火用

各種形態的能量，轉換為“高級能量”的能力並不相同。如果以這種轉換能力為尺度，就能評價出各種形態能量的優劣。但是轉換能力的大小與環境條件有關，還與轉換過程的不可逆程度有關。實際上採用在給定的環境條件下，理論上最大可能的轉換能力作為量度能量品味高低的尺度，這種尺度稱之為（火用）（Exergy）。它的定義如下：

因為只有可逆過程才有可能進行最完全的轉換，所以可以認為（火用）是在給定的環境條件下，在可逆過程中，理論上所能作出的最大有用功或消耗的最小有用功。

與此相對應，一切不能轉換為（火用）的能量，稱之為（火無）（Anergy）。任何能量E 均由（火用）（Ex）和（火無）（An）兩部分所組成，即

（火用）作為一種評價能量價值的參數，從“量”和“質”兩個方面規定了能量的“價值”，解決了

熱力學中長期以來沒有一個參數可以單獨評價能量價值的問題，改變了人們對能的性質、能的損失和

能的轉換效率等問題的傳統看法，提供了熱工分析的科學基礎。

從（火用）和（火無）的觀點來看，能量的轉換規律可歸納為以下幾點：

（1）（火用）與（火無）的總量保持守恆，即我們常說的能量守恆原理。

（2）（火無）再也不能轉換為（火用），否則將違反熱力學第二定律。

（3）可逆過程不出現能的貶值變質，所以（火用）的總量守恆。

（4）在一切實際不可逆過程中，不可避免地發生能的貶值，（火用）將部分地“退化”為（火無），

成為（火用）損失。因為這種退化是無法補償的，所以（火用）損失才是能量轉換中的真正損失。

（5）孤立系統的（火用）值不會增加，只會減少，至多維持不變，此即孤立系統（火用）減原

理。所以（火用）與熵一樣，可用作自然過程方向性的判據。

能量守恆是一個普遍的定律，能量的收支應保持平衡。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，在實際的轉換過程中，一部分可用能將轉變成不可用能，（火用）將減少，稱之為（火用）損失。這並不違反能量守恆定律，（火用）平衡是（火用）與（火用）損失（不可用能）之和保持平衡。

設穿過體系邊界的輸入（火用）為Exin，輸出（火用）為 Exout，系統各項內部（火用）損失為 Ii，外界作功為W，則它們的平衡關係為

（火用）平衡不僅考慮了能量的數量，而且還顧及了能量的質量。在考慮（火用）平衡時，關鍵是需要記入各項（火用）損失才能保持平衡。其中，內部不可逆（火用）損失項在熱平衡中並無反映。因此，兩種分析方法有著質的區別。但是，兩者相互之間又存在著內在的聯繫，（火用）平衡是建立在熱平衡的基礎之上的。

通常的熱量平衡和能量轉換效率並不能反映出（火用）的利用程度，因而我們引入了（火用）效率的概念。（火用）效率與能量轉換效率由類似的定義，所不同的是，（火用）效率是收益（火用）與支付（火用）的比值。（火用）效率 Ex為 有了（火用）效率的概念，我們就可以針對某個熱力系統建立（火用）平衡關係式，並對其進行（火用）分析，從而達到以下目的：

（1）定量計算能量（火用）的各項收支、利用及損失情況。收支保持平衡是基礎，能流的去向中包括收益項和各種損失項，根據各項的分配比例可以分清其主次。

（2）通過計算效率，確定能量轉換的效果和有效利用程度。

（3）分析能量利用的合理性，分析各種損失大小和影響因素，提出改進的可能性及改進途徑，並預測改進后的節能效果。