Предмет, цели и задачи дисциплины «Основы экологии и энергосбережения», суть понятий «экология» и «энергосбережение»

1. Предмет, цели и задачи дисциплины «Основы экологии и энергосбережения», суть понятий «экология» и «энергосбережение».

     Существование человека неразрывно связано с определенными  условиями среды (температура, влажность, состав воздуха, качество воды, состав пищи и другие).

     Эти требования вырабатывались в течение  многих тысячелетий существования  человека. Понятно, что при резком изменении этих факторов или отклонении от нормы, требуемой организму, возможны нарушение обмена веществ и как крайний случай - несовместимость с жизнью человека. Невозможно охранять природу, пользоваться ею, не зная как она устроена, по каким законам существует и развивается, как реагирует на воздействие человека. Все это и является предметом экологии.

     Термин "экология" предложен в 1869 г. Э. Геккелем (немецкий естествоиспытатель). От греческого "ойкос"-дом, "логос" - наука.

     Как научная дисциплина экология имеет  более чем вековую историю. Систематические экологические исследования ведутся приблизительно с 1900 г. Основы экологии можно найти в научных трудах ученых прошлого века (Гумбольт, Ламарк, Северцев и др.). В развитие экологии значительный вклад внесли русские ученые Вавилов, Сукачев, Павловский, Шварц, Колесников и др. Особая заслуга принадлежит В. И. Вернадскому. В современном понимании экология - наука о взаимоотношениях между живыми организмами и средой их обитания. Кроме того экология классифицируется по конкретным объектам и средам исследования Выделяют экологию человека, животных, растений и микроорганизмов. В свою очередь эти группы можно исследовать на уровне особи или сообщества, а можно в воде, почве или атмосфере, в земных условиях или космических.

     Живые организмы обитают в условиях тропической, умеренной и полярной зон, а также в естественных, измененных или антропогенных (созданных человеком) системах, кроме этого можно учитывать  загрязненность или незагрязненность среды. Экология как наука основана на разных отраслях биологии (физиология, генетика, биофизика), связана с другими науками (физика, химия, математика, география, геология), использует их методы и термины. В связи с этим появились в последние годы понятия "географическая экология", "химическая экология", "математическая экология", "космическая экология", и "экология человека".

     Взаимоотношениями человека и машины в условиях промышленных предприятий занимается охрана труда. Задачи экологии как учебной дисциплины в техническом вузе гораздо уже. В процессе профессиональной деятельности будущий специалист инженер неизбежно будет влиять на окружающую среду и живущие в ней живые организмы. Следовательно, от того, насколько он понимает и владеет законами природы и ее структурой, будет зависеть устранение негативных последствий производства, в котором он работает. Таким образом, задачи экологии применительно к деятельности инженера промышленного производства или проектно-конструкторского предприятия  могут быть следующие:

     1)   Оптимизация технологических, и конструкторских решений, исходя из минимального ущерба окружающей среде.

     2)   Прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий действующих и проектируемых предприятий на окружающую среду.

     3) Своевременное выявление и корректировка технологических процессов, наносящих ущерб окружающей среде.

     4)  Создание систем переработки отходов промышленности.

     Учение  Вернадского о биосфере. Перед  современным обществом  стоит задача сохранить природные богатства сегодня и предупредить отрицательные последствия в будущем. Для этого необходимо изучить многообразные процессы, постоянно протекающие в природе. 

     Экология - это новый образ мышления. Каждый должен почувствовать себя ответственным  за поддержание хорошего качества окружающей среды и осознать, что экологический  выбор это главным образом  выбор политический. Должны быть изменены критерии ценностей. Наивысшие ценности для человека: чистый воздух, вода, пища, почва; многочисленный растительный и  животный мир; неиспорченные природные  ландшафты.

     Экология - это объединяющее начало всей разумной человеческой деятельности на Земле, способствующее нахождению рациональных решений в  ведении любой хозяйственной  деятельности человека.

     Итак, современная экология из строгой  биологической науки превратилась в обширный и еще окончательно не сформировавшийся комплекс фундаментальных  и прикладных дисциплин - называемые термином макроэкология.

     Задачей экологии на современном этапе является изучение количественными методами основ структуры и функционирования природных и созданных человеком систем, а также познание основных принципов круговорота органических и неорганических веществ и энергии в этих системах и их влияние на растительный и животный мир.

     Неоэкология - это наука и мировоззрение о выживании человеческого общества, это новый образ мышления.

     Главная цель экологии - разработка научных  основ спасения человечества и среды  его существования - биосферы планеты, рационального природопользования и охраны природы.

     Экологизация - процесс проникновения идей и проблем экологии в другие области знания.

     Окружающая  среда это внешний материальный мир, воздействующий на общество, это  пространство, подвергающееся влиянию  общества, которое в нем живет.

     Экология  как наука решает следующие задачи:

1. изучает принципы и законы, определяющие типы объединения организмов, динамику популяций и биогеоценозов во времени и пространстве;
2. исследует закономерности взаимоотношений различных групп организмов с факторами окружающей среды, влияние организмов и их комплексов на среду обитания с целью выяснить механизмы преобразования популяций;
3. изучает характер распределения растений и животных на планете, потоки вещества и энергии через отдельные трофические уровни и закономерности функционирования экосистем и биосферы в целом;
4. разрабатывает основы для рациональной эксплуатации биологических ресурсов, прогнозирует изменения природы в связи с деятельностью человека, дает рекомендации по управлению процессами, протекающими в природе;
5. разрабатывает биологические меры борьбы с сорняками и вредителями в связи со снижением эффективности инсектицидов и гербицидов и загрязнением ими природной среды;
6. изучает возможности создания безотходных технологий на промышленных предприятиях: рекомендует внедрять соответствующие системы для переработки отходов производства, например, путем создания систем оборотного водопотребления в процессе которого промышленные воды отстаиваются, очищаются и возвращаются в технологическую цепь, либо для исключения или сокращения технологических процессов, приводящих к образованию основного количества отходов.

     Таким образом, главная теоретическая  и практическая задача экологии заключается  в том, чтобы вскрыть закономерности биологических процессов и научиться  управлять ими в условиях все  возрастающего влияния человека на окружающую среду.

     Энергосбережение (экономия энергии) — реализация правовых, организационных, научных, производственных, технических и экономических мер, направленных на эффективное (рациональное) использование (и экономное расходование) топливно-энергетических ресурсов и на вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии.

     Энергосбережение — важная задача по сохранению природных ресурсов.

     Расходование  энергии стало фактором, влияющим на экологию земли, что уже привело  к состоявшимся экологическим катастрофам (опустынивание, эрозия почв, уничтожение  видов растений и животных, «озоновые  дыры», парниковый эффект, концентрация СО₂ в атмосфере, отравление рек, водных бассейнов), которые заметно ухудшили среду обитания человека, и в обозримом будущем это может привести к ее полной деградации. В ХХ веке человечество израсходовало больше ресурсов, чем за весь период своего существования.

     Все виды ископаемого топлива выделяют используемое нами тепло и вредные  продукты сгорания – газообразные (СО, СО₂, окислы серы, азота и др.) и твердые (пылевидные и компактные). Процесс получения энергии из топлива негативно влияет на экологию атмосферы. Так возрастание содержания СО₂ вызывает климатические изменения – парниковый эффект¹, а уменьшение содержания О₂ – одна из причин образования «озоновых дыр»– окон, через которые опасные для всего живого ультрафиолетовые излучения достигают земли.

     Парниковый  эффект повышает среднюю температуру  планеты, смягчает различия между дневными и ночными температурами. В результате антропогенных воздействий содержание СО₂(и других газов, поглощающих в инфракрасном диапазоне) в атмосфере Земли постепенно возрастает. Это неблагоприятно влияет на климат и вызывает глобальное потепление. Не исключено, что усиление парникового эффекта в результате этого процесса может привести к глобальным изменениям климата Земли.

     Кроме глобального экологического воздействия  энергетики имеется местное влияние  на окружающую среду. К обеспечению  работы тепловой электростанции (ТЭС) привлекаются значительные природные  ресурсы - топливо, вода, реагенты, строительные материалы. При этом изменяются: сток рек, воздушные течения, подземная  фильтрация. Выброс больших масс теплоты  и влаги вызывает снижение солнечной  освещенности, образование низкой облачности и туманов, моросящих дождей, инея, гололеда, обледенения дорог и  конструкций.

     Отрицательное влияние на природные условия  оказывают золоотвалы - земля исключается из сельскохозяйственного оборота. Пыление золоотвалов приводит к гибели растений. Газопылевые выбросы ТЭС загрязняют атмосферу углекислотой, золой, оксидами азота, сернистой и серной кислотой, что вызывает коррозию сооружений и оборудования, уменьшает солнечное облучение территории.

     Продукты  распада расщепляющихся (радиоактивных) веществ являются особыми видами загрязняющих окружающую среду веществ. На первый взгляд, ядерное топливо  – это очень привлекательный  источник энергии, поскольку выделение  энергии тепла происходит без  вовлечения в этот процесс расходуемых  элементов атмосферы, и в идеале атомная электростанция – экологически чистый источник энергии. Практически  оказалось, что экологическая безопасность атомных электростанций (АЭС) относительна, зависит не только от соблюдения технологических  режимов, но и от надежности элементов  оборудования. Срок службы оборудования АЭС оказался по этой причине в 2-3 раза меньше расчетного, а демонтаж, замена элементов этого оборудования более дороги, чем сооружение новых станций. Практически не решена проблема захоронения радиоактивных отходов и изношенного оборудования радиоактивной зоны.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      59. Рациональное использование электрической и тепловой энергии в бытовых целях.

     Для того чтобы говорить о том, как  сэкономить тот или иной вид энергии, необходимо в первую очередь выявить  места, где это можно было бы сделать с наибольшей результативностью, а также оценить, сколько и каких видов энергии мы потребляем.

     Наиболее  энергоемким является зимний период года. Для отопления и горячего водоснабжения одной среднестатистической квартиры Минска общей средней площадью 51 кв. метр с 3,6 жителями в каждой в  течение года на тепловых станциях и котельных сжигается около 2 тонн нефти. Это непозволительно  много. Например, удельный расход тепловой энергии на отопление в странах  запада (благодаря более теплой зиме, лучшему утеплению зданий) на 40-50% ниже, чем у нас.

     Кроме того, каждая семья потребляет 100-150 кВт-ч электрической энергии в месяц или 1200-1800 кВт-ч в год.

     Основную  долю расходов, связанных с отоплением, горячим водоснабжением и электрообеспечением большинства жителей, государство брало на себя. Тем не менее, несмотря на то, что в прямом виде мы будем в дальнейшем, как и сейчас, недоплачивать за тепловую и электрическую энергию, все же в скрытом виде (в виде недополученной заработной платы, высоких налогов, высоких цен на повседневные товары и иных платежей) нам придется платить примерно 360 долларов на семью в год (это прямые затраты государства на энергообеспечение квартиры), если ЧТО-ТО не изменится.

     Это ЧТО-ТО состоит из:

• психологии потребителя;
• его знаний;
• возможностей воздействия на теплоснабжение;
• заинтересованностью в том, чтобы воздействовать (снижать) на теплопотребление.

     Остановимся главным образом на втором и третьем  пунктах, поскольку возможности  потребителя повлиять на снижение потребления  собственными силами зависят не столько  от стимулов (заинтересованности), сколько  от знаний. Стимул (а он может быть не только экономическим) побуждает действовать. Знание дает возможность действовать.

     Каждое  современное здание оборудованное  системой отопления, которая работает только в холодное время года, в  течение так называемого “отопительного периода”. Продолжительность его  в Минске составляет около 200 дней. В  зимнее время приборы системы  отопления работают для того, чтобы возместить потери теплоты из жилого помещения на улицу через стены, окна, а также для нагрева холодного свежего воздуха (без которого человек не в состоянии существовать), поступающего через форточки, двери, неплотности в окнах. Через окна теряется 27,3%, через стены - 29,3%, а за счет нагрева свежего приточного воздуха - 43,4% всей теплоты, поступающей из системы отопления.

     Существенное  сокращение потерь теплоты (в два - три  раза) через стены и окна возможно лишь в результате реконструкции  всего дома. Ее может выполнить  только специализированная строительная организация и с использованием особых высокоэффективных материалов. Но реконструкция - это очень дорогостоящее  мероприятие, провести которое везде  одновременно невозможно. В то же время  каждый жилец имеет немало возможностей для утепления своей квартиры.

     Первое - это остекление лоджий и балконов. Важно, чтобы стекла и притворы створок  были уплотнены. В этом случае тепловые потери через окна и стены квартиры, расположенные со стороны лоджии, будут снижены на 1518%.

     Следует запомнить, что снижение потерь на 7-9% позволяет увеличить температуру  в помещении на 1°С. Таким образом, остекление лоджий увеличит температуру в примыкающей к ней комнате примерно на 2°С.

     Второе - утепление окон установкой между  рамами прозрачной полиэтиленовой пленки. Для этого открывается внутренняя оконная рама и к оконной коробке  кнопками или клейкой лентой крепится пленка таким образом чтобы расстояние от нее до внутреннего и наружного стекол было примерно одинаковым. Желательно, чтобы пленка по всему периметру окна плотно прилегала к оконной коробке. После установки пленки внутренняя створка окна закрывается. Такое окно равноценно окну с тройным остеклением. Теплопотери через него почти на 20% ниже, чем через обычное двойное окно, традиционно применяемое в РБ.

     Такого  же результата можно добиться, если закрыть окно изнутри шторой, прилегающей  к стене. Штора должна быть короткой, достающей только до подоконника. Это делается потому, что под подоконником всегда располагается нагревательный прибор системы отопления. Если штора опущена ниже подоконника, то поток теплого воздуха от батареи, поднимаясь вверх, попадает под штору к окну, увеличивая, а не уменьшая теплопотери через окно. Поэтому штора должна лежать на подоконнике и плотно прилегать к стене, не допуская сообщения воздуха, находящегося между шторой и окном, с воздухом комнаты. Недостаток этой меры в том, что в комнату практически не проникает свет, и она может быть использована либо ночью, либо тогда, когда хозяева находятся на работе.

     Здесь мы не говорим о хорошо известных  и широко применяемых оклейке  и уплотнении притворов окон и  балконов.

     Третье - тепловая защита того участка наружной стены, где расположен радиатор. К  сожалению, эта мера не применима  к тем квартирам, где нагревательный элемент размещен внутри стены. Такая  компоновка - следствие грубого просчета проектировщиков. Защитить этот участок  можно, поместив на стене за радиатором отражающую поверхность. Причем она  не должна касаться радиатора и желательно, чтобы между ней и стеной был  хотя бы небольшой воздушный зазор  или слой тепловой изоляции (войлок, толстая ткань и т. п.).

     Вентиляция  жилья. Как уже отмечалось, 43,4% тепловой энергии из системы отопления  расходуется на подогрев холодильного приточного воздуха, поступающего с  улицы. Эту долю можно снизить.

     Каждая  квартира оборудована системой естественной вытяжкой вентиляции. Вентиляционные отверстия расположены в ванной комнате, в туалете и на кухне  на внутренних стенах, в верхней  их части, и прикрыты металлическими или пластмассовыми решетками. Это - вытяжные отверстия. Через них вытяжной воздух из помещений удаляется на улицу. По законам физики работа этой системы зависит от разности температуры  в помещении и на улицу. По законам  физики работа этой зависит от разности температуры в помещении и  на улице. Чем ниже температура воздуха  на улице, тем лучше она работает и больше теплого воздуха удаляется. На смену ему, благодаря создаваемому вытяжной вентиляции разрежению в квартире через неплотности в окнах, открытые форточки, двери, поступает холодный наружный воздух. Причем в холодную пару года действительный объем вентиляции зачастую превышает требуемую норму, приводя к увеличению затрат на отопление. Для того чтобы снизить объем вентиляции зимой, рекомендуется частично прикрывать вытяжные вентиляционные отверстия. Поскольку они оборудованы нерегулируемыми решетками, прикрыть их можно плотной бумагой или картоном. Вентиляционное отверстие, расположенное в ванной комнате, лучше всего закрыть. Хозяйки могут возразить: ”А как же быть с бельем после стирки? Будет ли оно сохнуть?” Да, будет, так как зимой воздух в помещениях очень сухой. В это время даже необходимо его увлажнять. Эту роль и будет выполнять высушиваемое в ванной белье. При открытом вентиляционном отверстии влага сразу же из ванной комнаты удалялась на улицу, при закрытом она будет поступать в комнаты, увлажняя воздух. Это благоприятно скажется на микроклимате квартиры и самочувствии жильцов, так как влажный воздух дает ощущение теплоты, а сухой - холода. Поэтому зимой увлажнение воздуха в помещении улучшает комфортное состояние людей.

     Вентиляционные  отверстия на кухне и в туалете  могут быть приоткрыты наполовину и  даже больше. Степень прикрытия каждый жилец должен определять индивидуально. Дело в том, что работа вытяжной системы  зависит от того, на каком этаже  расположена квартира. На нижних этажах вентиляция всегда работает очень хорошо, и здесь степень прикрытия  может быть больше. На верхних - вентиляция может работать хуже, и вытяжка должна быть приоткрыта меньше. Уменьшение воздухообмена достигается также уплотнением окон и дверей, о чем уже было сказано. Эти меры позволят сберечь не менее 20% тепловой энергии.

     Однако  не следует увлекаться сплошной герметизацией  квартиры, поскольку свежий воздух необходим для нормальной жизнедеятельности, а зимой взрослые и дети гораздо  больше времени проводят в помещениях, чем на улице. Свежий воздух является средством профилактики от вирусных и респираторных заболеваний.

     Электрическая энергия. Современная квартира, как правило, оборудована множеством электрических устройств: плита, холодильник, телевизор, магнитофон, стиральная машина, чайник, кофеварка, приемник, осветительные приборы и т.д.

     Электроэнергия  достаточно ценна и ее следует  расходовать очень бережно. Рис. 8.9 дает представление о том, сколько  электроэнергии потребляет в среднем  за год каждый прибор. Значение этой проблемы также очень велико с  экологической и финансовой точки  зрения. На каждый сэкономленный кВт-ч энергии приблизительно на 3 кВт-ч снижается общая энергетическая нагрузка электростанции. Кроме того, стоимость электроэнергии в домашнем хозяйстве значительно дороже кВт-ч топливного сырья. Результаты такой экономии очевидны. Поэтому необходимым является использование всех возможностей для экономии электроэнергии.

     Приобретая  приборы, необходимо следить за их энергоемкостью.

     Современные электроприборы в домашнем хозяйстве  потребляют почти что в 10 раз меньше электроэнергии, чем аналогичные 10-летней давности. Если очень экономичный прибор и дороже (правда, не всегда) среднего или неэкономичного, то почти всегда дополнительные затраты на него возвращаются благодаря экономии электроэнергии. Это касается прежде всего традиционных ламп накаливания в сравнение с новыми экономичными компакт-лампами. 
 

     Электроплита. Наверняка вам уже приходилось  сталкиваться со следующим явлением. Закипел на плите чайник, конфорка отключена, но чайник продолжает неистово кипеть. Простой совет: отключение конфорки заранее, еще до закипания чайника  на 2-3 минуты, сбережет вам до 20% электрической  энергии. Момент отключения вы можете без труда установить по характерному шуму нагреваемой воды, который та начинает производить незадолго  до закипания. Нагрев воды до кипения  будет продолжаться и после отключения за счет тепловой инерции раскаленной  конфорки.

     Кстати, пользование электрическим чайником предпочтительнее, чем кипячение  воды на плите. КПД чайника 90%, а конфорок электроплиты 50-60%. В этом случае, пользуясь чайником, можно сберечь до 40% электрической энергии. Иными словами, израсходовав одно и то же количество электроэнергии, в чайнике можно нагреть до кипения воды почти вдвое больше, чем на плите. А рекордсменом по эффективности является обычный кипятильник. При его применении практически вся потребляемая электроэнергия расходуется на нагрев воды.

     После приготовления пищи одна или две  конфорки, как правило, остаются горячими. Следует поставить на них холодную воду перед тем, как заливать ее в чайник или кофеварку. Этим можно сберечь от 10 до 30% электроэнергии (в зависимости от температуры отключенной конфорки) при последующем кипячении, поскольку температура воды, заливаемой в чайник, будет не 8-10°С (температура холодной воды из-под крана), а 25-40°С (после подогрева на остывающей конфорке). Кстати, для приготовления как пищи, так чая и кофе желательно пользоваться предварительно отстоявшейся водой, а не из-под крана. Во-первых, отстаиваясь, вода нагревается почти до комнатной температуры (а это примерно 10% энергосбережения при ее последующем кипячении). Во-вторых, из воды частично уходят элементы, которые используются при ее обеззараживании (например, хлор), что важно для здоровья.

     Примерно 30-40% потребляемой в доме электрической  энергии приходится на холодильник. Необходимо его регулярно размораживать. Это даст 3-5% снижения потребления  электроэнергии. Желательно, чтобы  холодильник был установлен в  наиболее холодном месте комнаты (у  наружной стены), подальше от нагревательных приборов.

     Следует чаще пользоваться настольной лампой, которая с лампочкой мощностью 30 Вт позволяет достичь лучшей освещенности на рабочем столе, чем люстра с  тремя и даже пятью лампочками общей мощностью 180-300- Вт. В результате двойной выигрыш: сохранение зрения и сбережение электрической энергии.

     В настоящее время в продаже  появились лампы КЛЛ (компактные люминесцентные лампы), которые потребляют в 6-7 раз меньше электрической энергии  по сравнению с лампами накаливания  при одинаковой освещенности. Поскольку новые лампы намного дороже существующих, широкое их применение вряд ли возможно, так как цена на электричество для населения ниже себестоимости. По мере увеличения цены на электроэнергию ожидается, что популярность ламп КЛЛ будет расти.

     Очень важно также отметить, что побуждение к энергосбережению должно опираться  не только на экономическую выгоду, но и на внутреннее убеждение. А дается это только постоянным воспитанием  человека, формированием его поведения, здоровых потребностей. Не за горами тот  час, когда всему человечеству придется задуматься о последствиях дальнейшего  “прогресса”, который, по сути дела, означает гибель для всего живого. Наверняка  речь пойдет уже не о развитии, а  об ограничении потребностей, особенно в так называемых развитых странах, где их уровень чрезвычайно высок. Любая новая вещь, прибор, устройство, услуга - это дополнительные энергозатраты, дополнительный урон природе. Кстати, несмотря на сложившееся у нас мнение о том, что энергетические ресурсы на западе используются всегда рационально, можно привести обратные примеры. Образцом их рационального использования среди развитых стран является Япония. Примером же расточительства могут служить США. Так, если Япония для производства валового национального продукта стоимостью в 1 доллар тратит 0,266 кг нефти, то США - 0,436 кг. Удельная выработка электроэнергии на душу населения в год в Японии составляет 6147 кВт-ч, в США - 11659 кВт-ч. в то время, когда удельные энергозатраты в Японии снижаются, в США - растут.

     Что же касается Республики Беларусь, удельная энергоемкость валового национального  продукта у нас примерно в два  раза выше, чем в США, а выработка  электроэнергии на душу населения примерно в два раза ниже. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Задачи 

1. Рассчитать  площадь активного  загрязнения (ЗАЗ) и  оценить эффективность  природоохранных  мероприятий по защите атмосферы в пригородной  зоне отдыха от загрязнения  выбросами промышленного  предприятия для  исходных данных, приведенных  в табл. 1, 2.

      Таблица 1.

                                                                                                                   Таблица 2.