CC BY
122
УДК 621.002
ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНИКИ БЫТОВОГО И ЖИЛИЩНО-КОММУНАЛЬНОГО
НАЗНАЧЕНИЯ
А.В. Зайцев1
Санкт-Петербургский государственный университет сервиса и экономики (СПбГУСЭ),
191015, Санкт-Петербург, ул. Кавалергардская, 7
Рассмотрены проблемы внедрения энергосберегающих технических устройств и технологий в практику бытового и жилищно-коммунального повседневного использования. Отмечается положительный опыт энерго и ресурсосбережения ведущих мировых производителей коммунальной и бытовой техники.
Ключевые слова: эффект потепления TEWI; хладагенты; системы охлаждения и отопления; энергосберегающие технологии; отопление; освеение
Энергосберегающие системы бытовой техники можно рассматривать как один из важнейших аспектов экологичности современной техники, рассматривая требования к экологичности современной техники на всем её жизненном пути, от момента проектирования и изготовления до утилизации. Например, если нужно определить фактическое влияние той или иной холодильной техники в целом, (а не только находящегося в ней хладагента) на глобальное потепление, то используется понятие полного эквивалентного эффекта потепления TEWI (Total Equivalent Warning Impact), который состоит из двух слагаемых:
TEWI = GWP М + а В, где: M - полная масса утечки хладагента из холодильной техники в атмосферу, кг; GWP (Global Warning Potencial) - потенциал глобального потепления - коэффициент глобального подогрева атмосферы за 100-летний период; ос - доля СОг, выделяемая за счет сгорания топлива при производстве 1 кВт/ч энергии, кг/(кВт/ч); B - суммарное количество электроэнергии, потребляемое установкой за весь период её службы, кВт/ч.
Роль второго слагаемого TEWI энергоемкости домашнего холодильника при учете его срока службы может составить 85 - 95 % общего TEWI.
Отечественные публикации иногда используют вместо TEWI аббревиатуру ОКЭП - общий коэффициент экви-
валентного потепления, а вместо GWP -ПГП - потенциал глобального потепления, причем роль второго слагаемого TEWI (ОКЭП), характеризующего “косвенный” компонент глобального потепления в ряде работ предлагается расширить за счет учета энергетических затрат на производство и эксплуатацию элемента холодильного агрегата вплоть до затрат на его утилизацию.
Согласно Киотского протокола (декабрь 1977 г.) некоторые хладагенты, широко применяемые в холодильной технике, не могут считаться безопасными соединениями, не влияющими на климат Земли. Например, хладагент R 134a имеет потенциал глобального потепления GWP (ПГП) равный 1300 для временного рубежа 100 лет относительно GWP (ПГП) диоксида углерода, принятого за единицу.
Парниковый эффект является следствием того, что некоторые газы земной атмосферы задерживают инфракрасное излучение, которое испускает земная поверхность. И хотя концентрация хладагентов в атмосфере гораздо ниже, чем концентрация СО2, их эффективность по удержанию инфракрасного излучения для многих хладагентов значительно выше эффективности СО2, в частности в следствии их длительного периода жизни (58 лет для хладагента R11 , 100 лет для R12, и 250 лет для R115, который
входит в состав известного хладагента R502).
Современные системы охлаждения и отопления, как правило, создаются на базе использования холодильных машин и тепловых насосов. Развитие техники тепловых машин наряду с очевидными требованиями энергоэффективности этой энергоемкой техники должно учитывать требования Киотского протокола об уменьшении эмиссии парниковых газов. Двухнедельная конференция ООН по климату в Дании закончилась нечем. Подписать юридический документ
о сокращении выборов парниковых газов его участником не удалось. Принята промежуточная политическая декларация, в которой предлагается принять меры к недопущению повышения средней земной температуры за столетие более чем на 2°С (существующие климатические модели разных научных школ прогнозируют повышение средней температуры на Земле от 2 до 6°С).
Какова роль цивилизации в имеющейся тенденции - основной вопрос современности. Версий множество. Большинство версий признает существенную роль антропогенного фактора в глобальном потеплении. А значит, проблемой следует заниматься.
Выработка общей позиции по степени ответственности и вкладу различных стран по снижению выбросов, провоцирующих парниковый эффект осложняется и тем фактором, что в 2008 году впервые энергопотребление развивающихся стран, требующих определенные льготы по выбросам парниковых газов, превысило расход энергии промышленно развитыми странами.
Тема энергосбережения сегодня на повестке дня российской экономики и жилищно-коммунального хозяйства. Задействованы в этом глобальном процессе все: начиная от крупных предприятий промышленности, заканчивая простым потребителем бытовой техники. [2].
С каждым годом на бытовые нужды расходуется все большая доля электроэнергии, газа, тепла, воды. В наших
квартирах появились современные сплит системы, мощные электроплиты, варочные поверхности, энергоемкие холодильники, компьютеры. Здания насыщаются современными отопительно-
вентиляционными системами, осветительной техникой.
Поэтому энергосберегающие технологии внедряемые в отдельные квартиры подкрепляются внедрением энергосберегающих технологий при эксплуатации всего здания в целом. Эта установка приборов учета потребления на многоквартирный доя или отдельные подъезды, утепление фасадов зданий, установка современных блочных тепловых пунктов, применение энергоэффективных светильников и других мероприятий по энергосбережению жилого дома. Некоторые технологии ресурсосбережения бывают общими как для квартировладельцев , так и для управляющих организаций, ТСЖ и коммунальных предприятий. Для примера отметим, что при использования напольного отопления температура в помещении может быть на 1 - 2 ^ ниже, чем при радиаторном отоплении при том же ощущении комфорта для находящихся в помещении людей. Это дополнительно снижает теплопотери через ограждающие конструкции, которые напрямую зависят от разницы температуры внутри помещения и температуры снаружи. При радиаторной системе отопления, чтобы получить в помещениях температуру 20 - 22 V, необходимо перегреть локальную зону отопительного прибора (а это, как правило, у окна) до 26 - 40 °С При напольном же отоплении за счет большой площади теплоотдающей поверхности не происходит перегрева.
Напольное отопление является одним из вариантов автономного теплоснабжения и может быть использовано в домах с централизованным теплоснабжением. Система отопления “теплый пол” позволяет получить, по сравнению с традиционной системой отопления, 20 - 25% экономии тепла. Экологически чистым по сравнению с электрическим наполь-
ным отоплением можно считать водяное напольное отопление.
Логическим продолжением напольного отопления является система потолочного водяного охлаждения применяемая в некоторых скандинавских странах для организации комфортного охлаждения в летние месяцы.
Последнее время во всем мире происходит тенденция перехода от централизованных систем отопления к автономным (их пока менее 15% по стане), которые обеспечивают теплом отдельный дом, павильон, производственное помещение. За счет работы термостатов можно создать свой микроклимат в каждой комнате, или выборочно отапливать необходимые помещения. В случае необходимости можно использовать режим антизамерзания (+7 “О. При использовании электроотопления, подкупающее простотой эксплуатации и монтажа, система потребляет порядка 35 % от номинальной мощности электрорадиаторов.
Одним из наиболее эффективных способов ресурсосбережения при эксплуатации современных систем вентиляции является внедрение технологии утилизации тепла вытяжного воздуха. В Германии успешно работают децентрализованные поквартирные приточновытяжные системы вентиляции с утилизацией тепла. Эти системы, несмотря на достаточную высокую стоимость, позволяют осуществить постоянное вентилирование всего жилого пространства, при этом экономия тепла составляет около 20 %. Расчеты показывают, что при отсутствии системы утилизации тепла из квартиры общей площадью 100 кв. м. с удаляемым воздухом (около 300 куб. м/ч при коэффициенте воздухообмена Кв=1) на улицу в холодный период года выбрасывается около 5000 Вт тепла, в теплый период года - 4000 Вт холода.
По данным экспертов на отопление зданий в России ежегодно расходуется более 400 млн. тонн условного топлива, это 25% годовых энергоресурсов страны. Главные каналы потери тепла в жилом доме - это окна. Современные
стекла с энергосберегающим покрытием позволяют заметно снизить теплопотери через окна, достигающие более 40% теп-лопотерь здания. Российская компания «ОКНА РОСТА» начала производство энергосберегающих окон с применением И-стекла. Низкоэмиссионное И-стекло, в отличии от обычного, имеет многослойное покрытие с тонким слоем серебра на поверхности. Толщина слоя настолько мала, что он прозрачен для лучей видимого спектра, но отражает тепловую энергию как со стороны помещения зимой, так и со стороны улицы летом. Кроме того, новое технология уменьшает уровень УФ-составляющей солнечного света. Соответственно обои, ковры и картины практически не выцветают. Энергосберегающие стекла поддерживают в помещении оптимальный тепловой баланс, создавая тепло зимой и прохладу летом, сокращая затраты на отопление, кондиционирование. Подобные задачи решают электрохромные стекла TGE российской компании «TECHNOGLASS
ENGINEERING», позволяющие управлять светопропусканием в оконных конструкциях, а также стеклопакеты «тепловое зеркало», выпускаемые московской фирмой «Чудо окна» по технологии Heat Mirror американской корпорации SOUTHWALL TECHNOLOGIES с использованием полимерной мембраны толщиной 0,075 мм с низкоэмиссионным многослойным покрытием из золота, серебра, оксида индия и некоторых других металлов и оксидов. Предлагается 12 видов мембран, позволяющих подобрать стеклопакет, оптимально подходящий для использования практически в любом климате.
Применение энергоэффективных окон в сочетании с приточно-вытяжными системами вентиляции с утилизацией тепла позволяет снизить теплопотери зданий на 55-60%. К сожалению доля энергосберегающего остекления в России, по самым оптимистичным оценкам, не превышает 5%, в то время как в странах Западной Европы она составляет порядка 90%, а удельный расход тепла в жилом
секторе на 1 му нас почти втрое больше, чем в таких странах Европы как Швеция или Финляндия.
В последнее время появилось достаточно много публикаций с планами реальных шагов снижения расходов электричества без ущерба для комфорта. Один из простых способов - использование энергосберегающих люминесцентных ламп, первые промышленные образцы которых появились в 1938 году. Современные компактные люминесцентные (КЛЛ) бытового назначения начала с 1985 года выпускать фирма OSRAM (Германия). Современные поколения таких ламп отличаются гораздо более высокими характеристиками по сравнению со своими предшественниками.
Например, КЛЛ Camelion со встроенным электронным пускорегулирующим аппаратом (ЭПРА) выпускается в трех исполнениях, отличающихся световой температурой 2700К, 4200К,
6400К. Цветовая температура определяет цветность излучаемого света - теплый белый, холодный белый и дневной белый свет. Зрительный комфорт обеспечивается высокочастотным режимом работы ЭПРА (более 40 кГЦ). Глаз человека не воспринимает пульсации яркости, что обычно имеет место для трубчатых ламп дневного света, работающих на частоте 50 Гц. Благодаря функции «плавного старта» (КЛЛ зажигается в течении 2 - 3 секунд, обеспечивая постепенный прогрев спирали электродов) частые включения и выключения не сказываются на её сроке службы. Это позволяет лампе выдерживать более 500000 включений. Номинальный средний срок службы КЛЛ составляет 10000 часов. Содержание ртути в КЛЛ-не более 3 мг на одну лампу. Кроме того, ртуть в лампах содержится не в чистом виде, а виде амольгаммы (ртуть, растворенная в металлах), что заметно снижает её токсичность. (В лампе дневного света ЛБ-80 согласно нормативно-технической документации содержится от 20 до 70 мг ртути).
На сайте компании «ДАЛЕКС», выпускающей энергосберегающие лампы
в России, можно найти калькулятор расчета экономии затрат и срока окупаемости энергосберегающих ламп [3]. В продаже можно встретить КЛЛ по цене от 80 до 200 рублей. Если взять для сравнительного расчета самую высокую цену КЛЛ, получается, что самая дорогая КЛЛ экономичнее в 3 - 3,5 раза, чем самая дешевая лампа накаливания ценой 10 рублей.
Компания Phillips недавно представила инновационную КЛЛ Tornado High Lumen, которая продолжает линейку энергосберегающих ламп для различных сфер применения. Новую лампу Tornado отличает наличие воздушного насоса Air PumpTM, который позволяет откачивать горячий воздух и подавать холодный для охлаждения электронных компонентов ЭПРА. Особенность Tornado High Lumen-амольгаммная технология, которая гарантирует постоянный световой поток, в широком температурном диапазоне окружающей среды.
Использование ртути в КЛЛ требует специальной утилизации. К сожалению в России отсутствует единая технология утилизации бытовых ртутосодер-жащих отходов (РСО). Эту проблемы каждый решает сам, как может.
Самый простой надежный способ утилизации КЛЛ для тех городов, где есть магазины IKEA. В магазинах IKEA принимают на переработку любые энергосберегающие лампы любого производителя. Дополнительную информацию и адреса магазинов IKEA в России можно найти на сайте компании. [4].
В Москве перегоревшие люминесцентные лампы можно попробовать отнести в свой районный ДЭЗ или РЭУ, где должны быть установлены специальные контейнеры. Основанием такой бесплатной приемки ламп является распоряжение правительства Москвы «Об организации работ по сбору, транспортировке и переработке отработанных люминесцентных ламп» от 20 декабря 1999 года № 1010-РЗП. [5].
Если ламп много (например, перегоревшие лампы в офисе, на предпри-
ятии), то можно заключить договор со специализированными организациями («Промотходы», «Экотран» в Москве), занимающимися приемом и утилизацией РСО.
В последние годы начался и массовый промышленный выпуск новых осветительных приборов на основе светодиодов. На основе светодиодов и светодиодных сборок иностранные и отечественные производители выпускают широкий спектр готовых изделий. Срок службы таких изделий может достич. 100 тыс. ч., т.е. почти в 100 раз больше, чем у лампы накаливания. Специалисты утверждают, что достаточно высокая цена светодиодных светильников в ближайшие два - три года упадет примерно в 10 раз, что значительно расширит их сферу при-менения.[2].
Одна из американских компаний начала выпускать светодиодную лампочку мощностью 4 ватта, дающую столько же света, как обычная лампа накаливания мощностью 25 ватт (рис. 1). Время службы - 35 тысяч часов (в 35 раз дольше лампы накаливания). Как правило, светодиоды служат только в 15 - 17 раз дольше лампы накаливания. Нагревание при работе сокращает жизнь диода, поэтому выпускаемые сейчас светодиодные лампы часто снабжают металлической гармошкой-радиатором.
Рисунок 1 - Маслонаполненная светодиодная лампа
Колба новой лампы наполнена негорючим и неядовитым минеральным маслом, отводящим тепло. Кроме того, масло обеспечивает рассеивание света во все стороны (светодиод, будучи точечным источником света, даёт довольно уз-
кий конус лучей). Новинка ввинчивается в обыкновенный патрон. Подготовлены к выпуску более яркие модели мощностью 8, 12 и 16 ватт.
Одним из аргументов в споре между КЛЛ и светодиодами является довольно спорное утверждение, что технология производства КЛЛ достигла предела эффективности и правильнее сразу перейти на более перспективные технологии. Аргументов против массового внедрения светодиодов 2: их высокая цена и возражения Роспотребнадзора. Сейчас санитарно эпидемиологические нормы (СанПин) не предполагают такого источника освещения, как светодиоды.
Проблемой для люминесцентных ламп (кроме проблемы их утилизации) является их использование при слишком низкой или, наоборот высокой температуре. В подобной ситуации лампы продолжают работать, но у них происходит снижение светового потока. Стандартный диапазон рабочих температур составляет, как правило, от -5 до +50 градусов.
Определение стратегического подхода к проблеме энергосберегающих лампочек в России - в руках президентской комиссии по модернизации. А пока фирма Phillips представила энергосберегающую лампу с двойным световым эффектом «2 в 1». Она имеет встроенный светодиод и может работать в двух режимах: в режиме ночника (приглушенный свет светодиода мощностью 1 Вт) и в обычном (излучает свет как обычная лампа КЛЛ мощностью 9 Вт).
Стимулировать процесс замены ламп накаливания на энергосберегающие в разных странах пытаются по-разному от бесплатной раздачи энергосберегающих ламп населению (Куба, Венесуэла, Панама) до командно-административного запрета продажи ламп накаливания. В Европейском союзе отмена будет вводится постепенно; с сентября 2009 года престали продавать 100-ваттные лампочки, затем из продажи исчезнут 75 , 60, 40 и 25 ваттные и в 2012 году лампу накаливания купить в магазине будет уже невозможно. Кстати в России запрет на
продажу мощных ламп накаливания может быть введен с января 2011 года. А полный запрет продаж ламп накаливания должен быть завершен к 2014 году.
По сообщениям агентств печати за 2007 год во Франции было продано 152 миллиона лампочек накаливания, 23 миллиона компактных люминесцентных ламп и миллион лампочек на основе светодиодов. В Москве в 2008 году количество купленных энергосберегающих ламп увеличилось с 2,5 млн.(2007 год) до 5 млн. штук, но до сих пор в России, мало кто вообще знает о том, как надо утилизировать люминесцентные лампы содержащие пары ртути.
В промышленно развитых странах около 2/3 электроэнергии потребляют электродвигатели. Инверторная система управления для широко применяемых асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором позволяет адаптировать потребляемую электродвигателем мощность к переменной нагрузке и получить значительную экономию электроэнергии. Ведущие производители энергоемкой бытовой техники, такой как кондиционеры, холодильники, микроволновые печи также используют инверторные системы управления для плавного регулирования мощностных параметров. Эффект от использования преобразователей частоты питания не ограничивается только экономией электричества. Значительно улучшаются функциональные характеристики используемой техники, надежность и шумовые параметры.
Экономить на электроэнергии помогают современные электротехнические устройства. Так, существуют приборы, автоматически отключающие электрооборудование, когда оно не используется, выключатели с задержкой времени (от 10 сек. до 10 мин.), датчики движения (датчики присутствия человека), светорегу-
ляторы (диммеры) и т.п. Часто применение этих устройств увязывается с началом реализации идей построенным будущего “умного дома”.
В настоящее время одна из версий “умного дома” практически реализуется при строительстве интеллектуальных зданий (Intelligent Building) - современных гостиниц, в которых системы жизнеобеспечения, управления микроклиматом, противопожарные системы, локальные вычислительные сети, комплекс технических средств охраны, учрежденческий сервис интегрируются друг с другом с минимальными затратами по заранее выработанным алгоритмам. Сущность интеллектуального здания определяется, как набор систем, тесно интегрированных в одном или нескольких строениях, обеспечивающих возможность наращивания и видоизменения инсталлированных систем. Эксплуатация современной гостиницы предполагает рациональное использование энергетических и коммунальных ресурсов.
Экономический кризис еще раз подчеркнул, что Россия остро нуждается во внедрении энергосберегающих технологий, ведь энергоемкость ВВП в нашей стране даже сейчас в 2-3 раза выше, чем в США, и в 1.5 раза выше, чем в Западной Европе.
Литература
1. Цветков О.Б. Холодильные агенты: Монография. 2-е изд., перераб. и доп. - СПб.: СПБ ГУ-НиПТ, 2004. - 216 с.
2. Колонка главного редактора. Энергосбережение - приоритетная задача 21 века./Технико-технологические проблемы сервиса №1(11) 2010 г. с. 3 - 6.
3. www.daleks.ru/activity/lamps/count/
4. www.ikea.ru
5. www.buisnesspravo.ru/docum/documshowdocum ID61031.html
1 Зайцев Валерий Анатольевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Сервис торгового оборудования и бытовой техники, тел.:(812) 3624289, е-mail: ctoubt@mail.ru
