熵及其節(jié)能應(yīng)用

1、熵及其節(jié)能應(yīng)用熵的發(fā)展史熵（entropy）指的是體系的混亂的程度，它在控制論、概率論、數(shù)論、天體物理、生命科學(xué)等領(lǐng)域都有重要應(yīng)用，在不同的學(xué)科中也有引申出的更為具體的定義，是各領(lǐng)域十分重要的參量。1850年，德國(guó)物理學(xué)家魯?shù)婪蚩藙谛匏故状翁岢鲮氐母拍?，用?lái)表示任何一種能量在空間中分布的均勻程度，能量分布得越均勻，熵就越大。一個(gè)體系的能量完全均勻分布時(shí)，這個(gè)系統(tǒng)的熵就達(dá)到最大值。 在克勞修斯看來(lái)，在一個(gè)系統(tǒng)中，如果聽(tīng)任它自然發(fā)展，那么，能量差總是傾向于消除的。讓一個(gè)熱物體同一個(gè)冷物體相接觸，熱就會(huì)以下面所說(shuō)的方式流動(dòng)：熱物體將冷卻，冷物體將變熱，直到兩個(gè)物體達(dá)到相同的溫度為止?？藙谛匏乖谘芯靠?/p>

2、諾熱機(jī)時(shí)，根據(jù)卡諾定理得出了對(duì)任意可逆循環(huán)過(guò)程都適用的一個(gè)公式 ：dS=dQ/T。熵的定義 1：物理學(xué)上指熱能除以溫度所得的商，標(biāo)志熱量轉(zhuǎn)化為功的程度。2: 科學(xué)技術(shù)上用來(lái)描述、表征系統(tǒng)不確定程度的函數(shù)。亦被社會(huì)科學(xué)用以借喻人類社會(huì)某些狀態(tài)的程度。3：傳播學(xué)中表示一種情境的不確定性和無(wú)組織性。熵的應(yīng)用熵在物理學(xué)中的應(yīng)用 克勞修斯和玻爾茲曼分別給熵下了定義。因此分別稱為克勞修斯熵和玻爾茲曼熵。 熵到底是怎樣的一個(gè)物理量，如何理解？在克勞修斯的定義中熵表達(dá)為 :可逆過(guò)程中系統(tǒng)與周圍環(huán)境交換的熱量與溫度的比即熱溫比。在玻爾茲曼的定義中熵表達(dá)為 ：微觀狀態(tài)數(shù)的自然對(duì)數(shù)值與玻爾茲曼常數(shù)的乘積即S= Kl

3、ogW 其中 K為玻爾茲曼常數(shù)W表示一切系統(tǒng)的態(tài)。 兩者實(shí)際上是一致的，克勞修斯熵是宏觀概念，著重表達(dá)熵的物理意義為能量的轉(zhuǎn)變；玻爾茲曼熵是微觀概念，著重表達(dá)熵的物理意義為一個(gè)體系的紊亂程度。在熱力學(xué)中熵的討論要嚴(yán)格區(qū)分在何種體系中。例如一個(gè)絕熱體系的變化，只有向熵增加的方向變化的可能這就是熵的增加原理，深究其數(shù)學(xué)表達(dá)會(huì)得出熵的增加是由于概率統(tǒng)計(jì)法則的原因。任何一個(gè)系統(tǒng)存在著各種態(tài)的可能，每種態(tài)的數(shù)學(xué)概率是不同的，有大有小，因此整個(gè)系統(tǒng)的最終變化趨勢(shì)是走向概率最大的那個(gè)態(tài)。 在熱力學(xué)中一個(gè)初始非熱平衡的態(tài)的發(fā)展趨勢(shì)是熱平衡態(tài)在這個(gè)過(guò)程中熵增加了符合熵的增加原理?，F(xiàn)在用概率來(lái)說(shuō)明熵的數(shù)學(xué)含義，它

4、是表示物質(zhì)系統(tǒng)狀態(tài)的一種量度或說(shuō)明其可能出現(xiàn)的程度這個(gè)物質(zhì)系統(tǒng)狀態(tài)可以是一切的自然現(xiàn)象。熵的數(shù)值表示 一個(gè)系統(tǒng)的無(wú)序和有序程度。 熵系統(tǒng)越是無(wú)序、越混亂不堪系統(tǒng)的熵值就越大。不可逆過(guò)程從微觀本質(zhì)上講就是系統(tǒng)從有序趨于無(wú)序從概率較小的狀態(tài)趨于概率較大的狀態(tài)。熵在社會(huì)學(xué)中的理解 熵在自然科學(xué)中的應(yīng)用很廣泛 意義很大。 同時(shí)也可以將熵引入到社會(huì)科學(xué)中。 社會(huì)熵可以定義為 社會(huì) 負(fù)面消極的一個(gè)混亂程度。 對(duì)于組成社會(huì)的基本單元的個(gè)體來(lái)說(shuō) ,人 的利益與社會(huì)利益是相互依賴 相互依存的。 因此 如果處理人際之間 個(gè) 體和工作之間 整體與社會(huì)之間的問(wèn)題 是社會(huì)前進(jìn)的動(dòng)力、 發(fā)展更為 積極 是一個(gè)嚴(yán)肅的社會(huì)課

5、題。 一個(gè)長(zhǎng)期穩(wěn)定的系統(tǒng) 在沒(méi)有外界干擾 的情況下 會(huì)逐漸變得不穩(wěn)定 而這種不穩(wěn)定往往是不受約束的 不可 逆的 是具有極大破壞性的。 因此 為了保證系統(tǒng)的熵低 要人為的參與 進(jìn)來(lái) 利用積極地、 合理地 、 有序的事件將可能發(fā)生的破壞性后果逐步 消化掉 避免不可控制的失控結(jié)果出現(xiàn)。熵在生物上的理解生命體也是相同的原理，生命體的有序性和低熵，是不斷從外界吸取負(fù)熵，排除無(wú)序性即排除高熵來(lái)實(shí)現(xiàn)的.在生命發(fā)育和生長(zhǎng)過(guò)程中，就是信息擴(kuò)大的過(guò)程，熵是減少的，或者說(shuō)是負(fù)熵增加的過(guò)程. 與之相反的過(guò)程是生命不斷耗散和有序性，組織性不斷被破壞的過(guò)程，是信息不斷消失的過(guò)程，它趨向于與自然界平衡，趨向于“熱寂”和消亡

6、.生命體就是這么一個(gè)斗爭(zhēng)的過(guò)程，不斷的發(fā)育和生長(zhǎng)，自我復(fù)制，從外界吸取負(fù)熵，如食物，能量，水，氧等，同時(shí)排除高熵物質(zhì)，無(wú)序性的物質(zhì)如糞便，汗水，二氧化碳等.兩個(gè)相反的過(guò)程不斷的斗爭(zhēng)，就是不斷吸取負(fù)熵，然后又不斷的被消耗的過(guò)程，生命在兩者的斗爭(zhēng)過(guò)程中得以延續(xù).信息熵信息熵是信息的擴(kuò)散和消失，信息的熵越小，則所含的有序程度越高，如果信息的熵大，說(shuō)明其有序性低，獲取了信息則意味著有序程度增加，即是負(fù)熵，任何使得隨機(jī)事件產(chǎn)生組織性，法則性，有序性的過(guò)程，其熵就是負(fù)值，相反的過(guò)程則是無(wú)序度增大，熵就增加，為正值.查爾斯認(rèn)為信息的銷毀是不可逆的過(guò)程，而產(chǎn)生信息則是從外界引入負(fù)熵的過(guò)程，把它應(yīng)用到知識(shí)引用的

7、領(lǐng)域，信息的熵小意味著它具有較高的有序性，組織性、法則性，傳播范圍更廣，引用次數(shù)更多.熱力學(xué)中的玻爾茲曼熵定義為可能狀態(tài)數(shù)的對(duì)數(shù)值，它是反映大量分子無(wú)序狀態(tài)程度的一個(gè)物理量. 熱力學(xué)中，任何一個(gè)孤立的物理系統(tǒng)其熵只能增加，而不能減少.然而這里的信息熵則相反，它只能減少而不能增加，信息熵為負(fù)值.而且，熱力學(xué)熵和負(fù)熵是互補(bǔ)的，信息的獲得要通過(guò)增加熱力學(xué)熵來(lái)補(bǔ)償.熵與空調(diào)節(jié)能的關(guān)系由于一切實(shí)際過(guò)程都是不可逆的，因此由于過(guò)程不可逆所引起的熵產(chǎn)變化永遠(yuǎn)是大于零的；而熵流的變化則根據(jù)開(kāi)放系統(tǒng)與外界的能量和質(zhì)量交換情況可正、可負(fù)，也可為零。開(kāi)放系統(tǒng)的熵變等于熵產(chǎn)于熵流之和，總的變化趨勢(shì)有三種情況：如果兩者共

8、同作用使系統(tǒng)熵變等于零，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)；如果使系統(tǒng)熵變大于零，系統(tǒng)發(fā)生震蕩與崩潰；如果系統(tǒng)的熵變小于零，系統(tǒng)從一種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)向另一種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)進(jìn)化。 熱力學(xué)的基本理論是普遍適用的。小到一個(gè)能量傳遞與轉(zhuǎn)換設(shè)備，大到整個(gè)地球都可以看作上述的開(kāi)口系統(tǒng)進(jìn)行分析。 熵與空調(diào)節(jié)能的關(guān)系例如對(duì)于空調(diào)系統(tǒng)的供熱工況的分析，我們通常都習(xí)慣說(shuō)是靠消耗能量來(lái)維持一定室內(nèi)溫度，其實(shí)在穩(wěn)定工況下，房間得到的熱量等于傳出的熱量，房間是不消耗能量的，房間維持一定室內(nèi)溫度是依賴于消耗較高溫度的低熵能量，排除低溫度的高熵能量，即依靠引入負(fù)熵流與熵產(chǎn)抵消，維持室內(nèi)系統(tǒng)熵不變的穩(wěn)定狀態(tài)?？照{(diào)系統(tǒng)節(jié)能本質(zhì)上是盡量減少不可逆造成的熵產(chǎn)，

9、減少負(fù)的熵流的消耗。 熵與空調(diào)節(jié)能的關(guān)系人類居住的地球?qū)嶋H上是一個(gè)依賴吸收來(lái)自太陽(yáng)“負(fù)熵流”生存的開(kāi)放系統(tǒng)。人類對(duì)能源的無(wú)節(jié)制使用必然造成地球生態(tài)系統(tǒng)熵值增加，引起能源枯竭、地力衰退、溫室效應(yīng)、水土流失和荒漠化，生態(tài)系統(tǒng)對(duì)太陽(yáng)能（負(fù)熵）的吸收能力減弱，人類活動(dòng)的綜合效應(yīng)是使正熵增加和負(fù)熵減少。要減緩地球上的熵增過(guò)程，就要使其與來(lái)自太陽(yáng)的“負(fù)熵流”相平衡，人們就要改變用能方式和生活方式，從浪費(fèi)型向節(jié)約型轉(zhuǎn)變，從掠奪性的開(kāi)采利用能量，貪婪地追求物質(zhì)享受到追求低熵生活的內(nèi)容與要求。熵與空調(diào)節(jié)能的關(guān)系空調(diào)系統(tǒng)最大的不合理性是什么？按照熱力學(xué)第二定律熵分析的觀點(diǎn)，空調(diào)系統(tǒng)最大的不合理性就是常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)靠

10、消耗燃料化學(xué)能或電能等高品質(zhì)能量來(lái)維持室內(nèi)溫度、濕度環(huán)境，高級(jí)能干低級(jí)活，系統(tǒng)的不可逆性大，熵產(chǎn)大。熵與空調(diào)節(jié)能的關(guān)系同樣屬于消耗高品質(zhì)能量，為什么熱泵供暖就變的較為合理了呢？原因在于熱泵供暖以消耗少量高級(jí)能量為代價(jià)獲得了更多的冷量和熱量，使得輸出熵增大，負(fù)熵流減小，與之平衡的熵產(chǎn)也減小，所以較消耗燃料化學(xué)能或電能將其直接轉(zhuǎn)變成熱能加以利用要合理，是將來(lái)應(yīng)提倡和發(fā)展的能源利用方式。具有熱回收的熱泵機(jī)組能夠做到冷熱兼用，使消耗的負(fù)熵流進(jìn)一步減小，就更為合理了。 熵與空調(diào)節(jié)能的關(guān)系 空調(diào)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換和輸配環(huán)節(jié)的節(jié)能原則和措施空調(diào)系統(tǒng)較之制冷機(jī)組的本質(zhì)差別，實(shí)際上就是通過(guò)增加轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)和輸配管網(wǎng)擴(kuò)展了其蒸

11、發(fā)器和冷凝器的作用范圍。但是隨著輸配管網(wǎng)的增大和轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的增加，增加了輸配能耗和傳熱溫差，使得空調(diào)系統(tǒng)的不可逆性增加，系統(tǒng)熵產(chǎn)增加。特別是輸配能耗所消耗的是高級(jí)能量，由于克服摩擦最終轉(zhuǎn)換為低級(jí)能量-熱能，這是一部份很大的損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)輸配能耗已占空調(diào)系統(tǒng)能耗的30%，此時(shí)再去千方百計(jì)的提高制冷機(jī)的性能系數(shù)，意義已經(jīng)不大熵與空調(diào)節(jié)能的關(guān)系以往人們對(duì)于傳熱溫差和輸配能耗的影響并不重視，因?yàn)檫@兩種損失并不是能量的數(shù)量損失，而是能量的質(zhì)量損失，在傳統(tǒng)的熱力學(xué)第一定律能量分析法中是體現(xiàn)不出的，而熱力學(xué)第二定律熵分析方法卻將其看作真正的能量損失。熵與空調(diào)節(jié)能的關(guān)系按照熱力學(xué)的節(jié)能理念，空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能就是要減少

12、轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，減少傳熱溫差，因?yàn)闇夭钤酱蟆⑾到y(tǒng)的不可逆性越大、熵產(chǎn)越大。目前常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的室內(nèi)溫度為27，而制冷機(jī)蒸發(fā)溫度為0左右，有27的溫差，而溶液吸收式制冷、毛細(xì)管輻射供冷和獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)恰恰是降低了傳熱溫差，因此是一種符合熱力學(xué)節(jié)能原則的節(jié)能措施。 熵與空調(diào)節(jié)能的關(guān)系對(duì)于熱電聯(lián)供或熱電冷聯(lián)供技術(shù)，雖然符合能量梯級(jí)利用原則，但在輸送過(guò)程中消耗了大量能量，加上隨著供熱、供冷規(guī)模的擴(kuò)大帶來(lái)的調(diào)控困難、沿途損失，其優(yōu)勢(shì)會(huì)降低。因此在確定供熱、供冷方式時(shí)一定要具體分析，不能簡(jiǎn)單認(rèn)為集中的規(guī)模越大，就一定節(jié)能。隨著社會(huì)發(fā)展人們的個(gè)性化要求會(huì)越來(lái)越高，因此除非大型公共建筑，對(duì)于居住建筑和辦公建筑，就地處理、分散的空氣源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用可能會(huì)越來(lái)越多。熵與空調(diào)節(jié)能的關(guān)系節(jié)能措施也是要花費(fèi)代價(jià)的，合適的地方要采用合適的能量，適合分散使用的能量，就沒(méi)有必要集中起來(lái)大規(guī)模使用，對(duì)于空調(diào)系統(tǒng)的任何一項(xiàng)節(jié)能措施都有其適用條件和范圍，應(yīng)用過(guò)程中一定要進(jìn)行客觀、公正的評(píng)價(jià)與分析。熵與空調(diào)節(jié)能的關(guān)系（1）隨著節(jié)能和環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng),節(jié)能理論和觀點(diǎn)也在不斷進(jìn)步和深化,應(yīng)該改變以往只看數(shù)量,不看質(zhì)量的簡(jiǎn)單節(jié)能理念.利用熱力學(xué)第二定律“熵”