火用介绍

在文献中，热力学通常被定义为能量和熵的科学。由于能量和熵没有相同的货币(单位)，代表两个不同的实体，我个人将热力学定义为能量和火用的科学，这是指热力学的第一和第二定律。

这带来了一个优势，我们可以很容易地评估和比较相应的能源和火用效率下的性能。当我们分析系统时，我们需要写出所有四个平衡方程，包括质量、能量、熵和火用平衡，以获得完整和全面的解决方案。

火用vs能量

在热力学中，系统分析有两个潜在的定律，即热力学第一定律和热力学第二定律。第一条定律被称为守恒定律，它的定义是“能量既不会被创造也不会被毁灭。”

它只是改变了形式(例如，热量在发电厂工作，功在热泵中加热)。这方面的第一个定律是能量分析。如果我们的目标是定义和识别不可逆性，能量分析就变得不充分，因为它既不能量化也不能确定系统的不可逆性。

我们需要用到第二定律它有不同的定义。就熵而言，它可以被定义为“一种代表无序程度的定律，并且表明熵总是增加的。”在火用方面，我将其定义为将火用作为一种潜在的工具来确定火用破坏和损失及其真实大小和确切位置，并通过火用效率来评估实际性能的定律。

它还指出，火用不能守恒，只有采取适当的措施，才能将火用最小化。图1说明了能量和火用的简单比较。在图1a中，插图显示了医生使用听诊器来听心跳，就像热力学中的能量一样。图1b显示，医生持有患者的x光片，可以像火用一样确定系统的任何问题。

图1:一个能量分析的例子。

图2:火用分析的一个例子。

火用节约与能量节约

能源节约是完全没有意义的，因为能源分析来自第一定律，不能识别浪费或燃料和资源的有效利用。如果一个人的目标是更好地利用资源，火用节约就成为一个合乎逻辑和有意义的目标。

以“能量守恒”为目标在概念上是不正确的，因为能量在第一定律下是默认守恒的。事实上，我们想说火用守恒。这清楚地表明，我们需要改变心态，正确使用术语，并以实现如图3所示的火用节约为目标。

图3:说明从节能的心态转换到火用的心态。

火用管理vs能源管理

如上所述，第一定律是关于能量守恒的。能量总是守恒的(既不创造也不毁灭)。所以，既然能量是守恒的，讨论能量管理也就变得毫无意义了。

事实上，我们想到的是火用管理，但称之为能量管理。如图4所示，正确地使用这些概念并实现火用管理思想是至关重要的。这意味着能量完全由第一定律管理，而火用可以部分由第二定律管理。

图4:说明从能源管理的心态转换到火用管理的心态。

新概念:AIDA(分析、改进、设计和评估)

当我们处理过程、系统、应用程序等时，有四个关键项目需要处理，即分析、改进、设计和评估。与此相结合，我们引入了一个新的AIDA概念来涵盖这四个项目。字典中的Aida是一个女性名字，最初来自阿拉伯语。

它有许多意义，从快乐到区分，从帮手到访客。因为这四个字母组成了这个名字，我们倾向于接受helper的意思，并将其与exergy联系起来。火用实际上是一种用于分析、改进、设计和评估的热力学工具，如图4所示。

火用分析可以克服能量分析的许多缺点。源自热力学第二定律的火用分析在确定过程效率低下的原因、位置和程度方面是有用的。

与一个能量量相关的火用是对其有用性或质量的定量评估。火用分析承认，虽然能量不能被创造或销毁，但它的质量可以降低，最终达到与周围环境完全平衡的状态，因此不再用于执行任务。

近年来，火用已经成为一种主要的工具，它的使用已经扩展到消耗经济学(或热经济学)下的经济，包括成本核算;运动环境学(或运动环境分析)下的环境，包括环境影响核算(评估);通过纳入可持续发展会计(评估)来实践可持续性。

图5:火用下的AIDA示意图。

火用效率vs能源效率

能源(h)和火用(y)效率通常用于系统中发生的稳态过程。在这方面，能量效率定义为有用能量输出与总输入能量之比，而火用效率定义为有用火用输出与总输入火用之比，如下所示:

h=有用能量输出/总能量输入

而且

y=有用火用输出/总火用输入

火用效率通常比能源效率更能说明工艺性能，因为(i)它们根据其火用含量来衡量能量流，(ii)它们将低效分为与流出损失有关的低效和由于不可逆性造成的低效。一般来说，火用效率提供了改进潜力的衡量标准。

闭幕词

在这篇文章中，解释和说明了应用火用分析代替或配合能量分析的优点。加强火用在其他学科的应用，培养火用思维，以实现更好的设计和分析、更好的效率、更好的成本效益、更好的资源利用、更好的环境、更好的能源安全和更好的可持续性，这一点越来越重要。

欲知详情，请参考以下资料:

• 丹瑟，我和罗森，2012年硕士。火用:能源、环境与可持续发展，2^nd编著，Elsevier，牛津，英国。
• Dincer, I.和Ratlamwala, t.a.h.，“火用对分析、改进、设计和评估的重要性”，能源与环境2(3)， 335-349, 2013。

关于Ibrahim Dincer教授

Ibrahim Dincer是UOIT工程与应用科学学院机械工程专业的全职教授。他是国际氢能协会(IAHE)战略副主席和世界可持续能源技术协会(WSSET)副主席。

他因在可持续能源技术领域的开创性工作而闻名，他撰写和合作撰写了大量书籍和书籍章节，900多篇期刊和会议论文，以及许多技术报告。他主持过许多国家和国际会议、专题讨论会、讲习班和技术会议。他发表了250多次主题演讲和受邀演讲。他是各种国际科学组织和学会的积极成员，并担任主编(Wiley的《国际能源研究杂志》;Inderscience的《国际火用学杂志》、《国际全球变暖杂志》和《国际研究、创新和商业化杂志》;Bentham的《开放环境工程杂志》)，他是各种著名国际期刊的副主编、区域编辑和编委会成员。

他是多个研究、教学和服务奖的获得者，包括2004年加拿大安大略省总理研究优秀奖。他为可持续能源技术的理解和发展及其实施做出了创新贡献。他一直在氢和燃料电池技术领域积极工作，他的团队开发了各种新技术/方法等。