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搞好節(jié)能，挖掘節(jié)能潛力需要我們了解能量損失的原因及分布、科學(xué)用能的基本原則、節(jié)能的方案對策等。熱力學(xué)就是研究能量及其轉(zhuǎn)換的科學(xué)，節(jié)能的理論基礎(chǔ)就是熱力學(xué)。

能量是物質(zhì)運動的量度，其常見的形式有熱能、機械能、電能、磁能、光能。熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律向我們揭示了能量從一種形式轉(zhuǎn)換至另一種形式的過程中，量和質(zhì)兩方面變化的客觀規(guī)律[2]。熱力學(xué)第一定律就是能量轉(zhuǎn)換和守恒定律，既然能量的“量”是守恒的，我們要節(jié)能，就需要從“質(zhì)”入手。熱力學(xué)第二定律揭示了在能量轉(zhuǎn)換中，能量“質(zhì)”的屬性要下降。例如，機械能轉(zhuǎn)化為熱能，僅通過摩擦就可以完全轉(zhuǎn)化，而熱能轉(zhuǎn)化為機械能是不能完全轉(zhuǎn)化的。這就表示了能量有“品質(zhì)”的高低之分，在能量的轉(zhuǎn)換過程中，能量的品質(zhì)是在不斷下降的。節(jié)能的最終目的就是盡量減少能量貶值的現(xiàn)象發(fā)生。本文將簡單闡述節(jié)能相關(guān)的熱力學(xué)理論作為今后節(jié)能工作的理論基礎(chǔ)。

1 熱力學(xué)第一定律和能量衡算

熱力學(xué)第一定律指的是能量在轉(zhuǎn)換和遷移過程中保持總量守恒，對于任何能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，可建立能量衡算式。系統(tǒng)儲存的能量包括系統(tǒng)的動能和內(nèi)能。

1.1 對于一個閉口系統(tǒng)，即與外界無物質(zhì)交換的系統(tǒng)有：

式中:Q-系統(tǒng)得到的能量；ΔU-系統(tǒng)內(nèi)能變化；W-系統(tǒng)與外界的功量交換。

對于微元過程，式（1-1）也可寫作

1．2 對于一個開口系統(tǒng)，考慮對于微元過程，物質(zhì)的流入和流出有：

式中：m-進入系統(tǒng)的物質(zhì)；n-流出系統(tǒng)的物質(zhì)；h-物質(zhì)的焓。

在工程上，我們可以利用式1-3來計算系統(tǒng)被輸入能量后狀態(tài)參數(shù)的變化或達到相應(yīng)變化需求的能量。

2 熱力學(xué)第二定律和的概念

2.1 熱力學(xué)第二定律的闡述

根據(jù)實際經(jīng)驗事實，熱量的轉(zhuǎn)換有些可以自發(fā)進行，有些則需要有條件的轉(zhuǎn)換，并且只能部分轉(zhuǎn)換，能量在使用過程中，雖然總量守恒，但是品質(zhì)是在不斷下降的。熱力學(xué)第二定律就是用來闡述能量的轉(zhuǎn)換方向、條件和限制的，其對節(jié)約能源、提高能源利用效率具有重要的指導(dǎo)意義。

熱力學(xué)第二定律的表述有很多種，如：

開爾文表述：不可能從單一熱源吸熱，并把吸入的熱量完全轉(zhuǎn)化為功而不產(chǎn)生其它變化。

普朗克表述：不可能制造一個機器，使之在循環(huán)動作中把一重物升高，二同時使一熱源冷卻[3]。

卡諾定理：在兩個不同溫度的恒溫?zé)嵩ぷ鞯乃袩釞C，不可能有任何熱機的效率比可逆熱機的效率更高。根據(jù)卡諾定理可以衡量出熱量轉(zhuǎn)化為做功的效率問題。最簡單的可逆熱機為卡諾循環(huán)，其熱效率為：

此條定理不僅運用于壓縮機、熱泵的設(shè)計上，在實際日常裝置運行中也能得到運用，例如在蒸汽透平系統(tǒng)中，透平的效率不僅取決于蒸汽透平本身的狀態(tài)，更取決于動力蒸汽的溫度和凝汽器的溫度，通過降低凝汽器的溫度，可有效提高蒸汽透平的運行效率，節(jié)約動力蒸汽的使用。

能量是否有用，取決于這種能量是否可遷移和轉(zhuǎn)換，就這一點來看，可將能量分為三類：

第一類，有可完全轉(zhuǎn)換能力的能量，如電能、機械能等。

第二類，有部分轉(zhuǎn)換能力的能量，例如熱能，焓等。

第三類，完全沒有轉(zhuǎn)換能力的能量，利于處于宏觀系統(tǒng)溫度下的熱能。

式中：E收益-運行過程中收益的；E消耗-運行過程中所消耗的。

4 結(jié)語