ЭНЕРГО и РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ Тема экономии ресурсов и энергии при различных технологических процессах совершенно необъятна. Наверное можно было бы рассмотреть множество примеров различных технологических процессов в которых приняты меры призванные сэкономить ресурсы или энергию. Но в этом рассмотрении немного толку. Всех процессов в рамках небольшого реферата не рассмотришь. Из небольшого количества избранных едва ли можно делать какие либо общие заключения. Анализ литературы, в том числе и той которая приведена в списке литературы, показывает, что сколь ни будь значительной теоретической проработки вопроса не проводилось (по крайней мере в России), особенно в области экономии ресурсов. Авторы дружно констатируют факт проблемы недостаточного энергосбережения, после чего следует краткое изложение учебника: «как построить и рассчитать собственную электростанцию», сдобренное должным количеством статистики, новомодными словечками вроде «системного подхода» и пр. Заканчивается все, как правило, утверждением, что без соответствующего государственного регулирования, нам ну никак не обмануть первый закон термодинамики. Про ресурсосбережение вообще умолчу, возможно, мне не везло, но ничего, кроме глубокомысленных замечаний о том, что «было бы хорошо на двадцатиграммовый болт тратить меньше килограмма стали», я не нашел. Обзор подобной литературы приводить не очень хочется. Поэтому вместо рассмотрения примеров и литературы, я хотел бы просто обратиться к здравому смыслу и простейшим основам физики для анализа (а не простой констатации факта) проблемы. Затем хотелось бы рассмотреть проблему в масштабах человечества и подумать о путях перехода к «экономике, которая должна быть экономной». В завершение вступления скажу, что любой процесс, связанный с использованием ресурсов и энергии можно считать технологическим. Поэтому, чтобы исключить тавтологию, можно говорить просто об экономии ресурсов и энергии. Конечно, слова «технологический процесс» должны настроить нас на некий производственный лад, но из общих рассуждений редукцию к технологиям всегда можно сделать. Можно ли наоборот – не уверен. Итак займемся просто исследованием экономии энергии и ресурсов. ЭКОНОМИЯ ЭНЕРГИИ Начнем с того, что отделим экономию энергии от экономии энергоресурсов. Экономить нефть или уголь и экономить электроэнергию или тепло – это далеко не одно и то же. Об энергоресурсах мы поговорим позже. Здесь же сосредоточимся на экономии энергии. Сначала ответим на вопрос - а зачем же нужно экономить энергию? Ответим на этот вопрос сначала с точки зрения промышленного производства. Понятно, что экономия энергии ведет к снижению себестоимости продукции, но существенной экономии можно добиться лишь внедрением на предприятиях мер, некоторые из которых неизбежно будут связаны с изменением технологического процесса. А это недешево, и к тому же чревато дополнительными рисками. Стоит ли овчинка выделки? Энергетики скажут, что конечно же нет, - ведь чем больше вы тратите энергии, тем лучше ее производителям. Они правы, наверное, ведь перерасход энергии – это дополнительные доходы и рабочие места в энергетике. А значит, дополнительные налоги для государства. Так что вводить связанные с глубокой модернизацией энергосберегающие мероприятия на существующих производствах вряд ли целесообразно. Другое дело – вновь создаваемые производства. Но здесь проблема решается сама собой. Современное промышленное оборудование создано в условиях жесткой конкуренции производителей этого оборудования. Покупаться будет то оборудование, которое обеспечит наиболее низкую конечную себестоимость продукта. Рынок сам порождает решение, эффективное с точки зрения энергосбережения. Инвесторам остается только выбрать такое место создания нового производства, которое помимо прочего, не требовало бы чрезмерных трат на покупку энергии (хотя этот критерий редко бывает решающим). Так примерно выглядит проблема экономии энергии на производстве. Но с общечеловеческой точки зрения проблема экономии энергии встает в совершенно другом ракурсе. Человечество оказывает слишком сильное воздействие на окружающую среду. Многие экосистемы разрушаются, в большинстве из них уже начались необратимые изменения. По прогнозам, к середине 21 столетия, изменения в среде приведут к проблемам, которые неизбежно поставят человечество на грань выживания. Впрочем, человечество скорее всего выживет – вопрос – выживет ли биосфера? Во что мы превратим собственную планету? С точки зрения влияния на экосистемы энергетика оказывает одно из самых пагубных воздействий на окружающую среду. Речь идет как о косвенных видах загрязнения вроде выбросов углекислого газа, двуокиси серы, золы и прочих аэрозолей, ядерных отходов и пр., так и о прямом, так называемом, «тепловом» загрязнении среды. Что касается последнего, то его роль в отрицательном влиянии на среду явно недооценивается: проблема даже не в том, что мы производим слишком много добавочной энергии, которая превратившись в конечном итоге в тепло может изменить тепловой баланс планеты. Действительно вряд ли дополнительные 0,1% (от естественного солнечного) антропогенного тепла могут серьезно на что либо повлиять. Проблема в том, что антропогенное тепло распределяется на планете очень неравномерно. Например, в районе крупных ТЭС температура воздуха выше на 2-3 градуса, а в центре Москвы температура выше на 5 градусов (в зимнее время). На западе еще хуже: там крупные города, где плотно сосредоточены производители и потребители энергии, слились в единые мегаполисы простирающиеся на сотни километров. Влияние локальных выбросов тепла на природу изучено слабо. Но даже те исследования, которые проводились показывают любопытные результаты: например в районе тепловых электростанций расположенных в южных регионах планеты имеются зоны где жизни вообще нет. Никакой. Только людишки бегают. Дело в том, что в экстремальных условиях высокой температуры организмы существуют вблизи своего верхнего температурного предела и подъем температуры еще на несколько градусов фатален для них. Итак теперь мы можем дать ответ на заданный выше вопрос. Да экономить энергию нужно. Обязательно. Всеми силами и не считаясь ни с какими расходами. Но и этого недостаточно. Если мы желаем выжить и сохранить биосферу, нам нужно, как минимум, резко сократить потери тепла при ее производстве, как максимум, сократить кроме потерь еще и производство энергии. Чрезвычайно срочно нужны исследования, позволяющие выяснить истинное влияние человека на среду. Кроме того нужно поспешить с исследованиями, которые дадут нам выход к технологиям выработки энергии с минимальными потерями тепла. Нужны исследования, которые позволят минимизировать косвенное (см. выше) влияние энергетики на среду. Обо всем по порядку. Энергетическая эффективность складывается из нескольких компонентов: 1. Максимальный КПД энергодобывающих установок; 2. Минимальные потери при передаче энергии потребителям; 3. Максимальный КПД использования энергии потребителем. На данный момент основная часть энергии добывается с помощью тепловых двигателей. Во первых это турбины тепловых электростанций (в том числе и атомных) во вторых – поршневые двигатели разнообразных транспортных средств. КПД первых составляет 25-40%, вторых – 25-30%, причем КПД практически достигли своего теоретического предела. Старые энергоблоки электростанций с КПД ~25% постепенно выводятся из эксплуатации, и средним показателем по отрасли можно считать КПД 35% (с учетом гидроэлектростанций). На долю транспорта приходится 25% выработки энергии. В среднем, КПД производства энергии человечеством – 33%. То есть на настоящий момент, на каждый вырабатываемый 1 МВт энергии, мы выбрасываем в атмосферу 2 МВт тепла (впрочем кое где часть этой энергии по теплосетям передается для обогрева помещений). Самые эффективные системы передачи энергии – электросети обладают КПД до 95%, самые неэффективные – теплосети (КПД от 40% до 80%). В целом потери при передаче энергии достигают 10%. То есть КПД передачи – 90%. При потреблении энергии средний КПД всех механизмов ~50%, причем он максимален у электроприборов: 90-98%. Таким образом, в настоящий момент из каждого вырабатываемого 1 МВт энергии, только 0,4 – 0,5 МВт человечество превращает в полезную работу, а всего в конце концов в среду выбрасывается 3 МВт тепла. Значит общая эффективность производства, передачи и использования энергии сейчас ~ 15%. Для существенного уменьшения потерь энергии при ее производстве необходимо отказаться от тепловых двигателей. Их КПД слишком мал. Необходимо добиться прямого превращения вырабатываемой на электростанции теплоты в электроэнергию, а весь транспорт (кроме, разве что, воздушного) перевести на электричество. Один из перспективных объектов исследований (которые, впрочем, давно перешли в практическую плоскость) это – МГД-генератор. Не вдаваясь в подробности скажу, что это устройство позволяет переводить тепло непосредственно в электроэнергию с теоретическим КПД до 90% (пока на практике достигнут КПД 60-70%). Для доводки МГД-генератора до ума требуются исследования направленные на повышения стабильности его работы. Но большинство специалистов нисколько не сомневаются, что проблемы создания эффективных энергодобывающих установок на основе МГД-генератора преодолимы при условии достаточных капиталовложений. Неплохую пару МГД-генератору, как средству получению электричества из тепла может составить такой источник тепла, как термоядерный реактор. Основное его преимущество – безопасность и отсутствие вредных отходов. Проект термоядерного реактора близок к осуществлению. Мнение ведущих ученых по этому поводу: «термоядерный реактор появится тогда, когда он будет нужен». Они готовы построить его в самом ближайшем будущем, если им позволят сделать это. Но об этом поговорим ниже. Итак чистая электростанция будущего будет представлять собой комбинацию термоядерного реактора и МГД-генератора. Причем если удастся решить фантастическую проблему встраивания МГД-генератора непосредственно в контур реактора, то теоретический предельный КПД такой электростанции составит 90%. Еще один перспективный объект исследования – топливный элемент. В нем электроэнергия получается напрямую, как продукт химических реакций. Уже сейчас существуют установки КПД которых достигает 80%. Побочным продуктом работы, например, водородных топливных элементов является дистиллированная вода. Такой топливный элемент компактен и экологически безвреден. Он идеален для использования на транспорте. Проблема создания автомобиля на топливных элементах уже перешла в практическую плоскость. Недавно была даже решена проблема безопасного хранения достаточного количества водорода на борту автомобиля. Но все эти конструкции довольно дороги, и сейчас инженеры бьются над задачей их удешевления. Конечно, говоря о перспективных разработках, не стоит забывать о эффективных традиционных методах получения энергии. Речь идет от гидро и ветроэлектростанциях. Их КПД очень высок – выше 95%. Но для строительства гидроэлектростанции приходится создавать водохранилище, порой изменяя целые ландшафты. В целом, создание гидро и ветроэнергетических установок довольно дорого, поэтому стоимость электроэнергии выработанной на них выше, чем на традиционных тепловых станциях. Но это не значит, что создавать их не нужно. В конце концов, ради собственной безопасности можно потратиться и на более дорогую энергию. Впрочем об этом ниже. Пока скажу, что некоторые страны все же идут на крупные расходы для создания гидро и вертоустановок: например Германия (которая в отличие от, например, России не обладает значительными гидроресурсами) уверенно выполняет программу, цель которой – выработка 10 процентов электроэнергии на ветряных электростанциях к 2010 году. Уже сейчас вся страна утыкана ветряками, а на шельфе Балтийского моря строятся гигантские ветроэнергетические комплексы. Из всего вышесказанного следует, что мы стоим на пороге создания новой эффективной энергетики, общий КПД которой может составить 60-70%. Кроме того новая энергетика не будет выделять в среду вредных отходов. КПД использования энергии можно поднять с нынешних 50% до 70%-80%. Это значит, что при выработке каждого 1 МВт энергии мы потеряем 0,5 МВт на тепло, а потом потребитель из 1 МВт произведет 0,7 МВт полезной работы. В конечном счете в природу будет выброшено 1,5 МВт тепла. Общая эффективность производства, передачи и использования энергии составит ~ 50%. То есть, по сравнению с существующей, новая энергетика станет в три-четыре раза эффективней! Это позволит создавать в два раза больше полезной работы, при этом сократить тепловое загрязнения в два раза, и к тому же не выбрасывать в атмосферу всю ту дрянь, которая туда выбрасывается сейчас! Удивительные перспективы, но по какой-то странной причине, работы направленные на исследование новых энергетических технологий буксуют. Реально делается раз в десять меньше того, что могло бы делаться. Зачастую перспективные исследования торпедируются, финансирование имеющихся программ ничтожно. Удивительно, но все те перспективные разработки, о которых я написал выше, известны еще с 60 годов прошлого столетия. Причем известны в «железе», виде реально существующих и работающих конструкций. Первые «токамаки» создавались в 60 годах. Американцы летали с 1967 года на космических кораблях серии «Аполлон» - основой энергетики которых был водородный топливный элемент. Про МГД-генератор вообще я молчу – первый был испытан еще в 19 веке, а недавно я встретил в Интернете доклад школьника, который рассчитал и сделал МГД-генератор из обычной паяльной лампы. О готовности построить первый промышленный термоядерный реактор ученые заявили еще в 1985 году – и … им тут же «зарезали» финансирование на эти разработки! До сих пор о его строительстве нет ничего кроме слов. Как же так? В чем причина такого пренебрежения новыми энергетическими исследованиями? На самом деле несложно догадаться, кто же именно препятствует прогрессу в этом вопросе. Нынешний топливно-энергетический комплекс за этими действиями виден так же ясно, как бегемот, скрывающийся вон за той тоненькой березкой. Конечно, мотивы у них самые благородные: они жаждут обеспечить нас дешевой энергией. В их инфраструктуру вложены триллионы долларов, у них созданы миллионы рабочих мест. Но пока вложенные инвестиции не вернуться с прибылью они будут всячески тормозить развитие новых чистых и эффективных технологий, которые могут составить им конкуренцию. Им вторят коммерческие потребители, не желающие покупать более дорогую энергию, потому как это определенно уменьшит их прибыли. И ничего не изменится в этом мире, пока основным критерием полезности будет получение максимально высокой прибыли. Всё так же будет варварски сжигаться драгоценные нефть, газ, и уголь. Причем продукты их сгорания будут все так же отравлять среду. Нынешний ТЭК с эффективностью и неумолимостью древнего паровоза будет все так же разрушать экологию нашей планеты. Итак, стоит ли покупать дешевую энергию, полученную вредными методами, или может прислушаться к голосу разума и покупать более дорогую, но «чистую» и безопасную. Если действовать разумно, то нужно создать соответствующие программы, направленные на развитие методов получения «чистой» энергии, нужно по возможности их удешевлять. Нужно их внедрять, выводя из эксплуатации старые ТЭС. Нужно вынуждать производителей выпускать продукцию с максимально высоким КПД. Нужно повышать налоги на автомобили с бензиновыми двигателями, а полученные средства вкладывать в дотации на выпуск автомобилей с топливными элементами. Нужно электрифицировать железные дороги и пр. пр. Нужно действовать. Или можно уподобиться тем ёжикам из анекдота, которые колются и плачут, но продолжают кушать кактус. Простят ли нас потомки за наши своеобразные «гастрономические» пристрастия? ЭКОНОМИЯ РЕСУРСОВ Под ресурсами я буду понимать все то, что необходимо нам для создания вторичной продукции. Например – энергия, о которой мы так много говорили в первой части реферата, – это вторичный продукт. А уголь или вода в водохранилище – это ресурсы. Далее по результату использования ресурсы следует разделить на две группы: 1. Ресурсы, которые в результате их использования разрушаются, например, превращаются в более простые вещества. К таковым относятся такие энергоресурсы, как газ, нефть, уголь. Еще с некоторой натяжкой к этой группе можно отнести такой ресурс, как плодородие почвы, которое ухудшается в результате неправильного использования. 2. Ресурсы, в результате использования которых возникают вторичные продукты с более высокой степенью организации. После использования вторичного продукта, его можно переработать и опять использовать, как ресурс. К таким типам ресурсов можно отнести, например, железный колчедан, из которого выплавляется чугун, который, в свою очередь может использоваться при получении стали методом проката. Стальное изделие, отслужив свой срок, может быть переработано, например, переплавлено с целью получения сырья для проката и изготовления новых изделий. Почему это подразделение принципиально, понятно – потому, что истинными невосполнимыми ресурсами может быть только ресурсы первого типа. О них и поговорим в первую очередь. То, что сжигание угля, газа и нефти – это варварство, я уже говорил в первой части реферата. Ведь, даже если не брать в расчет, что попадающие в атмосферу продукты горения довольно вредны, никто не будет спорить, что уголь, газ и нефть – ценнейшее сырье для химической промышленности. И этого сырья должно хватить на сотни лет, если, конечно, не спалить его за десятки. Конечно, химическая промышленность как-нибудь выкрутиться, но это будет ей дорого стоить – синтезировать органику сложнее, чем просто ее добывать. Поэтому, чем мы раньше прекратим использовать естественную органику, как топливо, тем лучше. Как это сделать, описано в первой части реферата. Но проблема энергоресурсов бледнеет на фоне ресурсов пищевых. Забавно, но они традиционно считаются восполнимыми. Но похоже, восполнять их с каждым годом будет все трудней. Численность населения планеты только за 20-й век возросла более чем втрое – почти до 6 миллиарда человек. За первые четыре года 21 столетия добавилось еще 380 миллионов. Чтобы прокормить такую огромную массу людей, пришлось перейти на новый режим пользования сельхозугодиями – так называемое интенсивное сельское хозяйство. Оно характеризуется активным использованием минеральных удобрений, пестицидов, сельскохозяйственной техники, мелиоративных технологий и пр. Даже если все сельскохозяйственные технологии соблюдены, идет постепенное обеднение почвы. Некоторые земли обедняются настолько, что их приходится выводить из сельхозоборота. Земля превращается в некоторое подобие полупустыни. На ней не может вырасти ничего, кроме некоторых особо стойких видов растений. Такая почва весьма подвержена размыванию. Остатки плодородного слоя легко смываются, на поверхности появляются промоины и овраги. Страшно подумать: в результате нерационального использования, площадь выведенных из сельхозоборота земель только в течение 20 века превысила площадь такого крупного государства, как Китай! Основные производители сельскохозяйственной продукции – США, Китай, Индия и б.СССР теряют в год до 13,2 млн. тон плодородной почвы. Ситуация усугубляется тем, что на данном этапе, особенно в развитых странах, наблюдается перепроизводство сельскохозяйственной продукции, и поэтому проблема как бы завуалирована – не видна за призраком благополучия. Но долго так продолжаться не может: рано или поздно человечество столкнется с острой нехваткой продуктов питания. Причем это столкновение скорее всего будет неожиданным. Однако проблему решить можно. Существуют методы, позволяющие укрепить почву, подверженную эрозии. Можно также медленно восстанавливать плодородие земель. Но это – сложная работа, требующая многих знаний, и заниматься ею должны настоящие профессионалы. Увы, уровень подготовки сельхозработников невелик, и он точно не соответствует должным требованиям. Необходимо срочно разработать и внедрять программы обучения фермеров, причем не только в масштабах страны, но и в масштабах планеты. Только при срочном и эффективном вмешательстве, проблему пищевых ресурсов можно решить. Теперь хотелось бы обсудить общую идеологию потребления товаров и услуг человечеством. Сейчас практически повсеместно миром правят законы свободного рынка. Точнее закон. И он прост: «полезно то, что приносит прибыль». Этот принцип неплох – как правило люди приобретают те продукты и услуги которые им полезны, а значит принцип работает на пользу обществу, но все же появляется некоторый простор для манипуляций, и порой бизнес совершает антиобщественные поступки. Есть единственный ограничитель бизнеса, который стоит на страже интересов общества – это государство. Правда со времен, когда государства стали буржуазными, они стали зависеть от бизнеса, и легко подвергаться его влиянию. Даже к демократическому государству с его мощной системой охраны общества подобран «ключик»: лоббисты, организация выборов марионеточных политиков, а то и прямая коррупция. В последнее время все чаще государство уже не спасает общество от антиобщественного поведения бизнеса. Более того, оно зачастую является его пособником. Одно из наиболее отрицательных воздействий, которое оказывается на человечество со стороны коммерческих организаций – это формирование так называемого общества потребления. Идея проста: получать прибыль хорошо, и чем больше будет эта прибыль, тем лучше – значит нужно чаще продавать свою продукцию. А чтобы чаще продавать, нужно, чтобы общество было настроено на то, чтобы покупать, покупать и еще раз покупать. Например, современные технологии позволяют сделать автомобиль, который способен служить человеку не менее 20-40 лет. Но для компании, производящей автомобили будет более выгодно, чтобы автомобили покупались чаще, чем раз в 20-40 лет. Значит нужно создать такие автомобили, которые будут служить меньше. Но это опасно – никто не будет покупать плохие автомобили, поэтому нужно договориться с другими производителями автомобилей, чтобы вся отрасль должна делать недолговечные автомобили, обеспечивая к тому же условия для быстрого морального устаревания производимой продукции. В подобных сделках регулярно уличали тройку американских автогигантов – корпорации "Форд", "Дженерал Моторс" и "Крайслер". В итоге автомобили покупаются населением не раз в 20 лет, а раз в 5-7 лет. Аналогичная ситуация наблюдается не только в автомобилестроении, а практически повсеместно. Производится большое количество лишней недолговечной продукции, и внушается населению, что ее нужно обязательно купить. Сама продукция проектируется так, что в случае ее поломки, проще купить новое изделие, нежели починить старое. Итак, безусловно, что такой режим производства, приводит к большому расходу ресурсов. Сейчас ситуация несколько улучшается – государство требует от производителя, чтобы его продукция могла быть легко утилизирована и переработана. Но на такую переработку и утилизацию требуется немало энергии, то есть ресурсы все же тратятся, причем невосполнимые энергоресурсы. Из всего вышесказанного следует, что для того чтобы кардинально изменить ситуацию с ресурсами, нужно минимизировать использование невосполнимых ресурсов (в идеале – вообще отказаться от них). Изделия, отслужившие свой срок, необходимо перерабатывать используя отходы для производства новой продукции. Сами изделия нужно проектировать такими, чтобы их ресурс был как можно больше, и чтобы их можно было легко ремонтировать в случае поломок. Для этого требуется, чтобы государство было свободно от манипуляций коммерческих структур, более того нужно, чтобы оно само могло в большей степени контролировать участников рынка. Но это пожалуй, тема достойная отдельного реферата.

Энергоресурсосбережение – проблема комплексная

Крупнов Б. А., доцент, канд. техн. наук

Московский государственный строительный университет (МГСУ), Россия

Материалы Международной научно-технической конференции «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции», 23 – 25 ноября 2005, мгсу

В статье рассматриваются пути и способы энергоресурсосбережения в России, на большей территории которой суровые и продолжительные зимы, а продолжительность отопительного сезона превышает 7 мес.

Энергоресурсосбережение представляет собой комплексную проблему, которая включает все элементы систем инженерного обеспечения объектов, обеспечения заданного микроклимата, ведения технологического процесса в производственных зданиях, а также архитектурно-планировочные и строительные решения зданий и расположение их на местности по отношению к источникам инженерного обеспечения (теплоснабжение, газоснабжение, электроснабжение).

Вопросу рационального использования и экономии топливно-энергетических ресурсов уделялось пристальное внимание еще в доперестроечное время [1]. Это объяснялось тем, что во второй половине ХХ века в СССР возникла необходимость освоения новых нефтяных и газовых месторождений, а также месторождений угля, расположенных в отдаленных труднодоступных районах азиатской части с суровыми природными условиями, что привело к росту затрат на добычу и транспорт нефти и природного газа. К этому времени в европейской части СССР проживало почти четыре пятых населения и производилось около 80 % продукции

Расчеты, проведенные в СССР, показывали, что мероприятия по экономии энергии у потребителей по капиталовложениям обходятся в 2 раза меньше затрат на прирост ее производства и преобразования. Кстати, по мнению советских специалистов форсирование добычи и рационального использования угля считалось разумным путем, позволяющим обеспечить стабильный, устойчивый топливно-энергетический баланс страны.

Например, намечались два основных направления использования углей Экибастузского и Канско-Ачинского бассейнов. На основе положительной эксплуатации опытно-промышленной установки по комплексной энерготехнологической переработке угля из 1 т канско-ачинского угля предполагалось получить 300-350 кг полукокса, около 130-150 кг жидкого и 130-150 кг газообразного топлива. Намечалась также выработка электрической энергии на электростанциях в районе месторождения угля с последующей передачей ее в европейскую часть по сверхдальним линиям электропередачи высокого напряжения.

В настоящее время, когда систематически растет стоимость тепловой энергии, горячей и холодной воды, электроэнергии, когда государство собирается переложить ответственность за состояние жилищно-коммунального хозяйства на местные органы управления, проблема экономии, оплаты за фактически потребляемую тепловую энергию, воду выходит на первое место, особенно для жителей, имеющих зарплату или пенсию ниже прожиточного минимума.

Естественно, мероприятия по энергосбережению должны определяться, начиная от самого объекта, в нашем случае теплопотребителя.

При проектировании нового, реконструкции и эксплуатации существующего объекта, с целью обеспечения необходимого потребления теплоты на отопление, вентиляцию, кондиционирование воздуха, горячее водоснабжение и технологические нужды, следует добиваться оптимальных инженерных решений.

Здесь имеются в виду следующие мероприятия.

1. Создание здания, имеющего оптимальные объемно-планировочные решения, естественно, с учетом его функционального назначения, инженерно-гидрогеологических условий и отведенной для застройки территории.

2. Создание зданий с разумной, в каждом случае обоснованной площадью остекления, обеспечивающей требуемый уровень коэффициента естественной освещенности.

3. Разработка и внедрение эффективных строительных конструкций наружных ограждений, обеспечивающих оптимальный уровень теплозащиты здания в целом.

4. Расположение здания на плане с учетом розы ветров, рельефа местности и перспективной застройки территории.

5. Внедрение совершенной технологии, если здание производственного назначения, позволяющей с наименьшими затратами обеспечить требуемые параметры воздуха в рабочей зоне с помощью систем вентиляции и кондиционирования воздуха.

6. Выбор рациональных систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, в большинстве случаев отвечающих требованиям СНиП, ведомственных норм.

7. Разработка обоснованного уровня автоматизации, управления технологическими процессами, системами обеспечения требуемого микроклимата.

8. Проведение экспертизы зданий в части соответствия их теплотехнических показателей нормативным требованиям по энергоресурсосбережению.

9. Установка приборов учета не только электроэнергии, но горячей и холодной воды и тепловой энергии минимум на вводе в здание.

Все усилия по энергосбережению в рамках одного или двух-трех из перечисленных мероприятий могут быть сведены к нулю, если не принимаются во внимание другие мероприятия по энергоресурсосбережению.

Возьмем, например, элитные одноквартирные дома. Многие из них имеют повышенную площадь остекления, достигающую 50 и более % площади наружных стен. В этом случае мало пользы от строительства наружных стен, скажем, с сопротивлением теплопередаче в соответствии с последними требованиями СНиП «Строительная теплотехника», т. к. большую часть тепловых потерь составляют заполнения световых проемов.

Зачастую планировка загородных домов, коттеджей не оптимальная, имеет оригинальную форму. Порою здания узкие, сложные в плане и разрезе, по вертикали. Часто встречается нерациональное размещение помещений общего пользования. Окна во многих зданиях на всю высоту помещения, т. е. от пола, что делает систему отопления более сложной и дорогой. Большинство одноквартирных домов можно считать энергонеэффективными, имеющими низкий коэффициент компактности

Следует отметить, что прошло более 8 лет после введения в действие изменений № 3 в СНиП11-3-79* «Строительная теплотехника», предусматривающих увеличение приведенного сопротивления теплопередаче по второму этапу, например, наружных стен в среднем в три раза. Однако до сих пор идет серьезная дискуссия на конференциях, совещаниях и, в частности, на страницах газеты «Строительный эксперт» о целесообразности повышения уровня теплозащиты здания.

Ряд ученых и специалистов [2] считают необоснованным рекомендуемое СНиПом увеличение сопротивления теплопередаче, сравнивают требование увеличения уровня теплозащиты с известными неудачными реформами в сельском хозяйстве и с антиалкогольной компанией [3].

Другие считают, что требование СНиПа по второму этапу ведет «к удушению отечественной промышленности стройиндустрии и стройматериалов» [4], что «чрезмерное утепление ограждающих конструкций приводит к постоянному и невосполнимому перерасходу топливно-энергетических ресурсов страны и одновременному подрыву капитальности зданий» [5] в связи с применением недолговечных эффективных теплоизоляционных материалов наряду с долговечным конструктивным материалом (кирпич, бетон на природных плотных и пористых заполнителях).

При технико-экономическом сравнении вариантов берут за основу только изменения стоимости тепловой энергии и теплоизоляционных материалов, отнесенной к 1м² площади ограждения. При выявлении оптимального варианта рекомендуют учитывать срок выплаты банковского кредита на строительство рассматриваемого объекта (с учетом фиксированной годовой процентной ставкой за кредит). Какая тут, собственно, связь между сроком кредита и сроком эксплуатации наружного ограждения и системы отопления здания от начала их эксплуатации до первого капитального ремонта? В действительности же имеется достаточно много зданий, находящихся в эксплуатации 200 лет и более.

На наш взгляд, при определении оптимального сопротивления наружного ограждения здания следует дополнительно учитывать изменение стоимости конструктивного слоя, системы отопления, тепловых, газовых или электрических сетей, источника теплоснабжения и топлива (в зависимости от системы теплоснабжении), экологический фактор, а также фундаментов здания. Кроме того, следует брать за основу не конкретные сроки банковского кредита (если им пользуется застройщик), а срок эксплуатации, например, системы отопления, равный не менее 25 лет (это продолжительность эксплуатации основных элементов системы отопления до капитального ремонта - радиаторов, конвекторов, труб, котлов [6]).

В европейских странах (например, Германия, Дания, Швеция, Финляндия) на много раньше сочли целесообразным увеличение уровня теплозащиты зданий, хотя климат в этих странах значительно мягче, чем в России.

Надо заметить, что сама затянувшаяся дискуссия несет в себе определенный негатив. Она, без определенной на то реакции, в частности, со стороны Госстроя РФ, не настраивает специалистов по строительным материалам и конструкциям на разработку, внедрение и выпуск новых эффективных, в равной степени долговечных теплоизоляционных материалов и самих конструкций с учетом отечественного и зарубежного опыта.

По данным [7] за рубежом давно освоено, например, производство поробетона плотностью не более 400-500 кг/м³, что позволит наружные стены делать однослойными в российских условиях.

Если, скажем, для обеспечения приведенного сопротивления теплопередаче, равного 1 м²∙^оС/Вт, наружной стены из керамического пустотного кирпича плотностью 1400 кг/м³ достаточна ее толщина в 2 ½ кирпича, то для обеспечения сопротивления теплопередаче, равного 3 м²∙^оС/Вт, обязательно применение эффективных теплоизоляционных материалов. Во втором случае толщина слоя кирпичной кладки может быть не более, чем в 1 ¹/₂ кирпича, исходя из прочностных соображений.

Надо отметить и то, что созданию энергоэффективных зданий (в первую очередь жилых) не способствует отсутствие эффективного экономического и правого механизма, который бы стимулировал энергоресурсобережение как потребителей, так и производителей тепловой энергии.

В связи с этим необходимо установление удельных тепловых характеристик на отопление, вентиляцию и кондиционирование воздуха зданий в зависимости от их назначения и объема.

Кроме того, необходимо установление обоснованных тарифов на электрическую и тепловую энергию, воду холодную и горячую, газ.

В условиях непрерывного повышения стоимости коммунальных услуг должно быть более прозрачным расходование денежных средств, поступающих преимущественно от населения и из бюджета.

При наличии централизованного источника теплоснабжения следует уделять особенное внимание выбору система теплоснабжения самого объекта в результате технико-экономического расчета (теплоснабжение от центрального источника или автономного). Если к существующему источнику теплоснабжения можно подключить новые теплопотребители без дополнительных капиталовложений (или при незначительных капиталовложениях, связанных с перевооружением, заменой устаревшего оборудования), то представляется целесообразным централизованное теплоснабжение. В этом случае, в связи с увеличением годового теплопотребления при сложившейся системе теплоснабжения в принципе должна уменьшаться себестоимость отпускаемой тепловой энергии и горячей воды, что является положительным фактором для массового потребителя тепловой энергии.

Верно, на многих объектах теплоэнергетики оборудование в большей степени физически и морально устарело, растет количество оборудования, отработавшего нормативный срок службы. В 90-е годы этому вопросу практически не уделялось необходимое внимание. Нельзя не отметить и тот факт, что многие отечественные производственные теплопотребители или не работают, или работают не на полную мощность. В этом случае тепловые мощности ряда существующих котельных не востребованы, а затраты по поддержанию в рабочем состоянии системы теплоснабжения в большей степени перекладываются на плечи потребителей жилищно-коммунального характера (жилые дома, общественные здания).

Перечисленные выше недостатки в теплоэнергетике, а также веерные отключения электропотребителей в условиях безнаказанности, безответственности, несвоевременная поставка топлива, а не сильные морозы стали основной причиной выхода из строя систем теплоснабжения, водоснабжения, отопления жилых, общественных и производственных зданий и сооружений, резкого ухудшения технико-экономических показателей работы системы централизованного теплоснабжения.

Несомненно, в больших и малых городах и поселках городского типа, с точки зрения интересов массового теплопотребителя, а не конкретно рассматриваемого объекта, будущее за централизованным теплоснабжением на основе сжигания преимущественно твердого топлива, использования атомной и других источников возобновляемой энергии.

Оплату за фактически потребляемую тепловую энергию можно значительно сократить и при сложившейся схеме теплоснабжения, если вести учет тепловой энергии не только у каждого теплопотребителя, но и на выходе из котельной или ТЭЦ (программа минимум), анализировать и своевременно устранять причины большой, сверх нормативной разницы количества тепловой энергии, отпускаемой источником и получаемой потребителем.

Но в реализации этой программы пока не заинтересованы теплоснабжающие организации. Им проще брать деньги за тепловую энергию не фактически потребляемую, а в соответствие с расчетными проектными данными объекта. К сожалению, сейчас практически никто не несет ответственность за плохую работу системы централизованного теплоснабжения, если иметь в виду к тому же возможное отключение электро- и водоснабжения в холодный период года.

Следует отметить и то, что в тепловых сетях в действительности значительны тепловые потери в связи с плохим состоянием тепловой изоляции тепловых сетей, как в наземном, так и в подземном исполнении. В последнем случае основной причиной является наличие воды в каналах и колодцах теплосетей. Значительно сократить теплопотери, затраты на строительство и обслуживание тепловых сетей, оперативно установить и устранить возможные аварии с помощью системы оперативного дистанционного контроля (ОДК), встроенной в конструкцию теплопроводов, позволит, например, бесканальная прокладка труб с пенополиуретановой изоляцией в полиэтиленовой оболочке.

Необходима разработка и внедрение эффективного экономического и правового механизма, который бы стимулировал энергосбережение, как потребителей, так и производителей тепловой энергии.

При любом варианте теплоснабжения необходимо его систематическое комплексное обследование и своевременное внедрение энергосберегающих мероприятий, достижений науки и техники [8] на всем пути от источника до потребителей тепловой энергии и горячей воды включительно, что позволит значительно сократить стоимость тепловой энергии.

Для этого следует добиваться следующего.

1. Обеспечения подачи, распределение количества тепловой энергии и горячей воды с учетом фактического тепло- и водопотребления, т. е. проведение наладочных работ в тепловой сети.

2. Автоматизированного регулирования отпуска и учета расходуемой тепловой энергии и горячей воды в основном источнике, ЦТП и ИТП с учетом тепловыделений в последнем случае.

3. Плановой замены устаревшего оборудования.

4. Плановой замены поврежденных участков наружных сетей.

5. Периодической очистки котлов, теплообменных аппаратов в ЦТП и ИТП.

6. Периодической промывки системы отопления и горячего водоснабжения.

7. Повышенной тепловой изоляцией тепловых сетей.

8. Снижения тепловых потерь за счет утепления наружных ограждений, уплотнения заполнения световых проемов, фонарей, наружных дверей и ворот.

9. Составления и реализации планов мероприятий по внедрению энергоресурсосберегающих технологий учетом их эффективности, целесообразности по времени и материальным и трудовым затратам.