Vad är energi och exergi?

Ingenting försvinner och allting sprider sig, så kan två fundamentala naturlagar förenklat beskrivas: energi- och exergilagen.

1 Energilagen: Energi kan varken produceras eller konsumeras.

2 Exergilagen: Exergi är den förgängliga drivkraft som får allting att ske. Således är exergi något vi måste hushålla med, och utnyttja på effektivaste sätt.

Hur definieras då dessa begrepp?

Energi är rörelse eller förmåga tillrörelse. Rörelse kan vara ett tåg som rusar fram genom landskapet, men också helt oordnade molekylrörelser i en kopp varmt kaffe. I första fallet representerar energin en oerhörd "kraft", men i andra fallet knappast någon "kraft" alls. Exergi däremot är ett entydigt mått på "kraften".

Exergi är arbete (ordnad rörelse) eller förmåga till arbete. Arbete är ett entydigt mått för kraften gånger vägen, t ex att lyfta upp ett föremål.

En energibokföring kan liknas vid en ekonomi där man bara räknar antal mynt och sedlar utan hänsyn till deras valörer, vilket man gör i en exergibokföring. Detta påtalade Hannes Alfvén för mer än 20 år sedan.

1 kilo Joule (kJ) exergi kan höja temperaturen på 1 kgv atten med 0.24 grader Celsius eller få samma massa att röra sig med en hastighet av 161 kilometer per timme. Ibåda fallen finns all energi kvar, men i första fallet förbrukas nästan all exergi vid omvandlingen, medan all exergi finns kvar i andra fallet.

Låt oss göra en analogi mellan värmeprocesser och vatten som rinner mellan olika behållare. Då säger energilagen att summan av allt vatten alltid är detsamma, dvs inget vatten försvinner. Förutsatt att vi inte spiller ut något vatten, förstås. Exergilagen säger att vatten, av sig självt, bara kan hällas från en högre till en lägre belägen behållare. Om vi gör det så finns allt vatten fortfarande kvar men kan inte hällas tillbaks i den övre behållaren utan att vi tillför arbete, dvs lyfter upp den nedre behållare. Det arbete som då erfordras är exakt lika mycket som vi hade kunnat utvinna då vattnet första gången föll ned i den nedre behållaren. Således går exergi, dvs arbete, förlorat då vatten faller fritt till en lägre nivå. På samma sätt går exergi förlorat då värme faller i temperatur utan att man utnyttjar själva fallet. Detta kan vi lätt förstå och acceptera för vatten och principen är exakt densamma för värme. När vi således använder direktverkande elvärme för att värma ett hus förlorar vi mer än 95 procent av exergin trots att all energi finns kvar.

Hur gör vi då för att öka utbytet? Jo, på precis samma sätt som när vi använder en hävstång för att lyfta ett föremål som vi annars aldrig skulle orka lyfta. Arbetet vi utför blir alltid detsamma, så genom att låta en liten kraft verka en lång väg kan vi skapa en stor kraft som verkar en kortväg. Så fungerar en värmepump. Den pumpar upp stora värmemängder från omgivningen genom att låta små energimängder falla långa sträckor. I teorin räcker det således med en tjugondel av den elektriska energin som används i en elradiator för att lyfta upp samma värmemängd till behaglig rumstemperatur.Värmepumpen är således en effektiv exergiomvandlare.

Hushållning då? Jo, låt oss betrakta värmebehovet i ett hus, dvs att upprätthålla en given temperaturnivå inomhus då det är minusgrader ute. Detta kan jämföras med kravet på att hålla en konstant vattennivå i en hink som läcker. Vi måste hela tiden hälla på vatten för att hålla nivån konstant. Med en värmepump, enligt ovan, så kan vi effektivisera tillförseln av värme, men inte minska värmebehovet, dvs huset läcker fortfarande lika mycket värme. Genom att täta läckorna i hinken kan vi minskabehovet av att tillföra vatten och på samma sätt kan vi minska värmebehovet genom att "täta", dvs värmeisolera, huset.

Effektivisering och hushållning är alltså två viktiga åtgärder för att väsentligt minska exergiförlusterna i ett samhälle.


Gå till (på svenska)

| Huvudsida| Meny | Vem? |Vad är energi och exergi? |Artiklaretc. |
|
Exergi, Ekologi ochDemokrati | Kurser | Vetenskaplig och pedagogisk verksamhet |

Gå till (på engelska)

| Curriculum vitae |Ph.D. Thesis| Bibliography on Exergy >2000 publ. |
Scientificpapers | Courses |Documents to download inPDF format | Why? What? Can? |