Systems. Methods. Technologies 3 (43) 2019

Systems Methods Technologies. V.S. Stepanov et al. Using the exergy … 2019 № 3 (43) p. 74-80 78 Предлагаемые биологами показатели эффективно- сти процесса вегетации определяются на основе балан- са энергии, построенного с использованием первого начала термодинамики. Однако такой баланс не позво- ляет учитывать неодинаковое качество разных форм энергии, участвующих в рассматриваемых процессах. Общеизвестно, что термодинамические методы ис- следования технических процессов и технологий носят универсальный характер и могут быть использованы для изучения процессов живой природы. В работе [3] сделана попытка использовать для ис- следования энергетических преобразований при веге- тации растений понятие «эксергия». Авторы предпо- ложили, что эксергия, подводимая к растениям, скла- дывается из эксергии солнечного излучения s E и эк- сергии атмосферных осадков a E . Приращение мате- риала растений на рассматриваемой площади за дан- ный промежуток времени обусловлено приращением эксергии r E . Баланс эксергии замыкают ее потери E  , возникающие в результате необратимости вегета- ционного процесса: . E E E E r а s    (16) Эксергетический КПД процесса вегетации растений при этом определяется: . a s r b E E E r   (17) Поскольку величина a E не превышает 1 % эксергии солнечного излучения s E , авторы ее обычно не учиты- вают [3]. Эксергию солнечного излучения, исходя из предпо- ложения, что оно является неполяризованным и равно- мерным, можно рассчитать по следующей формуле, в которой используется экспериментально полученное спектральное распределение солнечной энергии по данным [12]: ), 4 3( 12 3 0 4 0 4 TT T T ca e r c    (18) , sin cos c c        dd e e (19) где c e — эксергия яркости неполяризованной равно- мерной черной радиации при температуре T = 6 000 К, распространяющейся в пространственный угол 2π; ω — пространственный угол, под которым Солнце видно с Земли;  и  — координаты направлений, охваченных пространственным углом ω (см. рисунок). На основе этой формулы получено значение  s E 1,28 кВт/м 2 , равное эксергии излучения Солнца, находящегося в зените, или эксергии, отнесенной к 1 м 2 поверхности, перпендикулярной направлению солнеч- ного излучения. Эксергия солнечного излучения, дос- тигающего земной поверхности, меньше, поскольку оно ослабляется содержащимися в атмосфере озоном, диоксидом углерода, водяным паром и другими приме- сями. Величина поглощенной растениями солнечной радиации п E составляет ориентировочно 10 % s E , т. е. s E E   1,0 п . Радиус Солнца R = 695 500 км; среднее расстояние от Земли до Солнца L = 149 500 000 км; ω S — про- странственный угол, под которым Солнце видно с Зем- ли; s  — угол между перпендикуляром к излучающей поверхности и направлением угла s ω (на рисунке 1). Результаты экспериментальных расчетов. В ка- честве примера была выполнена оценка энергетической эффективности процесса вегетации для соснового леса. Продолжительность вегетационного периода для усло- вий Иркутска равна 2 850 ч в год. Величину солнечной радиации на 1 м 2 находим, используя следующие выражения: Рис. 1. Схема излучения Солнца на Землю ) 4 (3 3 3 4 0 4 0 0 TT T T σ e с     = = 1,89·10 -11 (3·6000 4 + 300 4 – 4·300·6000 3 ) = 68550 кВт/м 2 . . sin π d sin cos d dd sin cos s 2 s 0 2π 0 ω              s ω 2 s s sin e e    = 68550 ·2,16 · 10 -5 = 1,48 кВт/м 2 , где . 10 2.16 149500000 695000 sin 5 2 2 2              L R s