3. 8. 2. Энергия

Энергетика вносит наибольший вклад в загрязнение окружающей среды планеты. 40 % всей производимой энергии потребляет жилищный сектор [2]. Поэтому от совершенствования архитектурно-строительных решений и систем энергоснабжения городов во многом будет зависеть качество городской среды и состояние среды планеты в целом.

       В городских агломерациях потребление энергии имеет ключевое значение для функционирования транспорта, промышленного производства, домашних хозяйств и деятельности учреждений. Существующая для большинства городов зависимость от невозобновимых источников энергии может привести к изменению климата, загрязнению воздуха с вытекающими из этого экологическими проблемами. Согласно концепции устойчивого развития населенных пунктов развитие систем энергообеспечения должно идти по двум основным направлениям. Это 1) энергосбережение и 2) переход на использование возобновляемых источников энергии [86]. По подсчётам экономистов затраты на энергосбережение оказываются в 4-5 раз выгоднее, чем на производство эквивалентного количества энергии. В США на отопление зданий затрачивается 25 % всей вырабатываемой энергии, в Финляндии – 29 %. Среднее потребление тепла в домах разных стран составляет [61]:

–        Россия – 425 квт.ч/м2 год;

–        Германия – 403 квт../м2 год;

–        США – 399 квт.ч/м2 год;

–        Швеция – 165 квт.ч/м2 год;

       В России, как видно, расходы энергии на отопление одни из самых высоких.
Самый первый и простой шаг по снижению энергопотребления – это уменьшение теплопотерь через окна, двери, стены, пол и потолок здания. Это направление энергосбережения активно развивается у нас и за рубежом. Благодаря совершенствованию ограждающих конструкций и ужесточению нормативных требований энергопотребление в домах Германии за последние 15 лет снизилось в 2-2,5 раза [119]. В России важным шагом в этом направлении стало принятие новых требований по повышению теплового сопротивления ограждающих конструкций зданий.

       Дальнейшим шагом по энергосбережению в зданиях будет использование:

1)      теплового зонирования помещений здания;

2)       плана и объема здания оптимальной формы;

3)       оптимальной ориентации относительно сторон света.

За счёт этих чисто архитектурных мероприятий возможно сократить потери тепла на 20-40 % [119]. Извлекая тепло из выбрасываемого через вентиляцию нагретого воздуха, можно ещё в большей степени снизить теплопотери. Для этих целей в системах принудительной вентиляции устанавливают рекуператоры тепла, возвращающие тепло из отработанного воздуха обратно в помещение.

Дома со сниженным энергопотреблением или энергоэффективные дома активно строятся за рубежом. Есть отдельные примеры строительства экспериментальных жилых домов с “нулевым” энегопотреблением, то есть обеспечивающих все свои потребности на основе собственной энергетикии от возобновляемых источников энергии.
 
В 1992 г. в Екатеринбурге был построен экспериментальный 2 этажный жилой дом, потребление тепла в котором было в 3 раза ниже общероссийских показателей. С середины 90-х гг. в Белоруссии строятся односемейные энергоэффективные дома, рассчитанные на массового застройщика [61].

       Вторым основным направлением по совершенствованию энергообспечения домов считается, как уже говорилось, использование возобновляемых источников энергии. Согласно классификации ООН к ним относятся: энергия Солнца, ветра, биомассы, приливов и разности температурных слоёв воды в океанах, геотермальная, гидравлическая и др. Доступность этих видов энергии разная, к самым распространённым из них относятся солнечная и ветровая энергии [61]. За счёт этих источников покрывается некоторая доля энергопотребления в странах Европы [119]:
 

Швеция 24 % в основном
Австрия 23,7 % за счет
Финляндия 18,3 % гидроэнергии
Франция 7,2 %  
Дания 7 % ветер, солнце, био-газ
Германия 1,9 %  
Нидерланды 1,4 %  
Англия 1 %  

Данные по состоянию на 1993 г.
 
Солнечный подогрев воды широко используется в Греции, Франции, Испании, Португалии. Например, в Солнечной деревне (Греция), состоящей из 435 блокированных домов, эксплуатируются различные виды систем использования солнечной энергии [119]. В Центральной Европе больше половины годового потребления горячей воды может быть обеспечено за счёт солнечной энергии. Расчёты российских специалистов показывают, что энергией Солнца можно покрывать в различных случаях 25-90 % потребности в отоплении [109].

Системы, использующие энергию Солнца, принято делить на две основные группы: пассивные и активные. В пассивных системах солнечные лучи нагревают элементы здания и его основания: стены, строительные конструкции, крышу, грунт под зданием. В активных системах используется подвижный теплоноситель – вода, воздух – или же происходит прямое преобразование солнечной энергии в электричество. На практике используют различные комбинации пассивных и активных систем, так, что граница между ними часто размывается. Спектр основных инженерных решений по использованию солнечной энергии показан на.
 
Использование солнечной энергии имеет хорошие перспективы в России и Сибири. Среднегодовой приход солнечной энергии на поверхность земли в разных городах страны составляет [61]:

Архангельск                   – 0,85  МВт.ч/м2 в год;
Санкт-Петербург            – 0,93;
Москва                            – 1,01;
Екатеринбург                 – 1,10;
Новосибирск                  – 1,14;
Омск                                – 1,26;
Ростов-на-Дону              – 1,29;
Астрахань                       – 1,38.
 
Как видно, сибирские города получают солнечной энергии на 15-25 % больше, чем города средней полосы России. Согласно расчётам специалистов, на поверхность 2 этажного коттеджного дома в средней полосе России солнечной энергии падает более 160 МВт.час/год, что превышает его годовую потребность даже при нынешнем расточительном уровне энергопотребления [61].
Таким образом, существует принципиальная возможность обеспечения за счёт энергии Солнца всех энергетических потребностей жилого дома. Основная проблема состоит в том, как собрать эту энергию и сохранить её в течение достаточно длительного периода.

Солнечную энергию получают при помощи различных устройств, из которых можно назвать:

–      теплицу, пристроенную к дому;
–      прозрачные теплоаккумулирующие фасады [119];
–      солнечные коллекторы различной конструкции;
–      солнечные батареи на фотоэлементах.
 
Технико-экономические показатели устройств последних двух видов достаточно высоки (табл. 3.4).
 
Таблица 3.4
Технико-экономические показатели солнцеулавливающих систем.
Данные на 1993 г. [52; 119]

Виды солнцеулавливающих
устройств
КПД,
%
Стоимость энергии,
DM/кВт.час
Фотоэлектрические батареи 10-12 1,2 – 3, 0
Солнечные коллекторы 35-50 0,3 – 0,5
Комбинированные системы
(солнечные коллектор +  фотобатарея)
 
до 60
 

 
Солнечные коллекторы широко применяются для подогрева воды в Европе. В Сибири в одном из санаториев Алтайского края на крыше гостиницы “Барнаул” функционирует коллекторная установка площадью 70 м2. С её помощью на 50 % обеспечивается нагрев воды в системе горячего водоснабжения здания. Установка действует с мая по сентябрь. В Германии при реконструкции старых и строительстве новых домов широко используется оборудование зданий солнечными коллекторами. С их помощью полностью удовлетворяется потребность в горячей воде в летние месяцы и на 50 % – в зимние. На одного жильца используется примерно 1 м2площади коллектора, установленного на крышах зданий под углом 30-45 градусов к горизонту [95, с. 49]. В 1998 г. здесь было произведено коллекторных установок площадью 420 000 м2
 
Для эффективного применения солнечной энергии в отоплении зданий требуется совместно с солнцеулавливающими устройствами использовать аккумуляторы тепла. Это особенно актуально для России и Сибири, где велики сезонные и суточные перепады температур. Как уже говорилось, всей падающей за год энергии на поверхность дома в принципе достаточно для удовлетворения его энергопотребностей. Но эта энергия поступает в течение года довольно неравномерно. Пик её приходится на летние месяцы, когда потребности в отоплении нет. Зимой же, когда необходимо отапливать здания, наблюдается минимум поступления солнечной энергии [61]. В этой ситуации необходимо накапливать энергию летом или в дневное время суток с тем, чтобы расходовать её зимой или в ночное время суток. Для этих целей служат суточные и сезонные аккумуляторы тепловой энергии.

Используются различные виды тепловых аккумуляторов, среди них водяные, грунтовые, химические (накапливающие энергию при фазовом переходе). Грунтовые аккумуляторы пока являются самыми эффективными для сезонного хранения тепла. Водяные аккумуляторы используются в основном как суточные. В качестве перспективных систем исследуются химические и водородные аккумуляторы тепловой энергии. Например, в Институте катализа СО РАН, г. Новосибирск, разрабатываются аккумуляторы, работающие на основе химически обратимых реакций, позволяющие запасать большое количество энергии на длительный срок. В водородных системах накопления тепла происходит выработка водорода за счёт солнечной энергии и накопление его в металловодородных аккумуляторах. Тепловая энергия, хранящаяся в таком виде, может быть легко использована (путём сжигания водорода) для отопления зданий, приготовления пищи, заправки водородных двигателей автомобилей. При этом отсутствуют экологически вредные последствия от сжигания водорода. Данные системы обещают быть высокоэффективными, сейчас они находятся в стадии разработки и испытаний. В целом же, пока не удалось получить достаточно эффективных в эксплуатации сезонных аккумуляторов тепла, что в некоторой степени, сдерживает развитие систем солнечного теплоснабжения. Но темпы исследований в этой области достаточно быстрые, и можно ожидать в ближайшее время появление решений и разработок, пригодных для жилищного строительства [61].
 
Для энергоэффективных домов, строящихся в условиях Сибири, требуется обеспечить достаточно высокую величину теплового сопротивления ограждающих конструкций. Согласно данным [77; 93], солнечный обогрев здания становится эффективным и окупает вложенные в него затраты, если тепловое сопротивление стен будет не менее 6 Вт/м2 град. В частности, данный показатель на 40 % выше требований нового СНиПа по строительной теплотехнике, в котором установлена норма теплового сопротивления стен не менее 3,72 Вт/м2 град. [98].
 
Другой распространенный практикой использования возобновимых источников энергии является применение ветроустановок.  В Германии доля ветроэнергии составляет 2 %  от всей производимой энергии [95]. Стоимость ветроэнергии с 1980 по 1990 гг. упала в 10 раз и в настоящее время почти сравнялась со стоимостью энергии, получаемой от ТЭЦ. К 2010 г. специалистами прогнозируется, что она будет стоить в 2 раза дешевле, чем энергия ТЭЦ [61].
Ветроресурсы особенно велики в прибрежных районах и на акваториях морей и водохранилищ.  Во многих районах России (в частности в Западной Сибири, в Барабинской степи) она имеет зимний максимум, что способствует в данном случае компенсации минимума солнечной энергии в это время года. Ветроустановки рекомендуется размещать группами, вдали от жилья, например, среди сельскохозяйственных угодий.

Комментарии материала:

Разместить комментарий

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Другие материалы

Энергетика, по прогнозам специалистов, будет играть всё более весомую роль в развитии всех стран мира. По уровню потребления энергии на душу населения сегодня довольно точно оценивается уровень развития экономики и уровень доходов жителей той или иной страны. В первой четверти XXI  в. прогнозируется 50 %-й рост потребления энергии в мире [82...
Энергосбережение очень важно для улучшения окружающей среды — и в том месте, где мы живем, и на всей планете. Никто не может сделать все, но каждый может сделать что-то, но если каждый что-то делает, мы многого можем достичь вместе! Чтобы привлечь больше внимания к важности энергосбережения, SPARE объявляет Международный день энергосбережения. В...
Чем опасны свалки и что тут мы можем сделать, как «умные» дороги и города, зеленые пространства создают безопасную среду для горожан и почему слежка не лекарство от COVID-19. Эти и другие темы в новом выпуске Дайджеста Международного Социально - экологического союза от Света Забелина. Охрана природы, проблемы окружающей среды и развития человечества. Всё важное и интересное, что произошло в России и мире на текущий день. Дайджест за 21 мая 2020 года.   ЭКОНОМИЧЕСКИЕ И ИНЫЕ...
Друзья, ну вот, зима теперь точно закончилась! А знаете почему? Да, мы подвели итоги конкурса «Сибирская зима», который проводился с 12 ноября 2019 по 29 февраля 2020 года. Длинная зима выдалась, не правда-ли? Такое раз в 4 года бывает. А уж насколько урожайная: только на iNaturalist было загружено почти в 2,5 раза больше наблюдений, чем за предыдущий сезон, выросло и количество участников проекта. Но вовсе не из-за того, что зима была длинной, получилось так много наблюдений в...
Более 70 лет прошло с момента окончания Великой Отечественной Войны. Все меньше остается её участников и свидетелей. За героическими военными кинолентами и помпезными парадами, как-то на второй план уходят человеческие судьбы, трагедии и страдания людей, переживших это страшное время. В 1950 году по указу Верховного Совета Карело-Финской ССР на острове Валаам в старых монастырских постройках организовали Дом инвалидов войны и труда. В 1974 году художник Геннадий Добров решил нарисовать портрет...
9 мая - день победы и  памяти
Количество экстремальных метеорологических явлений на планете с каждым годом будет только расти. Человек - причина большинства пожаров. Из-за эпидемии коронавируса 2020 год станет потерянным для экономики. Эти и другие темы в новом выпуске Дайджеста Международного Социально - экологического союза от Света Забелина. Охрана природы, проблемы окружающей среды и развития человечества. Всё важное и интересное, что произошло в России и мире на текущий день. Дайджест за 07 апреля 2020 года.   ЭК...
Совет депутатов Куйбышевского сельсовета Бейского района Республики Хакасия принял решение о проведении референдума по антиугольному вопросу. На президентском совещании о ситуации с паводками и пожарами в регионах никто не сказал о главных причинах этих почти ежегодных катастроф. Активисты Москвы провели пикет против строительства хорды на так называемом радиоактивном склоне и потребовали пустить независимых наблюдателей на площадку, где ведутся работы. Эти и другие темы в новом в...

Материалы данного раздела

Фотогалерея

Интересные ссылки

Коллекция экологических ссылок

Коллекция экологических ссылок

Коллекция экологических ссылок

«Спутниковый мониторинг пожаров на Дальнем востоке России». Сервис работает на основе технологии «Геомиксер», разработанной в ИТЦ «СКАНЭКС»

 

Активность на сайте

сортировать по иконкам
42 недели 6 дней назад
Марина Иванова
Марина Иванова аватар
Спелеологи Всех стран объединяйтесь!

Смотрели: 192,545 |

Спасибо за ссылку. Очень пригодилась! ...

4 года 3 недели назад
martaka maminov
martaka maminov аватар
Спелеологи Всех стран объединяйтесь!

Смотрели: 192,545 |

Обращайтесь, отличная компания http://www.ecocentrp.ru/about/...

4 года 14 недель назад
Глеб савельев
Глеб савельев аватар
Спелеологи Всех стран объединяйтесь!

Смотрели: 192,545 |

нужна схема пещер с измерениями

4 года 18 недель назад
Ольга Волобуева
Ольга Волобуева аватар
Спелеологи Всех стран объединяйтесь!

Смотрели: 192,545 |

если Вы обладаете информацией , как составить топокарту пещеры, пишите нам. Очень нужна помощь в составлении паспорта объекта

1 год 23 недели назад
Надежда Бреева
Надежда Бреева аватар
Бутырский район

Смотрели: 5,949 |

Экология в Новой Москве . Поселение Щаповское.

Щапово (Александрово) — посёлок в Троицком административном округе Москвы (до 1...

размешен 01.06.20 | Тип: Статью

Обеспечение устойчивого гармоничного взаимодействия человека и природы - миссия Тигирекского заповедника. А сохранение эталонных природных систем типичной для Западного Алтая черневой тайги,...

размешен 01.06.20 | Тип: Статью

Кудаградусник найдет ближайший пункт для сдачи градусников и других опасных отходов. В Наро-Фоминском районе протестуют против возведения мусоросжигательного завода, а во Владими...

размешен 01.06.20 | Тип: Новость

Новое в экологических рассылках на текущий день.

...
размешен 31.05.20 | Тип: Статью

В Кузбассе идет мощное сопротивление бесчинству владельцев угольных предприятий. На территории Новгородской области найден "ведьмин котелок". Семь правил помогут спасти...

размешен 31.05.20 | Тип: Новость

Новое в экологических рассылках на текущий день.

...

Подпишись на рассылку

Будьте в курсе последних новостей!

RSS-материал