Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Сбережение ресурсов при эксплуатации зданий. Энергосберегающие и энергоактивные здания

Реферат по дисциплине «Экология»

Тема: «Сбережение ресурсов при эксплуатации зданий. Энергосберегающие и энергоактивные здания»

Содержание

Введение……………………………………………………………..3

Проблема сбережения природных ресурсов………………..…4
Пути повышения энергоффективности зданий……………….9
Энергосберегающие здания ……………………………………10
Энергоактивные здания……………………………….………..18

Гелиоэнергоактивные здания………………………………19
Ветроэнергоактивные здания…………………………..…..22
Гидроэнергоактивные здания………………………...…… 24
Биоэнергоактивные здания…………………………………26

Экологичные здания…………………….…………………...….28

Заключение……………………………………………………..……31

Библиографический список…………………………………...……32

Введение

Экологичность зданий и инженерных сооружений – это их соответствие постулатам экологии, способность создавать здоровую и красивую внешнюю и внутреннюю среду, мягко взаимодействовать с природой, поддерживать экологическое равновесие и органично вписываться в природную среду (экосистемы), не быть отторгаемыми экосистемами, сохранять и восстанавливать природу и среду жизни, использовать природосберегающие и природовосстанавливающие решения, повышать эффективность использования ресурсов и потреблять преимущественно возобновимые ресурсы.

Полностью возобновимые здания и сооружения должны решать проблемы самообеспечения всеми ресурсами (тепло, электричество, газ и т.п.) и переработки отходов за счет инновационных архитектурно – строительных и технологических решений. Они не должны разрушать или загрязнять природную среду, более того, должны быть способны восстанавливать природу.

На данный момент времени практика такого альтернативного строительства выражается объектами, преимущественно, небольшого масштаба, что обусловлено все еще экспериментальным характером данной деятельности и, следовательно, сопряженным с ней экономическим риском, а также отсутствием достаточных средств для реализации крупных градостроительных проектов, даже в экономически благополучных странах.

Проблема сбережения природных ресурсов

Природная среда в том состоянии, когда человек еще не оказывал на нее существенного влияния, сформировалась в течение длительного развития при материальном взаимодействии и балансе атмосферы, гидросферы и литосферы. Свои материальные потребности человек удовлетворяет за счет природных ресурсов (благ). Среди видов природных ресурсов, если они используются человеком, существуют объективно ресурсы исчерпаемые, невосполнимые, незаменимые, невозобновимые. По мере роста численности населяющих планету Земля людей, а также качества и количества их потребностей ("общество потребления") возрастали объемы изымаемых у природы разнообразных ресурсов. Менее чем за век численность живущих на Земле людей почти удвоилась и сейчас составляет 7 млрд. Каждую минуту число людей возрастает в среднем на 156 человек, ежедневно на 250000 человек, а ежегодно приблизительно на 80 млн.

Еще быстро за последние 40-45 лет растет промышленное пространство. С 1913 года до конца 70-х годов возросло ежегодное производство чугуна в 6,5 раза, стали в 9,4, нефти в 20, химических продуктов (пластмасс и волокон) в 115, электроэнергии в 125 раз, а общая энерговооруженность человечества возросла во много десятков раз. В результате люди в процессе своей деятельности перемещаются за такое же время под влиянием всех экзогенных факторов (текучие воды, ветер, ледники и др.), а на каждого жителя Земли приходится ежегодно более 20 т искусственно перемещаемых почв и горных пород.

В настоящее время за один год человечество производит около 100 млн. т химических удобрений и свыше 2 млн. тонн различных ядохимикатов. В атмосферу Земли выбрасывается каждый год более 200 млн. т углекислого газа, около 150 млн. т двуокиси серы и около 50 млн. т окислов азота. Вся мировая промышленность сбрасывает неочищенных вод в объеме более 30 млрд. м куб. и выбрасывает ядовитых газов около 70 млн. т.

Благодаря деятельности человека в земные сферы включаются искусственные химические соединения, чуждые природе, очень медленно разрушаемые живыми организмами и абиотическими агентами и остающиеся вне естественного обмена веществ. Ряд химических соединений и элементов (например, тяжелые металлы), естественно входящих в природные образования и в естественных условиях обычно рассредоточенных на больших пространствах и в небольших концентрациях, извлекаются из одних геосфер в другие или искусственно концентрируются им. В обоих случаях антропогенные химические вещества накапливаются в биосфере и служат угрозой для жизни.

Развитие общества сопровождалось изъятием у природной среды огромного количества разнообразных ресурсов и только лишь незначительная часть их массы и энергии использовалась целесообразно, а остальное в измененном состоянии хаотически возвращалось в естественную среду, загрязняя ее, оказывая на нес угнетающее воздействие. В современном мире в целом при ежегодной добыче примерно 100 млрд. т всех видов сырья и материалов, включая топливо, руды, строительные материалы, продукты питания и не считая пустой породы, в виде готовой продукции используется около 2- 4%. Остальные 96-98% добываемого сырья и материалов идут в отходы.

В природной среде стал нарушаться сложившийся сбалансированный кругооборот массы и энергии и, как следствие, появились признаки деградации природы. Этот процесс обратной связью отрицательно воздействует на самого человека и его хозяйственную деятельность. Начало сказываться сокращение запасов многих важнейших ресурсов, особенно невозобновляемых - некоторых металлов в недрах, сельскохозяйственных угодий, ряда видов химического сырья, пресной воды и т. д.

Поворотной точкой, событием, положившим начало трансформации массового сознания в отношении энергетической эффективности строительства стал разразившийся в 1970-е годы глобальный энергетический кризис, который в буквальном смысле парализовал мировую экономику, лишив ее основного средства обеспечения экономически эффективной деятельности - дешевой энергии. Известно, что главным способом получения энергии человечество имело сжигание различных видов органического топлива. Когда-то это были дрова и каменный уголь, в 20 веке львиную долю энергии стали получать сжиганием нефти, нефтепродуктов и газа.

Дешевизна и казавшаяся неисчерпаемость запасов новых энергоносителей обусловили весьма расточительный характер их использования, который наиболее ярко проявился в строительстве. "Нефтяная", или "стеклянная", архитектура, возникшая и повсеместно распространившаяся как плод "технической", а затем "технологической" революций, опираясь на "достижения" научно-технического прогресса, решала, преимущественно, злободневные социально-политические и эстетические задачи, практически игнорируя природно-климатические условия строительства и особенности эксплуатации зданий и сооружений. Такое положение вещей во многом определило тот факт, что расходы энергоресурсов на строительство и эксплуатацию зданий и сооружений (без учета производственных затрат) в 1970-е стали составлять около половины общих энергозатрат в большинстве развитых стран мира: в США, Германии, Нидерландах - 39%, Канаде - 40%, СССР - 42%, Ирландии - 46%, Великобритании - 48%, Дании - 50%. Причем более 90% этих объемов приходится, по данным ЕЭК (Европейской Экономической Комиссии), непосредственно на эксплуатацию зданий и сооружений. Кроме того, ежегодное сжигание около 2 млрд. т. условного топлива (в основном, нефти и нефтепродуктов) для строительно-эксплуатационных нужд вносили весьма ощутимый "вклад" в ухудшение состояния атмосферы, стимулируя, как показывают исследования, заметное усиление "парникового эффекта" в масштабах планеты, определяемого запыленностью воздуха и содержанием в нем углекислых соединений

Постепенное, но неуклонное истощение разведанных месторождений традиционных энергоносителей требовало освоения новых, расположенных преимущественно в регионах с суровым климатом, что оборачивалось увеличением удельных затрат на прирост добычи топлива более чем в 3 раза. В силу этих обстоятельств значительное повышение мировых цен на традиционные энергоносители, произошедшее в конце 1970-х годов, поставило под вопрос целесообразность строительства вообще: затраты на содержание зданий стали превышать доходы от их использования. С другой стороны, глобальный рост цен на все группы товаров мирового рынка вследствие значительного удорожания энергии вызвал ощутимое снижение уровня благосостояния основной массы населения, требовал существенного снижения нормы прибыли, и как следствие, приостановки модернизации производств. Сложившаяся реальная угроза массовых банкротств предприятий и неизбежных социальных потрясений, отягченность экономик развитых стран чрезмерными военными расходами вследствие усиления политической напряженности, реальная угроза глобальной экологической катастрофы на планете поставили, наконец, человечество перед необходимостью кардинального изменения социально-экономической политики, как внутригосударственной, так и международной, прежде всего, в вопросах производства и потребления энергии, а также капитального строительства.

Принципиальным сдвигом в этом направлении стала произошедшая во многих странах смена базовых критериев, определяющих экономическую эффективность строительства: если раньше ими традиционно были значения сметной стоимости строительства и сроков окупаемости капиталовложений, то сегодня они отступают на второй план - решающее значение приобретают показатели эксплуатационных затрат: существенное снижение доходности строительной деятельности потребовало тщательного анализа возможностей обеспечения необходимой нормы прибыли. Это обстоятельство предопределило тот факт, что усилия всех участников архитектурно-строительного процесса (заказчиков, проектировщиков, строителей, производителей строительных материалов, конструкций и систем инженерного обеспечения) концентрируются сегодня на вопросах энергетической эффективности строящихся и реконструируемых объектов. При этом снижение энергопотребления зданиями и сооружениями решает не только экономические, но, косвенно, и экологические задачи, т.к. ведет к сокращению расхода исчерпаемых и промышленно ценных топливных ресурсов (в России до 70% всей энергии производится на ТЭС посредством сжигания газа, нефти и нефтепродуктов), а следовательно, и к сокращению объемов загрязняющих воздушные бассейны выбросов (ежегодно в результате сжигания топлива в атмосферу планеты поступает более 1.2 млрд.т различных, в т.ч. и токсичных, химических веществ, что на 200 млн. т больше объемов выбросов от промышленных производств).

Очевидно, что эффективность и жизнеспособность строительного сектора экономики любого государства непосредственно определяется состоянием энергетической отрасли, поэтому в современных кризисных условиях вопросы развития энергетики приобретают первостепенное стратегическое значение в определении направленности архитектурно-строительного процесса, государственной и частнопредпринимательской строительной и финансовой политики. В этом плане предельную озабоченность эксплуатационными качествами проектов и построек можно объяснить малоутешительными данными научных исследований по вопросам энергообеспечения, которые проводились практически во всех развитых странах мира под эгидой самых разных, в т.ч. и международных, организаций, и дали, в целом, следующие результаты:

энергетические ресурсы планеты можно оценить сегодня следующим образом (в трлн. т. условного топлива):

горючие ископаемые - 11.0;
радиоактивные ископаемые - 8.0;
дейтерий (сырье для термоядерного синтеза) - 75.0х10 ⁹;
солнечная энергия - 9.0х10 ²;
энергия ветра - 2.0;
энергия воды - 0.7;
другие источники - 8.0х10 ⁴;

рост цен на традиционные энергоносители (нефть и газ);
учитывая рост потребностей в нефти и газе многих производственных технологий (прежде всего, быстро развивающейся химической промышленности), использование нефти, нефтепродуктов, а в скором будущем и газа в качестве топлива следует признать бесперспективным;
развитие энергетики на базе угля и кокса сопряжено с неизбежным ухудшением экологической обстановки, т.к. безвредные технологии в данной области требуют чрезмерно больших капиталовложений;
развитие гидроэнергетики будет иметь крайне ограниченные масштабы в силу сложности экологических проблем, возникающих при устройстве ГЭС;
развитие атомной энергетики требует значительных трудовых, материальных затрат и сопряжено с повышенным риском возникновения аварий континентального масштаба (аналогичных Чернобыльской), что предполагает целесообразность постепенного свертывания АЭС вплоть до полного отказа от их использования в энергетике;
выработку электроэнергии за счет традиционных методов сжигания топлива следует признать бесперспективным вследствие высокой ресурсоемкости данного способа производства;
необходим и неизбежен форсированный переход на широкое использование альтернативных возобновляемых источников энергии: солнца, ветра, грунта, водоемов, биомассы и др. (так, в США к 2000 году предполагалось довести долю солнечной энергии в общем энергобалансе страны до 30%, а в Японии - до 70%);
жизненно необходимы усиленные научные и инженерно-технические разработки в области альтернативной энергетики, наращивание масштабов их внедрения во все сферы жизнедеятельности, т.к. сегодня переориентация энергетики на преобладающее использование возобновляемых источников невозможна в силу низкой экономической эффективности имеющихся технологий: высокой стоимости при небольшом к.п.д.;
основным источником энергии на ближайшую перспективу станет ее экономия: затраты на экономию 1 т. условного топлива в настоящее время в 2-3 раза меньше затрат на добычу эквивалентного количества дополнительного топлива.

Международный опыт показывает, что направление вырученных средств на технологические разработки в области энергосбережения, выплату льготных кредитов населению для проведения мероприятий по снижению энергопотребления и т.п. дает возможность существенного и безболезненного сокращения энергозатрат, повышения эффективности и одновременно удешевления технологий по использованию альтернативных источников энергии.

В этом ключе показателен опыт Дании. По данным ученых из Horsens Polytechnic University общая картина динамики энергопотребления на отопительные нужды в Дании выглядит следующим образом:

Таблица 1.

Энергопотребление для отопления и отапливаемая площадь

Годы	1972	1976	1980	1984	1990
Энергопотребление, PJ	320	290	260	230	220
Отапливаемая площадь, млн.м²	250	280	305	320	345

При этом масштабы использования различных типов топлива также менялись:

Таблица 2.

Общий объем электропотребления по разным типам топлива

типы топлива / годы	1972	1976	1980	1984	1990
нефть	760	670	550	430	360
уголь и кокс	50	110	240	300	325
природный газ	-	-	-	5	90
альтернативные источники	15	15	20	30	50

Пути повышения энергоффективности зданий

Как показывают результаты прогнозирования энергетических перспектив развития общества, наиболее выигрышны сегодня два пути повышения энергоэффективности объектов строительства:

1. экономией энергии (снижением энергопотребления и энергопотерь, в т.ч. утилизацией энергетически ценных отходов);

2. привлечением возобновляемых природных источников энергии.

Мероприятия, соответствующие преимущественной ориентации на один из этих путей, имеют принципиальные отличия и позволяют выделить два класса энергоэффективных зданий - использующих и не использующих энергию природной среды.

Энергоэкономичные здания - не используют энергию природной среды (т.е. альтернативных источников) и обеспечивают снижение энергопотребления, большей частью, за счет усовершенствования систем их инженерного обеспечения (как наиболее "энергоемких" составляющих энергетического "каркаса" здания), конструктивных элементов, определяющих характер и интенсивность энергообмена с внешней средой (наружных ограждений, окон и т.п.), а также оптимизации архитектурных решений, направленной на сокращение энергопотерь (повышение компактности объемов, сокращение площади остекления, использование градостроительных приемов и архитектурных форм, нивелирующих отрицательные воздействия природно-антропогенных факторов внешней среды - ветра, солнца и т.п.).

Энергоактивные здания - ориентированы на эффективное использование энергетического потенциала внешней среды (природно-климатических факторов внешней среды) в целях частичного или полного (автономного) энергообеспечения посредством комплекса мероприятий, основанных на применении объемно-планировочных, ландшафтно-градостроительных, инженерно-технических, конструктивных средств, которые предполагают ориентированность пространств, архитектурных форм и технических систем на энергетические источники внешней среды (солнце, ветер, грунт и др.)

Энергосберегающие здания

Здания с максимальным использованием выделяемой внутри них тепловой энергии и максимальной защитой от потерь тепла через наружные поверхности и вентиляцию называются энергосберегающими, или энергоэкономичными. Энергосберегающие здания проектируют с учетом экономии энергии и создания комфортной внутренней среды. В этих зданиях стремятся использовать технологии отопления, вентиляции, освещения, водоснабжения, канализации с минимальными затратами энергии на их функционирование.

Для этого применяют возобновимые источники энергии (солнечную и ветровую энергию и т.п.) и наряду с этим обращают внимание на сокращение потерь тепла, повышение сопротивления теплопередачи наружу здания, что в комплексе с учетом местных климатических условий позволяет обеспечить хорошие условия регулирования теплообмена в здании и снизить энергозатраты.

В этих зданиях необходимо сведение до минимума теплопередачи наружу здания; обеспечение в зимнее время поступления солнечной энергии через окна и оранжереи на южной стороне, снижение утечки воздуха и сокращение инфильтрации его через щели, стыки; в летнее время — обеспечение естественной вентиляции проветриванием и т.д.; обеспечение охлаждения — радиационного и путем испарения, например при орошении кровли; снижение поступления солнечной энергии экранированием. Для экономии энергии используют следующие мероприятия:

объемно-планировочные решения, облегчающие экономию энергии;
использование эффективной дополнительной теплоизоляции наружных стен в целях снижения передачи теплоты наружу здания;
применение энергосберегающих окон, форточек, жалюзи;
устройство снаружи здания светопрозрачной теплицы, зимнего сада;
обваловка части здания грунтом, кровля-газон, кровля —зимний сад;
герметичная заделка всех стыков и щелей, исключение утечек теплоты;
улучшение ввода дневного света в здание с помощью зеркальных жалюзи (полок) в целях сокращения затрат на искусственное освещение;
ввод свежего воздуха в здание с помощью новых дефлекторов типа «капюшон» и ветроколес, не требующих подвода электроэнергии;
утилизация тепла из удаляемого из здания теплого воздуха для подогрева наружного холодного воздуха с помощью специальных теплообменников, устанавливаемых в окнах или рядом с ними; утилизация тепла удаляемых теплых стоков из кухни и ванной;
устройство окон только с одной или двух (смежных) сторон здания для исключения сквозного проветривания;
утилизация теплоты от внутренних источников (бытовые приборы, люди, теплая вода после употребления и т.п.) с помощью тепловых насосов;
пассивные системы утилизации солнечной энергии, не требующие затрат электроэнергии; уменьшение оконных проемов с северной стороны;
оконные стекла с энергетически эффективными покрытиями (с пассивными или управляемыми смарт-покрытиями, позволяющими на 30...50 % снизить теплопотери зимой и уменьшить поток тепла в здание летом);
динамическая теплоизоляция наружных стен с воздушными каналами, сквозь которые проходит воздух, нагревается и отапливает помещение.

Перспективны светопрозрачная и вакуумная теплоизоляция; применение в системах пассивного отопления стекол, пропускающих солнечную радиацию в наиболее энергоемкой части спектра; использование селективных светопоглощающих покрытий; применение системы автоматики, согласующей энергосбережение с температурными режимами снаружи и внутри здания. В энергоэкономичном здании можно применить многие эффективные решения.

Таблица 3.

Различные методы экономии энергии

Параметры	Проектное решение
Сохранение энергии путем использования проектных решений
План и форма здания	Окна, ориентированные на юг, минимум проемов с севера
Сокращение нагрузки	Тепловая изоляция. Воздухонепроницаемость. Солнечное затенение
Использование солнечной радиации	Окна на юг, ориентация к югу. Использование тепловой массы
Солнечное затенение	Карнизы, жалюзи, высокоотражающий цвет на стенах и крышах, озеленение, предотвращение отраженной солнечной радиации
Проветривание и вентиляция	Регулирование проемов для естественной вентиляции, вентиляция ночью
Дневное освещение	Размещение окон
Сохранение энергии путем улучшения эффективности технологий
Нагрев и охлаждение	Усовершенствование эффективности оборудования, изоляция горячих трубопроводов, лучшее расположение нагревающих и охлаждающих устройств
Горячее водоснабжение	Использование солнечного нагрева, отходов тепла, изоляция трубопроводов и ванны
Вентиляция	Вентиляция в соответствии с проектом, восстановление сбросного тепла в теплообменнике, использование геотермального эффекта с охлаждающей трубой
Электроснабжение	Солнечная энергия, сокращение потребления мощности
Сохранение энергии путем усовершенствования образа жизни
Обслуживание	Чистящие вентиляторы, фильтры в кондиционере, более высокая обменная температура
Открывание проемов	Естественная вентиляция, своевременное открывание окон, занавесок, ставни и т.д.
Регулирование внутренней температуры	Приспособление температуры нагревателя и холодильника
Прекращение подачи электроэнергии	Отключение освещения или электрических приборов, когда они не используются
Использование ненужной высокой температуры	Повторное использование теплой воды в ванне. Принятие ванны без изменения горячей воды

Экономию энергии начинают с назначения объемно-планировочных решений, направленных на максимальное снижение потерь теплоты через ограждающие конструкции: окна в доме лучше всего расположить с одной (двух) солнечных сторон; здание в плане должно иметь простую форму, а площадь окон должна быть минимально необходима для освещения; здания — не протяженные в плане; при возможности рекомендуется обваловка наружных стен с северной стороны.

Для зданий в 1 — 2 этажа целесообразно устройство светопрозрачных оранжерей, зимних садов, теплиц с южной стороны на всю высоту стены. Желательно не допускать сквозного проветривания через дверные и оконные проемы, устраивая теплые глухие стены, главным образом, с северной стороны. Эти мероприятия требуют высококачественных конструкций стен, перекрытий, высококачественных окон и дверей, а также высокого качества работ при строительстве. Наиболее простой метод теплосбережения — устройство дополнительной теплоизоляции снаружи или внутри здания. Наружная теплоизоляция эффективнее, поскольку более благоприятны температурно-влажностные условия материала стены: меньше температурный перепад в ней и более долговечен материал стен, энергосберегающая реконструкция возможна без выселения жителей, сохраняется площадь внутренних помещений, декоративные панели изоляции или новая высококачественная штукатурка значительно улучшают внешний облик здания, возможно совмещение этой системы с пассивной системой утилизации солнечной энергии.

Для теплоизоляции применяют готовые панели из искусственного (пенополистирол, пенополиуретан, пенополивинилхлорид, легкие бетоны и т.д.) или естественного (древесноволокнистые плиты, войлок, пробка, минеральная вата и т.д.) материалов, используют последующее оштукатуривание утеплителя по синтетической сетке. Панели крепят на специальных анкерах или на клею к стене, или же на небольшом относе с воздушной прослойкой. Иногда облицовочные теплоизоляционные панели сразу имеют наружную поверхность, не требующую дополнительной отделки; при мягком рулонном утеплителе или плитах, не имеющих высококачественного наружного слоя, применяют декоративные плиты из металла, пластмасс, цемента и т.п. Облицовка может быть полосовой или плитной, мелкоштучной или крупноразмерной (высотой на этаж, шириной до 1 м, толщиной 6...12 мм, площадью до 3 м²), вентилируемой, паропроницаемой или паронепроницаемой. Можно совместить теплоизоляцию и облицовку путем изготовления панелей со слоем теплоизоляции. Такие панели могут быть наружной несъемной опалубкой при бетонировании монолитных стен. В последние годы появились легкие панели, в которые при изготовлении вводится минеральный краситель или крошка, что обеспечивает долговечность и привлекательный внешний вид. Так, финские цементноволокнистые фасадные плиты «Минерит» имеют толщину 6...8 мм при высоте до 3050 мм и ширине 1200 мм, вес таких плит — около 10...14 кг/м² — позволяет вести их монтаж вручную. Можно нанести теплоизоляционную штукатурку, состоящую из легкого заполнителя (гранулы пенополистирола, пеностекла, перлита, вермикулита и т.п.), вяжущего, минеральных цветных наполнителей и добавок.

Сбережение ресурсов при эксплуатации зданий. Энергосберегающие и энергоактивные здания 📙 Реферат → 🆔 245934