ремонт автомобиль слесарный механический
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЭР
Энергосбережение представляет собой организационную, научную, практическую, информационную деятельность государственных органов, юридических и физических лиц, направленную на снижение расхода (потерь) топливно-энергетических ресурсов в процессах их добычи, переработки, транспортировки, хранения, производства, использования и утилизации.
Согласно мировому опыту энергосбережение практически выгодно всем:
* населению оно приносит улучшение качества окружающей среды, рост реальных доходов, увеличение количества рабочих мест;
* государству - снижение капитальных и текущих затрат, расширение базы налогообложения, увеличение доходов;
* производителям - снижение себестоимости продукции, рост прибыли, загрузку производства. Это в свою очередь приводит к повышению конкурентоспособности продукции, росту заработной платы, созданию новых рабочих мест.
Как уже указывалось, экономика республики имеет большой потенциал энергосбережения. Для его реализации необходимо на предприятиях проводить следующие технические мероприятия:
* внедрять новые энергосберегающие технологии при нагреве, термообработке, сушке изделий, современные эффективные строительные и теплоизоляционные материалы;
* применять парогазовые, газотурбинные установки, мини-ТЭЦ, ГЭС;
* модернизировать котельные с заменой теплоизоляции теплопроводов;
* заменять электрокотлы на топливные для возможности использования отходов производства, сельского и лесного хозяйства;
* переводить электросушильные агрегаты, электронагревательные печи на топливоиспользующие установки;
* осуществлять дизелизацию автотранспорта, перевод его на сжиженный и сжатый природный газ;
* производить топливо из бурых углей и сланцев, метанола и технического рапсового масла.
Для реализации энергосбережения в республике приняты одноименные республиканская, областные и отраслевые научно-технические программы.
Республиканские программы разрабатываются на каждые пять лет, начиная с 2001 г., а региональные - сроком на один год. Отраслевые программы бывают как долгосрочные, так и краткосрочные сроком на один год.
Так, в соответствии с Республиканской программой энергосбережения на 2006-2010 гг. запланированы следующие прогнозные показатели экономического развития республики на этот период.
В программе указывается, что энергосбережение является одним из приоритетных направлений национальной экономической политики и одновременно элементом региональных и глобальных природоохранных процессов, требующих координации деятельности различных стран. Кроме повышения энергоэффективности экономики, снижения зависимости от импорта ТЭР, повышения уровня энергетической безопасности энергосбережение и развитие нетрадиционных и возобновляемых источников энергии являются важными путями решения экологических проблем.
Основные направления энергосбережения в промышленности
Энергосбережение в промышленном производстве заключается в совершенствовании технологии и аппаратурного оформления с целью максимального использования первичных и утилизации вторичных энергоресурсов.
Министерство промышленности республики проводит работы по энергосбережению в следующих направлениях:
* создание комплекса новых энергонасыщенных машин и механизмов с низким потреблением энергоресурсов;
* разработка новых энергосберегающих и экологически чистых технологических процессов;
* оптимизация производственных процессов энергоемких производств;
* производство комплекса приборов учета потребляемых энергоносителей;
* внедрение автоматизированных систем управления (АСУ-Энергия) для оперативного контроля и управления параметрами потребления энергоресурсов в режиме реального времени по всем производственным участкам.
В рамках реализации этих направлений в республике создан новый класс энергонасыщенных тракторов типа МТЗ 1522 мощностью 150-180 л. с. Внедрение их в сельское хозяйство позволит снизить расход топлива на единицу обрабатываемой площади на 25-30%. Магистральные седельные тягачи нового поколения МАЗ 54421 только за счет прогрессивной конструкции двигателя, шин и мостов экономят до 15% топлива.
Одним из перспективных направлений энергосбережения является внедрение на многих машиностроительных предприятиях республики низкотемпературных красок, использование которых позволяет не только резко сократить энергозатраты на сушку окрашенных поверхностей, но и существенно снизить выбросы в атмосферу паров растворителей.
Энергосбережение может быть достигнуто за счет совершенствования технологических процессов, выбора рациональных видов сырья и методов его подготовки, комплексного использования сырья, применения эффективных катализаторов, организации энерготехнологических систем и установок, применения энергосберегающего оборудования, установки приборов учета и контроля.
Перспективным направлением рационального использования энергоресурсов является организация энерготехнологических систем - агрегатов, установок, производств, в которых теплота химических реакций и физико-химических процессов используется полностью. Наиболее эффективно комбинирование крупнотоннажных установок и производств, в которых энерговыделяющие устройства сочетаются с энергопотребляющими. В этих системах низко- и высокопотенциальная теплота дымовых и технологических газов утилизируется с максимальной полнотой, в том числе с подачей выработанного пара другим потребителям.
Отличительной особенностью энерготехнологических систем является строгая сбалансированность производства и потребления энергетического пара, основанная на утилизации ВЭР, в частности теплоты экзотермических реакций.
В настоящее время в промышленности наиболее широко используются тепловые ВЭР, которые чаще всего применяют для предварительного подогрева сырьевых материалов или воздуха, поступающих в производство с помощью различных теплообменников и рекуператоров теплоты. Для утилизации теплоты высокотемпературных потоков, например дымовых газов, применяют регенераторы - камеры, заполненные насадкой из огнеупорного кирпича. При этом утилизация теплоты осуществляется за счет попеременного переключения потоков дымовых газов и дутьевого воздуха из одного регенератора в другой.
Теплота нагретых сред снимается в котлах-утилизаторах и экономайзерах, в которых производится водяной пар или нагреваются вода или воздух.
Энергию сжатых газов можно использовать для вращения турбин насосов, подающих жидкость в реактор или магистральную сеть.
Перспективна возможность использования тепловых насосов - принципиально новых энергетических устройств для обогрева помещений. Принцип действия и устройство тепловых насосов аналогичны этим характеристикам холодильных машин, но они предназначены для выработки теплоты. Теплонасосные станции отбирают теплоту низкопотенциальных источников и обогревают объекты, где требуется умеренная температура не выше 60-80 °С. Эти устройства не загрязняют окружающую среду и экономичны, так как используют незначительное количество электроэнергии.
В последнее время в различных отраслях экономики начинают широко использоваться тепловые трубы, представляющие собой устройства, передающие большие тепловые мощности при небольших перепадах температур. Они состоят из герметичной трубы, частично заполненной жидким теплоносителем, который, испаряясь у одного конца трубы, поглощает теплоту, а затем, конденсируясь у другого конца трубы, ее отдает. На этом принципе производятся теплообменники на тепловых трубах.
Большой резерв энергосбережения имеется при эксплуатации холодильных машин. По данным Международного института холода, на охлаждение, необходимое для хранения продуктов и кондиционирование воздуха, используется более 10% мирового потребления энергии.
К энергосберегающим устройствам относятся трансформаторы теплоты - это установки для повышения температуры и переноса энергии (теплоты) от низкотемпературных источников к потребителям. К ним относятся криогенные установки, холодильные машины, кондиционеры, тепловые насосы и другие аналогичные устройства. В промышленности кроме низкопотенциальных тепловых имеются и высокотемпературные ВЭР, которые эффективно можно использовать с помощью сорбционных трансформаторов теплоты. По принципу действия они могут быть адсорбционными и абсорбционными. В адсорбционных трансформаторах применяются твердые сорбенты, поглощающие вещества пористой массой, а в абсорбционных - жидкости.
Наибольшей распространенностью характеризуются абсорбционные трансформаторы. В них рабочим веществом служат двухкомпонентные (бинарные) смеси с различной температурой кипения. Рабочий агент имеет более низкую температуру кипения, а поглотитель (абсорбент) -более высокую. Температура кипения смеси в зависимости от концентрации раствора изменяется от минимальной до максимальной. Чаще всего в этих трансформаторах применяются водоаммиачные и бромисто-литиевые смеси.
Большой резерв энергосбережения представляет рационально организованная вентиляция производственных, общественных и жилых зданий, так как наибольшие потери теплоты из зданий происходят через системы принудительной вентиляции. Здесь необходимо широко использовать рециркуляцию воздуха, очистку воздуха от примесей непосредственно в помещении без выброса его в атмосферу, утилизацию теплоты вентиляционных выбросов. Энергосбережение в системах производственной вентиляции может быть достигнуто за счет:
* замены старых вентиляторов на новые, более экономичные;
* внедрения рациональных способов регулирования производительности вентиляторов (применение многоскоростных электродвигателей дает экономию электроэнергии на 20-25%);
* блокировки вентиляторов тепловых завес с устройствами открывания и закрывания ворот;
* отключения вентиляционных установок во время технологических и организационных перерывов (экономия электроэнергии до 20%);
* внедрения автоматического управления вентиляционными установками и др.
Одним из возможных путей решения проблемы отопления больших производственных зданий может быть децентрализация системы теплоснабжения по теплоносителю, воде и пару за счет внедрения газового лучистого отопления (ГЛО) и газовых воздухонагревателей. В данном случае поток лучистой энергии инфракрасного спектра нагревает поверхность пола, стен или оборудования в рабочей зоне. При этом теплота не теряется на нагревание воздуха. Системы ГЛО уже более 50 лет успешно функционируют за рубежом. В Беларуси они внедрены с большим энергосберегающим эффектом на некоторых предприятиях.
Практика работы энергетических предприятий свидетельствует о том, что рациональная организация сбора и возврата конденсата водяного пара дает экономию сотен тысяч тонн условного топлива в год.
В промышленности на освещение в среднем расходуется до 10% потребляемой энергии. Для этого используются различные источники света. Эффективность их характеризуется световой отдачей (отношением освещенности или светового потока к потребляемой мощности, лм/Вт). Наименьшей светоотдачей характеризуются лампы накаливания, у которых эффективность в два и более раз ниже, чем у остальных.
Кроме замены источников света более эффективными большое значение для энергосбережения имеют выбор способа размещения светильников, рациональное сочетание искусственного и естественного, общего и местного освещения, использование автоматических систем регулирования источников света, чистка ламп и светильников и т. п. Следует иметь в виду, что запыленные стекла окон поглощают до 30% светового потока. Регулярная очистка окон позволяет сократить продолжительность горения ламп при двухсменной работе предприятия на 15% в зимнее время и на 90% - в летнее.
В настоящее время энергосбережение - одна из приоритетных задач. Это связано с дефицитом основных энергоресурсов, возрастающей стоимостью их добычи, а также с глобальными экологическими проблемами.
Экономия энергии - это эффективное использование энергоресурсов за счет применения инновационных решений, которые осуществимы технически, обоснованы экономически, приемлемы с экологической и социальной точек зрения, не изменяют привычного образа жизни.
Энергосбережение в любой сфере сводится по существу к снижению бесполезных потерь энергии. Анализ потерь в сфере производства, распределения и потребления электроэнергии показывает, что большая часть потерь - до 90% - приходится на сферу энергопотребления, тогда как потери при передаче электроэнергии составляют лишь 9-10%. Поэтому основные усилия по энергосбережению сконцентрированы именно в сфере потребления электроэнергии.
В последние годы создание эффективных технологий с минимальным электропотреблением становится приоритетными. Это значит, что только затраченная энергия является главной компонентой при определении эффективности, после всего комплекса теплофизических, микробиологических, биохимических и коллоидных процессов, связанных с производством хлебобулочных изделий, который завершаемых выпечкой.
Печные агрегаты - ведущее оборудование в поточных линиях по выработке хлебных изделий, правильный выбор конструкции печи имеет большое значение для успешной работы хлебопекарного предприятия, так как ее производительность, эксплуатационная надежность и энергетические характеристики определяют производственную мощность и экономические показатели работы.
Традиционная выпечка хлебобулочных изделий производится в специальных хлебопекарных печах, в которых теплота к выпекаемой тестовой заготовке (ВТЗ) может подаваться разными способами:
- - способы, при которых теплота к ВТЗ подается извне;
- - способы, при которых тепло генерируется по всей массе ВТЗ;
- - способы с комбинированным подводом теплоты к ВТЗ.
К первой группе способов относятся радиационно-конвективная выпечка в обычных хлебопекарных печах, выпечка в печах с генераторами коротковолнового инфракрасного (ИК) излучения, в замкнутых камерах в атмосфере пара (насыщенного или сначала насыщенного, а затем перегретого)
Ко второй группе относятся выпечка с применением электроконтактного (ЭК) нагрева, в электромагнитном поле высокой частоты (ВЧ) и сверхвысокой частоты (СВЧ).
Для реализации комбинированного подвода теплоты к ВТЗ используют сначала ИК, потом ВЧ (или СВЧ); сначала ЭК, потом ИК; сначала ВЧ (или СВЧ), потом ИК. В связи с этим, необходимо произвести замену старого оборудования, новым, более производительным с меньшими затратами потребляемой энергии.
Наиболее яркие примеры технологий энергосбережения:
- 1. Замена ламп накаливания на современные энергосберегающие лампы. Эффективность метода - экономия 60-80% потребляемой на цели освещения электроэнергии. Энергосберегающий эффект - до 10 % об всего потребления электроэнергии.
- 2. Замена электрообогревателей на теплонакопители. Теплонакопитель - это электроотопительный прибор, работающий по принципу аккумуляции тепла. Он потребляет энергию только ночью, а отдает тепло равномерно круглые сутки. Теплонакопитель обладает современным дизайном и гармонично вписывается в любой интерьер. Теплонакопители устанавливаются непосредственно в тех помещениях, которые необходимо отапливать. Преимущества теплонакопителя:
- - Небольшие габаритные размеры;
- - При изготовлении использованы экологически чистые материалы;
- - Высокий уровень термобезопасности и защиты от поражения электрическим током;
- - Отлично вписывается в любой интерьер;
- - Низкий уровень шума;
- - Установка в минимальные сроки;
- 3. Сокращение потерь электроэнергии. Для перемещения электрической энергии от мест производства до мест потребления не используются другие ресурсы, используется часть самой передаваемой энергии, поэтому ее потери неизбежны, задача состоит в определении их экономически обоснованного уровня. Снижение потерь электроэнергии - одна из задач энергосбережения.
- 4. Системы автоматического управления наружным и уличным освещением.
- 5. Зонные тарифы и установка двухтарифных счетчиков электроэнергии. Установка электросчетчиков это не технология энергосбережения, а мера стимулирования потребителя к экономии электрической энергии. Для потребителя двухтарифный учет выгоден тем, что в позднее время суток электрическая энергия более дешевая. Для энергосистемы работа потребителей в ночные часы выгодна тем, что сглаживается график суточной нагрузки.
Энерго-ресурсосбережение в заводской технологии – это комплексное понятие технического развития любого промышленного предприятия в направлении создания энергоэффективных, ресурсосберегающих и интенсивных технологий.
ЗАО Научно-технический центр «ЭТЭКА» осуществляет комплексный энергоменеджмент предприятий сборного железобетонаот энергоаудита (более 80 предприятий) до внедрения энергосберегающих проектов.
В настоящее время заводы сборного железобетона относятся к числу высокоэнергоёмких предприятий с годовым потреблением топлива от 8 до 20 и более тыс. тонн условного топлива в зависимости от производственной мощности (50–200 тыс.м 3 бетона в год).
Результаты энергетического обследования заводов ЖБИ, даже с относительно хорошей энергоэффективностью, позволили выявить достаточно высокие резервы энергосбережения 20–30% в технологи и 10–20% в системе хозяйственнобытового теплопотребления.
Резервы энергосбережения высокие. Чтобы снизить непроизводительные энергозатраты и повысить энергоэффективность существующего технологического оборудования достаточно перейти на энергетически нормализованную технологию с управляемыми потоками потребления и производства тепловой энергии.
Каждое предприятие должно быть введено в нормальное естественное состояние постоянного энергосбережения.
Стартовой позицией такого состояния предприятия является комлексный энергоаудит.
Два типа таких проектов предлагает НТЦ «ЭТЭКА» предприятиям после их энергетического обследования и экономического обоснования решений.
Первый тип проекта
- оптимизация энергоёмких технологических и общезаводских процессов при существующей централизованной системы теплоснабжения. Этот тип проекта экономически выгоден для заводов с растущей или стабильной производственной мощностью.
На примере Кунцевского комбината ЖБИ-9 данным проектом были решены следующие задачи:
– реконструкция и усовершенствование систем технологического теплоснабжения;
– внедрение энергоэффективных тепловых режимов и согласование производства и потребления тепловой энергии;
– автоматизация учета и потребления тепловой энергии и регистрации параметров и характеристик тепловой обработки бетона.
Результативность проекта, реализованного на заводе в 1995 г., оценивается снижением технологических энергозатрат на 20–25%.
Второй тип проекта
- энергосберегающие системы децентрализованного энергоснабжения заводских потребителей тепловой энергии.
Этот тип проекта экономически выгоден для заводов с падающей, нестабильной производственной мощностью или в случае использования стороннего поставщика тепловой энергии. В этих случаях технологические тепловые установки целесообразно переводить на автономные источники энергии с реализацией энергоэффективных автоматизированных тепловых режимов.
Объектами эффективного применения данного проекта являются московские заводы ЭЗОИС (экспериментальный завод объемных инженерных сооружений) и ЗАО «Связьстройдеталь», где осуществлено автономное теплоснабжение камер тепловой обработки изделий на основе:
– дизельных теплогенераторов – ЭЗОИС (камеры полигона);
– электротермии – ЗАО «Связьстройдеталь» (камеры цеховые).
Технологическая энергоёмкость по расходу топлива была сокращена в 2 раза.
Децентрализация систем технологического теплоснабжения – наиболее результативный путь энергосбережения.
Основная доля энергосбережения, закладываемого в энергосберегающие проекты, заключена в оптимизации технологического теплопотребления, т.е. в конструктивном, технологическом и энергетическом совершенствовании тепловых агрегатов с централизованным или автономным энергоснабжением.
Примеры:
1.
В системе централизованного традиционного пароснабжения туннельных камер целесообразно глухие паровые регистры заменить на управляемые распределители острого пара, размещаемые под вагонетками. Достигается высокий эффект энерго- и ресурсосбережения. Повышается эффективность использования энергии пара, агрегатная энергоёмкость не превышает 0,1 Гкал/м 3 , технологическая заводская мощность выработки пара сокращается почти в 2 раза, снижается агрегатная металлоёмкость, повышается надежность управления и регулирования, удобство монтажных работ и эксплуатации оборудования. Такая схема пароснабжения туннельных камер внедрена на Краснопресненском ДСК (фирма НПКП «ТТ») и внедряется на Алексинском предприятии ДОАО «КЖИ-480».
2.
Примером эффективной децентрализации технологического энергоснабжения является автономная электротермия камерная или стендовая в заводской технологии тепловой обработки бетона.
Камерная автоматизированная электротермия на основе специальных панельных нагревателей внедрена НТЦ «ЭТЭКА» более чем на 10 предприятиях за последние 5 лет. Энергоёмкость процесса в сравнении с традиционным паропрогревом по условному топливу сокращается в 2–3 раза. Энергоэффективные мягкие тепловые режимы обеспечивают требуемое качество как легкого, так и тяжелого бетона.
Показательным примером стендовой электротермии может служить технология тепловой обработки железобетонных труб, разработанная НТЦ «ЭТЭКА» для московского завода ЖБИ-23 в 1998 г. Энергоёмкость метода составляет 65 кВт.ч/м 3 , что по расходу топлива в 2,5 раза ниже, чем при использовании пара. Стоимость энергозатрат сокращается на 15–20%.
3.
Высокоэнергозатратным на заводах сборного железобетона является процесс подогрева инертных материалов в зимнее время. Нормализовать данный процесс позволяют предлагаемые НТЦ «ЭТЭКА» автоматизированные системы подогрева заполнителей на основе использования глухих регистров и импульсов острого пара с централизованной или автономной его выработкой. Такая система разработана и внедряется в настоящее время на Московском заводе ЖБИ-10.
4.
Заметное сокращение хозбытовых энергозатрат достигается при замене применяемого еще на заводах парового отопления на водяное. Это мероприятие, реализованное на АО «ЭЗОИС», позволило снизить тепловую мощность на отопление в 2 раза.
5.
Нередко, по результатам энергетического обследования, целесообразно отдельные по назначению или отдаленности помещения переводить на автономные системы отопления газовые или электрические. Объектом использования электрического автономного лучевого отопления является московское предприятие «Амба».
Организационно-финансовые механизмы создания энергоэффективного производста строительных материалов и изделий могут быть различными и решаться как на уровне предприятий, так и в рамках региональных и федеральных программ.
Есть положительный опыт реализации энергосберегающих программ и проектов на регинально-отраслевом уровне.
По оценке отечественных и зарубежных специалистов, одним из основных направлений улучшения экологической обстановки в мире и сохранения здоровья населения является снижение уровня потребления природных энергетических ресурсов.
Рассмотрим значение этого вопроса на примере жилищно-строительной сферы ¾ одного из главных потребителей энергии как у нас в России, так и за рубежом. В России на нужды жилищно-строительного комплекса расходуется в год почти 240 млн т условного топлива, что составляет 20% всех потребляемых в стране топливо-энергетических ресурсов. Поэтому в условиях нарастающего в мире энергетического кризиса и роста стоимости энергоносителей снижение энергопотребления полностью отвечает принципам устойчивого развития, т. е. стратегии экологически устойчивого (самоподдерживающегося) социально-экономического развития.
Энергосбережение предусматривает крайне экономное расходование энергетических ресурсов. Не случайно поэтому на Конференции ООН в Рио-де-Жанейро (1992) и последующих саммитах особое внимание обращалось на всемирное сбережение энергии и максимально эффективное ее использование.
То, что энергосбережение является магистральным путем устойчивого развития общества, объясняется несколькими причинами. Во-первых, исчерпаемостью (конечностью) органических природных энергетических ресурсов. Во-вторых, резким повышением стоимости природных энергоресурсов. В-третьих, рост энергопотребления сопровождается значительным усилением негативного антропогенного воздействия на естественные экологические системы и природные комплексы.
Экономически развитые страны Европы, а также США, Япония и другие страны повышенное внимание к проблемам энергосбережения стали уделять после мирового энергетического кризиса в 70-е годы. Приоритетной была признана концепция, направленная на энергосбережение, а не на все возрастающее производство новых энергоресурсов. В результате реализации этой программы к середине 90-х годов годовой расход энергии в указанных странах в среднем был снижен на 30-40%.
В связи с резким удорожанием энергии организационные процессы по энергосбережению начались и у нас в России. Энергосбережение официально было признано главным направлением в энергетической стратегии страны. В январе 1998 г. Правительство России утвердило Федеральную целевую программу «Энергосбережение России на 1998-2005 годы». Несколько ранее, 9 июля 1997 г. правительством было принято постановление «О повышении эффективности использования энергетических ресурсов… предприятиями бюджетной сферы». Согласно решению Минстроя Российской Федерации от 11 августа 1995 г. «О принятии изменений № 3 в СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника» в целях энергосбережения значительно повышены требования к термическому сопротивлению ограждающих конструкций зданий.
В отечественном жилищно-строительном комплексе используются несколько видов энергоносителей: органическое топливо, электроэнергия и теплоэнергия. Существенные потери энергии наблюдаются на всех стадиях производства работ: от транспортировки топлива до его использования в строительных и жилищно-бытовых целях. Например, устаревшая технология центрального теплоснабжения, используемая в жилищно-бытовом секторе, приводит к значительным потерям энергоносителей.
Б. А. Пермяков (2000), анализируя потери энергии в строительной отрасли, считает, что один из крупнейших потребителей газа ¾ промышленность строительных материалов еще слабо использует неограниченные возможности энергосбережения. Так, например, коэффициент полезного действия (КПД) заводов по производству стекла часто не превышает 35-40%, на кирпичных заводах и предприятиях по производству керамических изделий потери теплоты в сушильных установках достигают 52%, а в печи ¾ 63%. Огромное количество теплоты уходит вместе с отходящими газами в окружающую среду при получении цементного клинкера по технологии мокрого способа и т. д.
И хотя в настоящее время практически для всех видов производств строительного профиля разработаны энергосберегающие, теплоутилизирующие установки и приняты другие теплозащитные меры, уровень энергоэффективности предприятий строительной отрасли и жилищно-коммунального хозяйства у нас в стране значительно ниже зарубежного.
Мировая практика развития индустриальных стран показывает, что потребление энергии только в жилищном секторе может быть сокращено по крайней мере в 2 раза, если внедрять новейшие технологии производства и эксплуатации материалов и оборудования.
К основным факторам, определяющим непроизводительные потери энергии в строительной сфере, специалисты относят:
¨ ориентацию строительной индустрии и промышленности строительных материалов на преимущественный выпуск и использование энергоемких материалов (кирпич, керамзитобетон и др.);
¨ применение ограждающих конструкций зданий с низким уровнем теплозащиты;
¨ несовершенство технических систем теплоснабжения и инженерного оборудования зданий;
¨ неэффективное использование градостроительных приемов, объемно-планировочных и конструктивных решений;
¨ недостаточное развитие нетрадиционных систем энергообеспечения.
Переход к энергосберегающему производству требует не только реформирования экономических отношений и совершенствования технологий, но и изменения всего образа жизни, развития нового мышления. Следует постоянно помнить, что с учетом нынешней экологической обстановки в мире, альтернативы энерго- и ресурсосберегающим технологиям как в мире, так и в нашей стране не существует.
Введение новых российских теплотехнических требований поставило перед проектировщиками и строителями ряд сложных задач, требующих безотлагательного их решения. Главным направлением экологичного энергопотребления в сфере строительства и эксплуатации зданий и сооружений академик РААСН С. Н. Булгаков (1999) считает осуществление полного комплекса энергосберегающих мероприятий: градостроительных, архитектурно-планировочных, конструктивных, инженерных и эксплуатационных. При этом, по его мнению, удельная доля энергосбережения за счет совершенствования градостроительных решений должна составлять 8-10%, архитектурно-планировочных ¾ до 15%, конструктивных систем ¾ до 25%, инженерных систем ¾ до 30%, технологии эксплуатации (включая установку приборов учета, контроля и регулирования тепло- и электропотребления) ¾ до 20%.
Энергосберегающие градостроительные решения, по мнению С. Н. Булгакова и других специалистов, должны включать:
1) установление моратория на расширение границ городов в течение 20-30 лет с целью более рационального использования городских магистральных теплопроводов и других энергосистем;
2) включение в генпланы, программы и бизнес-планы застройки жилых кварталов мероприятий по ликвидации сквозных ветрообразующих пространств;
3) организацию замкнутых дворовых и внутриквартальных территорий;
4) использование естественной теплоты Земли и развитие подземной урбанизации с целью экономии энергоресурсов.
В целях энергосбережения необходимо также правильное размещение и взаиморасположение зданий и жилых комплексов, использование защитных свойств рельефа и т. д.
К эффективным решениям в области энергосберегающего архитектурно-планировочного направления относят строительство ширококорпусных жилых домов с сокращением удельной площади ограждающих конструкций на 1 м 2 площади жилья, возведение мансардных этажей на существующих зданиях для предотвращения сверхнормативных потерь тепла через покрытия и др. (рис. 21.1).
Рис. 21.1. Устройство мансард из объемных блок-комнат
с повышенными теплозащитными свойствами:
а, б
¾
общий вид дома до и после реконструкции; в
¾
план мансарды
При архитектурном проектировании жилых домов с целью сбережения энергии прибегают также к таким мерам, как упрощение конфигурации домов, оптимальная ориентация их по ветру и по солнцу, оптимизация внутренней планировки и т. д.
Весомый вклад в энергосбережение в строительной сфере могут внести оптимальные конструктивные системы, применяемые при возведении и эксплуатации зданий. Известно, что при действующей практике проектирования и строительства более 60% тепла уходит через ограждающие конструкции: внешние стены, потолок, крышу, окна, двери и фундамент. Поэтому основной резерв теплосбережения кроется в надежной теплоизоляции всего корпуса жилого дома.
Самый трудоемкий процесс ¾ утепление стен , ранее достигалось либо увеличением их толщины, либо использованием материалов с большим теплосопротивлением. Однако для удовлетворения новых требований по теплозащите кирпичные стены в центральных районах России нужно было бы проектировать толщиной не менее 1 м. Поэтому с учетом повышенных требований к теплоэффективности и к сбережению ресурсов, основным способом снижения теплопотерь становится утепление стен с помощью новых эффективных материалов с теплосопротивлением R от 0,19 до 0,42 на 1 см (табл. 21.1).
Следует отметить, что в России на душу населения производится теплоизоляционных материалов в несколько раз меньше, чем в других экономически развитых странах. Объем выпуска этих материалов на 1000 жителей составляет в Японии ¾ 350 м 3 , Финляндии ¾ 416 м 3 , США ¾ 496 м 3 , в России ¾ 120 м 3 . К сожалению, в нашей стране практически не производятся ценнейшие утеплители из базальта и вермикулита. Недостаточно используются весьма перспективные отечественные материалы на основе вспученного перлита, геокар на основе торфа, тизол на основе гипса и др.
В различных странах, в том числе и в России, при утеплении наружных стен крупнопанельных домов широко используется многослойная теплоизоляционная система (МТИС) «мокрого» типа. Академическим институтом инвестиционно-строительных технологий РААСН для всех климатических поясов России разработан сухой способ утепления наружных стен.
Теплоэффективная архитектура дома немыслима без увеличения сопротивления теплопередачи окон, так как через них проходит от 20 до 70% всех потерь через ограждающие конструкции. При этом имеют значение типы остекления, виды остекленных пространств, типы теплоизоляции остекления. Стандартные конструкции окон, выпускаемые многими зарубежными фирмами, характеризуются полной герметичностью и жесткой рамой, двумя – тремя слоями стекла с расстоянием между ними 8-12 мм и заменой воздуха между стеклами на инертный газ (аргон), либо вакуум.
Как считают многие специалисты, существующие на сегодня в России повышенные нормативные теплозащитные требования могут быть выполнены лишь при использовании оконного заполнения из древесины и стеклопластика с тройным остеклением, либо специльных стеклопакетов с двойным слоем пленки.
Для снижения потерь тепла перспективно также использование окон с теплоотражающими стеклами. Однако во всех случаях максимально возможная величина теплосопротивления окон будет ниже теплосопротивления стен, поэтому рекомендуется использовать дополнительные теплозащитные экраны: ставни, шторы, занавески и др.
В районах с холодным климатом через фундамент здания теряется от 20 до 30% тепла от общих потерь через ограждающие конструкции. Для снижения этих потерь необходима тщательная теплоизоляция фундамента вместе с мероприятиями по водоотведению, парозащите и достаточной вентиляции подвальных помещений. Наибольший теплозащитный эффект дает теплоизоляция фундаментов с внешней стороны.
Энергосберегающие инженерные системы ¾ энергоисточники, оборудование, контрольно-измерительные приборы и др., по оценке специалистов, позволяют сократить расход тепла на отопление и нагрев воздуха на 25-30%. Основные составляющие этого направления: использование высокопроизводительного котельного оборудования и повышение его КПД; устранение теплопотерь в системах централизованного теплоснабжения; переход на автономные системы горячего водоснабжения с использованием газовых или электронагревателей; введение поквартирной системы отопления; установка терморегулирующей аппаратуры для регулирования обогрева жилых зданий в зимний и осенне-весенний периоды, в дневное и ночное время и т. д.
В аналитическом обзоре современных проблем экологичного энергопотребления (Аврорин и др., 1997) в числе других мер по сбережению энергии при проектировании и строительстве жилых зданий и сооружений названы:
¨ энергосберегающий образ жизни; обучение энергосберегающему проектированию и строительству;
¨ использование искусственной вентиляции с рекуперацией тепла и уменьшением неконтролируемого воздухообмена;
¨ сбережение электроэнергии на освещение с помощью новых типов светильников (в основном люминесцентных ламп) и использование более эффективных холодильников, телевизоров и др.;
¨ использование строительных материалов с минимальной затратой энергии на их добычу и транспортировку;
¨ использование строительной техники без тяжелых энергоемких строительных машин и оборудования;
¨ рациональная организация строительных работ и сокращение сроков строительства;
¨ компьютерное математическое моделирование, оптимизация всех теплозащитных характеристик и контроль за работой инженерных систем.
Как справедливо отмечают авторы аналитического обзора, правильное соотношение характеристик дома является ключевым в вопросах сбережения энергии. «Мы можем сколько угодно утеплять стены, но не получим желаемого эффекта, если не предпримем меры, предотвращающие неконтролируемый обмен воздухом с внешней средой, или не утеплим в достаточной мере окна и двери».
В уже существующей жилой застройке в первую очередь экологическое энергопотребление следует начинать с проведения энергетического аудита, совершенствования инженерного оборудования и теплоизоляции корпусов жилых домов, установки приборов автоматического регулирования отпуска тепла.
Основные энергосберегающие мероприятия при проектировании, строительстве и эксплуатации жилых зданий и сооружений, рассмотренные выше, в обобщенной форме отражены на рис. 21.2.
Резервы строительного комплекса в области экологичного энергопотребления огромны. В последние годы в нашей стране намечается повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов, чему в немалой степени способствовали принятые законодательные и нормативные документы в области энергосбережения.
Значительное сбережение энергоресурсов в жилищно-строительной сфере может быть достигнуто и с помощью строительства заглубленных жилых зданий, которые принято называть энергосберегающими .
В истории использования подземного пространства в энергетических целях выделяют три этапа: первый ¾ приспособление человеком естественных и искусственно созданных им пещер и других подземных выработок для защиты от неблагоприятного погодного воздействия, второй ¾ строительство отдельных зданий и единичных «подземных городов», не требующих при эксплуатации значительных энергозатрат; третий ¾ в условиях энергетического и экологического кризиса массовое строительство заглубленных зданий, позволяющих экономить энергоресурсы при их эксплуатации и в наименьшей степени загрязнять окружающую среду.
Экологический аспект этой проблемы ярко очерчен в работе Р. Стерлинга, Дж. Кармоди и др. (1983), подчеркнувших, что «человек всегда обращался к земле, чтобы защититься от воздействия неблагоприятных и экстремальных климатических условий. Лишь исторически непродолжительная эра доступного и дешевого топлива позволила строить дома, не зависящие от климатических условий, и снабжать эти дома энергией… Теперь, когда количество природного топлива сокращено, а цены на него быстро растут, настало время пересмотреть взгляды на те возможности, которые предлагает нам земля.
При имеющихся в нашем распоряжении конструкциях нет необходимости возвращаться к пещерам. Цель строительства заглубленных жилищ ¾ поддержать или улучшить взаимоотношение их с окружающей средой; используя землю как одеяло, укрыть здание со всех сторон, земля защитит его как барьер от ветра, холода, нежелательной инфильтрации осадков и будет препятствовать потерям тепла».
Энергосберегающие заглубленные здания по глубине заложения подразделяют на полузаглубленные (отвальные), заглубленные (мелкого и глубокого заложения) и врезанные в склоны (рис. 21.3, Швецов, 1994), а по характеру объемно-планировочного решения на возвышающиеся, врезанные в крутые откосы, здания с внутренними двориками и здания сквозного типа.
Рис. 21.3. Типы заглубленных зданий в зависимости от степени заглубления:
а
¾
полузаглубленные; б
¾
заглубленные; в
¾
врезанные в склоны
По К. К. Швецову (1994), необходимый эффект снижения энергозатрат при эксплуатации заглубленных зданий может быть достигнут лишь при соблюдении ряда требований, касающихся выбора места для строительства, определения типа здания и глубины его заложения, размещения на участке и ориентации, наличия соответствующего инженерного оборудования и т. д.
Эффективность снижения энергопотребления во многом будет определяться защитной толщей грунта (обсыпкой), а также компактностью планировочных решений (предпочтительнее кубическая и близкие к ней формы зданий), конструктивными решениями теплоизоляции и гидроизоляции.
Поскольку заглубленные жилые здания возводят только с условием их естественного освещения и инсолирования, их не строят более одного – двух этажей. Определенный эффект в снижении энергопотребления в этих зданиях может быть достигнут при использовании солнечной энергии (активные и пассивные гелиосистемы) и других нетрадиционных источников энергии.
Участки земной коры, а точнее подземное пространство, пригодное для размещения объектов различного назначения, с градостроительных позиций рассматривалось нами выше. Помимо эколого-градостроительных выгод освоение подземного пространства позволяет значительно сократить затраты энергоресурсов при эксплуатации объектов различного назначения. Например, в Швеции строительство подземных сооружений для хранения нефти и нефтепродуктов объемом более 100 тыс. м 3 более экономично, чем наземных, так как при этом потребление энергии на отопление снижается в 3 раза и на охлаждение в 10 раз.
Экодомом называют автономный малоэтажный дом, в котором в максимально возможной степени используются природные процессы для обеспечения его жизнедеятельности, включая энергообеспечение и переработку всех видов отходов.
В случае если здание вносит определенные помехи в круговорот веществ и энергии, но в целом обеспечивает благоприятную для человека внутреннюю среду, необходимую связь с окружающим ландшафтом, максимально использует тепловую энергию, его называют экологичным (Тетиор, 1991). Различают следующие их виды: энергосберегающие, гелиоэнергоактивные, биоэнергоактивные, ветроэнергоактивные и др.
Экодом ¾ своеобразная экологическая антропогенная экосистема, биологически активный объект. Он включает в себя и окружающий участок ландшафта, в пределах которого осуществляется полная утилизация отходов и повышается биологическая активность почвы.
Главное отличие экодома от традиционного дома ¾ это наличие в нем систем жизнеобеспечения, организованных по принципу экосистем, и независимость от городских сетей аналогичного назначения. При этом экодом не является полностью замкнутой искусственной экосистемой, подобно создаваемым ранее в США системам, стимулированным космическими программами и оказавшимися непригодными для длительного пребывания в них человека из-за ухудшения микробиологического состава внутренней среды. Экодом ¾ это открытая система, тесно связанная с окружающей природной средой и образующая с ней единую экологическую систему (рис. 21.4).
Рис. 21.4. Проектное предложение по созданию экологически чистого дома
(по В. И. Белоусову, 1998)
Экологически чистый энергоэффективный жилой дом разработан сотрудниками НПО «Инсолар» совместно с американской фирмой «Peace Ecology» (АВОК, 1994, № 1-2). Теплоснабжение, горячее водоснабжение и кондиционирование осуществляются в нем с помощью нетрадиционных источников энергии. По сравнению с традиционными аналогами существующее инженерное оборудование позволяет снизить затраты энергии на эксплуатацию на 60-70%. В качестве источников низкопотенциального тепла для испарителей теплонасосных установок АНТУ-10 и ТУГВ-200 используется грунт поверхностных слоев и вентиляционные выбросы. Площадь застройки 260 м 2 , число этажей ¾ 3, высота комнат ¾ 3 м.
По А. В. Аврорину (1999), основные преимущества экодома в энергосбережении и сохранении окружающей среды в сравнении с обычными малоэтажными домами следующие:
¨ отсутствие дорогостоящих централизованных коммуникаций теплоснабжения и канализации. Использование при необходимости автономных электрогенераторов и артезианских вод (при их наличии);
¨ эффективное энергосбережение за счет высокой степени теплоизоляции ограждающих конструкций. Сбережение энергии при вентиляции и кондиционировании;
¨ непременное использование солнечной энергии для обогрева дома и получения горячей воды. В лучших конструктивных образцах экодомов за счет этого источника получают до 80% энергии;
¨ освещение экодома, как правило, электрическое с использованием экономичных источников света: галогенных и люминесцентных ламп, которые могут работать и от солнечных батарей;
¨ утилизация с помощью биореакторов всех видов органических отходов, которые перерабатываются в компост и затем используются в теплице и на приусадебном участке в качестве естественного удобрения. Таким образом культивируются биоинтенсивные системы земледелия без использования химикатов и удобрений извне, при этом биологическая активность почвы увеличивается;
¨ уменьшение экологической нагрузки на окружающую среду с помощью экономии материальных ресурсов, использование щадящих природу ресурсосберегающих строительных и возобновляемых материалов;
¨ использование в архитектуре экодома энергосберегающих и эстетических принципов, соответствующих историческим, национальным и культурным особенностям его обитателей и территории.
Этим перечнем далеко не исчерпываются все экологические преимущества экодомов. Помимо решения проблем энергосбережения и ряда других экологическую привлекательность им могут придавать:
¨ применение только природных (преимущественно местных) строительных материалов с пониженной эмиссией летучих компонентов;
¨ консервация дождевой воды, очистка воды с помощью локальных очистных сооружений;
¨ биопозитивность дома (озеленение крыши, фасада и балконов, декор дома и др.);
¨ автоматизация экологического контроля за взаимодействием экодома и окружающей природной средой.
Создание энергосберегающих экодомов в мире активно практикуется с начала 70-х гг. и, несмотря на все препятствия, их количество неуклонно растет. Так, например, в Германии число энергопассивных , т. е. с нулевым теплопотреблением, домов превысило одну тысячу, а количество домов с низким теплопотреблением исчисляется многими тысячами.
В Швеции построены сотни экодомов особой конструкции, с замкнутым циклом водо- и энергоснабжения и специальным биореактором по переработке органических отходов. Активно используются альтернативные источники энергии: солнечные батареи, ветрогенераторы, генераторы биогаза.
Экодома такого типа начинают строить и в России. Например, по данным Е. и М. Кондрашовых (2001), в настоящее время проектируется строительство экопоселения в Тамбовской области. В состав экодомов будут входить зимние сады, теплицы, ориентированные на юг солнечные коллекторы, тепловые аккумуляторы, генераторы биогаза и т. д. Авторы полагают, что по теплозащитным и экологическим показателям подходящим материалом для возведения стен одноэтажных зданий будет глино-соломенная смесь. Интересно, что в Швеции и США до сих пор стоят дома, построенные из соломенных тюков еще в XIX в.
Идея создания экодомов с использованием природных циклов жизнеобеспечения весьма обнадеживает, ибо, на наш взгляд, это не только экономия энергоресурсов и внедрение нетрадиционных возобновимых источников энергии, не только реализация энергосберегающего образа жизни, но, главное, впечатляющий пример «во всех отношениях безопасного и достойного сосуществования людей и окружающей природы». Остается надеяться, что удачные образцы экодомов будут стимулировать развитие массового экологического энергосберегающего домостроения в нашей стране.
Понятие устойчивого развития включает в себя как обязательный компонент постепенный переход от энергетики, основанной на сжигании органического топлива (нефть, уголь, газ и др.), к нетрадиционной (альтернативной) энергетике, использующей возобновляемые экологически чистые источники энергии ¾ солнце, ветер, энергию биомассы, подземное тепло и др. (рис. 21.5).
Рис. 21.5. Классификация возобновляемых источников энергии
(Энергоактивные здания, 1988, с изм.)
В послании международной экологической организации Гринпис правительствам всех стран отмечается, что «правительства должны признать, что углеводородное топливо ¾ основная причина изменения климата и что единственной стабильной системой энергоснабжения, способной отвечать нашим энергетическим потребностям, может быть система, основанная на возобновляемых источниках энергии».
Основные преимущества возобновляемых источников энергии хорошо известны: практическая неисчерпаемость запасов (рис. 21.5) и относительная экологическая безвредность, в связи с отсутствием побочных эффектов, загрязняющих природную среду. Сдерживает их развитие недостаточный на сегодняшний день технический уровень индустриальных методов использования.
В жилищно-строительной сфере, как и во всех других видах человеческой деятельности, использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии получило широкое развитие.
Энергия Солнца . В современной мировой практике энергоснабжения излучение Солнца ¾ возможно, главный нетрадиционный источник энергии. Появилась новая отрасль энергетики ¾ гелиоэнергетика , созданы специальные энергетические установки ¾ гелиосистемы.
«Ливень» солнечной энергии неисчерпаем. Лишь незначительная часть излучения Солнца (0,02%) попадает в биосферу Земли, но и этого количества энергии достаточно, чтобы в тысячи раз перекрыть общую мощность всех электростанций мира.
К недостаткам солнечной энергии относят дискретность (прерывистость) ее поступления на поверхность Земли (по часам суток, времени года, географическим поясам) и зависимость от метеорологических условий. Например, в России специалисты рекомендуют размещать гелиополигоны южнее 55° с. ш. В связи с этим многие зарубежные ученые работают над проблемой выноса гелиосистем на околоземную орбиту. Предполагается строительство в Европе 40 спутниковых солнечных электростанций , способных обеспечить около 20% потребности в электроэнергии. Однако не исключено, что солнечные электростанции могут причинить ущерб окружающей среде в процессе передачи энергии на Землю (А. И. Мелуа и др., 1988).
Существует два основных направления использования солнечной энергии: выработка электрической энергии и получение тепловой энергии (теплоснабжение). Применение солнечных электрогенераторов находится все еще в начальной стадии, зато использование солнечного теплоснабжения для обогрева жилых зданий занимает в мировой практике уже значительное место.
Так, в США в 1977 г. насчитывалось около 1000 солнечных домов, в 90-е гг. число их превысило 15 тыс. Солнечные установки для подогрева воды имеют 90% домов на Кипре и 70% в Израиле. Только за последние 15 лет в Японии построены сотни тысяч зданий с солнечным подогревом, что позволило резко уменьшить выбросы в атмосферу диоксида углерода и других парниковых газов.
Солнечная энергетика в России развита совершенно недостаточно, хотя половина ее территории находится в благоприятных для использования солнечной энергии условиях ¾ в год ее поступает не менее 100 кВт ч/м 2 , а в таких районах, как Дагестан, Бурятия, Приморье, Астраханская область и др. ¾ до 200 кВт ч/м 2 (Стребков, 1993).
Солнечная энергия очень удобна для энергоснабжения зданий. Как показали экспериментальные исследования, только за счет энергии солнечных лучей, падающих на ограждающие конструкции зданий, можно полностью решить энергетические проблемы, связанные с их обогревом, горячим водоснабжением и др.
Существует три вида гелиосистем, служащих для удовлетворения тепловых нужд здания: пассивные, активные и смешанные (Швецов, 1994).
В пассивных гелиосистемах само здание служит приемником и преобразователем солнечной энергии, а распределение тепла осуществляется за счет конвенции.
Основным элементом более дорогостоящей активной гелиосистемы является коллектор ¾ приемник солнечной энергии, где солнечный свет преобразуется в тепло. Гелиоколлектор представляет собой теплоизолированный ящик: видимый свет от солнца проходит сквозь прозрачное покрытие (стекло или пленку), попадает на зачерненную панель и нагревает ее. При специальной конструкции коллектора внутри его достигается очень высокая температура, позволяющая успешно осуществлять горячее водоснабжение.
Оценивая эффективность применения солнечного теплоснабжения в нашей стране, Н. Пинигин и А. Александров (1990) показали, что использование солнечных установок в режиме круглогодичного горячего водоснабжения зданий экономически целесообразно практически для всей южной части Российской Федерации.
В последние годы созданы установки с сезонным аккумулированием тепла, что позволяет даже в условиях Сибири сохранить до 30% топливных ресурсов и использовать их для обогрева небольших домов в зимний период. Необходимы дальнейшие поиски использования солнечной энергии не только в южных, но и в северных районах России, особенно учитывая, что в Норвегии и Финляндии такой опыт уже имеется.
Использование солнечной энергии в жилищно-строительной сфере не ограничивается только теплоснабжением жилых зданий. Так, АО «ПИ-2» разработало серию проектов гелиополигонов (стационарных и мобильных, сезонных и круглогодичного действия), в которых впервые в мире для термовлажностной обработки сборных железобетонных конструкций и изделий была использована солнечная энергия без промежуточных превращений (Великолепов, 1995) (рис. 21.6). После укладки гелиопокрытия (СВИТАП) железобетонное изделие превращается в аккумулятор тепла, после чего начинает действовать другой источник тепла ¾ экзотермия цемента.
Рис. 21.6. Общий вид и технологическая схема гелиополигона круглогодичного действия:
1
¾
гелиокамеры; 2
¾ форма на колесах; 3
¾
СВИТАП; 4
¾ запирающий щит;
5
¾ инфракрасные излучатели; 6
¾ механизм передвижения форм; 7
¾ производственный корпус с БСЦ;
8
¾
бетоновозная эстакада; 9
¾
склад арматурных каркасов; 10
¾
бетоноукладчик;
11
¾
склад готовой продукции с зоной дозревания; 12
¾
козловой кран
Строительство таких гелиополигонов позволяет: сократить объемы строительно-монтажных работ, повысить долговечность и качество изделия, снизить его стоимость, отказаться от котельной, теплотрасс, пропарочных камер, уменьшить нагрузку на окружающую среду и, главное, экономить условное топливо. По мнению авторов проекта, необходимо пересмотреть способы производства сборного железобетона и создать условия для широкого внедрения энергосберегающих технологий, использующих солнечную энергию.
В заключение приведем высказывание лауреата Нобелевской премии Жореса Алферова (2001) по поводу использования солнечной энергии: «Солнце ¾ это термоядерный реактор, который работает миллионы лет надежно и безопасно. И задача преобразования солнечной энергии в электрическую будет решена. Может быть, даже в нашем ХХI веке. Академик Иоффе мечтал о солнечной энергетике и ее широком применении, когда КПД солнечных преобразований равнялся 0,1%. Сегодня КПД солнечных преобразований на гетероструктурах достиг 35%. Да, это по-прежнему дороже, чем атомная энергетика. Но дороже не на порядок, а лишь в несколько раз. И хочется верить, что лет через пятнадцать – двадцать солнечная энергетика будет сравнима или даже обойдет другие виды».
Завораживающей сознание выглядит идея, предложенная японскими специалистами, о строительстве единой для всей планеты гигантской солнечной электростанции где-нибудь в Сахаре или пустынях Австралии. Для этой станции потребовалась бы площадь, эквивалентная квадрату со стороной 800 км. Но уже сейчас суммарная площадь солнечных отражателей, используемых в мировой практике, превышает 6 млрд м 2 (США ¾ 1,8 млрд м 2 , Япония ¾ 1,3 млрд м 2 и т. д.).
Энергия ветра. Направление энергетики, связанное с ветровой энергией, называют ветроэнергетикой , а здания, в которых энергия ветра преобразуется в электрическую, тепловую и другие виды энергии, ¾ ветроэнергоактивными .
Ветроэнергетика становится рентабельной при средних скоростях ветра от 3 до 10 м/с при повторяемости около 60-90% и, следовательно, может использоваться лишь в районах с постоянным ветром (Крайний Север, побережье Охотского моря, Камчатка, Курилы, Прикаспийская низменность и др.).
В ветроэнергоактивном здании энергия ветра преобразуется с помощью ветрового колеса, размещенного в здании. Основным рабочим органом является ротор, который вращает генератор.
По А. Н. Тетиору (1991), важной экологической проблемой является защита здания и жителей от механических колебаний, генерируемых ветроустановкой. Применение различных способов виброизоляции, включая размещение ветроэнергетических установок вне жилых зданий, приводит к удорожанию их строительства. Значительным недостатком ветроэлектростанции является также генерация ими инфразвукового шума.
И, тем не менее, ветроэнергетика имеет большое будущее. За последние 20 лет она прошла путь от небольших агрегатов до современной многомиллиардной отрасли, обеспечивающей большое количество энергосистем. В 2001 г. ветротурбины, мощность которых составляла 14 000 МВт, генерировали «чистую» электроэнергию в более чем 30 странах мира. Только в США работает 9000 ветровых электроустановок, в Дании ¾ 1500. По данным Европейской ассоциации ветровой энергии, к 2020 г. ветровые электростанции обеспечат 10% мировой потребности в электроэнергии.
Геотермальная энергия. На территории СНГ запасы еще одного нетрадиционного источника энергии ¾ геотермального тепла , оцениваются в десятки миллионов тонн условного топлива. Идея использования тепла Земли как альтернативного энергоресурса не нова. Еще в 20-е гг. ХХ в. К. Э. Циолковский и В. А. Обручев считали возможным использование геотермального тепла. К началу ХХI в. мощность энергии геотермальных систем в мире превысила 16 млн кВт ч, что достаточно для обогрева многих тысяч квартир. Исландия полностью отказалась от использования органического топлива, и широко использует геотермальные воды.
Наиболее экономически выгодный вариант использования геотермального тепла ¾ строительство ГЭС с использованием водяного пара (температурой 200-400 °С). К сожалению, месторождения термального пара в России, да и в мире, редки, поэтому основное применение находят геотермальные (теплоэнергетичекие) воды с температурой до 200 °С, выходящие на поверхность земли в виде источников. Достаточно упомянуть в связи с этим Паужетскую гидротермальную станцию, построенную в 1967 г. на Камчатке.
Перспективным направлением в энергосбережении специалисты считают извлечение тепловой энергии из водонасыщенных пластов, залегающих на глубинах 2-3 км и имеющих температуру 150-200 °С. На выбранной площадке бурятся вертикальные и наклонные нагнетательные скважины, по которым закачивается теплоноситель, который прогревается горячими породами, а затем откачивается. Подобная теплоэнергетическая система называется циркуляционной и ее применение вполне целесообразно во многих районах СНГ (Северный Кавказ, Крым, Армения, Закарпатье и др.). Первая в России термоциркуляционная система действовала в г. Грозном, где вода после использования в теплицах нагнеталась на глубину 1 км, там она вновь нагревалась.
Энергия биомассы . Биомасса ¾ это выраженное в единицах массы количество живого вещества организмов, приходящееся на единицу площади или объема. В процессе переработки она преобразуется в органические отходы и биогаз.
В настоящее время биомасса широко используется в качестве топлива, что является результатом постоянных усилий ученых и специалистов по созданию экологически чистой энергии и предотвращению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.
В энергетических целях биомассу либо сжигают, используя теплоту сгорания (в этом случае продукты пиролиза могут загрязнять атмосферу), либо перерабатывают путем анаэробного сбраживания с целью получения биогаза (рис. 21.7). Биогаз, состоящий на 60-70% из метана и на 20-40% из углекислого газа, получают в специальных установках, основной частью которых является реактор (метантенк), т. е. бродильная камера, в которую загружают биомассу.
Рис. 21.7. Принципиальная схема переработки ТБО методом
анаэробного компостирования для получения биогаза:
1
¾
приемный бункер; 2
¾
мостовой грейферный кран; 3
¾
дробилка; 4
¾
магнитный сепаратор;
5
¾
насос-смеситель; 6
¾
метантенк; 7
¾
шнековый пресс; 8
¾
рыхлитель; 9
¾
емкость для сбора
отжима; 10
¾
цилиндрический грохот; 11
¾
упаковочная машина; 12
¾
крупный отсев;
13
¾
склад удобрений; 14
¾
газголдер; 15
¾
компрессор; 16
¾
уравнительная касера; I
¾
направление
движения отходов; II
¾
направление движения биогаза
Материалом для переработки на биогазовых установках служат твердые бытовые отходы, навоз, отходы деревообработки (кора, опилки, стружки), осадки биологических очистных устройств и др.
С экологической точки зрения укажем на некоторые отличительные особенности использования этого энергетического направления:
1) биотехнологическая трансформация биомассы в энергию считается абсолютно безвредной;
2) в отличие от традиционных источников энергии данный метод не загрязняет окружающую среду;
3) вырабатывается не только энергия, но и одновременно природная среда очищается (освобождается) от продуктов жизнедеятельности и других отходов.
После очищения от углекислого газа и сероводорода биогаз сжигают и используют в стандартных водонагревателях, газовых плитах, горелках и других приборах.
В строительной сфере биогаз, как показывает мировой опыт, широко используется как источник экологически чистой энергии при производстве многих строительных материалов: гипса, стекла, керамзита и др. Доказано также, что при сухом способе производства цемента экологически и экономически выгоднее во вращающихся обжиговых печах использовать не традиционные источники энергии, а биогаз.
К нетрадиционным возобновляемым источникам энергии относят также энергию приливов, энергию ветровых волн, тепловые насосы, энергию температурных колебаний различных слоев морской воды и т. д.
Перспективным методом использования нетрадиционных источников энергии считается объединение ряда зданий в единую энергосистему в виде гелио- и ветрогелиокомплексов, а также ветроэнергоактивных комплексов, дополненных тепловыми насосами для трех сред (Селиванов, 1993). Эксплуатация подобных жилищно-энергетических комплексов позволит не только экономить невозобновляемые источники энергии, но и исключить или свести к минимуму вредное воздействие энергетики на окружающую среду.
Одним из важнейших критериев пригодности техногенного сырья для производства строительных материалов и для других целей является токсичность и радиоактивность , т. е. степень его экологической чистоты. Использовать промышленные отходы в качестве вторичного сырья возможно лишь после разработки специальных нормативных документов на их применение. В случае соответствия отходов требованиям санитарных правил и норм радиационной безопасности они могут быть рекомендованы для практического применения.
В 1987 г. разработаны «Временный классификатор токсичных промышленных отходов» (№ 4286-87) и «Методические рекомендации по определению класса токсичности промышленных отходов», которыми надлежит пользоваться при оценке экологической безопасности техногенного сырья.
Для обеспечения экологической надежности вторичных сырьевых ресурсов выполняют необходимые лабораторные исследования, сравнивая состав исходного сырья с ПДК токсичных веществ. Шкала экологической безопасности и кондиционности техногенного сырья предусматривает полное отсутствие в нем органических канцерогенных веществ, не превышение ПДК таких элементов, как бериллий, таллий, селен, хром и ряда других экологически небезвредных, например, хлора, фтора, брома, серы и др. Особую опасность представляет наличие в техногенном сырье тяжелых металлов меди, титана, молибдена, ванадия и др.
В. Мымриным (1996) разработана технология, позволяющая получать высокоэффективные нетоксичные дорожно-строительные материалы при смешивании 2-3 видов техногенного сырья, представленных золошлаками, различными видами шлаков черной металлургии, отходами химического производства и др. По утверждению автора предлагаемой технологии, все опасные элементы промышленных отходов в данном случае химически связываются в нерастворимые соединения, что было установлено при испытаниях в кислых, щелочных и нейтральных средах.
Для обеспечения экологической безопасности применяемых в строительной индустрии вторичных сырьевых ресурсов в обязательном порядке предусматривается их радиоэкологическая оценка. В техногенном сырье, предназначенном для использования в качестве строительного материала, не должно быть каких-либо радиоактивных изотопов, например, радия, тория, стронция и цезия, или повышенного уровня излучений.
Это тем более необходимо, что многие виды промышленных отходов имеют повышенную удельную эффективную активность радионуклидов А эфф. Так, например, по данным Центра радиационной экологии Ростовского госуниверситета, 5% золоотвалов Новочеркасской ГРЭС имеют А эфф. > 370 Бк/кг, т. е. выше норм, установленных НРБ-96. Согласно ГОСТ 30108-94 золоотвалы с повышенной радиоактивностью могут использоваться в строительстве только после тщательных радиологических анализов и выбраковке золошлаков с активностью, превышающей нормативы.
Радиационно опасные промышленные отходы можно применять лишь в тех видах строительства, где контакт человека с ними опосредован и непродолжителен. Это означает, что высокоактивные отходы могут быть использованы например, в дорожном строительстве, но не могут без дополнительной обработки с целью удаления радиоактивных веществ быть использованы в жилищном строительстве.
1. Почему энергоснабжение является мощным экологическим ресурсом и магистральным путем устойчивого развития?
2. Каковы основные направления экологического энергопотребления в жилищно-строительной сфере?
3. Что такое альтернативные экологически чистые источники энергии? Какое применение они находят в жилищно-строительной сфере?
4. Что такое энергосберегающий экодом?
5. Можно ли сберегать энергоресурсы с помощью строительства заглубленных зданий?
6. Какова роль техногенного сырья в ресурсосбережении природных строительных материалов?
7. Что понимается под экологической безопасностью техногенного сырья?