Анализ роли энергии в технологическом процессе дает основание для заключения о том, что создание признаков продукции, обеспечивающих спрос на неё, осуществляется за счет воздействия энергии на технологическую среду. Энергия может подводиться к процессу (внешняя энергия) или может использоваться внутренняя энергия вещества. В соответствии с этим процессы называются эндоэргическими и экзоэргическими. Наибольшее распространение в искусственных технологиях имеют эндоэргические технологические процессы [1].
Коллективном научной школы «Эффективное использование энергии» СПбГАУ (рук. д.т.н., проф. Карпов В.Н.) разработан новый подход к анализу эффективности действующих технических систем предприятий АПК, в рамках которого принято считать, что энергия в технологическом процессе нужна для совершения действия в веществе, приводящей к появлению нужного результата R, поэтому теоретическое минимальное значение требуемой энергии может быть обозначено как (применительно к единице результата):
. (1)
В случаях механического воздействия эта работа легко считается, а при воздействии на внутреннее строение вещества расчет может быть выполнен, если известен точный физико-химический механизм образования необходимого результата R. При этом следует учесть, что при совершении действия в процессе возникают потери энергии , которые зависят как от вида и свойств подводимой энергии, так и от степени необратимости процесса. Поэтому фактическая энергия, необходимая для осуществления технологического процесса больше, чем на величину потерь :
. (2)
Таким образом, Qф для определенного технологического процесса содержит постоянную составляющую Qтеор и переменную составляющую потерь , на которой можно экономить энергию за счет снижения как полных (потерь подвода энергии к реакционным центрам в веществе), так и термодинамических потерь из-за низкой работоспособности энергии.
Для определения показателей эффективности действующих технических систем АПК предлагается использовать метод конечных отношений (МКО) [2,3]. Согласно методу, максимальная эффективность технологического процесса может быть достигнута, если потребляемое количество энергии Qф, используется без потерь, т.е. относительная энергоемкость в этом случае будет равна:
. (3)
Однако, в реальных технологических процессах использование энергии сопровождается потерями, в связи с этим относительная энергоемкость равна:
(4)
Здесь Qэ является объективной безразмерной величиной, показывающей кратность превышения потребляемой энергии над теоретическим значением и определяющей максимальный ресурс энергосбережения [4,5].
Выводы
1. Определение теоретического минимума энергии, необходимого для прохождения процесса является базовым значением при определении относительной энергоемкости – основного показателя энергоэффективности технологического процесса, с помощью МКО.
2. Теоретический минимум энергии не зависит от технологии реализующей процесс, поэтому на основании измерений фактического расхода энергии при помощи расчётно-измерительного метода МКО может проводиться сравнение эффективности различных технологий, реализующих одинаковый процесс, например индукционный и элементный нагрев.