第二節(jié) 熱平衡分析法

對(duì)能量的轉(zhuǎn)換、傳遞和終端利用中的任一環(huán)節(jié)或整體進(jìn)行熱平衡分析是最常用的分析方法。所謂能量平衡法又稱為熱平衡法，它是依據(jù)熱力學(xué)第一定律，對(duì)某一能量利用裝置(或系統(tǒng))考察其收入的能量和支出能量的數(shù)量上的平衡關(guān)系。其目的是對(duì)考察對(duì)象的用能完善程度做出評(píng)價(jià)，對(duì)能量損失程度和原因做出判斷，對(duì)節(jié)能的潛力及影響因素做出估計(jì)。這種方法簡(jiǎn)單，是多年來(lái)工廠企業(yè)普遍采用的方法。

一、能量平衡和熱平衡

能量平衡法是按照能量守恒的法則，采用所謂“黑箱方法”，對(duì)指定時(shí)期內(nèi)，能量利用系統(tǒng)收入能量和支出能量在數(shù)量上的平衡關(guān)系進(jìn)行考察，以定量分析用能的情況，為提高能量利用水平提供依據(jù)。

所謂黑箱是指具有某種功能而不知其內(nèi)部構(gòu)造和機(jī)理的事物或系統(tǒng)。黑箱方法則是利用外部觀測(cè)、試驗(yàn)，通過(guò)輸入和輸出信息來(lái)研究黑箱的功能和特性，以探索其構(gòu)造和機(jī)理的一種科學(xué)的研究方法。它強(qiáng)調(diào)的是外部觀測(cè)和整體功能，而不注重內(nèi)部構(gòu)造與局部細(xì)節(jié)。

能量平衡既包括一次能源和二次能源所提供的能量，也包括工質(zhì)和物料所攜帶的能量，以及在工藝過(guò)程、發(fā)電、動(dòng)力、照明、物質(zhì)輸送等能源轉(zhuǎn)換和傳輸過(guò)程的各項(xiàng)能量收支。由于熱能往往是能量利用申的主要形式，因此，在考察系統(tǒng)的能量平衡時(shí)，通常將其他各種形式的能量(如電能、機(jī)械能、輻射能等)折算成等價(jià)熱能，并以熱能為基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行能量平衡的計(jì)算，因此往往又將能量平衡稱為熱平衡。

能量平衡的理論依據(jù)是眾所周知的能量守恒和轉(zhuǎn)換定律，即對(duì)一個(gè)有明確邊界的系統(tǒng)有：

輸入能量=輸出能量+體系內(nèi)能量的變化         (3-9)

對(duì)正常的連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程，可以視其為穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)的能量將不發(fā)生變化，于是有

輸入能量=輸出能量                                (3-10)

由此可見(jiàn)，能量平衡主要是通過(guò)考察進(jìn)出系統(tǒng)的能量狀態(tài)與數(shù)量來(lái)分析該系統(tǒng)能量利用的程度和存在的問(wèn)題，而不細(xì)致考察系統(tǒng)內(nèi)部的變化，因此它是一種典型的黑箱方法。

具體做法如下：①確定熱平衡分析的范圍;②根據(jù)熱力學(xué)第一定律對(duì)所選定范圍進(jìn)行熱平衡測(cè)試;③熱平衡測(cè)試時(shí)不能有漏計(jì)、重計(jì)和錯(cuò)計(jì)等錯(cuò)誤;④熱平衡測(cè)試結(jié)果用表格或熱流圖反映，以便于分析;⑤分析的重點(diǎn)是各種損失能量的去向、比重，以便采取措施減小損失。圖3-1所示為典型的熱平衡系統(tǒng)。

二、企業(yè)能量平衡

能量平衡具體應(yīng)用于設(shè)備和裝置時(shí)，成為設(shè)備能量平衡，應(yīng)用于車間、企業(yè)時(shí)則稱為企業(yè)能量平衡。設(shè)備能量平衡著眼于設(shè)備單元的能量收支分析，企業(yè)能量平衡則以企業(yè)力基本單位，著眼于企業(yè)整體能量利用的綜合平衡分析。企業(yè)能量平衡所涉及的范圍、采用的方法、包含的內(nèi)容都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了設(shè)備能量平衡，但設(shè)備能量平衡卻是企業(yè)能量平衡的基礎(chǔ)。有時(shí)為了考察企業(yè)中某一種能源形式的收支關(guān)系，還可以有所謂蒸汽平衡、油平衡、電平衡等。

企業(yè)能量平衡是提高企業(yè)能源管理水平，推動(dòng)企業(yè)節(jié)能技術(shù)改造的一項(xiàng)基礎(chǔ)性的技術(shù)工作。

企業(yè)能量平衡的技術(shù)指標(biāo)，包括單位能耗、單位綜合能耗、設(shè)備效率和企業(yè)能量利用率等。根據(jù)企業(yè)能量平衡對(duì)設(shè)備效率進(jìn)行計(jì)算時(shí)，可以采用正平衡法或反平衡法，并可將這兩種方法進(jìn)行比較，以確定測(cè)試的精確度。采用正平衡法時(shí)

三、企業(yè)能量平衡表

企業(yè)能量平衡測(cè)試的結(jié)果常繪制成企業(yè)能量平衡表(見(jiàn)表3-1和表3-2)。通過(guò)能量平衡表可以獲得諸如企業(yè)的用能水平、耗能情況、節(jié)能潛力等諸多信息。企業(yè)能量平衡表有多種形式，主要有分車間計(jì)的能量平衡表、按不同能源計(jì)的能量平衡表。為了便于能源管理，通常要求能量平衡表既能反映企業(yè)的總體用能、系統(tǒng)用能和過(guò)程用能，又能反映企業(yè)的能耗情況、用能水平。此外，企業(yè)能量平衡表還要求盡可能簡(jiǎn)單、清晰、明確，為此一般都按能源種類、能源流向、用能環(huán)節(jié)、終端使用情況等來(lái)設(shè)計(jì)表格。表3-1為分車間計(jì)的企業(yè)能量平衡表，

通過(guò)企業(yè)能量平衡表可以獲得的信息有：①企業(yè)的耗能情況，如能源消耗構(gòu)成、數(shù)量、分布與流向;②企業(yè)的用能水平，如能源利用與損失情況，主要設(shè)備和耗能產(chǎn)品的效率等;③企業(yè)的節(jié)能潛力，如可回收的余熱、余壓、余能的種類、數(shù)量、參數(shù)等;④企業(yè)的節(jié)能方向，如主要耗能設(shè)備環(huán)節(jié)和工藝的改進(jìn)方向，余熱、余能的利用途徑等。