10685

В2011 году комитет по защите морской среды Международной морской организации (англ. International maritime organization – IMO) ввел обязательное использование плана управления энергоэффективности судов

(англ. Ship energy efficiency management plan – SEEMP), включающего различные мероприятия по планированию его работы.

В2013 году Международной концепции по предотвращению загрязнения с судов (англ. International convention for the prevention of pollution from ships – MARPOL) предложено использовать два показатели о вычислении энергоэффективности флота с помощью EEDI и EEOI, как целевые при постройке и оценки энергоэффективности судов.

Исследование негативных воздействий транспорта с ДВС на окружающую среду показывает, что для снижения вредных выбросов в атмосферу речного флота достигается за счет рационального использования топлива на судах.

EEDI использует для расчета такие параметры судна, в знаменателе которого мощность главного двигателя, удельный расход топлива, коэффициент выбросов CO2, в знаменатели дедвейт судна или валовая

вместимость для пассажирских судов и скорость судна.

281

где, P – Мощность (кВт);

SFC - Удельная расход топлива (г\кВт*ч);

CF- Коэффициент выбросов CO2 (безразмерный);

Capacity – дедвейт судна или валовая вместимость для пассажирских судов и скорость судна;

v - скорость судна (узлы).

EEOI берет в расчет в знаменатель количество топлива, коэффициент выброса CO2, а в числители дедвейт судна или валовая вместимость и дистанцию (путь из точки А в точку Б).

где j – тип топлива;

FCj – количество израсходованного топлива; Cfj – коэффициент выделения CO2 для топлива j;

mcargo – дедвейт или валовая вместимость для пассажирских судов (тонны);

D – дистанция (морские мили).

Однако эти показатели применимы для точных расчётов расхода топлива только на морских судах, тогда как в речном транспорте существуют дополнительные условия, кардинально меняющие расход топлива на разных отрезках пути, а значит и существенные различия в модели и реальных данных экологического загрязнения. Для речных судов необходимо использовать улучшенную систему измерения и нормирования, учитывающую: глубину реки, течение, стесненность фарватера, возможность внести корректировки для оценки порожних рейсов.

Одним из вариантов решения проблемы рационального использования дизельного топлива для снижения норм расхода на речном судне и флоте в целом является использование специальной информационной системы для нормирования и планирования расхода топлива доступную пользователям через Web-интерфейс.

Ранее была составлена математическая модель для учета всех факторов расхода топлива речных судов [3].

Ее начали использовать судоходные компании, так в 1998 году – «Волготанкер», а в 1999 году подключился и «Баррен Энерджи Шиппинг Лтд». В процессе внедрения авторам пришлось модернизировать систему и так в 2004 г. новые нормы расчета позволили сократить расход топлива в среднем по всем перевозкам на 16%, согласно отчету компании «Волготанкер».

Теперь необходимо создать эффективное Web-приложение для использования в реальных условиях на речных судах для обычных пользователей и работников судоходных компаний.

282

Данное приложение будет использовать алгоритмы, которые преобразуют географические координаты в векторные, в которых представляются водные пути в программе планирования работы флота.

Для интеграции векторной модели с сеткой обычных географических координат разработаны алгоритмы прямого и обратного пересчёта, основанные на поиске ближайшего отрезка. Расстояния в этих алгоритмах вычисляются на основе туннельной формулы. Она вычисляет обычное евклидово расстояние в трёхмерном пространстве.

Витоге разрабатываемая система позволит повысить адекватность

иудобность учета расходов топлива, а также сократить выбросы диоксида углерода за счет компьютерной системы, эксплуатации которой будут заинтересованы судоходные компании. Системой должно быть удобно пользоваться работникам фирмы. Все это в итоге благотворно скажется на окружающей среде и качестве безопасности здоровой жизни человека, так как нормирование расхода топлива – снизит выделение вредных веществ.

Литература 1. Абдурахманова Э.Г. Влияние выхлопных газов на организм

человека /Дагестанский государственный университет, г. Махачкала. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie- vyhlopnyh-gazov-na-organizm- cheloveka (дата обращения: 10.05.2022). – Режим доступа: свободный. – Текст: электронный.

2.Голохваст К. С., Чернышев В. В., Угай С. М. Выбросы автотранспорта и экология человека // Экология человека. 2016. С. 9–14.

3.Платов А.Ю, Платов Ю.И. Эффективность оптимизирующих методов при оперативном планировании работы флота // Вестник ВГАВТ.

–Н. Новгород, 2013. Вып. 37. – с. 109-112.

4.Rules and Guidelines. VI Additional Rules and Guidelines. Part 13.

Energy

Efficiency. Germanischer Lloyd SE, Hamburg, 2013.

5.Толшин, В. И. Режимы работы и токсичные выбросы отработавших газов судовых дизелей / В. И. Толшин, В. В. Якунчиков. Издательство МГАВТ, 1999. – 192 с.

6.Поклад, Г.Г. Геодезия, учебное пособие для вузов / Г.Г. Поклад, С.П. Гриднев. – М.: Академический Проект, 2007. – 592 с.

283

Секция 7 «Научные работы учащихся школ»

И.М. Бодрова

МБОУ «Школа №101 имени Е.Е. Дейч», г. Нижний Новгород, Россия

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ ЗДАНИЙ С НУЛЕВЫМ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕМ («ПАССИВНЫХ ДОМОВ»)

В настоящее время в связи с ростом тарифов на энергетические ресурсы в нашей стране и во всем мире крайне актуальной признана проблемаповышения энергетической эффективности систем жизнеобеспечения человекаи экологической безопасности его среды обитания. Одним из интереснейших решений данного вопроса является строительство зданий с нулевым энергопотреблением искусственно сгенерированной энергии – «пассивных домов».

Под термином «энергетически пассивный» или «пассивный» дом (нем. Passivhaus, англ. passivehouse) понимается здание или сооружение скрайне низким энергопотреблениемсистемами жизнеобеспечения дома (теплоснабжение, отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха, горячее водоснабжение, бытовое потребление электрической энергии и т.д.) за счёт применения возобновляемых источников энергии [1] и полной утилизации удаляемой из помещений теплоты.

- снижение общего потребления первичной тепловой энергии для всех бытовых нужд (отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха, горячее водоснабжение и электроснабжение) донормированной величины

qоб = 120 кВт·ч/(м2·год).

Основныминеоспоримыми преимуществами строительства пассивных домов являются:

-снижение потребления энергии на нужды теплоснабжения здания более чем в десять раз, по сравнению со зданием, оборудованным традиционными отопительно-вентиляционными системами;

-использование автоматизированных механических приточно- вытяжных систем вентиляции и отопления позволяет организовывать более комфортный микроклимат в помещениях, исключающий повышенную влажность внутреннего воздуха и присутствие сквозняков,

284

приводящие к наличию плесени на внутренних поверхностях наружных ограждающих конструкций;

-применение экологичных технологий, способствующее защите окружающей среды, косвенное влияние на снижение вредных выбросов котельно-печного оборудования в атмосферу;

-строительство пассивных домов является первым шагом в конструировании домов с нулевым выбросом СО2;

-инженерные системы пассивного дома полностью обеспечивают себя энергией из возобновляемых источников (ветроэлектрогенераторы, фотоэлектрические модули, тепловые насосы и пр.).

Автором на основе изученных сведений о строительстве пассивных домов, был запроектирован одноквартирный двухэтажный пассивный дом общей площадью по внутреннему обмеру около 160 м2 (80 м2 – площадь одного этажа). Принятое место строительства – климатический район Нижегородской области (с расчетной температурой наиболее холодной

пятидневки обеспеченностью 0,90 – tн = -30 °С).

Теплопотери через наружные рассчитываются по общепринятой методике [4]:

где R0i – расчетное сопротивление теплопередаче рассматриваемой ограждающей конструкции, м2·°С /Вт;

Ai – площадь рассматриваемой ограждающей конструкции, м2;

tв, tн – расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха, °С, соответственно;

βi – добавочные потери теплоты, доли.

Анализ формулы (1) позволяет сделать вывод, что основным конструктивным фактором, влияющим на величину тепловых потерь, является расчетная величина сопротивления теплопередаче R0, значение которой определяется теплозащитными свойствами конкретного ограждения.

Расчетное значение сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции определяется по формуле [5]:

где αв, αн – коэффициенты теплоотдачи на внутренней и наружной поверхностях, соответственно, Вт/(м2·°С);

δi – толщина рассматриваемого конструктивного слоя, м;

λi – коэффициент теплопроводности материала конструктивного слоя,

Вт/(м·°С).

285

Перечень и состав ограждающих конструкций (стены, перекрытия, полы, окна, входная дверь) проектируемого пассивного дома приведен в таблице 1.

Таблица 1 – Особенности наружных ограждающих конструкций пассивного дома

Результаты расчетов тепловых потерь энергетически пассивного дома в условиях г. Нижнего Новгорода приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Результаты расчетов тепловых потерь энергетически пассивного дома

составляют Qно = 1700 Вт, что соизмеримо, например, с мощностью бытового электрочайника или одного обогревателя.

Автором были проведены расчеты тепловых потерь жилого дома аналогичного объемно-планировочного решения, с ограждающими конструкциями, выполненными по действующим нормативным требованиям, предъявляемым к тепловой защите зданий в Российской Федерации (СП 50.13330.2012 [5]).

Тепловые трансмиссионные потери «традиционно» построенного дома составляют Qно = 9545 Вт, что в 5,6 больше, чем у энергетически пассивного дома.

Отмечается практически полное отсутствие в тепловом балансе рассматриваемого объекта тепловой энергии на нагрев инфильтрующегося уличного воздуха, т.к. величина инфильтрации в пассивном дома практически сведена к нулю ввиду особенностей (повышенной воздухонепроницаемости) наружных ограждающих конструкций.

Автором были изучены основы конструирования систем энергоснабжения «пассивных домов», а именно:

-устройства аккумулирования электрической и тепловой энергии;

-источники энергии, поставляющую энергию в систему энергоснабжения «пассивного дома»;

-потребители энергии в структуре «пассивного дома».

Для накопления и распределения электрической энергии используются аккумуляторные батареи. Источниками бесперебойного электроснабжения «пассивного дома» являются ветрогенераторы, устанавливаемые на улице, и солнечные панели на фотоэлементах, устанавливаемые на кровле здания.

Для накопления и распределения тепловой энергии используются аккумуляторные баки-накопители. Источниками получения тепловой энергии «пассивного дома» являются: солнечные вакуумные и/или плоские коллекторы, устанавливаемые на кровле здания, а также грунтовые и/или водяные тепловые насосы, устанавливаемые в специальном техническом помещении

Потребителями электрической энергии в системе энергоснабжения «пассивного дома» являются:

- освещение и потребление электроэнергии бытовыми приборами (варочная плита, электрочайник, компьютер и т.д.);

- воздухонагреватели и вентиляторы системы приточной и вытяжной вентиляции;

- грунтовый (водяной) тепловой насос (устройство, извлекающее энергию из земли (воды) для отопления дома зимой и его охлаждения в летнее время).

287

Потребителями тепловой энергии в системе энергоснабжения «пассивного дома» являются: системы отопления и горячего водоснабжения.

По результатам проведенных исследований, автором составлена и представлена на рисунке 1 принципиальная схема энергоснабжения с указанием устройств аккумулирования электрической и тепловой энергии.

Рисунок 1 – Принципиальная схема энергоснабжения с указанием устройств аккумулирования электрической и тепловой энергии

Дальнейшим этапом исследований планируется проводить расчет воздушно-теплового баланса с учетом тепловых нагрузок на ГВС и вентиляцию, а также изучение инженерных способов использования возобновляемых источников энергии.

Литература 1. Файст, В. Основные положения по проектированию пассивных

домов / В. Файст.– М.: Изд-во АСВ, 2008. – 144 с.

288

2.Габриель, И. Реконструкция зданий по стандартам энергоэффективного дома / Т. Габриель, Х. Ладенер. –С.-Пб: БХВ-

Петербург, 2011. – 478 с.

3.Бодров М.В. Инженерные основы создания пассивных домов / М.В. Бодров, В.И. Бодров, В.Ю. Кузин, Ж.А. Шевченко. – Н. Новгород,

ННГАСУ, 2015. – 110 с.

4.Сканави, А.Н. Отопление / А.Н. Сканави, Л.М. Махов. – М.: АСВ,

2008. – 576 с.

5. СП 50.13330.2012. Свод правил. Тепловая защита зданий.

М.М. Бодрова

МБОУ «Школа №101 имени Е.Е. Дейч», г. Нижний Новгород, Россия

ПОВЫШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УЧРЕЖДЕНИЙ ПРИ ВНЕДРЕНИИ СТАНДАРТОВ «ЗЕЛЕНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА»

Актуальность проводимых на протяжении последних трех лет исследований автора заключается в необходимости улучшения экологического состояния среды обитания людей в городских условиях. Для этого был определен класса экологической безопасности по стандарту «Зеленое строительство» [1] зданий восьми общеобразовательных средних школ, расположенных в различных районах города Нижнего Новгорода.

Расчеты выполнялись по методике, приведенной в стандарте СТО НОСТРОЙ 2.35.4-2011 [1], и представляли собой арифметическую сумму баллов по каждому из критериев, в соответствии с системой оценочных баллов. По результатам проведенных исследований получено, что все объекты исследования, а именно: трехэтажные общеобразовательные школы, имеют нормированный класс экологичности «Е», который не соответствуют современным требованиям действующего стандарта «Зеленое строительство» в области экологической безопасности, а одним из мероприятий, позволяющих повысить класс экологической безопасности объектов исследования до класса «D», соответствующего стандарту «Зеленое строительство, является применение возобновляемых (альтернативных) источников энергии [2, 3].

В нашей стране доле возобновляемых источников энергии перед традиционными, связанными с получением теплоты и электроэнергии из различного углеводородного и органического топлива, крайне мала и составляет менее 0,5 %. Однако, согласно принятой Правительством Российской Федерации Энергетической стратегией Российской Федерации на период до 2035 года[4], в ближайшие 15 лет прогнозируется снижение

289

потребления угля и мазута в 7 раз, природного газа в 5 раз, замещая их экологичными возобновляемыми источниками энергии.

Основными видами возобновляемых источников энергии являются:

-энергия земли и воды: получение я тепловой энергии при помощи тепловых насосов;

-энергия приливов и отливов Мирового океана;

-энергия солнца: получение электрической и тепловой энергии (гелиоэнергетика);

-энергия геотермальных вод (геотермальная энергетика);

-энергия ветра;

-биоэнергетика (энергия биогаза);

1.Энергия земли и воды: получение тепловой энергии при помощи утепловых насосов. Тепловой насос – сложное инженерное устройство для отбора тепловой энергии от земли или воды в холодный период года. Геотермальный тепловой насос в качестве первичного источника теплоты использует энергию земли или энергию воды. На 1 затраченный киловатт электрической энергии при помощи теплового насоса можно получить до 3,5 кВт тепловой энергии, что делает его применение весьма перспективным. К преимуществам тепловых насосов следует отнести: экономичность; малые эксплуатационные затраты помещений и повышается уровень пожарной безопасности; возможность переключения

срежима отопления зимой на режим кондиционирования летом; надежность; компактность и бесшумность. Однако, перспективы повсеместного применения значительно затрудняет сравнительно высокая стоимость оборудования и значительные эксплуатационные расходы.

2.Энергия приливов и отливов – ритмичное движение морских вод вызывают природные силы притяжения Луны и Солнца. Для использования приливной энергии наиболее подходящими можно считать такие места на морском побережье, где приливы имеют большую амплитуду, а контур и рельеф берега позволяют устроить большие замкнутые «бассейны».В Российской Федерации энергия приливов и отливов практически не используется ввиду ограниченности проживания людей на берегах Мирового океана. Использование энергии приливов и отливов широко распространено в Новой Зеландии, Австралии и странах Океании (более 40 % энергетики). В качестве недостатков следует отметить: дорогая инженерная инфраструктура, крайне высокие эксплуатационные расходы и обязательное наличие доступа к океану.

3.Гелиоэнергетика – направление энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения (солнечной радиации) для физического получения энергии в каком-либо виде. Производство энергии с помощью солнечных электро- или тепловых станций хорошо согласовывается с концепцией распределённого производства энергии.

290