摘要： （火用），从“量”和“质”两个方面规定了能量的“价值”，解决了热力学中长期以来没有一个参数可以单独评价能量价值的问题，改变了人们对能的性质、能的损失和能的转换效率等问题的传统看法，提供了热工分析的科学基础。本文简要介绍了热力学上（火用）的相关概念及其在热力系统能量平衡分析中的应用，并运用这种方法对采用压缩式热泵的采暖系统进行了（火用）分析。

关键词： 热力系统 （火用）分析 压缩式热泵

“（火用）”，作为一种评价能量价值的参数，从“量”和“质”两个方面规定了能量的“价值”，解决了热力学中长期以来没有一个参数可以单独评价能量价值的问题，改变了人们对能的性质、能的损失和能的转换效率等问题的传统看法，提供了热工分析的科学基础。同时，它还深刻揭示了能量在转换过程中变质退化的本质，为合理用能指明了方向。

热泵的作用是从周围环境中吸取热量，并把它传递给加热的对象（温度较高的物体）。目前国外热泵技术已得到了广泛的应用，并且仍在不断发展。随着国家对节能和环境保护工作的重视，我国热泵的研制和推广工作也得到了迅速发展。在我们暖通空调领域，热泵尤其是压缩式热泵有着非常广泛的应用前景。本文从“（火用）”这个角度出发，对压缩式热泵在采暖系统中的应用进行了（火用）分析。

以前很长一段时间，人们习惯于从能量的数量来量度能的价值，信捷职称论文写作发表网，却不管所消耗的是什么样的能量。众所周知，各种不同形态的能量，其动力利用的价值并不相同。即使是同一形态的能量，在不同条件下也具有不同的作功能力。“焓”与“内能”虽具有“能”的含义和量纲，但它们并不能反映出能的质量。而“熵”与能的“质”有密切关系，但却不能反映能的“量”，也没有直接规定能的“质”。为了合理用能，就需要采用一个既能反映数量又能反映各种能量之间“质”的差异的同一尺度。“（火用）”正是这样一个可以科学评价能量价值的热力学物理量。

1.1 （火用）和（火无）的概念

各种形态的能量，转换为“高级能量”的能力并不相同。如果以这种转换能力为尺度，就能评价出各种形态能量的优劣。但是转换能力的大小与环境条件有关，还与转换过程的不可逆程度有关。因此，实际上采用在给定的环境条件下，理论上最大可能的转换能力作为量度能量品味高低的尺度，这种尺度称之为（火用）（Exergy）。它的定义如下：

当系统由一任意状态可逆地变化到与给定环境相平衡的状态时，理论上可以无限转换为任何其他能量形式的那部分能量，称之为（火用）[1]。

因为只有可逆过程才有可能进行最完全的转换，所以可以认为（火用）是在给定的环境条件下，在可逆过程中，理论上所能作出的最大有用功或消耗的最小有用功。

与此相对应，一切不能转换为（火用）的能量，称之为（火无）（Anergy）。

任何能量E均由（火用）（Ex）和（火无）（An）两部分所组成，即

E＝Ex＋An

1.2 能量的转换规律

从（火用）和（火无）的观点来看，能量的转换规律可归纳为以下几点：

（1）（火用）与（火无）的总量保持守恒，即我们常说的能量守恒原理。

（2）（火无）再也不能转换为（火用），否则将违反热力学第二定律。

（3）可逆过程不出现能的贬值变质，所以（火用）的总量守恒。

（4）在一切实际不可逆过程中，不可避免地发生能的贬值，（火用）将部分地“退化”为（火无），成为（火用）损失。因为这种退化是无法补偿的，所以（火用）损失才是能量转换中的真正损失。

（5）孤立系统的（火用）值不会增加，只会减少，至多维持不变，此即孤立系统（火用）减原理。所以（火用）与熵一样，可用作自然过程方向性的判据。

1.3 热量（火用）

若某系统的温度高于环境温度，当系统由任意状态可逆地变化到与环境状态相平衡的状态（又称“死态”）时，放出热量Q，与此同时对外界作出最大有用功。这种最大有用功称为热量（火用）ExQ。如果从热力学温度为T的恒温热源取得热量Q，当环境温度为T0时，由热量可能得到的最大功Wmax，即热量（火用）ExQ为

热量（火用）具有下列性质：

（1）热量（火用）是系统放出的热量中所能转换的最大有用功。

（2）热量（火用）的大小不仅与Q的大小有关，而且还与系统的温度T和环境温度T0有关。

（3）相同数量的Q，不同温度T下具有不同的热量（火用），当环境温度确定以后，T越高，（火用）越大。

（4）热量（火用）与热量一样是过程量，不是状态量。

在我们对热力系统进行能量分析时，希望通过对能量形态的变化过程分析，定量计算能量有效利用及损失等情况，弄清造成损失的部位和原因，以便提出改进措施，并预测改善后的效果。我们通常采用的能量平衡分析分为热平衡（焓平衡）分析及（火用）平衡分析两种。

2.1 （火用）平衡与（火用）损失

能量守恒是一个普遍的定律，能量的收支应保持平衡。但是，（火用）只是能量中的可用能部分，它的收支一般是不平衡的，在实际的转换过程中，一部分可用能将转变成不可用能，（火用）将减少，称之为（火用）损失。这并不违反能量守恒定律，（火用）平衡是（火用）与（火用）损失（不可用能）之和保持平衡。

设穿过体系边界的输入（火用）为Exin，输出（火用）为Exout，系统各项内部（火用）损失为Ii，外界作功为W，则它们的平衡关系为

∑Exin＋W＝∑Exout＋∑Ii

（火用）平衡不仅考虑了能量的数量，而且还顾及了能量的质量。在考虑（火用）平衡时，关键是需要记入各项（火用）损失才能保持平衡。其中，内部不可逆（火用）损失项在热平衡中并无反映。因此，两种分析方法有着质的区别。但是，两者相互之间又存在着内在的联系，（火用）平衡是建立在热平衡的基础之上的。

2.2 （火用）分析与（火用）效率

通常的热量平衡和能量转换效率并不能反映出（火用）的利用程度，因而我们引入了（火用）效率的概念。（火用）效率与能量转换效率由类似的定义，所不同的是，（火用）效率是收益（火用）与支付（火用）的比值。（火用）效率Ex为

有了（火用）效率的概念，我们就可以针对某个热力系统建立（火用）平衡关系式，并对其进行（火用）分析，从而达到以下目的：

（1）定量计算能量（火用）的各项收支、利用及损失情况。收支保持平衡是基础，能流的去向中包括收益项和各种损失项，根据各项的分配比例可以分清其主次。

（2）通过计算效率，确定能量转换的效果和有效利用程度。

（3）分析能量利用的合理性，分析各种损失大小和影响因素，提出改进的可能性及改进途径，并预测改进后的节能效果。

“热泵”是一种能使热量从采暖物体转移到高温物体的能量利用装置。适当运用热泵可以把那些不能直接利用的采暖热能变为有用的热能，从而提高热能利用率，节约大量燃料。不仅如此，借助于热泵，还可能把大气、海洋、江河、大地中蕴藏着的取之不尽的低品味热源利用起来。热泵本身虽然不是自然能源，但从它能够输出可用能量这个角度来说，它的确起到了“能量”的作用，所以人们称它为“特种能源”[2]。

3.1 压缩式热泵的工作原理

热泵的工作原理与制冷装置相同，也采用逆循环。但其目的不是致冷而是致热，即工作温度的范围与制冷机不同。它有两种型式：压缩式和吸收式。下面简要介绍下压缩式热泵的工作原理。

压缩式热泵是以消耗一部分高质能（机械能或电能）为代价致热的，如图3-1所示。低沸点工质通过压缩机压缩，消耗外功W，使工质的压力和温度升高。由于它的温度高于