Главная >  Инжиниринг 

 

Энергосбережение в строительстве. Постараемся разобраться в этом с позиций достаточно элементарной физики. Практически любой процесс мы можем оценить энергетической характеристикой, то есть вполне определенным числом. Каковы масштабы тепловых потоков в окружающей нас среде и нашем жилом помещении? Основным обогревателем поверхности Земли является Солнце. За пределами атмосферы поток солнечного тепла к Земле, поступающего, преимущественно, в виде радиации (солнечная постоянная) составляет более 1 киловатта на кв.м. Вертикальный поток тепла в атмосфере ( оценивается средней величиной около 50 кал/кв.см в сутки, или 20 ватт на кв.м. Снизу, из недр, к поверхности подходит тепловой поток порядка 0,1 Вт/м Таков диапазон тепловых процессов, формирующих погоду и климат. Оценим неизбежные потери тепловой энергии из-за постоянно меняющейся разности температур поверхности стен здания и окружающей воздушной среды. Энциклопедический справочник Машиностроение ( приводит для теплоотдачи Р с поверхности теплых плит (аналог стен для нашего случая) формулу известного немецкого ученого В.Нуссельта (1882-1957 гг.) для небольших перепадов температур ДТ < 15 градусов между воздухом и поверхностью плиты-стены (единицы переведены в СИ): Р = 3.5 +0,08 d Т. где Р - Вт/м2; Т - градусы. В этой формуле существенно то, что существует минимальная, в пределах точности измерений, величина теплопотерь (теплоотдачи) с поверхности нагретой плиты. Эту величину можно интерпретировать как флуктуационный теплопоток на границе твердое тело - газовая среда . При разнице температур стена - окружающая среда 8-15 градусов теплоотдача по формуле Нуссельта составляет от 4,1 до 4,7 ватт на кв.м. Значит, только для поддерживания стен несколько более теплыми, чем окружающая среда, мы уже теряем 4 ватта с каждого квадратного метра, или должны обеспечить за свой счет одну пятую часть среднего вертикального теплопотока в атмосфере ( .

 

Интересны суждения великих людей о технологиях. Маршал М.Н.Тухачевский утверждал, что будущая война - это война моторов. Великий физик академик П.Л.Капица считал, что основа цивилизации и могущества государства - энерговооруженность жителя. В обоих случаях (идет ли речь о войне или мирной жизни) важную роль играет топливо. Эффективность потребления топлива - это уже технологии. Приведем цитату из интервью ректора Санкт-Петербургского горного института В.С.Литвиненко журналу Итоги 28 января 2003 г.: Мир реально вступает в эпоху глобальной конкуренции между различными видами топлива. Это вызовет переориентацию существующих отраслей энергетики, использующих только газ, нефть или уголь, и приведет к созданию глобальных энергетических компаний, действующих на общемировом рынке энергетики . Затраты энергии являются одним из ключевых параметров любой технологии, а, следовательно, любое жилище должно оцениваться с этой - энергетической - точки зрения. Насколько физически обоснованно ставится вопрос о необходимости теплосбережения в строительной отрасли и сколько вообще стоит в сегодняшних ценах обогревать жилище в нашей климатической зоне? Сколько энергии нам действительно нужно, где начинаются и сколько стоят энергетические излишества ?

 

Для обогрева помещения, оборудованного эффективной теплоизоляцией, достаточно тепловой энергии, рассеиваемой при работе бытовых приборов, например, осветительных - вот каким физическим аргументом, помимо прочего, обоснован повсеместный переход к высоким технологиям при производстве строительных материалов и конструкций. С чем можно сопоставить полученную нами величину минимального расхода тепловой энергии для поддержания постоянной и комфортной температуры в помещении? Для сравнения воспользуемся другим способом подсчета расходов тепла: во многих странах уже принято учитывать расходы на отопление жилищ в киловатт-часах на кв.м в год. Расход энергии 100 кВт-час/кв.м в год эквивалентен мощности 11 ватт на кв.м. В странах Европы во многих домах уже расходуется на обогрев не больше указанной величины ( . Подчеркну - эта величина отражает средний расход энергии в течение различных сезонов года, понятно, что реальный расход максимален в холодное время года и многократно превосходит среднюю величину, следует также учесть более теплый климат в Европе. На обогрев помещения площадью 10 кв.м при использовании идеальных (оптимальных) технологий требуется в среднем по сезонам года обеспечивать расход энергии в количестве 110 ватт. Сегодня в России (но с учетом более холодного климата!) расходуется на обогрев подобного помещения до киловатта, т.е. в десять раз больше. Почти одна лошадиная сила (736 ватт) для целей отопления на каждого жителя - такова цена выживания в нашей климатической зоне. Какова энергообеспеченность россиянина? Данные об обеспеченности электроэнергией на конец 2001 г. можно найти на сайте РАО ЕЭС России www. rao-ees.ru суммарная установленная мощность электростанций страны составляет 156,1 х 109 ватт, что при численности населении России ( около 140 млн. человек дает 1,1 киловатт на жителя.

 

Оценим теплоотдачу с суммарной поверхности стен условного элементарного жилища . Приняв скромную норму размера элементарной ячейки - 10 кв. м жилой площади на человека (длина периметра около 13м) при высоте стен 3 м, получим величину суммарной поверхности ограждающих конструкций жилища (площадь пола, потолка и четырех стен), равную 59 кв.м. Минимальные теплопотери составят 59 х 4 = 236 ватт для жилища в целом, или 23,6 ватта на кв.м полезной (жилой) площади. Из приведенного анализа вытекают несколько довольно очевидных выводов: Отдача тепла с единицы площади поверхности стен энергоэффективного здания при малом перепаде температур должна составлять менее 4 ватт на кв.м, к чему и ведут нормы развитых стран. Европейские нормы сопротивления теплопередаче требуют, чтобы сооружение было более инерционным по теплу, нежели окружающая здание среда. В нашей климатической зоне целесообразно строить многоквартирные дома, уменьшая долю общей поверхности стен, приходящуюся на единицу жилой площади.

 

Энергия, расходуемая в инициативном порядке за счет доступных ресурсов, например, в домашних очагах и подсобном хозяйстве, а также бесконтрольно в бедных регионах, может быть учтена только косвенно. Теперь сравним полученную цифру с минимально необходимым расходом энергии для обогрева жилого помещения - порядка одного киловатта. С учетом неизбежных потерь получаем, что не менее 25-30% энерговооруженности это есть минимально необходимая вооруженность - энергетический прожиточный минимум, составляющий, как мы видим, сегодня около 1 киловатта на жителя( . Киловатт - единица измерения мощности, при потреблении 1 кВт за час расходуется один киловатт-час энергии. Сегодня киловатт-час стоит один рубль. Значит, в сутки расходуется 24 киловатт-часа или 24 рубля.

 

Для сравнения: в 1975 году мощность всех электростанций СССР составляла 217,5 х 109 ватт при населении 255 млн.человек (БСЭ, 3-е изд., т. 24-СССР (197 , с. 21 , то есть равнялась 0,85 киловатт на жителя. Отпуск тепла в стране в 2001 г., по данным РАО ЕЭС России , составил 1451,0x1015 калорий (в первую очередь, отопление и горячее водоснабжение), что в пересчете составит 1,3 кВт на жителя страны. В части обеспеченности страны топливом сегодняшние данные, к сожалению, противоречивы и неполны - поэтому обратимся к советской статистике. В СССР в 1975 г. добывалось 491 млн. тонн нефти, 289 млрд.куб.м газа и 701 млн. тонн угля (там же, с. 210-21 . Принимая для грубой оценки соотношение: 1 тонна нефти = 1000 куб. м. газа, и учитывая 255 млн.человек населения, получаем 5,8 тонны обобщенного топлива на жителя страны в год. Сегодня, по некоторым сведениям, эта цифра существенно ниже, но воспользуемся ею в качестве ориентира. Принятая в теплоэнергетических расчетах величина - тонна условного топлива - соответствует 29,3 МДж/кг или 29,3 ГДж/т (в гигаджоулях на тонну). Если тратить одну тонну условного топлива в течение года (=32,6 миллиона секунд), то энерговооруженность составит 0,90 киловатта. То есть для грубых оценок можно принять: сжигание тонны условного топлива в год = киловатт мощности. Следовательно, житель сегодняшней России обладает 1 киловаттом мощности в виде электроэнергии и 2-3 киловаттами в виде условного топлива, итого энерговооруженность составляет 3-4 киловатта на жителя. Это примерно в два раза выше средней энерговооруженности жителей по планете в целом. Однако уточним - речь идет о расходах энергии, подлежащих статистическому учету.

 

Выводы
Отопление жилых помещений в России составляет существенную долю в энергобалансе страны. Основной, если не единственный, путь сокращения подобных расходов энергии - уменьшение теплопотерь с ограждающих конструкций зданий и систем транспорта энергоносителя, то есть применение современных конструкционных и теплоизоляционных материалов. Нормативы развитых стран по величине сопротивления теплопередаче сводятся, фактически, к достижению минимально возможной теплоотдачи от ограждающих конструкций в окружающую среду и вполне отвечают рыночному подходу к платному ресурсу: оплачивай или не расходуй .
Стоимость отопления зданий и сооружений влияет на рыночные экономические соотношения. Строительство нового жилья без сокращения удельного расхода тепловой энергии приведет к неприемлемому росту потребления энергии в стране.
В зданиях будущего, оборудованных эффективной теплоизоляцией, значительная часть обогрева помещений будет осуществляться за счет рассеянной энергии бытовых устройств. Начинать реформу ЖКХ надо с повышения энергозащищенности - или, что есть то же самое, но другими словами, - энергоэффективности наших зданий, а это - обязанность не жильцов-пользователей, а настоящих владельцев или собственников зданий и жилых помещений.

 

При сегодняшней цене доллара - 31 рубль за доллар (15 мая 2003 года) это составляет 77 центов или около доллара в сутки( . И вот интереснейшее совпадение. На встрече глав государств и правительств в штаб-квартире ООН в Нью-Йорке 6-8 сентября 2002 года была принята так называемая Декларация тысячелетия . В 19-м пункте этой декларации подписавшие документ страны (и Россия в том числе) выражают решимость уменьшить наполовину к 2015 году долю населения Земли с доходом менее одного доллара в день . То есть доллар в день принят в качестве уровня мировой черты бедности . Выше мы получили эту цифру в качестве стоимости энергетического прожиточного минимума для жителя нашей страны. Вряд ли это совпадение случайно... Выходит, что уровень бедности у нас всех в России неминуемо достигается за счет необходимых расходов энергии на отопление и питание. Что же остается нам сверх уровня бедности?

 



 

В английском кране нет воды. Ничья. Проект. Новая страница 1. Контрактинг.

 

Главная >  Инжиниринг 

0.0158