Энерго- и ресурсосберегающие технологии

                                                  Введение

Ресурсосбережение является актуальным и необходимым условием нормального функционирования учреждения, так как повышение эффективности использования топливно-энергетических и водных ресурсов при непрерывном росте цен на природные ресурсы и соответственно росте стоимости электрической и тепловой энергии позволяет добиться существенной экономии как ТЭР, так и финансовых  ресурсов.  Доля энергетических затрат в издержках учреждения, составляет в среднем 8-12% и имеет устойчивую тенденцию к росту в связи с большим моральным и физическим износом основного оборудования и значительными потерями при транспортировке энергетических ресурсов. Экономия природных ресурсов является одним из наиболее эффективных направлений научно-технического прогресса и средством активизации структурной перестройки, определяющим фактором долговременного действия, имеющим экономический эффект. Оно способствует ускорению темпов роста учреждения, снижению цен на  продукцию и услуги, достижению высоких конечных результатов, решению социальных и экологических задач. Объемы ресурсопотребления  и ресурсосбережения зависят от уровня технологической базы и культуры учреждения. Неоспорима роль природных ресурсов в поддержании и дальнейшем развитии цивилизации. В современном обществе трудно найти хотя бы одну область человеческой деятельности, которая не требовала бы прямо или косвенно энергии. За время существования нашей цивилизации много раз происходила смена традиционных источников энергии на новые, более совершенные.  В начале XXI в. начался новый значительный этап земной энергетики. Появилась энергетика "щадящая", построенная так, чтобы человек не рубил сук, на котором он сидит, заботился об охране уже сильно поврежденной биосферы. На пути широкого внедрения альтернативных источников энергии стоят трудно разрешимые экономические и социальные проблемы. Во-первых, это высокая капиталоемкость, вызванная необходимостью создания новой техники и технологии. Во-вторых, высокая материалоемкость. Использование альтернативных источников энергии сдерживается также нехваткой специалистов. Комплексный подход к решению этих проблем на национальном и международном уровне позволит ускорить их реализацию. Проблема экономии топливно-энергетических и водных ресурсов в муниципальных учреждениях является актуальной в наше время. В современных условиях рациональное использование природных ресурсов становится одним из важнейших факторов экономить энергию; каким потенциалом энергосбережения обладают учреждения; доступным языком объясняются сложные энергосберегающие технологии; рассматриваются наиболее эффективные технические решения, разработанные для экономии тепла, электричества и водных ресурсов; а также напоминается об элементарных правилах поведения, которые позволяют сохранить намного больше энергии, чем мы думаем.  Экономия природных ресурсов в настоящее время становится одним из важнейших направлений перевода экономики на путь интенсивного развития и рационального природопользования. Ресурсосбережение позволяет существенно снизить затраты и обеспечить эффективность и конкурентоспособность производства товаров и услуг, в том числе в жилищно-коммунальном хозяйстве.

Рассмотрим технологии и технические мероприятия, обеспечивающие ресурсосбережение , на примере физкультурно-оздоровительного комплекса (ФОК) для школы №312 и жителей района , располагающегося по адресу: Потаповский пер., д.11/9 внутри жилой застройки недалеко от Чистых прудов.

 Здание ФОК представляет  собой отдельно стоящее одноэтажное  здание с цокольным этажом  и двухэтажной пристройкой. Площадь  участка – 0,06 га. Площадь застройки–582 кв.м. Общая площадь здания –1100 кв.м, в том числе наземной части –1016 кв.м. Высота здания–11,60 м.

На цокольном этаже располагаются: помещения  для занятий боксом и борьбой, раздевалки и тренерская, а также технические помещения (ИТП, электрощитовая, приточная вентиляционная камера).

На первом этаже располагаются: вестибюль, помещение охраны, комната сухого жара (сауна), бассейн, холл для отдыха и на отм. 2,1 спортивный зал для занятий баскетболом (волейболом).

На втором этаже (отм.3,75) располагается помещение для игры в настольный теннис или для занятий на тренажёрах.

Единовременная пропускная способность ФОКа составляет 60 человек.

                     Энерго- и ресурсосберегающие технологии.

Применяя эффективные решения по управлению освещением, можно сэкономить до 30% средств, расходуемых на электроснабжение, по сравнению с традиционными способами энергосбережения. Управление светом обычно осуществляется с помощью: • датчиков освещенности и присутствия; • реле времени; • сетевых решений автоматизации, включающих световые сцены. Всё это присутствует в ФОКе, и источники освещения поэтапно заменяются с люминисцентных на светодиодные.Опыт и практика показывают, что только комплексный подход при построении системы автоматизации и диспетчеризации зданий поможет увеличить эффективность использования ресурсов, уменьшить затраты при проектировании, строительстве и эксплуатации здания, предоставить лучший сервис, что в свою очередь является гарантией окупаемости систем автоматизации и конкурентоспособности зданий. Только 20 процентов электричества, используемого обычными лампочками, производят свет, остальные 80 процентов расходуются на нагрев. Компактные люминесцентные лампы (CFL) использует практически все электричество, чтобы произвести свет. Средняя лампа накаливания работает приблизительно 800 часов. УCFL продолжительность работы составляет 10000 часов при 2-летней гарантии. Наиболее перспективными, как показывает Таблица 4, являются светодиодные источники света. Их широкое применение сегодня сдерживают, главным образом, конструктивные вопросы использования таких источников света в существующей светотехнической арматуре.

Между тем уже сегодня можно привести практические решения, успешно использующие светодиодные источники света. Светодиодные системы окупаются в довольно короткие сроки. По потреблению они экономичней энергосберегающих ламп, не дают мерцающего эффекта и в тоже время очень надежны, долговечны и  экологичны. Минус в том, что зарубежные светодиодные системы довольно дороги, и многие потребители считают, что они не окупаются. Впрочем, уже появились более дешевые отечественные аналоги. Таким образом, вопрос эффективного освещения требует профессиональной разработки, но при его грамотном решении появляется возможность сократить не только эксплуатационные расходы, но и затраты на приобретение дополнительной мощности.

Климатические параметры, такие как температура, влажность и скорость воздушных потоков, являются одними из главных показателей комфорта в ФОКе. Эти параметры должны поддерживаться климатическим оборудованием , прежде всего системами кондиционирования воздуха, которые совмещают функции вентиляции, нагрева либо охлаждения, поддержания других параметров воздушной среды. Основным показателем энергоэффективности кондиционера является отношение мощности охлаждения к потребляемой мощности, которое в технических каталогах обозначается коэффициентом ERR(Energy Efficiency Ratio). Другой параметр– COP (Coefficient of Performance—тепловой коэффициент) равен отношению мощности обогрева к потребляемой мощности. Коэффициент ERR бытовых сплит-систем обычно находится в диапазоне от 2.5 до 3.5, а COP – от 2.8 до 4.0. Можно заметить, что значение COP выше, чем ERR. Это связано с тем, что в процессе работы компрессор нагревается и передает фреону дополнительно тепло. Именно поэтому кондиционеры всегда выделяют больше тепла, чем холода. Для обозначения энергоэффективности бытовой техники существует семь категорий, обозначаемых буквами от A (лучшей, с показателями COP > 3.6 и ERR > 3.2) до G (худшей, с показателями COP < 2.4 и ERR < 2.2). В ФОКе применяются агрегаты категорий А, В и С. Наиболее перспективны с точки зрения возможности реализации энергосберегающих режимов центральные системы кондиционирования. Центральные кондиционеры предназначены для обслуживания группы помещений или целиком здания. При формировании центрального кондиционера могут устанавливаться один, либо группа агрегатов определенного типа. Для работы типового центрального кондиционера необходимы: внешний источник холода или вода от «чиллера» (устройства централизованного охлаждения воды для климатических систем), фреон от внешнего компрессорно-конденсаторного блока, горячая вода от системы центрального отопления или бойлера. Центральный кондиционер может одновременно выполнять несколько функций – кондиционера, системы вентиляции, очистителя и увлажнителя воздуха. Обработанный с его помощью воздух по системе воздуховодов распределяется по помещениям. Говоря о недостатках и преимуществах, стоит отметить, что главное преимущество центральных кондиционеров – это возможность эффективного поддержания заданной температуры, влажности и подвижности воздуха в помещениях большого объема. Основной недостаток – сложность монтажных работ и прокладки коммуникаций. Использование в центральном кондиционере рециркуляции и теплоутилизации позволяет существенно сократить затраты тепловой энергии, связанные с обогревом воздуха в холодное время года. Главная привлекательная черты центральной системы кондиционирования – способность существенно экономить энергию на подготовку приточного воздуха. Современная система позволяет передать приточному воздуху, в зависимости от типа рекуператора (теплоутилизатора), до 90% (конструкция с роторным рекуператором) теплоты выбрасываемого воздуха. В зимнее время – это нагрев, а в летнее – охлаждение. Поскольку центральные системы кондиционирования, как правило, управляются современными системами автоматизации, это позволяет выбрать режимы работы, обеспечивающие оптимальные затраты энергии при заданном обеспечиваемом качестве среды. Кондиционирование требует обычно наибольших капитальных затрат, это самая энергоемкая часть проекта наиболее сложная и дорогостоящая  в эксплуатации. Такие особенности систем кондиционирования делают необходимым учет первоначальных инвестиций, энергоснабжения и эксплуатационных расходов.

Рекуперация – эффективный путь энерго- и ресурсосбережения. Рекуперация воздуха – процесс теплообмена между приточным и удаляемым вытяжным воздухом помещения. В рекуперационном теплообменнике вытяжной воздух выходит наружу, передав большую часть своего тепла (холода) приточному воздуху, приблизив его температуру к заданной для помещения. Применение рекуператоров позволяют поднять энергоэффективность оборудования и снизить неоправданные потери тепла, удаляемого системой вытяжки. Удаляемый из помещения воздух проходит через специальную теплообменную кассету, где он нагревает стенки теплообменника, охлажденные приточным воздухом. При этом приточный и вытяжной потоки не смешиваются, а лишь передают или забирают тепло от стенок теплообменника.  Экономия, достигаемая за счет использования рекуператоров, может оцениваться до трети потребления. В моём проекте используются  пластинчатые рекуператоры с пластиковым теплообменником, они пригодны для использования в помещениях с бассейном. Оптимальное управление вентиляцией в конкретном помещении в соответствии с реальной потребностью в данное время подразумевает не только регулирование воздухообмена, но и полное отключение системы вентиляции в «рабочие» часы, когда люди находятся в помещении, но все показатели комфортных условий соответствуют норме. Это помогает сэкономить большое количество энергии, затрачиваемой на подготовку и распределение воздуха.

Экономия воды возможна и без малейшего вложения средств в технологическое оборудование. Часто много воды теряется из-за некачественных или изношенных прокладок на унитазах, которые «слегка подтекают». Это небольшой ручеек, но он может быть в каждом санузле.  Снижение непроизводительных расходов воды в ФОКе достигнуто за счет применения водосберегающей  арматуры с улучшенными регулирующими и расходными характеристиками. Отечественные и зарубежные фирмы предлагают широкий спектр различных устройств, позволяющих существенно сократить потребление воды за счет уменьшения ее потерь. Отметим, что снижение непроизводительных расходов воды в жилых помещениях представляет собой одну из наименее капиталоемких задач, решение которой путем установки регуляторов расхода воды позволит снизить водопотребление на 10–30% с окупаемостью 5–6 месяцев.52 Анализ водосберегающей эффективности современной водоразборной арматуры с регулятором расхода и керамическим запорным элементом показал, что расход воды снижен до 10–12% от расхода воды через кран с простым изливом. Смеситель с одним рычагом вместо двух кранов. Он позволяет ускорять процесс смешения горячей и холодной воды, тем самым она быстрее достигает нужной температуры. А ведь чем меньше времени мы тратим на этот процесс, тем экономнее расход. Современная душевая лейка с функцией аэрации. Она позволит не только сэкономить, но и сделает процедуру приема душа более комфортной. Аэратор насыщает воду пузырьками воздуха, что придает струям мягкость и делает их более объемными .Смеситель с силиконовым ограничителем. Он сокращает расход воды, уменьшив ее струю, поскольку под высоким напором обретает более плоскую форму, тем самым сужая зазор в отверстии смесителя. Оборудование с инфракрасным датчиком. Для подачи воды нужно только поднести руки к отверстию смесителя, а убрав их, вы таким же бесконтактным способом остановите ее поток. Унитаз, оборудованный системой комбинированного слива. Часто не требуется использовать полный объем бачка, поэтому, установив такую сантехническую новинку, более экономно используют воду.

Для поддержания нормируемой температуры воздуха в помещениях учреждения, а также компенсации потерь тепла через ограждающие конструкции предусмотрено водяное и воздушное отопление учреждения. Теплоснабжение комплекса осуществляется от водяных теплосетей. Регулирование теплоотдачи отопительных приборов осуществляется автоматическими терморегуляторами RTD-N, установленными на подводках у приборов отопления. Гидравлическая увязка потерь давления в системе отопления решена с помощью балансировочных клапанов установленных на стояках отопления. К качестве тепловой изоляции трубопровода сетевой и горячей воды принят материал рулонный теплоизоляционный на основе стеклохолста и фольги, толщиной 5 мм. Данный теплоизолирующий материал уложен в два слоя таким образом, чтобы алюминиевая фольга первого слоя была обращена к поверхности трубопровода, второго наружу, выступающая в качестве покровного слоя. Система отопления  – двухтрубная, тупиковая с нижней разводкой магистралей. Система отопления универсального спортивного зала и помещения с бассейном представлена подвесными инфракрасными обогревателями, установленными с целью оптимизации системы отопления. Как известно самый эффективный и естественный обогреватель на Земле - это наше Солнце, которое инфракрасными лучами обогревает Землю. От прогретой Земли в свою очередь прогревается воздух, и мы получаем комфортные условия для нашей жизнедеятельности.  
Традиционное отопление, к которому мы все привыкли, действует наоборот и с точки зрения законов природы неправильно. Сначала в помещении нагревается воздух, от которого, в дальнейшем получают тепло люди и находящиеся внутри предметы. Это достаточно длительный процесс, так как нагретый воздух (особенно в высоких помещениях), поднимается к потолку, и вызывает приток холодного воздуха у пола. Происходит расслоение воздуха, когда температура наверху повышается, а внизу, где находятся люди, воздух остаётся холодным. Данное явление вызывает нежелательный сквозняк, и увеличивает теплопотери через крышу и стены помещения. Поэтому, отапливая тёплым воздухом помещение (долго нагревая весь его объём), мы тратим больше энергии, чем это было бы необходимо в природных условиях. Из этого следует, что обогрев большого помещения (производственный цех, склад, спортивный комплекс и т. п.) традиционным образом недостаточно эффективен и экономичен. Некоторое исключение составляют административно-бытовые помещения с небольшой высотой потолка от 2 до 4 метров. В них нагретый воздух достаточно быстро заполняет весь объём, и в нижней части устанавливается комфортная температура, что вполне приемлемо при относительно небольшой площади и высоте.  
Значительно повысить эффективность и экономичность отопления больших помещений с высотой потолка от 3 до 15 м и выше, позволяют подвесные инфракрасные обогреватели. Принцип их работы максимально приближен к естественным условиям. Они устанавливаются сверху и прогревают инфракрасными лучами пол помещения, людей, находящихся в нём и оборудование, от которых, в свою очередь, прогревается окружающий их воздух. Создаётся комфортная зона высотой 2 - 3 м в районе пола, вверху же воздух остаётся прохладным. Следовательно, отпадает необходимость прогревать весь объём помещения. Для инфракрасных лучей воздух абсолютно прозрачен, и тепло, которое он получает - вторично, то есть в первую очередь прогревается то, ради чего отопление вообще необходимо. Такой подход значительно сокращает время, необходимое для получения комфортных условий в помещении, и, самое главное, экономит энергоресурсы. Благодаря использованию инфракрасных обогревателей предприятия "СПЕЦСВЕТ", затраты на отопление можно сократить до 12 раз (в зависимости от условий работы внутри помещения), что уже не раз подтвердилось в реальной эксплуатации. Главное преимущество инфракрасного обогрева, по сравнению с воздушным обогревом, это больший уровень комфорта и экономичности. Особенно выгодно применять инфракрасные обогреватели там, где велики тепловые потери. Например, склады, большие ангары очень тяжело обогреть воздушным отоплением из-за высоких потолков и больших дверей, которые постоянно открываются и закрываются. Лучевые приборы требуют меньших затрат топлива, чем другие обогреватели, потому что отапливают помещения и согревают людей, подобно солнцу. Они не нагревает атмосферу напрямую, а передают энергию поверхностям, от которых нагревается воздух. Далее тепло распространяется путем конвекции. Излучатели размещают непосредственно над рабочими площадками и местами нахождения людей. Принцип действия и конструкция позволяет устанавливать их на любой высоте.

Традиционные водяные системы отопления отнимают очень много сил и средств по подготовке их для работы в зимний период. Так как необходимо нагреть весь объем воздуха в помещении. Нагрев происходит медленно, а большая часть теплого воздуха уходит вверх под потолок. При этом не всегда достигается основная цель - создание необходимых санитарно-гигиенических условий для производительного труда.

Основные недостатки конвективных систем.

1. Большие потери энергии  при их передачи от источника  до потребителя (15-25%);  
2. Теплый воздух поднимается верх и прежде греет потолок, а там обычно вытяжная вентиляция и получается, что мы греем улицу;  
3. Инерционность конвективной системы (длительное время прогрева);  
4. Большая трудоемкость при монтаже, ремонте;  
5. В случае аварии может разрушиться вся система отопления (разморозиться);

Эти проблемы легко решаются с помощью систем ИК отопления.  
ИК обогреватели размещаются под потолком или на верхнем уровне стен, и обогрев помещения осуществляется по принципу солнечных лучей: излучатель направляет тепловое инфракрасное излучение непосредственно в рабочую зону, обогревая персонал, поверхности, от которых в свою очередь нагревается воздух в помещении. В зоне действия нагревателя создается приятное ощущение тепла.

Основные достоинства ИК отопления

1. не требует теплотрасс, радиаторов отопления, нет проблем  размораживания  
2. не требует дополнительных площадей, бесшумна в работе, безопасна и надежна благодаря многоступенчатой автоматике защиты и сегментному построению  
3. работает в автоматическом режиме под управлением компьютерной системы управления  
4. обеспечивает возможность контроля, записи и сохранения основных параметров работы системы отопления  
5. обеспечивает возможность зонального обогрева площадей по заданным температурным режимам (рабочий, дежурный, выходных и праздничных дней) и равномерное распределение тепла  
6. быстро прогревает помещение и поддерживает оптимальную температуру в зоне пребывания людей  
7. обеспечивает возможность снижения температуры в помещении без потери ощущения комфорта  
8. обеспечивает значительное снижение потребления энергоресурсов (от 40 до70%) в 8 -10 раз снижаются  
9. прямые затраты на отопления;  
10. простота в монтаже, надежность и безопасность в работе  
11. широкий выбор мощностей горелок и длины обогревателя  
12. работает от сети 220 В.   
Общая экономия затрат тепла на обогрев может достигать 70% по сравнению с традиционной системой отопления.

Немаловажным моментом в ресурсосбережении и экономии является правильное утепление (изоляция) ограждающих конструкций. Так в здании установлены стеклопакеты с энергосберегающей светоотражающей пленкой , блокирующей более 90% уф-излучения , также убивающей до 87% бликов и защищающей помещение от перегревов. Цоколь и крыша здания утеплены плитами из минеральной ваты.

Бассейн в ФОКе очищается методом озонирования. В сравнении с традиционно используемыми химическими веществами на основе соединений хлора или брома, этот способ имеет ряд достоинств. Озон вырабатывается из кислорода, очищает, обеззараживает воду и в процессе этого преобразуется в кислород.

Метод очистки озоном не требует постоянного поддержания уровня концентрации хлора в воде. Он не оказывает раздражающего воздействия на слизистую оболочку глаз и кожные покровы, не влияет на ткани купальников и состояние волос. И что самое важное, он не изменяет кислотно-щелочной баланс в воде.  
Обеззараживание воды в бассейне при использовании озоновых установок гораздо более быстрый и эффективный способ очищения. Ни один химический метод не сравнится с ним. Скорость очистки при озонировании в 300 раз выше и это при полном отсутствии таких негативных последствий как бром- и хлорпроизводных аммиака (хлорамины), являющихся неотъемлемым результатом стандартных способов дезинфекции.

Отличительные преимущественные черты применения установок озонирования для очистки воды плавательных бассейнов: 
• Озон превосходный коагулянт. Озон участвует в реакциях разложения органических загрязнений, делает их нерастворимыми. Это способствует укрупнению осадка и позволяет песчаным фильтрам более эффективно выполнять свои задачи. 
• Системы очистки воды в бассейне, сочетающие фильтрацию с циклами озонирования, способны уничтожать все бактерии, вирусы, водоросли и грибки. 
• После цикла очищения озон, не вступивший в реакцию с загрязнениями, медленно преобразуется в обыкновенный кислород и остается в воде. Вода, насыщенная озоном, отличается привлекательностью, поскольку это делает ее чистой и сверкающей.  
• Достигая предела насыщения воды, нерастворенный газообразный озон улетучивается в атмосферу. Что же касается паров хлора, то они значительно тяжелее и остаются над поверхностью воды.  
• Системы очистки воды в бассейне окупаются в течение нескольких лет за счет экономии средств на приобретение химикатов. Немаловажный плюс: при озонировании не образуется жирный осадок, характерный для химических способов дезинфекции. Не говоря уже о пользе здоровья, которую ничем не измерить.

Эстетическая красота бассейна с озонированной водой может быть конкурентным преимуществом для привлечения новых постоянных клиентов.

Озон является более мощным участником окислительно-восстановительных реакций, чем хлор, что обеспечивает ему прекрасные дезинфицирующие свойства при отсутствии токсических эффектов.

Как и в других вопросах, связанных с разумным использованием ресурсов, в связи с проблемой отходов ведется поиск энергосберегающих технологий указанных процессов. Проблема утилизации отходов с одновременным усилением режима сбережения ресурсов связана с более общей темой – предотвращением загрязнения окружающей среды. Кроме того, переработка отходов может быть не только решением проблем экологии, но и подспорьем в решении энергетических проблем. Современные мусоросжигательные установки, оснащенные системами очистки, могут являться генераторами большого количества электроэнергии. В моём проекте отходы сортируются в соответствии со своим типом и отправляются на переработку.