Деловая слава России


Новости


МЕЖОТРАСЛЕВОЙ АЛЬМАНАХ

Свежий номер альманаха, Архив номеров, Подписка на альманах, Реклама в альманахе, Контакты



РАЗВИТИЕ НАУКИ В РОССИИ



Опрос

Нужно ли стремиться вернуть в Россию учёных, уехавших жить и работать за границу?
Да, не стоит упускать умных и талантливых людей
Скорее да, но вряд ли наше государство сможет обеспечить им заграничный уровень жизни
Скорее нет, лучше обеспечить хорошие условия тем, что ещё не уехали
Нет, лучше вложить средства в воспитание и развитие молодых учёных
Другое








Деловая слава России » Наука » Энергосбережение и экология жилых помещений

Наука: Энергосбережение и экология жилых помещений - 28-09-2015, 16:33

Энергосбережение и экология жилых помещений 

Борис Владимирович ГУСЕВ,

президент Международной и Российской инженерных академий

 

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И ЭКОЛОГИЯ ЖИЛЫХ ПОМЕЩЕНИЙ

 


Одной из основных проблем для России на ближайшие годы является энергосбережение и экология. Отечественная экономика с трудом, но пока еще находится на высоком уровне интеллектуальной мировой державы. В этих условиях программа по энергосбережению является стратегически важной по той простой причине, что в России расход энергии на единицу продукции в 3–3,5 раза больше, чем в других развитых странах. Экономия энергоресурсов имеет принципиальное значение как с точки зрения экономики, так и с позиции экологии.

 

Сокращение использования энергоресурсов приводит к сокращению тепловой энергии и вредных выбросов. А наращивание энергопотребления приводит к нарушениям структуры природного баланса ресурсов. Глубокая взаимосвязь между экономикой и состоянием природной среды всеми признается, но до сих пор в полной мере не осознается. Те же законы характерны для жилых помещений: экономика и энергосбережение идут рука об руку.Чтобы сберечь электроэнергию, необходимо купить двухкамерный холодильник LG 

 

Отрасль энергетики включает многие направления, в том числе можно выделить производство энергии из невозобновляемых и возобновляемых источников. В последние десятилетия подобная энергетика повсеместно развивается. Особенно следует отметить гидроэнергетику, прежде всего – малые ГЭС, которые не так катастрофически влияют на изменение природного климата, как ТЭЦ или крупные ГЭС. Большие ГЭС с обширными водохранилищами провоцируют застойные процессы в воде, бурный рост водорослей и загрязнение самих источников. Поэтому необходимо активнее развивать именно малую гидроэнергетику. К чистым источникам относится, безусловно, солнечная энергетика. К сожалению, коэффициент полезного действия (КПД) такой энергетики довольно низок и составляет менее 10%, что очень мало. Вообще следует рассматривать энергетику с точки зрения увеличения коэффициента полезного действия (коэффициента полезного использования энергии), поскольку энергетика создается в интересах человека, а не для загрязнения окружающей среды. То же самое и с ветровой энергетикой, где до сих пор КПД близок к 10%. И только сейчас мы начинаем понимать те основы, по которым надо создавать новые ветровые энергетические установки, у которых рассчитываем иметь КПД на уровне 50%.

 

В странах Скандинавии широкое распространение получили тепловые насосы. У них коэффициент полезного использования энергии более 1, но это не нарушение закона сохранения энергии. Просто тепловой насос качает энергию из слоев земли или воды, в которых температура выше температуры воздуха в весенне-осенний или зимний период, чем на поверхности. Это безусловно прогрессивный вид тепловых агрегатов, но с высокой стоимостью оборудования. Однако это не препятствует тому, что Стокгольм с помощью тепловых насосов на 70% обеспечивает теплом население города. На рисунке 1 показана система теплоснабжения здания с использованием теплового насоса.

 

Следует отметить, что наиболее крупным потребителем тепла являются жилые комплексы. Традиционно в СССР централизованное отопление жилого фонда обеспечивалось различными ТЭЦ, а меньшие котельные отапливали жилые кварталы и промышленные комплексы. Коэффициент использования тепла в системах централизованного отопления чрезвычайно низок.

 

Рассмотрим простейший пример системы централизованного отопления, состоящий всего из трех элементов: производитель тепла, система его подачи (доставки) и отопительное оборудование. В настоящее время коэффициент полезного использования в котельных (производитель тепла) составляет 30–50% (50% для крупных ТЭЦ). В ходе транспортировки тепло, несмотря на все способы тепловой защиты трубопроводов, также теряется на обогрев земли, нежилых подвалов и чердаков домов. Предположим самый лучший вариант, что коэффициент полезного использования (КПИ) в трубопроводах составляет 80-90%. При обогреве помещений батареями тепловые потери составляют 70-80%.

 

Составим элементарный тепловой баланс в системах нагрева для самого лучшего варианта. Котлы обеспечивают 50-процентное использование тепла или 0,50. От этого количества в трубопроводах остается 90% или 0,90. Таким образом система «котел–труба» обеспечивает коэффициент полезного использования КПИ=0,50х0,90=0,45. КПИ для системы отопления из трех элементов составляет 0,45х0,30=0,135 или 13,5%. А как же быть со всей системой централизованного обеспечения для ЖКХ, состоящей из большого количества элементов? Коэффициент использования тепла будет не более 10%. Если еще учесть частые аварии многих элементов централизованного теплосбережения в системе ЖКХ, то можно задуматься, а вообще ТЭЦ – это перспектива или надо обеспечивать плавный переход к системе поквартальных и индивидуальных систем отопления [1].

 

В Российской инженерной академии ее коллективные члены проводят работы по существенному пересмотру политики отопления, новых видов теплоносителей и их широкого использования. Коллективный член РИА «Инжиниринговая компания «Симбиоз технологий» работает над повышением коэффициента использования тепла в тепловых батареях. Разработаны теплообменники на основе нанокомпозитных материалов железа и меди с повышенным коэффициентом теплопередачи. Это более чем в 2 раза повышает коэффициент использования тепла в тепловых батареях – серьезный прорыв в системе энергосбережения при обогреве помещений.

 

Ключевой вопрос в энергосбережении, в тоже время глубоко связанный с экологией – это вопрос комфортности жилья. Так как подавляющее количество жилого фонда в нашей стране находится в зоне, где отопительный сезон продолжается не менее полугода, то вопросы энергетики и экологии очень тесно переплетаются между собой.

 

Чтобы экономить энергопотребление жилого фонда, надо, прежде всего, сберечь тепло внутри помещений. Давно доказано, что идеальная комфортность обеспечивается древесиной, так как она обладает низким коэффициентом теплопроводности. Дерево решает еще одну проблему: как удалить продукты жизнедеятельности человека (антропотоксины) из воздушного пространства помещения, – а их порядка трехсот наименований. Если организовывать воздухообмен, то существующий низкий КПИ отопительных систем будет существенно уменьшаться. Если сделать стены из дерева, то антропотоксины (ядовитые продукты, образующиеся в процессе жизнедеятельности человека – например, углекислый газ, ацетон, аммиак, амины, фенолы и так далее) будут выделяться по капиллярам, которые проводят воду в древесине, за пределы жилого помещения. Вот почему в домах, например, в Сибири, торцы бревен покрываются толстым слоем инея.

 

Недавно страна пережила настоящий бум по замене окон на пластиковые. Это обеспечивает и шумоизоляцию, и хорошие теплотехнические показатели (обычно 30% тепла теряется через окна, полы). Но пластиковые окна сохраняют те недостатки, которые связаны с замкнутым помещением, когда нет выделения через стены вредных продуктов жизнедеятельности человека.

 

Возведение стеновых конструкций наружных ограждений из строительных материалов минерального происхождения приводит к противоречиям, не позволяющим выполнить все требования комфортности жилья. Классическим примером такого противоречия является проблема пара: для соблюдения паровлажностной комфортности пар необходимо удалить из помещения, но нельзя допускать пар в каменную стену, что приводит к ее увлажнению (а зимой – и к промерзанию), ухудшающему тепловую комфортность помещения и приводящему к преждевременному разрушению материалов стены. Для создания стеновых конструкций с выполнением всех аспектов комфортности необходима формулировка идеального образа стены.

 

За основу анализа принята деревянная изба. На бытовом уровне хорошо известно, что наилучшей комфортностью обладает именно она, где удач- но сочетаются требования всех видов комфортности: тепловой, паровлажностной и гигиенической, и в итоге – в избе тепло и легко дышится. Анализ физической картины работы деревянного бревна показал, что основной его особенностью как уникального строительного материала, позволяющего совместить все требования комфортности, является анизотропность свойств – коэффициент диффузии для пара и воздуха со всеми его составляющими в продольном направлении существенно выше, чем в поперечном.

 

Схема работы древесины в виде бревна состоит в следующем. Тепловой поток выходит из помещения поперек бревна. В процессе охлаждения наступает момент, когда температура снижается до «точки росы». Выделяющийся пар и влага «покидает» тепловой по- ток и удаляется в перпендикулярном (вдоль годовых колец) направлении, имеющем в 5,33 раза больший коэффициент диффузии.

 

В итоге пар до наружных (холодных) слоев не доходит и выделяется с торцов бревен. Аналогично ведет себя воздух, содержащий СО2 и другие компоненты, так как коэффициент сопротивления вдоль бревна в 45 раз меньше, чем в поперечном направлении. Таким образом, деревянное бревно выполняет физическую функцию разделения теплового и материальных потоков. Такое разделение устраняет трудности совмещения различных аспектов комфортности и создает помещение идеальной (то есть выполняемой по всем статьям) комфортности.

 

Зная физическую картину процесса, можно приступить к созданию рациональной стеновой композиции из строительных материалов минерального происхождения. При этом нет необходимости копировать природу и создавать стеновые композиции типа годовых колец бревна. Более того, это нецелесообразно, так как создание многоканального воздушного потока усложнит разработку системы автоматического регулирования уровня гигиенической комфортности помещения. Для разделения потоков достаточно организовать один разрыв сплошности, то есть воздушную щель для отсоса небольшого количества воздуха со всеми нежелательными компонентами.

 

Внутренняя панель стены набирается из материалов с высокими теплоизоляционными и фильтрующими свойствами, наружная — из плотных паронепроницаемых (вплоть до применения специальных пленок и покрытий) материалов. Описанная конструкция двухслойной стены выполняет функцию разделения потоков (причем более полного, чем это делает бревно) и позволяет выполнить все требования комфортности, то есть является надежной стеной идеальной комфортности (рисунок 3).

 

При наборе внутреннего слоя стены идеальной комфортности можно использовать строительные материалы, превосходящие по требуемым показателям свойства дерева. При подборе ряда композиций на основе сверхлегкого керамзита со средней плотностью, равной 150 кг/м3, можно достичь значения коэффициента комфортности К0 = 0,53... 0,89, то есть создать условия комфортности лучше, чем в деревянной избе.

 

На рисунке 4 представлены тепловые потери через 1м2 стен выполненных из разных материалов… Таким образом, современное состояние науки позволяет из строительных материалов минерального происхождения сооружать жилые помещения с уровнем комфортности, превосходящим за счет оптимального подбора материала и обеспечением показателей комфортности проживания как в деревянной избе.

 

Следует отметить, что современная строительная наука в то же время стремится минимизировать потери для окружающей среды в ходе утилизации старых зданий. Если бревенчатые конструкции можно было бы использовать для подсобных работ и ликвидировать остатки деревянных строений, то и для бетонных зданий необходимо было продумать вопросы утилизации.

 

Создан ряд установок по дроблению бетона, хотя массово их не производят (рисунок 5). Но получение дробленого щебня – это только первая задача. Дробленый бетон можно вторично обжигать при температурах 600–700оС, измельчать и использовать в качестве цемента более низких марок. Надо понимать, что цемент производят при 1000–1200оС, это очень энергоемкий процесс. В Европе стараются снизить температуру этого процесса, отказаться от самого производства цемента, заменяя его на что угодно, только бы снизить выбросы СО2.

 

Когда используется вторичный бетон для получения цемента, его просто подвергают низкотемпературному обжигу при температуре порядка 600оС. В итоге утилизации остатков бетонных стен возможно получить цемент марки от 50 до 200, который можно широко использовать в строительстве и производстве строительных смесей.

 

 

Литература:

1. Гусев Б.В., Гришан А.А. Системная оценка централизованного теплоснабжения, «Двойные технологии», № 4, 2011, – С. 22-28.

2. Гусев Б.В., Загурский В.А. Вторичное использование бетона М., 1988, 96 с.

 

  

 

Другие новости по теме:


Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.


АКТУАЛЬНО

ПРИОРИТЕТНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ НАУКИ


Календарь событий:

«    Март 2020    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
 
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
 

Архив новостей:

Февраль 2020 (1)
Январь 2020 (4)
Ноябрь 2019 (4)
Сентябрь 2019 (4)
Август 2019 (1)
Июль 2019 (1)