节能技术-热能

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1、2021/7/251节能技术热能2021/7/252“国家节约能源法”关于节能的定义是：加强管理，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，从能源生产到消费的各个环节，降低消耗，减少损失，制止浪费，更加有效合理的利用能源。严济慈说：所费多于所当费所得少于所可得——就是浪费“当费”和“可得”的定性和定量：—指明事物发展的方向和人类活动可能的范围。—这就是节能这门学科的核心2021/7/253一概述节能技术—是一门科学。有它完整的理论和规律，是对能源利用完善程度的定性和定量剖析。感到无能为力、熟视无睹、伪科学——都是不对的。二.节能的方向和范畴1.广义节能和狭义节能。2.能

2、量量的节能和能量质的节能。2021/7/254能量——是指能的质量和能的数量。这两方面都节约了才能称能量的利用完善了。节约能的质量—宏观节能—可得必得主要是系统节能。理论基础是：“工程热力学”。节约能的数量—微观节能—不当费则不费，主要是设备节能。理论基础是：“传热理论”、“燃烧理论”、“传质（干燥）理论”“工质特性理论”、“热机理论”等。2021/7/255二工程热力学—质的节能热力学第一定律能量转换和守恒定律：功=常数×热量W=A×Q说明:能量有不同的形式，功和热都是能量；能量必有它的由来，是转换而来；转换前后相等，可用当量值来折算—等式两边平衡。常数A就是功的当量值—功热当量。

3、揭示了：第一类永动机及其它伪科学的不可能性，不可能不需要输入能量就能连续作功；2021/7/256还可写为：输入能量＝输出有用能量＋损失能量效率＝输出有用能量/输入能量%能量的多次转换：总效率＝效率1×效率2×效率3×…如:发电系统总效率＝锅炉效率×管道效率×汽轮机效率×发电机效率研究这些等式的方法，就是热平衡和能量平衡方法——提高转换效率的方法。研究：尽可能提高有用能量和尽可能减少损失能量——就是节能——热力学第一定律指明了节约能量数量的方向。2021/7/257越是大型设备越有可能做得更完善，转换效率越高。如集中供热、煤气化、坑口电站、大型发电站等。各种能量的转换：火力发电站、三

4、峡水电站，核电站；其他新能源——风力发电、潮汐发电、太阳能发电、垃圾发电等等。能源资源的节约：太阳能转化矿物质能——不可再生能源，太阳能转化为生物质能——可再生能源。2021/7/258二.热力学第二定律热力学第一定律没有说明：能量的自生不可能，还有些什么不可能？“温度”这一重要概念没有出现，没有被描述；功和热能完全等同描述吗？能量有转换方向吗？都可逆吗？有序运动可方便的变为热分子的无序运动，反之行吗？2021/7/259热力学第二定律的描述：1.不能制造出只与单一温度热源交换热量，对外作功，又不引起其它变化的热力发动机。2.热量不可能从低温物体传向高温物体，而不引起其它任何变化。热

5、转化为功有一个限制，一个不可能：即卡诺循环效率——最高可能性：η=1-T低/T高2021/7/2510如：火焰温度T1=1200℃蒸汽温度T2=200℃（1.6MPa）环境温度T3=30℃充分利用火焰（1200℃）:η=1-（30+273）/（1200+273）=79.4％而利用蒸汽（200℃）：η=1-（30+273/（200+273）=35.9％发电厂：压力MPa温度℃卡诺η%锅炉η%汽机η%发电、厂用电η%发电η%1.018033.185738316.43.534050.687758728.710.054062.790789039.62021/7/2511发电η=卡诺η×锅炉η

6、×汽机η×电厂η红色部分是日常关注的重点,是第一定律的范畴。大型发电厂的锅炉效率可达90～98%，利用了燃料能的90～98%，能量的数量可谓充分利用了。但在转换为功（机械能、电能）时，不得不乘上这个无情的卡诺循环效率卡诺η，它揭示了是节能的另一部份，是第二定律的范畴。是能量质量部分—是最大可得的机械能的部分，而得到机械能后还可再供热，这才是真正利用完善了。如同一棵大树，可以全部做成筷子，重量上并没有“损失”；但也可先做顶梁柱、大梁，剩余部分和枝杈再做筷子。两种取舍等同吗？木料的大小代表了质量，一定要关注木料的大小才不浪费。2021/7/2512第一定律—所费多于所当费，从能源的下游

7、节约，量的节约；第二定律—所得少于所可得，从能源的源头多利用，质的节约。下图就是这块“木料”的取舍问题。表示了能源利用的梯级化和完善化程度，潜力巨大。2021/7/2513说明：1.超η不可能，第二类永动机不可能，所得多于所可得是不可能的；2.能量具有品位问题——能量取得的难易问题——能量的质量问题：电能、机械能比热能品位高；温度愈高，热能的质量愈高品位问题也揭示了能源利用的完善性。温度越高，卡诺循环效率越高，利用越多；集中供热比小锅炉效益高；热电联