节能原理.ppt

由上式可知： ➢传递单位热量的热损失，不仅与温度差成正比，而且与高低温物质 温度的乘积成反比。 ➢ 传热将造成 减少，传热温差越大， 损失也越大；
➢ 当传热温差相同时，高温时的热损失比低温时小；
➢ 要求 损失一定时，温度水平高时允许选用较大的传热温差（如蒸汽 锅炉），温度水平低时允许选用较小的传热温差（如低温换热器）。
5.2 节能潜力分析方法
（1）第一定律分析法
运用热平衡原理，以热效率为基本准则，分析、评价用能设 备和系统能量有效利用状况的方法，习惯上也称之为焓分析法。
基本内容包括： ➢根据能量系统的热力学模型，建立系统的能量平衡； ➢根据能量平衡，计算热效率，用以评价用能系统的优劣； ➢计算各项热损失，找出热损失最大的薄弱环节和部位，从而 确定节能潜力所在。 不足之处：热效率与节能潜力之间很多时候是矛盾的。
0 0 1 1.5 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
T T0
能级只与温度 有关，而与物 质种类无关。 温度越高能级 越高，焓中具 有的 越大。
5.1 关于热力学的基础知识
（5）用能过程或能量转化过程中的能量损失
❖ 通常理解为：从用能设备或能量转换装置散失到外界环境中去的那 部分能量，对散失的能量并不区分哪些是可被转化利用的 ，哪些则不 具备这种品质 。 ❖正确理解：从能的使用价值考虑问题，主要指“ ”损失，既注意散 失到环境中去的“外部损失”，更要注重设备或过程中的“内部损失”， 特别是能量使用价值的丧失。多数情况下，能量损失主要是由内部损失 造成的，外部是表现，内部是外部损失的根源。 ❖不可逆过程的 损失。
一尺度。
▪ 高级能（功量）：
总能量
▪ 低级能（环境中）： ▪ 中级能（热量）：
➢ 热量的能级
1 T0 ln T
T T0 T0
可用来估计余热转换为动力的能力， 是可能回收的最大功率。
5.1 关于热力学的基础知识
0.8
理论值
0.7
0.6
能 0.5 级
0.4
0.3 0.2 0.1
实际值（大约是理论 值的一半左右）
5.1 关于热力学的基础知识
（3）能量中的“ ”与“ ” （Exergy）—环境条件下能够完全地连续地转化为任何一
种其它形式的能量，即可用能、可用功。 （Anergy）—不能够转变为有用功的那部分能量，
即无效能、无用功。 例如：机械能、电能全是 ， ＝0； 自然环境的热能以及从环境输入、输出的热能全为 ，
❖ 从实质上看，热力学第一定律的节能潜力分析法仅着眼于外部能量 损耗； ❖ 热力学第二定律的节能潜力分析法则从内部和外部两个方面着手， 揭示了能量损失的实质。
对内部损失和外部损失的理解
➢内部损失由系统内部过程的不可逆性引起的，是能量质量的降低， 它是外部损失的根源，任何实际过程都是不可逆的，所以说内部损失 是不可避免的，只能把它控制在某个最佳值； ➢外部损失实际是内部损失的表现，但它也在某种程度上影响着内部损失；
＝0。
5.1 关于热力学的基础知识
（4）能级
表征能量转变为功的能力和技术上的有用程度，因此可以用 来评价能量的质量或级位。
❖ 热量
➢ 热能属于第二类能量，其 值取决于自身的状态参数（T、P等） 和环境的状态（T0）。当与环境处于平衡状态时，其 值＝0
➢ 热量是一个系统通过边界的以传热方式传递的能量。
➢在选定计算基准的情况下，根据火用的概念采用热力学计算 方法，直接计算出物质或物流在某个状态的火用值；
➢ 计算出各个过程，以及由若干过程所组成的子系统的火用损。
火用分析的作用
➢合理评价能量的有效利用程度 ➢科学诊断各项能量损失的大小及比例 ➢指导正确的节能方向
5.2 节能潜力分析方法
(3)两种分析法的不同之处
例：热能、物质内能、焓等热量（以传热方式传递的能量） 中级能，无序的能量可以部分地转变为有序运动的能量。 数量和质量是不统一的。
第三类—完全没有转换能力的能量
例：处于环境状态下的大气、海洋、岩石等所具有的内能和焓， 虽然它们具有相当数量的能量，在技术上却无法转变为功。 低级能，是只有数量而无质量的无序能量。
说明了能量在转换时在质量上的贬值特性能量转换具 有的方向性或不可逆性
5.1 关于热力学的基础知识
（2）能量的分类
根据能量转换难易程度，能量可划分为三类：
第一类—可以不受限制地完全转换的能量
例：电能、机械能、位能（水力）、动能（风力）等功量 高级能，完全有序运动的能量，其数量与质量是统一的。
第二类—具有部分转换能力的能量
5.2 节能潜力分析方法
（2）第二定律分析法
同时依据第一、第二两大定律，体现能的全面本性（在量上的 守恒性与在质上的贬质性），而建立的分析方法，称为第二定律 分析方法。
火用分析法
从可用能的角度来分析用能过程，从能量的量和质两个方 面指出其节能潜力所在。
5.2 节能潜力分析方法
火用分析法的基本内容
➢热量 —系统所传递的热量Q在给定环境条件下，用可逆方式所能 做出的最大功Wmax.
5.1 关于热力学的基础知识
即 Eex Wmax Q(1 T0 T )
卡诺因子（卡诺循环热效率）是 热变功的最高限度。
任何一种能量均 T
5.1 关于热力学的基础知识
➢ 能级 —— 能量中 所占的比例，衡量能量作功能力大小的统
节能原理
5.1 关于热力学的基础知识
（1）热力学第一定律、热力学第二定律
热力学第一定律——能量守恒定律（无条件）
“当任何一种形式的能量转换为另一种形式的能量时，总量保持不变” 说明能量在转换时数量上的守恒关系
问题：没有区分不同形式的能量在质量上的差别
热力学第二定律——能量转换定律（有条件）
“当任何一种形式的能量转换为另一种形式的能量时，其可用能 （质量）只能降低，不能提高”
损失—不可逆过程中 的减少量。自然界中实际过程均为不可逆过 程，它将使能量中的 转变为 ，造成能量的贬值（一部分 被消灭）， 即 损失。
5.1 关于热力学的基础知识
❖节能的本质是减少 损失，节能就是节 .
举例：因温差引起的 损失
传热火用损失＝T0
dQ
TH TL TH TL
式中dQ为高低温物体接触界面传递的微元热量，T0为环境温度，TH为 高温物体的温度，T2为低温物体的温度。