Гелиоустановки предназначены не только для обеспечения систем теплоснабжения, но могут также использоваться в качестве низкопотенциальных источников для производства механической и электрической энергии [43, 101], в тепловых насосах систем кондиционирования [102, 103], в сушильных установках [104, 105], фотоэлектрических и термодинамических преобразователях, производящих полезную энергию в виде работы [106], и т.д. Для оценки эффективности таких систем целесообразно обратиться к эксергетическому анализу [107].
Методу определения эксергетической эффективности плоских солнечных тепловых коллекторов посвящены работы [108-111].
Эксергетическая эффективность солнечных коллекторов представляет собой меру обратимости тепловых и оптических процессов, происходящих в данном аппарате. В соответствии с основными положениями эксергетического анализа эффективность солнечных коллекторов определяется отношением плотности потока эксергии теплоносителя Е в теплоотводящих каналах из лучепоглощающих панелей к плотности потока эксергии Е солнечного излучения, падающего на их лучевую принимающую поверхность [110]
для солнечных коллекторов с жидкостным теплоносителем
Таким образом, имеем следующие выражения для определения эксергетического КПД плоских солнечных коллекторов для подогрева воды
плоских солнечных коллекторов для подогрева воздуха, температура которого на входе в коллектор равна температуре окружающей среды
Коэффициент тепловой эффективности ητπ лучепоглощающей панели солнечных коллекторов приведен в формулах (2.112) и (2.113). Он зависит от многих факторов и может быть определен расчетным соотношением, приведенным в работах [9, 26, 32].
Эксергетический баланс и, как следствие, метод определения эксергетической эффективности плоских солнечных коллекторов изложены в работе [109]. Следует заметить, что в этой работе не учтены все потери эксергии в анализируемой системе, в частности, не включены потери эксергии от гидравлических сопротивлений при прохождении теплоносителя в трубках коллектора.
Метод эксергетического анализа использован Р.Р. Авезовым, чтобы оптимизировать ряд последовательно соединенных между собой плоских солнечных коллекторов для подогрева воды. Автор приходит к следующему выражению для определения распределения эксергетической эффективности коллекторного ряда по его длине
Для эксергетического анализа аккумулятора теплоты целесообразно использовать понятие внутренней эксергии [114, 115], основанной на положениях неравновесной термодинамики [116].
Внутренняя (собственная) эксергия есть функция состояния, которая характеризует максимальную работу, совершенную системой за счет своей энергии при обратимом переходе в состояние внутреннего равновесия.
Понятие внутренней эксергии приобретает общепринятый смысл, когда рассматриваются только внешне неравновесные системы, в частности потоки энергоносителя, не находящегося в равновесии с окружающей средой.
Уравнением (2.119) можно пользоваться для эксергетического анализа в тех случаях, когда изменение параметров окружающей среды (приемников теплоты или вещества) связаны с происходящими в системе процессами, что невозможно сделать при использовании его в традиционном понимании.
Пользуясь внутренней эксергией, можно дифференцировать потери необратимых процессов (трение, теплопроводность, диффузия и пр.), а также локализовать их. Внутренняя эксергия как общая мера отклонения системы от состояния внутреннего равновесия применима особенно там, где речь идет о так называемой «энергии, накопленной системой», т.е. при анализе аккумуляторов теплоты. Внутренняя эксергия может служить критерием эволюции, равновесия и устойчивости термодинамических систем, в том числе при оптимизации этих систем.
