Termodynamiikan toinen laki toteaa, että entropia eristyksissä järjestelmässä kasvaa aina. Tällä periaatteella on käytännön vaikutuksia eri aloilla, kuten sähköntuotannossa ja lämmityksessä, ilmanvaihdossa ja ilmastointijärjestelmissä (HVAC). Reaalimaailman esimerkkien ymmärtäminen auttaa havainnollistamaan, miten tämä laki vaikuttaa tehokkuuteen ja järjestelmän suunnitteluun.

Virrantuotanto

Toinen laki selittää voimalaitoksissa, miksi mikään lämpösykli ei voi olla 100% tehokas. Esimerkiksi höyryturbiinien lämpö siirtyy korkealämpötilaisesta lähteestä matalalämpötilaiseen pesualtaaseen. Osa energiasta katoaa aina hukkalämpönä, mikä lisää entropiaa.

Yhdistetyt syklilaitokset parantavat tehokkuutta hyödyntämällä hukkalämpöä lisäsähkön tuottamiseen. Näistä edistysaskelista huolimatta toinen laki rajoittaa minkä tahansa lämpövoimalan suurinta mahdollista tehokkuutta.

LVI-järjestelmät

LVI-järjestelmät toimivat siirtämällä lämpöä sisätiloista ulkoympäristöön. Toinen laki selittää, miksi lämpö virtaa luonnostaan lämpimiltä viileämmiltä alueilta viileämmille alueille, mikä edellyttää mekaanisia töitä tämän virtauksen kääntämiseksi.

Esimerkiksi lämpöpumpuissa kompressori käyttää energiaa siirtääkseen lämpöä kylmästä ulkoilmasta lämpimään sisätilaan. Tämä prosessi osoittaa toisen lain, koska se merkitsee entropian vähentämistä paikallisesti, mikä on entropian lisääntymisen kustannuksella muualla.

Tehokkuutta koskevat rajoitukset

Toisessa laissa asetetaan energiajärjestelmien tehokkuutta koskevat perusrajoitukset. Voimalaitoksissa ja LVI-järjestelmissä osa energiasta katoaa aina hukkalämpönä, jota ei voida muuntaa hyödylliseksi työksi.

  • Jätelämpö voimalaitoksissa
  • Lämmönsiirto LVI-järjestelmissä
  • Peruuttamattomat prosessit turbiineissa ja kompressoreissa
  • Kitkasta ja vastuksesta johtuvat energiahäviöt