电和风力发电的产品制造和市场应用规模均位于世界前列，对相关领域的人才需求十分旺盛。本书是一本可替代能源应用领域的读物，作者曾任美国暖通空调和电气控制行业的资深工程师，有着相关领
9、域丰富的工作经验。本书分为 5 篇，分别对太阳能、风力发电、地源热泵、生物质能采暖、燃料电池和热电联产技术进行了讨论。毫无疑问，作者在暖通空调领域的从业经历为本书带来了鲜明的特色。例如，书中对太阳能的讨论包括了太阳能集热系统和光伏发电系统两个部分，而对地源热泵系统和热电联产技术的介绍则是其他众多同类书籍所不常见的，这使得本书的内容变得更加丰富而与众不同。本书内容偏重应用环节，所举案例也聚焦于家用和小型商业应用领域，旨在提高普通用户对可替代能源的理解程度和应用能力，具有较强的实践指导价值。本书内容深浅适中，搭建了基础知识和高端应用之间的桥梁，尤其适用于可替代能源领域的职业培训。感谢作者与我们分享
10、宝贵的知识和经验。在翻译过程中，译者对原书中的个别问题进行了适当修正。对于书中出现的英美制单位，译者在其首次出现时进行了注释，并编制了本书所用的非法定单位与法定单位的换算关系表作为附录。在此特向对本书的翻译出版提供帮助的人们表示感谢。欢迎读者批评指正。译 者于西安致谢在此感谢以下人员，正是他们的帮助才使本书的出版成为可能：感谢我的妻子黛安娜、女儿埃琳和兄弟杰里做出的贡献；感谢费里斯州立大学的迈克福伊茨博士为本书撰写了序言并帮助我梳理了主旨内容；感谢费里斯州立大学的埃米卡瓦诺博士帮助我获得硕士学位；感谢杰夫莫法特帮助我解决了分区问题；感谢米奇勒克莱尔和迈克拉佛蒂让我对地热产生了兴趣。感谢以下人员
11、和组织对我的支持、鼓励和贡献：查尔斯莱西博士、马里比奇洛、戴夫和莎伦凯切勒、加里和罗伊斯范杜因、瑞安和比尔马丁；克莱顿和阿曼达杰克逊、罗布拉夫森工程师、珍妮特哈根、汤姆莱恩、米克萨格里洛、托雷森马林、卡莱菲公司（Caleffi Hydronic Solutions）、约翰迪尔再生能源公司（John Deere Renewables）和太阳能国际（教育）集团（Solar Energy International.）。序1998 年，当我在费里斯州立大学执教时第一次听到了唐史蒂柏的名字，那时他还是一名学生。有人告诉我，我们的学生正在使用的地源热泵系统的地埋回路规划软件就是他编写的。这个软件写得很好
12、，以至于能够上市销售。在由美国采暖、制冷和空调工程师协会（ASHRAE）每年主办的国际机械系统选择与设计大赛中，费里斯大学暖通空调工程专业的学生们用这个软件来规划地埋回路，并作为首选方案提交。你将会看到，这本书与唐编写的软件一样，都展现了他的背景和职业特点，那就是专业而实用。唐充分利用了他的人生经历，从作为农场男孩时学到的机械技能，到暖通空调行业工作期间积累的丰富经验，加上在社区学院与两所大学学习的知识，都将体现在本书之中。唐是在密歇根州西部的一个奶牛场长大的，他的家庭通常自己动手进行各类安装和维修工作，这种经历教会了他自立的精神。唐从 10 岁起就开始挤牛奶，还是个男孩时便从实践中学习机械知
13、识，喜欢把各种机器拆开看看它们是如何运转的。出于农业的兴趣，他后来进入了密歇根州立大学农业技术学院学习。1980年毕业后，唐从不太景气的农业领域转向了其他行业。在当电气技师时，唐发现自己非常适合技术性职业，于是在 1985 年秋重返校园，在大急流城社区学院参加了暖通空调专业的业余课程学习。在 1992 年获得大专学历之后，唐进入美国迅捷工程公司的子公司工作，一直做到燃气直燃机新风机组的全国销售经理。尽管已经事业有成，唐还是想学得更多。在 1994 年秋季，作为丈夫、两个孩子的父亲且背负贷款的唐，毅然辞去了工作，进入费里斯州立大学攻读暖通空调工程专业的全日制学士学位。就是在费里斯大学，有感于唐的
14、学习热情和在农场工作的经历与技能，两名教授让他编写了地能工程软件。毕业之后，他的新学位让他在霍尼韦尔公司谋得了控制工程师的职位。控制工程师需要解决复杂的问题，在此过程中应将系统思维与系统故障分析技能紧密结合。他们必须掌握众多机械系统类型的知识，从系统的设计到运行，方方面面都要熟悉了解。优秀的控制工程师是暖通空调行业中最有知识的人，而唐就是其中的翘楚，其职位不断得到晋升。当唐还在霍尼韦尔公司工作的时候，我便邀请他以助理的身份在费里斯州立大学任教。他接受了这项挑战而且干得很好。2002 年，他的学生也在美国采暖、制冷和空调工程师协会（ASHRAE）主办的国际暖通空调系统设计大赛中获奖，而这正是几年
15、前其他学生采用他编写的软件所获的奖项。教学工作燃起了唐的兴趣，事实上，我们想聘用他担任全职教师，但他却没有同意。尽管在母校任教是一次诱人的机会，但校园离他的社区和家庭农场实在是太远了，这使他很难考虑改换工作地点。唐还在他的另一个母校 大急流城社区学院担任过助理教职，那里距他的家庭很近。在 2007 年，当有了一个全职的岗位时，他抓住了这个机会。得知他离开了暖通空调行业颇具前途的职位并当上了一名教师，从此开启了人生的新篇章时，我一点也不感到意外。同以往一样，唐接下来要为他的新职业而接受教育。2010 年春，他获得了费里斯州立大学职业技术教育的科学硕士学位，而我很高兴担任了他的论文委员会成员。这本
16、书就是唐对其硕士论文的拓展研究成果。书中的大部分内容来自他从毕业设计工作中获得的知识。这是他对可替代能源，以及学习和知识分享的热情宣言。这让我想起了阿姆斯壮国际公司，一个以生产高质量蒸汽、空气和热水产品而闻名的美国家族制造企业。阿姆斯壮公司的座右铭是：“没有被共享的知识等于被浪费的能源。”当把这句格言用在本书时，就显得意味深长。唐笔下的能源不仅实在可用而且储量丰富，但就像阿姆斯壮公司的格言所讲的那样，被大量浪费掉了，直到我们开发出相关的技术将其利用起来。唐所做的工作就是将这些关于可替代能源的不同形式和用途的信息汇编起来，而如果他没有将自己所获得的这些知识与别人共享，那么这些能源就可能会被浪费掉。这本书浅显易懂，可以作为学习可替代能源及其应用知识的入门读物。接下来要做的就是综合性的工作，读者可以从唐所提供的实践、历史和技术的角度，全方位地学习各种可替代能源解决方案。然而，这并不是一本工程教科书，而是对太阳能、风能、地能、生物质能和未来能源（燃料电池和热电联产系统）的深入介绍。要想对设计、安装和维护可替代能源系统做好准备，读者还应接受更多的训练并掌握专门的技能。然而通过对本书的学习，读者确