第二節 熱平衡分析法

對能量的轉換、傳遞和終端利用中的任一環節或整體進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，它是依據熱力學第一定律，對某一能量利用裝置(或系統)考察其收入的能量和支出能量的數量上的平衡關系。其目的是對考察對象的用能完善程度做出評價，對能量損失程度和原因做出判斷，對節能的潛力及影響因素做出估計。這種方法簡單，是多年來工廠企業普遍采用的方法。

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”，對指定時期內，能量利用系統收入能量和支出能量在數量上的平衡關系進行考察，以定量分析用能的情況，為提高能量利用水平提供依據。

所謂黑箱是指具有某種功能而不知其內部構造和機理的事物或系統。黑箱方法則是利用外部觀測、試驗，通過輸入和輸出信息來研究黑箱的功能和特性，以探索其構造和機理的一種科學的研究方法。它強調的是外部觀測和整體功能，而不注重內部構造與局部細節。

能量平衡既包括一次能源和二次能源所提供的能量，也包括工質和物料所攜帶的能量，以及在工藝過程、發電、動力、照明、物質輸送等能源轉換和傳輸過程的各項能量收支。由于熱能往往是能量利用申的主要形式，因此，在考察系統的能量平衡時，通常將其他各種形式的能量(如電能、機械能、輻射能等)折算成等價熱能，并以熱能為基礎來進行能量平衡的計算，因此往往又將能量平衡稱為熱平衡。

能量平衡的理論依據是眾所周知的能量守恒和轉換定律，即對一個有明確邊界的系統有：

輸入能量=輸出能量+體系內能量的變化         (3-9)

對正常的連續生產過程，可以視其為穩定狀態，此時系統內的能量將不發生變化，于是有

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

由此可見，能量平衡主要是通過考察進出系統的能量狀態與數量來分析該系統能量利用的程度和存在的問題，而不細致考察系統內部的變化，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根據熱力學第一定律對所選定范圍進行熱平衡測試;③熱平衡測試時不能有漏計、重計和錯計等錯誤;④熱平衡測試結果用表格或熱流圖反映，以便于分析;⑤分析的重點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。

二、企業能量平衡

能量平衡具體應用于設備和裝置時，成為設備能量平衡，應用于車間、企業時則稱為企業能量平衡。設備能量平衡著眼于設備單元的能量收支分析，企業能量平衡則以企業力基本單位，著眼于企業整體能量利用的綜合平衡分析。企業能量平衡所涉及的范圍、采用的方法、包含的內容都遠遠超過了設備能量平衡，但設備能量平衡卻是企業能量平衡的基礎。有時為了考察企業中某一種能源形式的收支關系，還可以有所謂蒸汽平衡、油平衡、電平衡等。

企業能量平衡是提高企業能源管理水平，推動企業節能技術改造的一項基礎性的技術工作。

企業能量平衡的技術指標，包括單位能耗、單位綜合能耗、設備效率和企業能量利用率等。根據企業能量平衡對設備效率進行計算時，可以采用正平衡法或反平衡法，并可將這兩種方法進行比較，以確定測試的精確度。采用正平衡法時

三、企業能量平衡表

企業能量平衡測試的結果常繪制成企業能量平衡表(見表3-1和表3-2)。通過能量平衡表可以獲得諸如企業的用能水平、耗能情況、節能潛力等諸多信息。企業能量平衡表有多種形式，主要有分車間計的能量平衡表、按不同能源計的能量平衡表。為了便于能源管理，通常要求能量平衡表既能反映企業的總體用能、系統用能和過程用能，又能反映企業的能耗情況、用能水平。此外，企業能量平衡表還要求盡可能簡單、清晰、明確，為此一般都按能源種類、能源流向、用能環節、終端使用情況等來設計表格。表3-1為分車間計的企業能量平衡表，

通過企業能量平衡表可以獲得的信息有：①企業的耗能情況，如能源消耗構成、數量、分布與流向;②企業的用能水平，如能源利用與損失情況，主要設備和耗能產品的效率等;③企業的節能潛力，如可回收的余熱、余壓、余能的種類、數量、參數等;④企業的節能方向，如主要耗能設備環節和工藝的改進方向，余熱、余能的利用途徑等。