Systems. Methods. Technologies 3 (43) 2019

Systems Methods Technologies. V.S. Stepanov et al. Using the exergy … 2019 № 3 (43) p. 74-80 76 где 0 T — абсолютная температура, характеризующая стандартное состояние; э  — энтропия девальвации :     j k k j S S S 0 0 0 э э . (4) Здесь 0 э S — абсолютная энтропия рассматриваемого элемента в стандартном состоянии; 0 S — то же для веществ отсчета. Аналогичным образом могут быть найдены значе- ния химической энергии, энтропии девальвации и сво- бодной энтальпии девальвации для химического со- единения. Реакции девальвации для них можно полу- чить сложением соответствующих реакций для содер- жащихся в них элементов. Однако суммирование теп- ловых эффектов при этом недопустимо, так как сум- марное значение термодинамических функций химиче- ского соединения не является суммой значений соот- ветствующих функций входящих в него элементов. В специальной справочной литературе имеются значения стандартной теплоты (энтальпии), свободной энергии (изобарного потенциала) образования одно- родных химических веществ, их абсолютной энтропии, которые служат для расчета обсуждаемых величин. Однако процедуру определения значений i ,  и e для химических соединений можно упростить, если предварительно определить указанные характеристики для элементов и простых веществ. В этом случае зна- чения энтальпии девальвации ( z i ) и свободной энталь- пии девальвации ( z e ) какого-либо соединения могут быть найдены по выражениям:    j z j j z H im i ; 0 0 (5)    j z j j z G em e 0 0 , (6) где 0 0 , j j e i — соответственно энтальпия девальвации j- го элемента (простого вещества), входящего в состав вещества z ; j m — мольная масса j- го элемента; 0 0 , z z G H   — соответственно стандартная теплота об- разования и стандартная свободная энергия образова- ния вещества z. При вычислении значений химической энергии и эк- сергии сложных веществ заданного состава и структуры предполагается, что, не совершив большой ошибки, их можно рассматривать как механические смеси. Тогда, располагая удельными значениями химической энергии и эксергии соединений (элементов), входящих в состав рас- сматриваемого вещества, можно рассчитать аналогичные характеристики для последнего по выражениям: 0 х х j j j i i   ; (7) 0 х х j j j e e   , (8) где j  — доля j -го химического элемента или соедине- ния в единице рассматриваемого вещества (газа); 0 х 0 х , j j e i — соответственно удельная химическая энер- гия и эксергия j -го элемента или соединения. Для подобных расчетов нами была разработана специальная методика составления энергобаланса ана- лизируемого баланса, построенного как на первом, так и на втором законах термодинамики. Такой баланс со- вмещает балансы энергии и эксергии, в нем учитывает- ся качество энергии всех форм, включая химическую энергию материальных потоков как на входе, так и на выходе из системы. Он получил название полный энер- гетический баланс [4]. Для его сопровождения и широ- кого использования были рассчитаны величин энергии и эксергии большого числа неорганических и органи- ческих веществ [5; 6], в том числе растительного про- исхождения (древесных топлив). Введение понятия эксергии для учета качества раз- личных форм энергии привело к необходимости ис- пользования двух КПД — энергетического ( эн  ) и эксергетического ( экс  ). Первый из них рассчитывает- ся по данным энергетического баланса, построенного на основе лишь первого начала термодинамики, второй — по данным баланса эксергии. Принцип расчета этих КПД одинаков: нужно составить отношение, в числи- тель которого подставляется соответствующий полез- ный эффект в единицах энергии ( I ) или эксергии ( E ), а в знаменатель — суммарные затраты соответственно энергии или эксергии, т. е.:    затр эн / пол I I ; (9)    затр экс / пол E E . (10) Для того чтобы исследовать эффективность какой- либо системы, нужно четко установить ее границы и определить составляющие приходной и расходной час- тей энергетического и эксергетического балансов. Это означает, что можно определить термодинамическую эффективность процесса вегетации в целом, а можно выделить границами любую его часть и исследовать ее, например, только фотосинтез или фотосинтез вместе с дыханием. Проблема заключается только в подготовке соответствующей исходной информации. Покажем возможности использования эксергетиче- ского анализа для исследования процессов вегетации древесины. Объект исследования. В настоящее время теоре- тические основы биохимических процессов, происхо- дящих в растениях, достаточно хорошо изучены. Они состоят в преобразовании веществ, поступающих в растения из почвы и воздуха, во вполне определенные вещества, материал, из которого они формируются [7– 11]. Этот сложный продукционный процесс состоит из трех фундаментальных физиологических процессов: фотосинтеза , дыхания и роста . Рассмотрим кратко существо каждого из этих процессов. Растения, поглощая листьями СО 2 из атмосферы и корневой системой воду из почвы, создают в процессе фотосинтеза под действием энергии солнечной ра- диации органическое вещество в виде ассимилянтов. Одновременно происходит транспирация, которая от-