能量不仅有数量多少的不同，还有品质高低的差别。品质高的能源做功能力强，称为高品位能源，例如机械能、电能就可以完全转化为功，属于高品位能源；反之，品质低的能源做功能力弱，称为低品位能源，例如热能只有部分做功能力，只能部分转化为功，属于低品位能源。

不同状态的热能其品位是不同的，如高温高压水蒸气的品位比低温低压水蒸气的品位高。在高于环境温度的状态下，高温热能的品位比低温热能的品位高，越接近环境温度的热能，其品位越低，例如地下水、地下土壤以及江河湖海等地表水中的热能；与环境温度平衡的热能没有任何做功能力，其品位是最低的，例如空气中的热能。但如果热能的温度低于环境温度，它就又开始有了做功能力，这时温度越低的热能品位反而越高。

热力学有两个基本的定律，即热力学第一定律和热力学第二定律，这两个定律分别对能量在数量上和品质上的特性进行了概括。热力学第一定律即能量守恒定律，它概括了能量在数量上的特有规律。在自然界里，能量的总量不变，能量既不能被创造，也不能被消灭，只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个地方跑到另一个地方。

热力学第二定律则概括了能量在品质上的特性。在自然状态下，热量只能自发地从高温物体传给低温物体，而不可能自发地从低温物体传给高温物体；进一步讲，高品位能量可以自发地转化为低品位能量，而低品位能量不可能自发地、完全地转化为高品位能量。例如，机械能可以全部转化为热能，但热能却不能连续地全部转化为机械能；热能只能有一部分转化成更高品位的机械能，其余部分则要转化成更低品位（温度更低）的热能。

图1-1　热能做功示意图

在使用各种设备利用能量的过程中，无论是加热还是做功，都会不可避免地产生各种能量损失。能量的损失大体可以分为四种：设备散热、设备生热、设备排热和能量品位下降。

1.设备散热设备内部的热能会通过辐射、对流、热传导等传热方式从设备的表面向外散失，这些能量最后都扩散到大气环境中，成为品位最低的无用能（?）。

2.设备生热这部分损失就是设备的内耗。设备的摩擦、设备内部压力和温度的波动、设备的频繁启停等都会使品位较高的机械能变成品位很低的热能，这些热能不但没有用处，有时候还要设置专门的冷却装置将它们带走。

3.设备排热设备产生的各种烟气、灰渣、冷却水等都会带走大量的热量，例如锅炉和工业炉的烟气、炉渣，汽轮机的排汽以及各种工业半成品和产成品等。这些热量的排出比较集中，有利于回收利用，而设备的散热和生热一般是无法回收利用的。

4.能量品位下降这部分损失的实质就是对能量“降格”使用。例如，在城市集中供热的系统中，先用电厂℃左右的蒸汽将一次热网的循环水加热至～℃，再用一次热网循环水将二次热网循环水加热至60～80℃，最后，由二次热网循环水向建筑室内供热。在这个过程中，如果不考虑换热设备和管道的散热，就没有其他能量损失；能量的总量没变，但是能量的品位下降了，需要的是80℃的热量，提供的是℃的热量，热量被人们主动地降格使用，浪费了能量。

再如，在锅炉或工业炉中，如果冷空气侵入炉膛，就会使炉内烟气温度降低，热能的总量虽然没变，但热能的品位下降，烟气做功和加热的能力也随之下降。这种情况下能量是被动地“降格”，也浪费了能量。

这种造成可用能损失的过程是不可逆的过程，所以这种可用能的损失也称为不可逆损失。

不可逆损失有以下几种：①热量从高温传向低温，直至接近环境温度。②液体从压力高处流向压力低处，直至接近与环境相平衡的压力。③物质从浓度高处扩散转移到浓度低处，直至接近与环境相平衡的浓度。④物体从高的位置降落到稳定的位置。⑤电荷从高电位迁移到接近于环境的电位。

由于能量是守恒的，因此能量的品位虽然总是不断降低，但是总量并没有减少。我们无论以哪种方式利用燃料燃烧所产生的热能，这些能量都没有消失，只是温度越来越低，最终被释放到大气环境中，变成品位最低的环境温度（T0）状态的热能了。这些热能在被释放到大气环境之前，虽然还有一定的品位，但品位很低，通常无法直接利用。要想利用它们，就要借助一定的设备和手段，例如热泵技术。热泵技术是一种典型的利用低品位能源的技术，利用它可以回收能量的各种边角料，但需要以消耗一定的高品位能源为代价。