熱效率

   在熱力學中，熱效率（熱效率）是一個無量綱的物理量，指的就是熱機的效率，也就是熱機運作過程中，熱機可以產生機械能作功之能量與熱源可提供的總能量的比。

 

其中為(wei)燃料總能量為產生機械(xie)能作功

根據熱力學(xue)第一定律，熱機的熱效率恒小(xiao)于(yu)等(deng)于(yu)100%。

熱泵及制冷設備(bei)也(ye)有類似的無量綱物理量，稱為性能(neng)(neng)系數（英(ying)語(yu)：coefficient of performance）（COP），是輸入功和提(ti)供熱能(neng)(neng)（或抽(chou)出熱能(neng)(neng)）的比例，不過能(neng)(neng)效可能(neng)(neng)大于(yu)100%，和一般對效率的認(ren)知不同。

一(yi)般而言(yan)，能量轉(zhuan)換效(xiao)率是指一(yi)個能源(yuan)轉(zhuan)換設備所(suo)輸出(chu)可利用(yong)的(de)能量，相對其輸入能量的(de)比值(zhi)。以熱效(xiao)率而言(yan)，輸入的(de)能量是(shi)熱(re)量或所(suo)消耗燃料(liao)中含有的燃燒熱(re)，希(xi)望輸出(chu)的能量是(shi)機(ji)械功(gong)，或是熱，或是希望兩者都(dou)輸(shu)出。由于輸(shu)入的(de)能(neng)量一般都(dou)會(hui)有其對應的(de)成本(ben)，熱效率可以用(yong)以下的(de)方(fang)式定義根據熱(re)力學第一定律(lv)，輸出能(neng)量(liang)不可能(neng)超過輸入能(neng)量(liang)，所以

若(ruo)以百(bai)分比表示，熱效(xiao)(xiao)率(lv)介于(yu)0%到100%之間。由(you)于(yu)摩擦(ca)力(li)、熱損失等因素(su)，熱機效(xiao)(xiao)率(lv)一般會低于(yu)100%。例如汽油引擎的效(xiao)(xiao)率(lv)大(da)(da)約是25%，燃(ran)煤(mei)的火(huo)力(li)發(fa)電(dian)廠效(xiao)(xiao)率(lv)大(da)(da)約是46%，世界上最大(da)(da)的柴油引擎，最高效(xiao)(xiao)率(lv)約有(you)51.7%。若(ruo)是燃(ran)氣渦(wo)輪(lun)發(fa)動(dong)(dong)機加(jia)上蒸(zheng)汽渦(wo)輪(lun)發(fa)動(dong)(dong)機的復合循環（英語：combined cycle）發(fa)電(dian)，熱效(xiao)(xiao)率(lv)可以接近(jin)60%。熱效(xiao)(xiao)率(lv)的數(shu)值可以視為類似設備的特性值（英語：figure of merit）。

……

 

其他降低效率的因素

    以上(shang)的(de)熱(re)效率公(gong)式的(de)基礎是簡化的(de)引擎數學模(mo)型(xing)，不考慮摩擦力，工作介質氣(qi)態(tai)時均(jun)遵(zun)守理想氣(qi)體狀態(tai)方程。實際(ji)引擎有許多特性和簡化模(mo)型(xing)不同，因(yin)(yin)此熱(re)效率會較上(shang)述的(de)公(gong)式低。以下(xia)是一些影(ying)響實際(ji)引擎熱(re)效率的(de)因(yin)(yin)素：

1,移(yi)動件的摩(mo)擦力

2,不完(wan)全(quan)燃燒

3,燃燒的熱損失

4,氣(qi)態工作介質熱力性質和(he)理想氣(qi)體(ti)之間的差異(yi)

5,引擎中移(yi)動(dong)件的氣(qi)動(dong)阻力(li)（英(ying)語：aerodynamic drag）

6,提供(gong)給油泵(beng)、水泵(beng)等輔助設備(bei)的能(neng)量

7,壓縮機(ji)及渦輪效率(lv)不佳

8,不佳的氣門正時（英語(yu)：valve timing）

……

 

能量轉換設備

 ;  像(xiang)是(shi)鍋爐(lu)(lu)或(huo)爐(lu)(lu)之類的(de)能量轉換設備，其(qi)熱效率定義如(ru)下

鍋(guo)爐的(de)熱效率(lv)=（實際利用(yong)的(de)熱/燃(ran)料燃(ran)燒放(fang)熱）x100％

 

   因(yin)此，若(ruo)一個鍋爐輸入等(deng)效于300 kW（或(huo)1,000,000 BTU/h）的(de)燃料，供熱輸出(chu)為210 kW（或(huo)700,000 BTU/h）時。其熱效率為210/300 = 0.70，也就是(shi)70%。輸入的(de)熱能中有(you)30%成為環境中的(de)廢(fei)熱。

相(xiang)較于鍋爐，電(dian)熱(re)器(qi)（英語：electric resistance heater）的(de)(de)效(xiao)率可以接(jie)近100%。 不過在比較不同加熱(re)設備（例如高(gao)效(xiao)率電(dian)爐和熱(re)效(xiao)率80%的(de)(de)鍋爐）時，不單只(zhi)考慮熱(re)效(xiao)率，也需要進行工程經(jing)濟分析來(lai)確認哪一種加熱(re)方式(shi)的(de)(de)成本最低。

 

燃料熱值的影響

   燃料(liao)的(de)熱值(zhi)定(ding)義為當燃燒(shao)定(ding)量(liang)(liang)燃料(liao)時所可(ke)以釋放的(de)熱能。每種燃料(liao)的(de)熱值(zhi)依(yi)其化(hua)學元素及結構而不同，它一般(ban)用(yong)單(dan)位(wei)物(wu)質的(de)量(liang)(liang)、單(dan)位(wei)質量(liang)(liang)或單(dan)位(wei)體積的(de)燃料(liao)燃燒(shao)時放出的(de)能量(liang)(liang)計量(liang)(liang)，其中又以使(shi)用(yong)單(dan)位(wei)質量(liang)(liang)的(de)最(zui)常見。常用(yong)的(de)熱值(zhi)單(dan)位(wei)有kcal/kg, kJ/kg, J/mol, BTU/m³。

   燃料熱(re)值(zhi)可以分為HHV（高熱(re)值(zhi)）、LHV（低熱(re)值(zhi)）或是(shi) GHV（總熱(re)值(zhi)）。

   高(gao)熱值（HHV）是使(shi)燃燒后的生成(cheng)物回到燃燒前(qian)的溫度，而(er)且將產生的水(shui)蒸氣凝結成(cheng)液態(tai)所得的燃燒熱，和熱力學(xue)中(zhong)定義的燃燒熱相同。

   低熱(re)(re)值（LHV）或凈熱(re)(re)值是將是使(shi)高熱(re)(re)值減(jian)去水的汽化熱(re)(re)，因此使(shi)水汽化的能(neng)量(liang)不視為燃料產生(sheng)的熱(re)(re)能(neng)。

   總(zong)熱(re)值（GHV）是(shi)以高熱(re)值為準，但會考(kao)慮燃(ran)料(liao)(liao)的含(han)水(shui)量(liang)，再將高熱(re)值乘以總(zong)燃(ran)料(liao)(liao)中(zhong)不含(han)水(shui)的干燃(ran)料(liao)(liao)所占的比(bi)例(li)。木材(cai)和煤在(zai)燃(ran)燒前(qian)都含(han)有(you)一定(ding)比(bi)例(li)的水(shui)，因此(ci)常用總(zong)熱(re)值計算其燃(ran)燒熱(re)。

    在計算(suan)(suan)熱(re)效(xiao)率時，使用的(de)燃料熱(re)值定(ding)義(yi)方式會對效(xiao)率計算(suan)(suan)有很大的(de)影響(xiang)。若未標明使用高熱(re)值或(huo)低熱(re)值計算(suan)(suan)效(xiao)率，所得的(de)結果常會造成誤(wu)解。