再论“能”与“势”【瓦得能热泵知识库】

能量（energy）简称“能”，广义上说能量是力量或能力释放的前提条件，从物理角度来说就是质量的时空分布可以变化程度的一种度量，也就是物理意义上做功的本领。现代物理学已明确了质量与能量之间的数量关系，即爱因斯坦的质能关系式：E=MC²，就是最充分简约的表达。这是权威理论所诠释的“能”概念。笔者却是想从另一个角度来更具体解释“能”的内涵，这有利于人类可以轻松从自己身边获取廉价的“空气能”。说一千道一万，可以把能量总结为：通过自然界四种力的一种力或多种力一起作用下所引起“势”可能的改变，这种可能的改变量就是能量，也就是说“势”是“能”最具体的体现，是势能在物理空间大小的变化。这种对“能”的新解释并没有违背传统理论，只是更全面更具体深入地诠释了“能”的内涵。

​ 能量的单位与功的单位相同，在国际单位制中是焦耳（J）。在营养学中除了用焦耳（J）作为能量单位以外，有时也用卡路里（cal）作为能量单位，1卡路里约等于4.184焦耳。在原子物理学、原子核物理学、粒子物理学等领域中也用电子伏特（eV）作为能量单位，1电子伏特=1.602,18×10－19焦。在理论物理领域，也有用尔格（erg）作为能量单位的，1尔格=10－7焦。

能量以多种不同的形式存在。按照物质的不同运动形式分类，能量可分为核能、机械能、化学能、内能（热能）、电能、辐射能、光能、生物能等。这些不同形式的能量之间可以通过物理效应或化学反应而相互转化 。各种场也是能量的表现。总之，能量是无处不在、无处不有，只要有物质质量存在的地方就会有能量，哪怕真空环境的宇宙太空也会存在能量，那就是引力场能或电磁场能呀。只是能量表现形式会有各种各样，能量的释放是通过目前人类所知的四种力来改变其相应势能所实现的，这四种力是：万有引力、电磁相互作用力、弱相互作用力、强相互作用力。

1、万有引力：是任意两个物体或两个粒子间的与其质量乘积相关的吸引力，它是自然界中最普遍存在的力，简称引力。自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小跟这两个物体的质量乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比，我们无时无刻都会遇到的重力，还有地球与月球之间所引起的潮汐能也是如此，我们目前利用潮汐能发电及河流落差发电都是基于万有引力的势之改变。

2、电磁相互作用力：是带电荷粒子或具有磁矩粒子通过电磁场传递着相互之间的作用。简称电磁作用。电磁力大小会随距离而减小的规律与万有引力是相似的。我们时时都处于电磁场环境中，宇宙到处存在电磁场，还包括我们生命细胞，我们目前所使用的矿物化石能源归属于化学能源，其实也是电磁场的势改变，这些势能改变最终转变成热能或机械能，也就是说把电磁场能量变为万有引力之势能了，抑或再变回电势能罢了。光伏其实也是利用电子及空穴位置的势能变化来发电的。

3、弱相互作用力：也叫弱作用力，是指中子衰变成质子、电子与中微子或反电子中微子。我们人类目前利用的核能发电其实就是基于弱相互作用的势改变，也就是原子核内部空间核势的改变，从而转变为为我们所可用的电能。

4、强相互作用力：最早认识到的质子、中子间的核力属于强相互作用力，是质子、中子结合成原子核的作用力，后来进一步认识到强子是由夸克构成的，强相互作用力是夸克之间的相互作用力。我们人类未来所向往的“人造太阳”能，其实是基于强相互作用力的势改变而最终转变为电能。还有正电子与负电子相撞发生了湮灭，却释放出γ射线，这就是质能转变，其实也是质量的势能完全消失所转变的强辐射能。

​势能（potential energy)是储存于一个系统内的能量，也可以释放或者转化为其他形式的能量。势能是状态量，又称作位能，是能量释放所必须经历的过程，若势能改变就意味着能量已经被释放了，势能改变程度有多大，也就是释放能量就会有多大。势能不是属于单独物体所具有的，而是相互作用的物体所共有的，势能往往与空间距离及空间尺度有关，是距离空间增大就是势能的增加，反之就是势能减少意味着能量的释放。势能按作用性质的不同，可分为引力势能、弹性势能、电势能和核势能等。力学中势能有引力势能(gravitational potential energy)和弹力势能(elastic potential energy)。 其实弹性势能应该归类于电势能与万有引力势能的复合势能中，正如浮力最终也是归类于电磁力与万有引力的复合之力中。所有能量是可以通过自然界四种力相互转化为各种能量的势。“能量守恒”与“物质不灭”是相辅相成的。譬如：机械能可以转变为电能等，转变方式会有很多种，这里就不一一赘述了。这里特别讲述一下分子势能，也就是热胀冷缩的现象，当物体吸收能量后其体积会有所膨胀，释放能量后其体积就会有所收缩，特别是气态物质尤为明显。当然要排除特殊情况，如水温降到零下以后结冰其体积反而会膨胀了，这是因为水分子间形成的晶格会占用空间才造成体积有所膨胀，但它们势能空间还是缩小了，分子间形成了相对真空，但这个真空会让小分子气体浸入其内，所以冰才会浮起来，这算多说了吧。我们还是说说空气分子势能吧，当空气各类分子还有液态水分子受到太阳光照射时，分子间的势能就会增加，体积膨胀，液态水气化尤为明显，从而导致大气压将会下降，致使空气密度变小而流动，这样就会产生风能。

​空气分子势能所蕴含能量要比地球上所有河流落差势能的总能量大数百万倍以上啊，我们人类建立那么多水力发电站其实是在舍本求末啊，其实那只是空气中部分水汽分子释放潜热势能后变成雨或雪与冰川，然后留下可怜的万有引力落差势能罢了。而追求风力发电也只是利用非常有限的空气分子的势能而已。水力发电也好，光伏发电也罢，还是风力发电它们追根溯源都是来自太阳能的变迁。

​相比上述四种势能的变化，唯有把空气进行降温所释放出来的分子势能才是非常惊人的潜在的巨大能量库，甚至比光伏吸收太阳能还会更高效啊。关键问题是采用什么样技术来获取空气中分子势能，尤其是空气中水汽潜热势能啊。这就必须要与空气进行大温差换热，大温差换热不仅可以获取空气中可观的水汽潜热，而且大温差与空气换热其效率也会很高的，但产生大温差换热条件所付出的成本若是极其高昂，那也就得不偿失了。利用传统热泵技术来获取空气能发电那是不可能实现的事情。假若空气热源温度为25℃，传统热泵可以实现10倍的能效比，也就是意味着热泵机组输入一千瓦电，可产生十千瓦热，除非所产生的热量转变电能效率可以达到15%以上才会有利用价值，那么输入电量与产出电量差（净产出）=10000W×15%-1000W =500W，若投资成本太大显然是不划算的，其投入成本收回要比火力发电长许多，若发电效率突破18%这就要比火力发电划算得多了，从现有热泵技术来看把25℃低温热源转移到150℃高温处，能效比达到10倍是不可能的事情，而现行的高效汽轮机在采用中间介质双循环技术，150℃的蒸汽发电效率最高可以实现18.6% ，关键还是热泵效率没有很好突破，若采用互助双循环热泵必将很实现空气能发电超过现行火力发电技术的经济性各项指标，其环保意义会更加最大哦！因为互助双循环热泵可以实现机组的蒸发器与冷凝器小温差运行，却可以实现与空气换热介质的大温差换热优势。

​ 若采用中间介质双循环系统结合互助双循环热泵技术，能使“低沸点物质”推动汽轮机做功并高效发电，其前景是多么诱人啊。在常压下水的沸点为与100℃，而有些物质如氯乙烷 、正丁烷、异丁烷和氟里昂等作为发电的中间工质，​在常压下的沸点温度分别为12.4℃及-29.8℃，这些物质被称为“低沸点物质”。根据这些物质在低温下沸腾的特性，可将它们作为中间介质并结合互助双循环热泵技术使凝汽器温度比现行火力发电厂的凝汽器温度低得多，从而可提高热能转化效率，利用空气分子势能来发电将可变成现实。目前利用“中间介质”作为地热发电方法，既可以用于100℃以上的地下热水（汽），也可以用于100℃以下的地下热水。

​ 然而，互助双循环热泵所实现空气能发电其前景会更加，因为它受到地理条件所限制较少，在纬度相对较低的南方、湿度较大的地域就可以实现空气能发电。它绝对没有违背热力学第二定律哦，也没有只是采用单一热源而不做任何改变就去发电呀，我们还是做了低温热量转移之改变哟，充分利用液态水吸收太阳能蒸发后的潜热之势能，再把势能转变为电能，追根溯源还是在利用太阳能，这是有若光伏板那样“永动机”哦，只是它不像光伏发电需要很多占地面积，也不会受到白昼影响，顶多是利用白昼的气候温差条件来提高发电效率罢了。我们知道地热发电的机组利用率（容量因子）在0.7以上，约是光伏发电的5倍，风力发电的四倍、生物质发电的1.5倍。而互助双循环热泵空气能发电的机组利用率将会达到0.8以上啊。