К вопросу энергосбережения и повышения энергоэффективности сложной системы
Информация - Физика
Другие материалы по предмету Физика
также основывается на заданных значениях потребления энергии, рассчитанного одним из возможных методов.
Рассмотрение вопросов уменьшения энергопотребления связано с применением новых видов материалов, оборудования, процессов и технологий.
Директивные документы, рассматривающие общие вопросы проблемы существовали всегда. Директивные документы периодически перерабатываются и дополняются в соответствии с развитием технологий и общества. Считается, что направления по директивным документам должны находить отражение в проектной документации на конкретные реальные системы. Считается, что экспертиза проектных документов должна отражать соответствие проектных документов, принятым в директивных документах направлениям. Однако при проектировании в состав проекта включаются типовые, проверенные предыдущим опытом технические и технологические решения. Наличие в проектах индивидуальных оригинальных технических решений для конкретной системы вызовет дополнительные сложности по согласованию ответственности за принятые решения.
Директивные документы рассматривают общие требования в масштабах каждой страны (соответствующих климатических условий и уровню развития промышленности).
При реальном проектировании каждой системы проект должен удовлетворять не только требованиям директивных документов и согласованиям экспертизы, но и требованиям заказчика проекта.
При проектировании реальной системы рассматриваются климатические условия конкретной дислокации единичной системы. При реализации конкретной системы должны учитываться также реальные случаи исполнения системы в деле и реальные условия эксплуатации системы с возможными отклонениями. Отклонения от проектной документации должны быть зафиксированы и отражены в соответствующих эксплуатационных документах.
Для реальной единичной системы особенно важным является отражение конкретных объемов энергопотребления иерархической структурной схемой изменения энергии сложной системы и определение уровня рассмотрения энергий, определяемых директивными документами.
2. Иерархическая структурная схема энергии сложной системы
Рассмотрим структуры физической энергии сложной системы (энергодинамической системы физических величин и понятий, ЭСВП) [8].
В соответствии с энергодинамической системой физических величин и понятий (ЭСВП) [12, 13] распределения энергии по видам, формам движения и уровням иерархии рассмотрения представляется схемой Рис. 1.
На Рис.1 связи между общей энергией и видами (составными, аддитивными частями) указаны сплошными линиями.
Связи штриховые относятся к дополнениям классификации Гиббса.
Связи штрихпунктирные относятся к дополнениям классификации Гельмгольца.
Связи точечные относятся к дополнениям Гиббса и Гельмгольца.
Все виды связей применимы только для равновесных процессов.
В случае неравновесных процессов связи по схеме ЭСВП рассматриваются для локального или детального равновесного или стационарного состояния.
В неравновесных состояниях связи обратимые с перераспределением между видами и формами энергии между видами одного уровня.
Рис.1. Структурная схема движения форм энергии в системе.
Схема ЭСВП (возникла в 1851 г. После введения У. Томсоном Кельвином понятия внутренняя энергия).
Иерархические уровни рассмотрения распределения форм и видов энергии:
Уровень 1. Общая энергия системы как целого (SIGMA,s) - сумма внешней и внутренней энергии системы. Общая энергия системы рассматривается (по В.А. Эткину) как сумма инергии (превратимой части) и анергии (непревратимой части)
Уровень 2. Составные части энергии системы как целого.
Внешняя энергия состоит из кинетической и потенциальной энергий системы как целого (эти виды энергии в сумме составляют полную механическую энергию системы в целом).
Внутренняя энергия системы - энергия системы, зависящая от внутреннего состояния и не включающая в себя виды энергии системы как целого.
Энтальпия системы (теплосодержание) определяется суммой внутренней энергии системы и работы взаимодействия со средой.Уровень 3. Структура системы по видам энергии.
Механическая энергия (сумма кинетической и потенциальной) энергии системы. Внутренняя энергия системы.
Работа сил взаимодействия со средой .
Свободная энтальпия Гиббса , ( - связанная энергия (произведение температуры и энтропии )).
Уровень 4. Виды энергии системы как целого.
Механическая энергия упорядоченных движений (кинетическая и потенциальная ). Свободная энергия (работоспособная часть внутренней энергии) системы. Связанная энергия системы (часть внутренней энергии, связанная с хаотическим движением составляющих систему частиц или обесцененная часть энергии)
Уровень 5. Формы энергии системы (механическая , электрическая (магнитная, электромагнитная) , тепловая , химическая и т.д.).
Электрическая и тепловая энергии разделяются на энергии, поставляемые в систему для обеспечения функционального назначения (индекс е) и виды энергии, получаемые от внутренних процессов в системе (индекс i) .
На схеме синие прямоугольники относятся к поставке в систему внешней (от первичных источников или от альтернаторов) электрической и тепловой энергий
Уровень 6. Виды энергии отдельных форм движения (кинетическая, потенциальная, энергия диссипации, энергия превращений). На уровне предусматривается рассм