Облик энергосбережения

Рефераты по экологии » Облик энергосбережения

Виталий ПРОХОРОВ профессор кафедры отопления и вентиляции МГСУ

Проблема энергосбережения всегда сопутствовала энергопотреблению

Все последние годы в России интенсивно обсуждается проблема энергосбережения в том числе в системах отопления и других системах инженерного оснащения зданий.

Принимаются решения утверждаются нормативные документы как всероссийского так и регионального предназначения. Принят закон РФ об энергосбережении. Проводятся бесчисленные совещания и научно-технические советы «круглые столы» и академические чтения съезды и симпозиумы научно-практические конференции и выставки ну и конечно «саммиты». Во множестве выпускаются журналы публикуются статьи и книги. Защищаются диссертации. Привлекаются зарубежные организации и эксперты.

И само собой разумеется создаются многочисленные новые контролирующие органы и организации с большими правами например по части запретов и штрафов и одновременно - проведения работ по «хоздоговорам» между контролирующими и контролируемыми вооруженные импортными дорогостоящими приборами транспортом обучающим персоналом консультантами экспертами компьютерами программами специальными методиками предписаниями и … непреодолимыми психологическими установками.

А кто из специалистов или просто пытливых обывателей засомневается в обоснованности к примеру утвержденных СНиПов или региональных норм по энергосбережению в зданиях или энергетического паспорта здания того объявляют ретроградом его работы – не соответствующими «перспективным интересам государства и общества» и опирающимися на «устаревшие технические решения» и зовущими «вернуться в прошлое» и «оставаться в плену отсталых представлений».

У авторов означенных определений в публикациях не возникает сомнения насчет качества нового а именно что оно может быть ухудшенным старым или просто ошибочным т.е. наносить энерго-экономический ущерб государству.

Рассмотрим некоторые попытки решения обозначенной проблемы начиная с прошлого и не проходя мимо «новизны» и «полезности» настоящего.

Человек заботится об экономии энергии с первых дней своего зарождения а об экономии топлива – с момента обретения огня.

В первые тысячелетия тепловая энергия тратилась исключительно на обогрев людей и их жилища (отопление совместно с естественной вентиляцией) приготовление пищи и горячей воды. И было конечно небезразлично сколько носить дров для этих целей.

При этом сами жилища оборудовались в соответствии с природно-климатическими воздействиями на них окружающей среды и ресурсными возможностями обитающих в конкретном географическом месте людей.

Поэтому как мы теперь говорим удельная тепловая характеристика жилищ конструкции энергосберегающие и гигиенические свойства ограждений источников и передатчиков тепла топливных устройств систем греющих и вентилирующих каналов с их регулирующими органами подчинялись не только общим закономерностям но и всегда несли отпечаток климатической обстановки расположения и сложившихся технологических традиций.

С появлением промышленности потребность в энергоносителях высокого качества и одновременно в их экономном расходовании резко возросла поскольку в разумном обществе объем потребления и экономия энергии сущностно едины. Это вызвало к жизни новые научные разработки.

Еще в 18 веке в 1745 году М.В. Ломоносов пишет диссертацию «О причине теплоты и холода» а через три года формулирует «всеобщий закон природы»- закон сохранения материи и движения.

Вслед за этим он же исследовал баланс действующих сил и расход энергии при «вольном» т.е. гравитационном естественном «движении» вентиляционного воздуха «на шахтах и рудниках примеченном». Таким образом он оставил последователям научные основы естественной (наиболее энергоэкономичной) вентиляции энергетика которой покоится на разностях температур влажности и высот неразрывного потока воздуха.

Важный вклад в топливо сбережение при отоплении зданий был сделан Н.А. Львовым обобщенный (в работе 1795 года «Русская пиростатика или употребление испытанных уже печей и каминов»).
В первой половине 19 века массированные потребности в энергии и ее экономии вызвали разработку теории тепловых машин (С. Карно) описание закона сохранения энергии (Ю.Р. Майер Дж. Джоуль Г. Гельмгольц). Возникло ответвление науки – Термодинамика. Были сформулированы три ее фундаментальных принципа («начала») имеющие непосредственное отношение к инженерным системам.

«Первое» - выражение закона сохранения энергии в виде балансов тепла и потоков энергоносителей.

«Второе» (Р. Клаузиус У. Томсон) – учет необратимых потерь даже в идеализированных процессах передачи тепла (теплопотери в зданиях) Дж. Гиббс – метод термодинамических потенциалов (передача влаги в материалах и конструкциях).

И «третье» (В. Нернст) – свойство вырождения термодинамических функций и тепловой энергии тел в области температур вблизи абсолютного нуля.

Все это позволило точно вычислять как полезно потребляемую так и безвозвратно теряемую доли тепловой энергии (за счет внешнего рассеивания и за счет необратимых внутренних потерь при любом теплообмене) т.н. эксергию и анергию.

Уже в конце 19 – начале 20 веков Д.И. Менделеев сделал научно обоснованные выводы о необходимости беречь ископаемое топливо особенно газ утверждая что «сжигать газ это все равно что топить печи ассигнациями». После Д.И. Менделеева уже в наше время как известно нашими «ассигнациями» отапливается Запад.

А В.И. Вернадским были оценены экологические последствия тепловых и газовых выбросов в атмосферу тепловых и химических выбросов в воды и грунт и найдены допустимые границы промышленной и добывающей деятельности человека не вредящие самому его будущему а строго регламентированные и находящиеся в согласии с природой.

И ни у кого из великих предков не было волюнтаристски составленных формул и коэффициентов.

Так что наше научно-техническое прошлое в части культуры потребления и сбережения энергии так же как и природы представляется отнюдь не темным царством.

И было бы хорошо чтобы все современные инженеры а также чиновники с их скорыми послушниками и помощниками сбросили рекламную повязку с глаз изучили его в силу своих возможностей обратясь к объективной ситуации и стремились бы из «зияющих высот» настоящего к новым научным «сияющим вершинам» по своему уровню хотя бы напоминающим уже отдаленные временем научные вершины прошлого.

Оптимизировать тепловые процессы в системах отопления и вентиляции где главным критерием является минимум энергозатрат у нас обучены со студенческой скамьи все специалисты. Занимаются этим все и всегда. Поэтому разработанные и введенные нормы по строительной теплотехнике выглядят согласно народной поговорке: «Кто умеет тот делает кто не умеет – тот учит как надо делать».

Энергетический кризис имевший место на Западе в 70-х - начале 80-х годов до нас не дошел мощная государственная программа по энергосбережению в СССР была выполнена: были разработаны все необходимые общепромышленные системы и оборудование для утилизации тепла вентиляционного выбросного воздуха а в каждой отрасли промышленности буквально для каждого цеха – конструктивные схемы и оборудование утилизации тепла выделяемого технологическими аппаратами и печами. Были также разработаны теплонасосные системы а также системы теплоснабжения с использованием солнечной геотермальной и ветровой энергии.

К сожалению все эти результаты оказались заброшенными. Отдельные исключения держатся на энтузиастах. Так вентиляционные теплоутилизаторы чаще всего не применяются в строительстве и реконструкции зданий как в государственном так и в частном секторах экономики. Даже в Москве.

Новый энергетический кризис произошедший на Западе в последние 10 лет уже ощущается и в России. Реакцией на него у нас стало в частности массовое и не всегда добровольное применение дорогостоящего зарубежного оборудования автоматики приборов учета тепловой энергии и теплоизоляционных материалов.

В подкрепление этого процесса были разработаны: измененный по существу новый СНиП «Строительная теплотехника» Московские нормы «Энергосбережение в зданиях» и многие другие документы и публикации неоднозначно воспринятые научной и инженерной общественностью. В первую очередь вследствие своей антирыночной волюнтаристской сущности.

Развернувшаяся дискуссия казалось завершится большой и аргументированной публикацией в которой в числе ряда положений показано что традиционные образованные тысячелетней эволюцией выверенные климатом геологией и географией естественные материалы для стен в том числе массовые отечественные местные и наиболее экологичные дерево (рубленный дом) и кирпич из обожженной глины поставлены измененным СНиП вне закона.

Но сей результат знаменателен тем что он уже выходит за рамки только энергосбережения – это цивилизационное отторжение материалов и конструкций русского национального зодчества. Что для всякого здравомыслящего гражданина России странно. Результат этот безусловно требует более тщательного изучения задачи во всей ее полноте. Следует либо отыскать доказательства и объяснения правомерности таковых нормативов либо наоборот их неправомерности и тогда найти аргументы выстраивающие логику необходимости их отмены. Иначе и мы попадем под классическое определение А.С. Пушкина: «Дикость подлость и невежество не уважают прошедшего пресмыкаясь перед одним настоящим».

К чему относить понятие «экономия энергии в зданиях».

Какой бы жаркой ни была дискуссия вокруг энергосбережения в зданиях она до сих пор ведётся в основном по вопросу принятия в заранее заданных значений (нигде не указывается кем и почему именно таких) минимальных термических сопротивлений ограждающих конструкций здания и тех или иных величин инфильтрации наружного воздуха неизбежно участвующего в естественной вентиляции помещений. На чем и построен ряд нормативных документов.

Эти данные полученные в результате расчетов теплопотерь в процессе проектирования по фрагментам ограждающих конструкций суммируются и приводят к определению тепловой мощности систем отопления зданий.

Изначально предначертаны и возможные проценты «энергосбережения» которыми авторы норм активно оперируют и в литературе и на уровнях управленческих.

Однако теряется факт что сама система отопления – лишь одна из нескольких теплопотребляющих систем здания к тому же потребляющих и электроэнергию.

Даже в простейшем примере здания – жилом доме городского типа существует по крайней мере еще система горячего водоснабжения с соизмеримым годовым потреблением тепла. Имеют место также затраты энергии на пищеприготовление (газ электроэнергия ) электроосвещение электропривод бытовой техники электропитание информационной техники и др.

В гражданских и промышленных зданиях добавляются не менее крупные слагаемые затрат энергии на механическую вентиляцию и кондиционирование воздуха.

Поэтому оперировать процентами только на одно слагаемое говоря что это экономия энергии в здании в целом есть подмена тезиса в дискуссии и некорректность математическая.

На самом деле проценты экономии энергии в зданиях от повышения их теплозащиты будут совсем другими.

Наглядным примером этой подмены является предписанная в МГСН форма энергетического паспорта здания. Она никак не обоснована и не логична если учесть весь комплекс энергопотребляющих систем. Форма паспорта построена на раздутом многочисленном дроблении теплопотерь на мелкие составляющие (что является лишь предметом проектного расчета). Это создает избыток второстепенной информации и не дает аналитически полного представления об энергозатратах и энергосбережении в системах обеспечения воздушно-теплового микроклимата системах светового микроклимата и санитарно-технических системах (горячее водоснабжение пылеуборка влажная уборка помещений).

Скороговоркой намеченные в энергопаспорте строчки по составляющим энергозатрат (кроме теплопотерь) также мало что дают хотя бы по отсутствию связи с паспортами на вентиляционные системы практикуемые у нас с начала 20 века.

Задача более полного представления энергопотребления зданием достаточно трудоемка и требует как постановочно-методических так и серьезных научно-исследовательских работ например в части интегрированного вычисления и отображения расходов разнородных энергоносителей а также единого и энергоэкономичного управления физически разными энергопотоками.

Общетеоретическая постановка задачи и соответствующие формулы были представлены автором настоящих строк.

На этой основе в качестве первого приближения считаем возможным ограничиться только доступными данными по отоплению механической вентиляции кондиционированию воздуха и горячему водоснабжению которые можно получить в процессе их реального проектирования и проектной оптимизации. При оценках годовых расходов энергии используем достаточно простой и освоенный аппарат расчета по ГСОП. В действительности интегральные значения величин потребления тепла описываются более сложными зависимостями и требуют более громоздких исходных данных и вычислительных процедур.