火用

（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）。

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

（火用）与能量

（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。

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。

（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。

（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。