1 альтернативные виды топлива

ЭЛЕКТРОННАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ
БАЗА ПО ВОПРОСАМ ЭНЕРГОСБРЕЖЕНИЯ,
ИНВЕСТИЦИОННЫХ И ИННОВАЦИОННЫХ
ПРОЕКТОВ
СОДЕРЖАНИЕ
АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ВИДЫ ТОПЛИВА ............................................................................... 6
1.1.
Аквазин .............................................................................................................................. 6
1.2.
Биометан из биогаза ......................................................................................................... 6
1.3.
"Бактериальное" биотопливо…………………………………………………………...7
1.4.
Водород из солнечной энергии и воды .......................................................................... 7
1.5.
Водород полученный с помощью фотокатализа .......................................................... 7
1.6.
Получение водорода из растений ................................................................................... 8
1.7.
Водоугольное топливо ..................................................................................................... 8
1.8.
Дизельное топливо из переработанного мусора .......................................................... 10
1.9.
Диметиловый эфир ......................................................................................................... 10
1.10. Кулоновская энергосберегающая силовая униполярная энергетика ........................ 11
1.11. Метановые дамбы ........................................................................................................... 11
1.12. Сажа как источник энергии ........................................................................................... 11
1.13. Топливо из водяного пара.............................................................................................. 12
1.14. Топливо из пластиковых отходов ................................................................................. 12
1.15. Экономайзеры ................................................................................................................. 12
1.16. Электричество из энергии падающих капель .............................................................. 12
1.17. Энергетические плантации ............................................................................................ 13
2. ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ ............................................................................. 14
1.
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
2.8.
2.9.
2.10.
2.11.
2.12.
2.13.
2.14.
2.15.
2.16.
2.17.
2.18.
Аэрогель для теплоизоляции ........................................................................................ 14
Аэрогель при изготовлении одежды............................................................................. 14
Базальтовый утеплитель ................................................................................................ 14
Биополимер для охлаждения и теплоизоляции ........................................................... 15
Вспененные полимеры для теплоизоляции ................................................................. 15
Вспученный вермикулит................................................................................................ 16
Газонаполненный пенополиэтилен............................................................................... 17
Геокар – земляной утеплитель ...................................................................................... 17
Гибкие связи из базальтопластика ................................................................................ 18
Инфракрасная пленка для теплых полов, стен и крыш .............................................. 19
Керамзит .......................................................................................................................... 20
Минеральная вата ........................................................................................................... 20
Пенополистирол ............................................................................................................. 20
Пеностекло ...................................................................................................................... 21
Перлит ............................................................................................................................. 22
Подпольное отопление................................................................................................... 22
Солома ............................................................................................................................. 23
Стекловата ....................................................................................................................... 24
1
2.19. Стена-обогреватель ........................................................................................................ 24
2.20. Стеклянные кровли ........................................................................................................ 25
2.21. Сэндвич-панели - технология в строительстве коттеджей......................................... 26
2.22. Термодревесина .............................................................................................................. 27
2.23. Теплоизоляционные панели .......................................................................................... 28
2.24. Токопроводящие смазки ................................................................................................ 28
2.25. Фенолрезольный пенопласт .......................................................................................... 29
2.26. Черепица-хамелеон ........................................................................................................ 29
2.27. Эковата ............................................................................................................................ 30
2.28. Экструзионный пенополистирол .................................................................................. 31
2.29. Термоэлектрический материал ………………………………………………………32
2.30. ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ОКОН И ДВЕРЕЙ ........................ 32
2.30.1. Вилатерм........................................................................................................................ 32
2.30.2. Карусельные или револьверные двери ....................................................................... 33
2.30.3. Рафшторы ...................................................................................................................... 34
2.30.4. Роллеты на окнах .......................................................................................................... 34
2.30.5. Солнечные микробатареи для энергетических окон................................................. 34
2.30.6. Теплоизоляция окон ..................................................................................................... 34
2.30.7. Уплотнители для окон и дверей: шведская технология ........................................... 35
2.30.8. Утепления оконных систем ......................................................................................... 35
2.30.9. Фотоэлементы для окон-энергогенераторов.............................................................. 36
2.30.10. Электрохромные окна ................................................................................................ 36
2.31. ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУБОПРОВОДОВ ..................... 37
2.31.1. Антикоррозионные составы для повышения надежности трубопроводов............. 37
2.31.2. Асбестоцементные трубы в теплоснабжении ............................................................ 37
2.31.3. Бесканальные теплотрассы .......................................................................................... 38
2.31.4. Греющие кабели ........................................................................................................... 38
2.31.5. Материалы для изоляции трубопроводов .................................................................. 40
2.31.6. Металлопластиковая труба или труба из полипропилена ........................................ 42
2.31.7. Съемные панели для теплоизоляции клапанов и фитингов ..................................... 42
2.31.8. Трубы в системах водоснабжения и отопления ........................................................ 43
3. ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ ....................................................................... 46
3.1.
Автомобиль на воздухе .................................................................................................. 46
3.2.
Автомобиль на пару ....................................................................................................... 46
3.3.
БЫТОВЫЕ ПРИБОРЫ................................................................................................... 46
3.3.1. Кондиционеры ................................................................................................................ 46
3.3.2. Печь на солнечной энергии ........................................................................................... 47
3.3.3. Светодиоды в мониторах и телевизорах ...................................................................... 47
3.3.4. Солнечная батарея для зарядки ноутбука .................................................................... 47
3.3.5. Фотоаппарат на солнечных батареях ........................................................................... 48
3.3.6. Экономия электроэнергии при зарядке телефона ....................................................... 48
3.4. Генератор энергии, использующий трибоэлектрический эффект ................................ 48
3.5. Инновационная система, использующая морские водоросли ...................................... 48
3.6. «Шерстяное» стекло для производства окон и солнечных батарей ............................. 50
3.7. МАЛАЯ ЭНЕРГЕТИКА (ГЕНЕРАЦИЯ) .......................................................................... 50
3.7.1. Автоматизированная когенерационная автономная система энергоснабжения ...... 50
3.7.2. Ветроустановка быстрой сборки................................................................................... 50
3.7.3. Водяной насос на солнечных батареях ........................................................................ 51
3.7.4. Воздушный змей, генерирующий энергию.................................................................. 51
3.7.5. Дороги, производящие электричество.......................................................................... 51
2
3.7.6. Зарядное устройство для мобильного телефона на основе воздушно-алюминиевых
топливных элементов ............................................................................................................... 52
3.7.7. Интеллектуальная ветроустановка ............................................................................... 52
3.7.8. Осмотическая электростанция ...................................................................................... 53
3.7.9. Солнечные панели вдоль шоссе .................................................................................... 53
3.7.10. Тригенерация: тепло, электричество и холод от одного энергогенератора ........... 54
3.7.11. Энергия толпы .............................................................................................................. 55
3.7.12. Электростанция под облаками .................................................................................... 55
3.7.13. Энергетический браслет Dyson ................................................................................... 56
3.8. ОТОПЛЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ........................................ 56
3.8.1. Антиобледенительные системы .................................................................................... 56
3.8.2. Балансировочные клапаны ............................................................................................ 57
3.8.3. Вентиляция ...................................................................................................................... 58
3.8.4. Вихревой теплогенератор .............................................................................................. 58
3.8.5. Газовые инфракрасные обогреватели ........................................................................... 59
3.8.6. Газовые теплогенераторы .............................................................................................. 59
3.8.7. Газовая турбина………………………………………………………………………...60
3.8.8. Индивидуальный тепловой пункт ................................................................................. 61
3.8.9. Кондиционирование помещений с помощью льда, созданного ветром ................... 61
3.8.10. Кондиционер на солнечной энергии........................................................................... 61
3.8.11. Косвенно-испарительное охлаждение ........................................................................ 61
3.8.12. Котлы на биомассе ....................................................................................................... 62
3.8.13. Краска для стен, заменяющая кондиционер, и обогреватель................................... 62
3.8.14. Печка, производящая электричество .......................................................................... 63
3.8.15. Полиэтиленовые радиаторы ........................................................................................ 63
3.8.16. Приточно-вытяжные системы с рекуперацией тепла ............................................... 64
3.8.17. Солнечные окна - источник тепла .............................................................................. 64
3.8.18. Тепловые завесы ........................................................................................................... 64
3.8.19. Тепловые пушки ........................................................................................................... 65
3.8.20. Теплонакопители .......................................................................................................... 65
3.8.21. Термомайзеры ............................................................................................................... 66
3.8.22. Терморегуляторы или радиаторные термостаты....................................................... 67
3.8.23. Утилизация сбросного тепла вытяжного воздуха ..................................................... 68
3.8.24. Электрический водяной пол ........................................................................................ 68
3.8.25. Электродные котлы в автономной системе отопления ............................................ 68
3.8.26. Система пассивного охлаждения .............................................................................. 689
3.9. ОФИСНАЯ ТЕХНИКА ....................................................................................................... 70
3.9.1. Батарея для ноутбука ..................................................................................................... 70
3.9.2. bluetooth технология ....................................................................................................... 70
3.9.3. Дисплеи с электроувлажнением.................................................................................... 71
3.9.4. Дисплеи электрофлюидные ........................................................................................... 71
3.9.5. Мониторы с нулевым потреблением энергии ............................................................. 71
3.9.6. Мышь, которая питается кинетической энергией ....................................................... 72
3.10. ПРИБОРЫ ОСВЕЩЕНИЯ ................................................................................................ 72
3.10.1. Дороги из солнечного кирпича ................................................................................... 72
3.10.2. Интеллектуальные системы уличного освещения .................................................... 72
3.10.3. Инфракрасные датчики движения и присутствия ..................................................... 73
3.10.4. Комбинированное освещение в квартире .................................................................. 75
3.10.5. Металлогалогенные светильники ............................................................................... 76
3
3.10.6. Освещения помещений дневным светом ................................................................... 76
3.10.7. Освещение помещений с высотой потолков свыше 6 метров ................................. 77
3.10.8. Освещение улиц мусором ............................................................................................ 79
3.10.9. Регулируемый светодиодный многолучевой светильник ........................................ 80
3.10.10. Самозаряжающийся фонарик .................................................................................... 81
3.10.11. Световые фонари в системах естественного освещения ........................................ 81
3.10.12. Светодиоды в архитектурной подсветке зданий ..................................................... 81
3.10.13. Сверхъяркий чип ........................................................................................................ 83
3.10.14. Светорегуляторы ........................................................................................................ 83
3.10.15. Система "искусственного естественного освещения" ............................................ 83
3.10.16. Солнечный шар для уличного освещения................................................................ 84
3.10.17. "Солнечные" окна для крыш ..................................................................................... 84
3.10.18. Фонарь с батареей воздушно-алюминиевых топливных элементов и
криптоновым источником света.............................................................................................. 85
3.10.19. Фотосинтезирующая лампа ....................................................................................... 85
3.10.20. Получение энергии с помощью фотосинтеза .......................................................... 85
3.10.21. Электролюминесцентные источники света ............................................................. 86
3.11. ПРИБОРЫ УЧЕТА ............................................................................................................ 87
3.11.1. Умный счетчик ............................................................................................................. 87
3.12. ПРОМЫШЛЕННОЕ (СПЕЦИАЛЬНОЕ) ОБОРУДОВАНИЕ ....................................... 88
3.12.1. Биоэнергетические установки ..................................................................................... 88
3.12.2. Воздушная изоляция ограждающих конструкций .................................................... 89
3.12.3. Газопоршневые установки с утилизацией тепловой энергии .................................. 90
3.12.4. Гидродинамический тепловой насос .......................................................................... 91
3.12.5. Гидромагнитные системы ............................................................................................ 91
3.12.6. Квантовые двигатели ................................................................................................... 92
3.12.7. Мусорные контейнеры, работающие на солнечной энергии ................................... 92
3.12.8. Оптимизация расхода пара в деаэраторе .................................................................... 92
3.12.9. Очистители воды на солнечных батареях .................................................................. 93
3.12.10. Паровая винтовая машина ......................................................................................... 94
3.12.11. Пьезоэлектрический преобразователь ...................................................................... 94
3.12.12. Рекуперативные и регенеративные горелки ............................................................ 95
3.12.13. Система предотвращения протечек воды ................................................................ 95
3.12.14. Суперкомпьютер, работающий на горячей воде ..................................................... 96
3.12.15. Техника трафаретной печати для солнечных элементов ........................................ 96
3.12.16. Тригенерационная энерготехнологическая установка ........................................... 97
3.12.17. Устройство для преобразования и накопления солнечной энергии ...................... 97
3.12.18. Электроприводы для оптимизации расхода энергии .............................................. 98
3.12.19. Электростанция на плаву ........................................................................................... 98
3.12.20. Энергия из очистных сооружений ............................................................................ 99
3.12.21. Энергосберегающий водоструйный элеватор ......................................................... 99
3.13 САНТЕХНИКА ................................................................................................................. 100
3.13.1 Новая конструкция душа сократит использование воды на 50%.............................. 100
3.13.2. Полимер, вырабатывающий электроэнергию.......................................................... 101
3.13.3. Вакуумная канализация снижает потребление воды .............................................. 101
3.13.4. Водосберегающие насадки для душа ....................................................................... 103
3.13.5. Помощник в экономии воды ..................................................................................... 103
3.13.6. Системы водоснабжения и канализации малоэтажных зданий ............................. 103
3.13.7. Смеситель с водоэкономной насадкой ..................................................................... 104
3.13.8. Унитаз, который генерирует электроэнергию ......................................................... 105
4
3.13.9. Унитаз, экономящий воду ......................................................................................... 105
3.13.10. Экономная стиральная машина ............................................................................... 106
3.14Лазерный электрогенератор ............................................................................................. 106
3.15 Тепловое зеркало .............................................................................................................. 106
3.16 Энергетический потенциал тепла, накапливаемого в асфальтовом покрытии .......... 107
3.17 Электрохимический генератор ........................................................................................ 108
3.18 «Умные» резетки контролдируют расход электроенергии .......................................... 108
5
1 АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ВИДЫ ТОПЛИВА
Аквазин
Высокооктановое топливо получается путем смешивания воды с продуктами нефтепереработки либо с природным или попутным газом при помощи эмульгатора. Этот третий
компонент не даёт расслаиваться водно-бензиновой смеси. Аквазин служит прекрасным заменителем различных марок бензина, авиакеросина, дизельного топлива. Его несомненные
преимущества перед традиционными видами топлива – пониженное содержание вредных
веществ и отсутствие соединений свинца в отработанных газах. Так, например, в них в 35 раз
меньше окиси углерода, а количество окислов азота уменьшается на 25 – 30%.
1.1
Биометан из биогаза
Разрабатываются эффективные технологии переработки биогаза в биометан, который
по кондиции будет соответствовать требованиям к природному газу, с целью утилизации его
как универсального топлива в автономных энергогенерирующих установках, распределения
через транспортные сети и использования на транспорте, а также производства СО2.
Для эффективного использования биогаза в качестве топлива необходимо выполнить
ряд требований по устройству свалок с момента их закладки. Заранее могут быть установлены газоотводящие перфорированные продукционные пластиковые трубы или, что хуже, после засыпки свалки необходимо бурить скважины и монтировать газосборные трубопроводы
и коллекторы. Зона действия скважины находится на расстоянии примерно 20-30 м. Считается эффективным обустройство полигонов объемом около 1 млн.т. отходов и больше.
Полигоны ТБО обустраиваются в соответствии с нормативными требованиями. На
начальном этапе в котлованы (впадины) укладывается слой глины или полимерная пленка
для предотвращения попадания жидкого фильтрата в почву. Бытовые отходы вносятся в котлован порциями в специальные ячейки высотой 2-4 м и изолируются от последующих ячеек
глиной. После заполнения котлована верхний слой закрывается глиной или пленкой, засыпается землей и засевается травой.
По теплотворной способности 1 м3 биогаза эквивалентен 0,7 м3 природного газа, 0,643 л
или 0,566 кг дизельного топлива, 0,856 кг условного топлива.
Для подачи в газопровод биогаз необходимо очистить от диоксида углерода и осушить.
Биогаз можно добавлять в природный газ из магистрального газопровода без подготовки. Для
заправки автотранспорта биогаз нужно очистить от СО2. Блок очистки включает абсорбер
диаметром 500 мм и высотой 3м, десорбер, нагреватель (130ºС), насос и др.
По результатам исследований Институтом газа разработана топливная и регулирующая
аппаратура для конверьации поршневых электрогенераторов на использование биогаза в качестве моторного топлива. Генераторы введены в эксплуатацию на свалках ТБО некоторых
городов Украины.
Преимущества технологий переработки биомассы в биогаз:
1. Топливная энергия биогаза достигает 60-90% от потенциала биомассы.
2. В процессах анаэробной переработки биомассы получают дополнительный товар –
органические удобрения.
3. Уменьшается эмиссия в окружающую среду парниковых газов.
4. Уменьшается ароматность газов на 80% в сравнении с выбросами из хранилищ,
где идет естественная бактериальная переработка органического сырья в жирные кислоты и
дальше в метан и диоксид углерода.
5. Возможность использования биогаза как топлива в тепловых установках, которые
работают на природном газе.
1.2
6
Недостатки биогаза:
1. В сравнении с природным газом низшая на 40-60% теплотворная способность, что
требует доработки топливной аппаратуры тепловых агрегатов, которые работают на природном газе.
2. Электрогенерирующие установки с прямым сжиганием биогаза нуждаются в
устройствах стабилизации покомпонентного состава биогаза и теряют мощность.
3. Эффективное использование биогаза требует присутствия постоянных автономных
потребителей в объемах его генерации, что из-за сезонной и суточной неравномерности потребления энергии осуществить практически невозможно. Нужно дополнительно создавать
накопители-газгольдеры или сжигать биогаз на факеле.
"Бактериальное" биотопливо
Исследователи Министерства энергетики США и Института биоэнергетики разработали новый тип биотоплива, которое является идентичным дизельному горючему, сообщает
Amic.
Команда генных инженеров JBEI разработала штаммы бактерий и дрожжей, способных производить бисаболен- органическое вещество, относящееся к роду терпенов (класс углеводородов), который используется в парфюмерии и для производства различных ароматизаторов. Испытания показали, что бисаболен может стать альтернативным сырьем для биосинтеза дизельного топлива.
Биотопливо, полученное на основе использования данного вещества, обладает свойствами, практически идентичными дизельному топливу D2, но его структура гораздо устойчивее к низким температурам.
В отличие от этанола, который может использоваться только как добавка в бензин, новое топливо можно сразу заливать в любых количествах в баки тяжелой техники с дизельными моторами и в баки реактивных самолетов. Кроме этого, "бактериальное" биотопливо на
основе бисаболена менее агрессивно по отношению к трубопроводам и цистернам.
1.3
Водород из солнечной энергии и воды
Процесс основан на применении простого и недорогого пламенно – аэрозольного реактора, состоящего из четырех расходометров, контролирующих газовые потоки, стандартного питателя для подачи прекурсоров, металлической трубы, используемой в качестве горелки,
и водоохлаждаемого подложкодержателя.
Технология предполагает использование методов синтеза наноструктурных пленок с
улучшенными оптоэлектронными свойствами. Один из таких методов предполагает создание
компактной трехслойной структуры из полупроводниковых пленок в нанометровом диапазоне и является более простым, эффективным и стабильным, чем существующие многошаговые методы, требующие от нескольких часов до целого дня. Поместив эти пленки в воду,
они вызывают реакцию расщепления воды на водород и кислород. С этой целью можно использовать любые оксидные материалы, например, наноструктурированные диоксид титана,
оксид вольфрама и оксид железа, собранные в виде очень компактной трехслойной структуры. Процесс является прямым и занимает всего несколько минут. Что еще важнее, его можно
использовать в более крупных масштабах для очень экономичного получения более крупных
структур при атмосферном давлении.
1.4
Водород с помощью фотокатализа
Использование солнечной энергии для получения водорода в скором времени может
стать эффективным технологическим процессом. Использование в качестве фотокатализатора дисилицида титана. Соединение использует солнечное излучение оригинальным образом.
1.5
7
Сначала на поверхности дисилицида образуются каталитически активные комплексы, сформированные из промежуточных форм кислорода. Процесс фотокаталитического разложения
воды идет с большей эффективностью, чем у всех других известных фотокатализаторов. Но у
дисилицида титана есть и другое уникальное свойство – он способен поглощать образующийся водород.
Дисилицид титана как средство хранения водорода уступает другим материалам (по
объему хранения на единицу массы), но у него есть явное преимущество – этот вариант очень
прост с точки зрения практической реализации, и к тому же десорбция водорода происходит
при низких температурах, в отличии от большинства других вариантов. Кислород также поглощается, но для его выделения из дисилицида требуется нагрев до температуры выше
1000С и отсутствие солнечного света. Таким образом, обеспечивается не только разложение
воды, но и оригинальный способ сепарации образующихся продуктов – водорода и кислорода.
1.6 Получение водорода из растений
Группой исследователей из Virginia Tech найден перспективный метод извлечения из
биологической массы водорода. Об этом стало известно из соответствующей заметки, появившейся на собственном сайте университета. Основой данного метода служит преобразование ксилозы, которая является одним из самых распространённых среди простых сахаров.
Ксилоза составляет 30 процентов клеточных стенок растений.
Чтобы реализовать этот процесс, учёные синтезировали специальный синтетический
фермент, схожих с которым природа ещё не знала. Данный фермент способен при нагревании
его до температуры всего лишь 50 градусов по Цельсию выдать фантастический объём чистейшего водорода. Это превосходит достижения других методик, используемых в данной
области примерно в 3 раза. Добытый таким способом газ сразу же можно распределять в топливные ячейки для выработки электроэнергии или заправлять ими топливные баллоны для
автомобильной и прочей техники. Используя данную технологию можно извлекать огромное
количество водорода из любых растений. При этом, процесс переработки растительного сырья с помощью этого уникального фермента является экологически безвредным, поскольку
не вызывает образование парниковых газов и не использует тяжёлых металлов или их соединений.
1.7 Водоугольное топливо
Водоугольное топливо является эффективным заменителем газомазутного топлива в
децентрализованных системах производства электричества и тепла.
Водоугольное топливо – это смесь, которая на 60-70% состоит из тонкоизмельченного
угля и на 29-39% - из воды. Еще один процент приходится на пластификаторы, которые не
позволяют суспензии расслаиваться на составляющие компоненты и поддерживают её однородность.
В 1999 г. в Новосибирском государственном техническом университете разработано
водоугольное топливо ИКЖТ (искусственное композитное жидкое топливо), для производства которого использована кавитационная технология обработки угля. Для производства
ИКЖТ используется измельченный до 2,0 мм уголь, который далее доизмельчается в диспергаторе ультратонкого измельчения до состояния со средним размером частиц около 30 микрон. После этого угольный порошок смешивается с водой и технологическими добавками и
поступает в кавиатор, где происходит доработка.
8
Получаемое топливо характеризируется такими показателями: калорийность – до
6000 ккал/кг, зольность – 1,0-1,5%, текучесть 900-1000 спз в диапазоне температур 20-70Сº,
высокая стабильность. Оно характеризуется повышенной реакционной способностью и может храниться без разрушения физико-химической структуры более 12 месяцев. Высокая калорийность водоугольного топлива достигается за счет предварительного обогащения угля,
отмытого во флотационных машинах, с содержанием золы до 2-3% в твердой фазе и высокой
концентрации угля до 70-75%. Повышение динамической устойчивости топлива обеспечивается специальными добавками, создающими электростатический барьер между частицами
твердой фазы, а также использованием ультрадисперсной твердой фазы (менее 1,0 мкм).
Преимущества:
1. Экологические: безопасно для окружающей среды на всех стадиях производства,
транспортирования и использования; в 1,5-3,5 раза снижает вредные выбросы в атмосферу
пыли, оксидов азота, бензапирена, двуокиси серы; обеспечивает эффективное использование
образующейся при сжигании летучей золы.
2. Технологические: подобно жидкому топливу и при переводе теплогенерирующих
установок на сжигание ВУТ не требует существенных изменений в конструкции котлов (агрегатов); возможно сжигание в топках для слоевого сжигания твердого топлива, в камерных
топках для пылеугольного и жидкого топлива, при сжигании в кипящем слое; дает возможность легко механизировать и автоматизировать процессы приема, подачи и сжигания топлива; технология вихревого сжигания при температуре 950-1050ºС гарантирует эффективность
использования топлива свыше 97% (при слоевом сжигании угля данная величина не превышает 60%).
3. Экономические: снижает в 2-3 и более раз стоимость 1 т условного топлива; на 1530% сокращаются эксплуатационные затраты при хранении, транспортировке и сжигании;
обеспечивает снижение в 3 раза капитальных затрат при переводе ТЭЦ и ГРЭС из сжигания
природного газа и мазута на водоугольное топливо; окупаемость затрат при внедрении ВУТ
составляет 1-2,5 года. Главные его достоинства – дешевизна и экологичность. Стоимость
ВУТ, готового для прямого использования, в пересчете на 1 т у.т. ниже стоимости мазута в 24 раза и не превышает 15-20% от цены исходного угля на месте его добычи. Низкая стоимость 1 Гал объясняется тем, что жидкое угольное топливо можно изготовлять из шламов:
отходы угольного производства дешевле, чем сам бурый или каменный уголь.
4. Использование ВУТ пожаро- и взрывобезопасно на всех стадиях: производства,
транспортировки и хранения. Технологии его хранения и транспортировки просты и могут
быть полностью автоматизированы, перекачка может осуществляться по трубопроводам аналогично нефти.
Недостатки:
Суспензия содержит не менее 40% воды, на испарение которой нужно затратить энергию. А еще больших затрат требует процесс получения самой суспензии. Чтобы смолоть 1 т
сухого угля, пригодного для использования ТЭЦ, необходимо затратить 15-20 кВт/ч, аналогичные энергозатраты в процессе приготовления суспензии, предназначенной для транспортировки по трубам, могут превосходить 100кВт/ч на т. Также, при измельчении жидких смесей износ оборудования и затраты на его амортизацию выше, чем при сухом помоле.
Использование ВУТ вместо прямого сжигания угля, газа, мазута требует крупных первоначальных капиталовложений, особенно на первом этапе его промышленного использования.
Экологичность. Степень сгорания этого топлива – 98-99,7%. Топливо сгорает без выбросов с продуктами сгорания монооксида углерода, вторичных углеводородов, сажи и канцерогенных веществ. Уровень вредных выбросов оксидов азота с продуктами сгорания не
превышает 50-60% от допустимого уровня.
9
Экономическая эффективность. Водоугольное топливо является альтернативным видом
топлива. Потенциальными потребителями ВУТ являются коммунальные предприятия и промышленным предприятия. Внедрение новой технологии позволит ежегодно экономить предприятию до 10 млн.м (1000 м газа = 2,2 тонны ВУТ) природного газа, что в условиях постоянного роста цен на природный газ позволит предприятию оставаться рентабельным, а в
масштабах всей страны – обеспечит энергетическую безопасность.
Важнейшим преимуществом водоугольного топлива является то, что его использование
позволяет значительно расширить масштабы и область применения угля. Наиболее широкие
перспективы открываются для использования ВУТ в регионах, удаленных от газо- и нефтепроводов. При переводе на топливо котлов, использующих привозной мазут, достигается
максимальная экономическая эффективность, т.к. не требуется их реконструкция.
Дизельное топливо из переработанного мусора
Область применения: переработка органических и биологических отходов в дизельное
топливо.
Виды отходов для переработки: дерево и производные (бумага, опилки и т.д.); растения и производные, ткани, биоотходы, испорченные продукты, пластмассы всех видов; резины, автопокрышки; отходы животного происхождения, включая сено, солому и стружку;
больничные отходы; отходы растительного происхождения, включая навоз и помет животных; обработанные масла всех видов, смолы, битум, жиры всех видов, воск; отходы нефтегазового комплекса и т.д.
Технологический процесс. Предварительно осушенный исходный материал вступает в
реакцию с катализатором и длинные углеводородные молекулярные цепи при температуре
3900С меняют форму, тем самым преобразую сырье в дизельное топливо. Применение катализатора, созданного на основе глин и минералов, действующего как сильная кислота, одновременно гарантирует высокий выход продукции, высокое качество и позволяет проводить
синтезирование конечного продукта при низких температурах.
Преимущества:
1. Повышение КПД с 20% до 90% с высокорентабельным продуктом на выходе.
2. Понижение рабочих температур с 800-1000 0С до 290-390 0С и как следствие снижение требований пожаро-, взрывоопасности, повышение износостойкости производства и
упрощение конструкции.
3. Уменьшение газовых эмиссий с 40-50% до 4-7%.
4. Уменьшение выброса в атмосферу СО2 более чем на 90%.
5. Компактность установки и возможность ее монтажа в удаленных от коммуникаций
местах площадью не более 120-150 м2.
6. Технологии каталитического синтеза отходов без давления составляет сама установка и формула катализатора и выполняет следующие функции:
а) ионообменные процессы катализатора и сырья приводит к трансформации вредных
галогенов, содержащихся в сырье (особенно хлор), в соли, не требующее специальной утилизации.
б) длинные углеводородные молекулярные цепи сырья под воздействием катализатора
при температуре 390 0С меняют форму (расщепляются, укорачиваются, отсекаются валентные соединения), тем самым проводится процесс преобразования сырья в дизельное топливо.
1.8
Диметиловый эфир
Диметиловый эфир (ДМЭ) — C2H6O. Может производиться как из угля, природного
газа, так и из биомассы. Большое количество диметилового эфира производится из отходов
1.9
10
целлюлозно-бумажного производства. Сжижается при небольшом давлении.
Диметиловый эфир — экологически чистое топливо без содержания серы, содержание
оксидов азота в выхлопных газах на 90 % меньше, чем у бензина. Цетановое число диметилового дизеля более 55, при том, что у классического нефтяного 38-53. Применение диметилового эфира не требует специальных фильтров, но необходима переделка систем питания
(установка газобалонного оборудования, корректировка смесеобразования) и зажигания двигателя. Без переделки возможно применение на автомобилях с LPG-двигателями при 30 %
содержании в топливе.
Теплота сгорания ДМЭ около 30 МДж/кг, у классических нефтяных топлив — около 42
МДж/кг. Одна из особенностей применения ДМЭ — его более высокая окисляющая способность (благодаря содержанию кислорода), чем у классического топлива.
Применение диметилового эфира не требует специальных фильтров, но необходима переделка систем питания (установка газобалонного оборудования, корректировка смесеобразования) и зажигания двигателя. Без переделки возможно применение на автомобилях с LPGдвигателями при 30 % содержании в топливе.
1.10 Кулоновская энергосберегающая силовая униполярная энергетика
С преобразованием потенциальной энергии электрического поля в механическую работу кулоновского перемещения слабопроводящих сред.
Технология основана на силовом Кулоновском взаимодействии внешнего электрического поля с электрическим полем униполярно заряженных сред, например, слабопроводящих жидкостей и позволяет создать высокоэффективные энергосберегающие насосы и гидравлические моторы нового поколения.
1.11 Метановые дамбы
Ученные предлагают возвести стальную мембрану, расположенную под углом ко дну
и не доходящую до поверхности воды. Она направляла бы к турбинам верхний слой воды в
водохранилище, блокируя донные слои, богатым метаном. Расход воды через ГЭС не должен
падать. Для этого специальный насос с водозаборником вблизи дна должен откачивать богатую метаном воду наверх – в специальные плавающие устройства для отделения метана. Оно
представляет собой закрытый в корпусе ротор, который будет разбивать воду на капли. Из
них должен быстро проходить метан. Его будут откачивать в резервуары и, в конечном счете,
сжигать в теплоэлектростанции, которую должны возвести рядом с ТЭС. Освобожденную же
от метана воду выпустят в основной, верхний поток и далее, как обычно, она будет крутить
турбины ГЭС.
1.12 Сажа как источник энергии
До 70% топлива можно сэкономить, используя устройство ЭРА (энергетический рекуператор-автомат) для рекуперации (возвращения части материалов или энергии для повторного использования в том же технологическом процессе) отходящего тепла, газов и сажи от
котельных, ТЭЦ, печей, тепловых машин и агрегатов в синтезе - газ.
Принцип работы. Конструкция энергетического рекуператора-автомата включает в себя штатный котел водяного отопления и топливную камеру. Топливная камера работает на
всем, что горит: от природного газа до опилок.
Когда вода в котле нагревается до 90 0С, часть ее поступает в парогенератор и далее –
в осушитель. Сухой пар, прогретый до 400 0С, распыляется шаровыми форсунками в зоне активного горения в камерах Жильяра. Здесь при температуре выше 750 0С технический углерод вступает в отношения с водяным паром, образуя синтез-газ. Вновь полученное топливо
поступает в газовую горелку, поддерживая нагрев котла и камер Жильяра. Зловредные вы11
хлопы направляются в турбулентный газовый смеситель. Оптимальные пропорции двуокиси
углерода, атмосферного воздуха и озона задаются с помощью заслонок. Газовая смесь подается в горелки. Двуокись углерода реагирует с углеродом топлива, образуя окись углерода, а
угарный газ хорошо горит. Так достигается экономия до 70% основного топлива.
1.13 Топливо из водяного пара
Технология основана на электродуговой диссоциации пара на H2 и O2 с использованием ЭГД-эффект (электрогидравлический). Появляется возможность получения тепловой и
механической энергии и электроэнергии от всей аномальной энергии электродугового взрыва
водяного пара. Этот эффект может быть реализован в электровзрывном паровом (паротопливном) мотор-генераторе, работающем на воде. Предлагаемый метод горения пара состоит в
его электроразрядной диссоциации и выделении из него локального объема дешевого H 2 –
содержащего газообразного топлива из обычного пара с его последующим одновременным
сжиганием.
1.14 Топливо из пластиковых отходов
Процесс основан на фракционированной деполимеризации, который похож на крекинг
сырой нефти. При температуре 400 0С (которая гораздо ниже той температуры, что используется при обычном крекинг – процессе, таком как пиролиз) длинные углеводородные цепочки
подвергаются разделению, затем выпариваются и осаждаются в конденсаторе в виде дизельного топлива.
1.15 Экономайзеры
Помогают повысить КПД котла, отбирая тепло из дымовых газов после пароперегревателя или последней паровой секции котла. Они изготавливаются из горизонтальных трубчатых элементов и имеют развитую поверхность. Тепло используется для подогрева питательной воды. В экономайзеры из низкоуглеродной стали вода должна поступать из деаэратора, чтобы уменьшить опасность коррозии. Небольшие котлы могут оснащаться чугунным
экономайзерами, менее склонными к коррозии.
1.16 Электричество из энергии падающих капель
Энергию падающих капель дождя можно преобразовывать в электричество. Для утилизации кинетической энергии капель ученые использовали термопластик поливинилиден
фторид, способный преобразовать механические колебания в электричество за счет пьезоэлектрического эффекта.
Когда дождевая капля падает на твердую поверхность, происходит абсолютно неупругое соударение. Другими словами, капля не отскакивает от поверхности наподобие резинового мячика, и вся ее кинетическая энергия передается поверхности. Данное обстоятельство делает дождевые генераторы довольно перспективным направлением альтернативной энергетики и позволяет надеяться на создание коммерчески выгодных устройств, отличающиеся высоким КПД при относительно небольшой стоимости. Больше всего энергии устройство вырабатывает при падении "медленных" капель. Объясняется это тем, что в момент соударения
"быстрой" капли с поверхности значительная часть энергии уходит на образование деформирующего всплеска. Размер капель также имеет значение – чем они больше, тем сильнее колеблются пьезоэлектрические полимеры, и тем больше энергии производится.
12
1.17 Энергетические плантации
Проблема получения дешевой биомассы решена путем создания специальных энергетических плантаций из быстрорастущих пород древесины и травы, вблизи потребителя энергии.
По опыту Швеции плантации, например, ивы на заболоченных землях дают 25 тонн
древесины с 1 га территории в год. Посадочный материал заготавливают с имеющихся лесов
и плантаций. Собирают древесину каждые 2 года специальными комбайнами в зимнее время
года, когда болотистый грунт промерзает. Через год после срезания древесины наблюдают
максимальный прирост растений – 10-11 т/га. Древесина измельчается на щепу размером от
40 до 200 мм, после чего сушится и гранулируется.
С 1 млн. га можно получить 15 млн.т. древесины в виде сухого топлива, что эквивалентно 20% энергии, которая необходима для Швеции.
Площадь ивовой плантации должна быть достаточно для того, чтобы ежегодно можно
было производить вырубку приблизительно 1/3 ее общей площади, а 2/3 площади были бы
поровну заняты молодыми посадками и посадками древесной биомассы, подлежащей под
сруб в следующем году.
Транспортные средства, работающие на генераторном топливе, позволяют значительно снизить выбросы в атмосферу выхлопных и парниковых газов, повышая тем самым экологичность производимого продукта. Существенным преимуществом древесного топлива является то, что оно экологически чистое, древесина не содержит серу, хлор и другие вредные для
атмосферы элементы. При сжигании древесина выделяет такое же количество СО2, которое
использовали деревья в процессе роста. Таким образом, древесина –СО2-нейтральное топливо.
13
2
ЭНЕРГОСБЕРЕИГАЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ
Аэрогель для теплоизоляции теплотрасс, оборудования и дома
Также он известен, как «твердый воздух» и «замороженный дым» или «голубой дым».
Подобные имена ему присвоены благодаря молекулярной структуре, это губка с открытыми
нано-порами. Такую структуру получили достаточно просто: смешав диоксид силикона и воду, под высоким давлением заменили молекулы воды на молекулы сжиженного газа, после
возвращения нормального атмосферного давления газ полностью испаряется, оставляя после
себя те самые нано- поры, размером с молекулу. Таким образом, получилась практически
идеальная структура для теплоизоляции, кроме того, аэрогель прозрачен, тверд и легок (самая низкая плотность из твердых материалов), очень хрупок.
Теплопроводность данного теплоизолятора около 0,01 Вт/мК при температуре 38º С и
атмосферном давлении 760 мм. рт. ст.
Для бытового применения разработан ряд материалов на основе аэрогеля, при помощи
которых можно теплоизолировать теплотрассы и различное тепловое оборудование, а также
дома. Специально для каркасного строительства предлагается материал Spaceloft. Он представляет из себя «сплав» стеклоткани и аэрогеля толщиной 5 и 10 мм, с рекордными показателями теплопроводности 0,015 Вт/мК. Не трудно рассчитать, что 10 мм такой теплоизоляции заменит 42 мм стандартной минеральной ваты.
2.1
Аэрогель при изготовлении одежды
Аэрогели применяли бы при изготовлении одежды уже давно, если бы не два их недостатка: ломкость и дороговизна.
Инженеры научились встраивать аэрогель в ткань. Получаемые таким образом материалы оказались гибкими, а не хрупкими, и с ними наконец стало возможно работать.
Процесс производства состоит в тщательно контролируемом высушивании силикагеля
(раствор кремниевых кислот), в результате чего содержащаяся в нем жидкость превращается
в газ. В результате получается своего рода кремниевая губка. Сложная система пор удерживает воздух, поэтому материал плохо пропускает тепло. При этом аэрогели могут выдерживать температуры от абсолютного нуля до 3000˚С.
Аэрогелевая ткань неудобна для использования в швейном производстве, тем не менее
видны её перспективы на рынке одежды. В январе компании представили аэрогелевую ткань
под названием Zeroloft. Название указывает на то, что аэрогель, в отличие от гусиного пуха,
не надо взбивать, чтобы добиться лучшей термоизоляции.
2.2
Базальтовый утеплитель
Преимущества базальтового экологически чистого утеплителя:
1. Огнеупорность. Этот материал отвечает всем требованиям пожарной безопасности. Он
не горюч, и свободно выдерживает температуру до 900ºС! Именно поэтому термобазальт целесообразно применять для утепления деревянного пола или кровли, в деревянных банях и
других постройках, которые могут легко воспламеняться.
2. Универсальность. Базальтовый утеплитель обладает малой плотностью и очень большим диапазоном температурного применения такой теплоизоляции. Это позволяет использовать его для самых разнообразных строительных объектов: от ограждающих конструкций
домов до промышленных сооружений из бетона, с температурой теплоизолируемой поверхности до +650 С. Для этого существуют специальные трёхслойные сэндвич-панели.
3. Надёжность. Утеплитель из базальтового волокна устойчив к любым механическим,
биологическим и химическим воздействиям. Базальтовые утеплители отлично поглощают
влагу, не реагируют на различные сотрясения и вибрации.
2.3
14
4. Звукоизоляция. Термобазальт обладает высокими звукоизоляционными характеристиками, поэтому защитит обитателей дома от шума с улицы, обеспечит дополнительный комфорт и тишину в доме.
5. Качество. Все материалы, которые применяются в составе базальтовых утеплителей с
санитарной и гигиенической точек зрения соответствуют всем нормам, одобрены к применению специалистами. Это подтверждено соответствующей документацией.
Характеристики базальтового экологически чистого утеплителя:
Плотность: 35 кг/м3
Прочность на сжатие при 10%-ной деформации, не менее 1,5 кПа
Теплопроводность при 10 °С Вт/(м*К), не более 0,033
Теплопроводность при 25 °С Вт/(м∙*К), не более 0,037
Водопоглощение при полном погружении, в % по объему, не более 2.0
Содержание органических веществ, в % по массе, не более 2,5
Паропроницаемость Термобазальт, не менее мг/(м∙ ч ∙Па) 0.38
Применение базальтовой теплоизоляции существенно экономит расходы на отопление
объектов, эксплуатацию зданий и сооружений. По теплотехническим характеристикам базальтовые утеплители в несколько раз превосходят традиционные теплоизоляционные материалы. Для обеспечения такого же термического сопротивления, как у плиты толщиной
100 мм (и плотностью 100 кг/м3), необходима толщина стены из:
- пустотного керамического кирпича - 1 170 мм;
- глиняного кирпича - 1 600 мм;
- силикатного кирпича- 2 000 мм;
- сухого дерева - 255 мм.
Биополимер для охлаждения и теплоизоляции
Разработан уникальный строительный материал, который способен анализировать условия окружающей среды и, исходя из этого, регулировать теплоснабжение, вентиляцию и кондиционирование помещение. Принципиально, новый материал, биополимер, должен обеспечивать такую функцию: он будет иметь встроенные датчики температуры и влажности, систему изменения паропроницаемости и воздухообмена, возможность обеспечивать охлаждение при жаркой погоде и теплоизоляцию в холодное время.
Как заявляют ученые, создание такого материала вполне реально с использованием уже
существующих материалов. Современные контроллеры и системы телекоммуникаций позволят эффективно управлять процессами воздухо- и теплообмена в новом материале. Дом становится похожим на живой организм, который обеспечивает комфортные условия для такого
жизненно важного объекта, как человек.
2.4
Вспененные полимеры для теплоизоляции
Способы теплоизоляции:
Стеновые с теплоизолирующими свойствами: пенобетон и газобетон. В прямом смысле
они не являются утеплителями, поэтому сами требуют дополнительного утепления и пароизоляции.
Керамзит и схожие материалы обладают низкими теплоизоляционными свойствами, поэтому их использование совершенно нерентабельно.
Стекловату невозможно использовать в жилых домах – она не соответствует экологическим требованиям.
Минеральная вата и минераловатные плиты – удовлетворительны в плане теплоизоляции, с точки зрения экологии, их тоже можно использовать. Но они требуют дополнительных
мер безопасности при монтаже, непременной установки качественной пароизоляции, а это
2.5
15
лишние расходы. В общем, в деревянном доме с таким утеплителем жить, конечно, можно.
Но с такими изоляторами о максимальной экологичности жилья говорить не приходится.
Пенопласт ПСБ также нуждается в установке пароизоляции, так как при росте влажности существенно меняет свои теплоизоляционные свойства. При этом он крайне недолговечен, не изолирует шум, не выдерживает частых перепадов температуры. Дорого обходится и
его транспортировка.
Полиэтиленовые пены закрытопористой структуры превосходят все эти материалы. По
теплоизоляции они в 2-3 раза эффективнее ватных материалов. Это отличные паро- и гидроизоляторы, устойчивые к воздействию влаги. Они также поглощают звуки. По экологическим
свойствам превосходны. Полиэтиленовые пены упаковываются в рулоны, поэтому экономичны при перевозках и хранении.
Пенополиэтилен, который содержится в составе материала, почти не впитывает влагу,
то есть не гигроскопичен. А значит, является отличной пароизоляцией. Если поставить эти
изоляторы как дополнение к массивной изоляции для утепления изнутри, можно здорово
сэкономить на пароизоляционных материалах. Нужно только герметизировать швы, а в этом
поможет особая алюминиевая или металлизированная самоклеящаяся лента. Кстати, гигроскопичность пенополиэтилена настолько мала, что он может использоваться и для утепления
здания со стороны улицы.
Пенополиэтилен может служить и шумоизолятором. Он монтируется прямо поверх каркаса и отлично защищает от структурного и ударного шума.
Вспученный вермикулит
С применением этого материала, кроме уменьшения затрат на сохранение тепла в зданиях и сооружениях, решаются и такие проблемы, как их огнезащита, звукоотражение и звукопоглощение внутренних помещений.
Вспученный вермикулит - сыпучий, легкий, высокопористый материал с характерной
чешуйчатой структурой, без запаха. Его технические характеристики – это термостойкость,
огнестойкость, отражающая способность, химическая инертность. Он обладает высокими
тепло- и звукоизоляционными свойствами, не токсичен, не подвержен гниению и препятствует распространению плесени.
Слой вермикулитовой засыпки в 20 см по теплозащите эквивалентен кирпичной стене
толщиной 1,5 м или бетонной стене толщиной 2 м. Слой вермикулита толщиной 5 см на чердачных перекрытиях снижает потери тепла на 75%, толщиной 7,5 см – на 85% и толщиной 10
см – на 92%.
Вермикулитовые засыпки в стеновых конструкциях защищают помещения от перегревания и охлаждения. Они используются для изоляции холодильных камер, сводов печей, для
звуковой изоляции камер испытания авиационных и автомобильных двигателей, для звукопоглощения в кинозалах и киностудиях и т.п.
По сравнению с обычными (песчаными) строительными растворами, вермикулитовые
растворы из-за высокой пористости имеют в 2-4 раза меньший объемный вес и в 4-6 раз
меньший коэффициент теплопроводности и относятся к группе легких («теплых») растворов.
Слой толщиной 2,5 см из «теплой» цементно-вермикулитовой штукатурки может заменить
слой из цементно-песчаного раствора в 10-15 см. При толщине цементно-вермикулитовой
штукатурного слоя до 3 см толщина кирпичной стены может быть уменьшена на 25%.
Экологичность:
Вермикулит является экологически чистым и биостойким продуктом. При повышенной
температуре, возникающей при пожарах, не выделяет никаких газов, что представляется
важным преимуществом по сравнению с другими известными материалами органического
происхождения.
2.6
16
Плиты ПВВ являются неорганическим материалом и соответствуют противопожарным
нормам, что дает возможность использовать их в строительстве, где присутствуют требования противопожарной защиты с показателем огнестойкости до 4-х часов.
Газонаполненный пенополиэтилен
Параметры, при которых может быть использован вспененный полиэтилен, определяются очень широким диапазоном. Например, температура может быть от - 60 до + 80 градусов, а влажность достигать 100%. Горит этот материал при 306 ºС, а самовоспламеняется при
417. Низкая степень теплопроводности, всего 0,38 Вт/м С, делает вспененный полиэтилен отличным теплоизоляционным материалом. Так как поры в нем закрыты, то его можно использовать и для пароизоляции, степень водопоглощения его минимальна и не превышает 0,6% от
объема.
Применение: для разного вида работ, в том числе как подложку при укладке ламината.
Широко его используют для тепловой изоляции трубопроводов (и для водопровода, и для канализации). Комбинированное применение пенополиэтилена с алюминиевой фольгой позволяет получить теплоотражающий утеплитель. Одно из свойств алюминиевой фольги – способность отражать практически 97 процентов тепла. Так как пенополиэтилен имеет очень
низкую степень теплопроводности, вместе с фольгой он применяется для создания теплоотражающего материала с уникальными теплоизоляционными свойствами при маленькой толщине и низкой цене.
Такой комбинированный теплоизоляционный утеплитель применяется при строительстве и ремонте зданий разного назначения, для утепления водопроводов и воздуховодов, а
также систем вентиляции и кондиционеров. Также он применяется при монтаже морозильных камер, холодильников, резервуаров и емкостей.
2.7
Геокар – земляной утеплитель
Геокар – материал для теплоизоляции, имеющий уникальные свойства. Он создан из
природного материала – торфа, поэтому считается экологически чистым и абсолютно безвредным.
Использовать теплоизоляционный материал Геокар можно при строительстве коттеджей, и при возведении многоэтажных зданий. Он может использоваться для теплоизоляции
перегородок, как межквартирных, так и межкомнатных. Отлично утепляет полы, перекрытия
и стены при ремонте старых конструкций и при строительстве новых домов.
Преимущества Геокара:
1. Его показатели теплоизоляции уникальны. За счет очень низкой теплопроводности,
всего 0,047-0,08 Вт/м К, он обеспечивает значительное энергосбережение.
2. Длительный срок службы. По мнению экспертов, он способен прослужить более 75
лет.
3. Геокар является экологически чистым материалом, так как выпускается на основе
торфа с добавлением древесной стружки.
4. Геокар имеет бактерицидные свойства. Это естественно, так как торф является натуральным антисептиком и способствует уничтожению болезнетворных бактерий.
5. Способствует снижению общего уровня радиации, проникающей в помещение. Проведенные исследования показали, что Геокар снижает уровень радиации в пять раз.
6. Геокар обладает отличными звукоизоляционными свойствами. Его индекс звукоизоляции равняется Дб-53 при 1000 Гц.
7. Геокар превосходно поглощает газы и неприятные запахи. Один килограмм торфа
может нейтрализовать около пятидесяти граммов аммиака.
8. Торфяные блоки не гниют и не пригодны для жизни насекомых.
9. Повышается уровень комфортности жилья. Это происходит из-за того, что в нем
2.8
17
очень легко дышится, всегда свежий и чистый воздух, не бывает ни жары, ни холода. Геокар
создает прекрасную теплоизоляцию еще и за счет того, что в точке росы образуется иней, а
не ледяная корка.
10. Геокар жесткий, что позволяет использовать его для строительства несущих стен,
если речь идет о малоэтажном строительстве. Еще одно достоинство, которое имеет неоспоримую ценность – простота обработки и подгонки, которая способствует выбору оптимальных решений. И, пожалуй, самым важным достоинством Геокара является низкая стоимость.
Кроме перечисленного выше, Геокар обладает и дополнительными ценными качествами. Например, он идеально подходит для использования в сельскохозяйственных постройках,
в которых планируется содержание животных. Коровы, свиньи и другие животные выделяют
некоторое количество аммиака, который быстро и безопасно поглощается торфом. В результате в помещении нет ядовитых паров, соблюдается санитарный баланс. Если же использовать торфоблоки в овощехранилищах, срок хранения фруктов и овощей значительно увеличивается.
Гибкие связи из базальтопластика
Гибкие связи используются в строительстве и предназначены для соединения несущей
стены с облицовочным слоем через утеплитель в системе трехслойных стен.
Как видно на рис. 2.8.1, роль гибкой связи в конструкции очень велика: она соединяет
элементы «несущая стена – утеплитель – внешняя стена» в единое целое и отвечает за единство конструкции. Поэтому от прочности гибкой связи зависит прочность соединения стен
конструкции и, следовательно, надежность всего строительного объекта.
2.9
Рис 2.8.1. Схема трехслойной стены
Трехслойная стена:
1.Наружная часть кирпичной стены.
2. Композитная гибкая связь
3. Утеплитель.
4. Воздушный зазор.
5. Наружная часть кирпичной стены.
Базальтопластиковые гибкие связи представляют собой стержни круглого сечения из
базальтовых волокон, покрытые полимерным связующим.
Базальт – это горная вулканическая порода. Для получения базальтового волокна дробленый щебень базальта плавят при температуре + 1400ºC и вытягивают в тонкую нить. При
добавлении в базальтовую нить полимерных связующих получают современный композиционный материал – базальтопластик.
При сравнении базальтопластиковой арматуры и арматуры из других материалов видно,
что прочность на растяжение у базальтопластиковой арматуры в 2,5 раза выше, а теплопроводность в 100 раз ниже, чем у углеродистой стали. Это говорит о том, что базальтопластик
пропускает в 100 раз меньше тепла. Также базальтопластиковая арматура имеет низкую
плотность, поэтому связи из данного материала в 4 раза легче стальных. При нормальных
18
условиях эксплуатации базальтопластиковый стержень сохраняет все свои физикомеханические свойства в течение 100 лет.
Так как базальтопластиковая гибкая связь абсолютно коррозионно- и щелочестойкая (не
ржавеет и не разрушается), то при ее использовании повышается надежность здания, увеличивается межремонтный период и значительно снижаются затраты на содержание самого
здания.
При применении базальтопластиковой арматуры в строительных дюбелях и в качестве
гибких связей не возникает «мостиков холода». Это происходит благодаря тому, что данные
связи обладают низкой теплопроводностью (в 100 раз ниже стали) и при их использовании
происходит снижение теплопотерь до 34%.
Следует отметить, что по европейским стандартам в проекте «Пассивный дом»
(«Passivhaus» – строительство энергоэффективных домов с использованием гибких базальтопластиковых связей) обогрев трехкомнатного дома площадью 118 кв. м обходится в 15
кВт/м2/год. Причем данный показатель достигается только при использовании гибких связей
из базальтопластика. В России же обогрев трехкомнатного дома составляет 150 кВт/м2/год
при аналогичных климатических условиях. Данные показатели подтверждают, что использование базальтопластиковых гибких связей экономически целесообразно.
Таким образом, базальтопластик – это эффективный и надежный материал для производства гибких связей и строительных дюбелей, сочетающий в себе такие качества, как легкость, прочность, низкую теплопроводность, щелочную и коррозионную стойкость.
2.10 Инфракрасная пленка для теплых полов, стен и крыш
Инфракрасная пленка работает по принципу лучевой передачи тепла. Подобно тому,
как солнечные лучи нагревают предметы, с которыми они соприкасаются, инфракрасное излучение от пленки не растрачивает тепло впустую, отдавая его напрямую предметам, находящимся в помещении.
В отличие от наиболее распространенных водяных и кабельных систем «теплый пол»,
инфракрасная пленка затрачивает на обогрев предметов и людей в помещении от 5 до 10 минут. Поскольку работа пленки основана на выработке инфракрасного излучения, которое мы
ощущаем как тепловой поток, в среднем потребление электроэнергии в зимний период составит 20–60 Вт на м2 пленки. Это на 20–40 % меньше, чем требуют другие электрообогреватели.
Несмотря на то, что толщина инфракрасной отопительной пленки не превышает 1 мм,
она является очень прочным нагревательным элементом. Множество технологических слоев,
составляющих основу пленки, защищают и предохраняют карбоновую поверхность от влаги,
механических воздействий и повреждений. Пленка не может накапливать и удерживать тепло
внутри собственных слоев, а передает их объектам нагревания даже на расстоянии. За счет
этого любой материал, который используется для покрытия пола, нагревается сильнее, чем
сама инфракрасная пленка.
Тепловыделяющая (рабочая) поверхность инфракрасной пленки представляет собой
двойной сплошной карбоновый слой. Именно поэтому в случае повреждения тепло продолжает вырабатываться по всей поверхности пленки равномерно и за счет собственного сопротивления материала «обволакивает» поврежденный участок.
Работать с пленкой очень просто: монтаж осуществляется за несколько часов. Сразу же
после завершения укладки систему можно использовать.
Область применения пленки очень широка благодаря ее универсальным качествам. Она
может быть использована как основная или дополнительная система отопления в любых типах помещений, а также в сельском хозяйстве и промышленности. Пленочные отопительные
системы с успехом используются для выращивания растений и животных, инкубаторах и
промышленных сушильных камерах.
19
2.11 Керамзит
Главная теплофизическая характеристика керамзитового гравия – теплопроводность
0,14-0,16 Вт/мК обеспечивает значительное его преимущество над другими теплоизоляционными материалами. Так, слой керамзитового гравия в 10 см равнозначен 25 см слою древесины или 60 см слою керамзитобетонной плиты.
Наиболее часто используемый в строительстве керамзитовый гравий имеет фракцию
10-20 мм и М 500 кг/м3.
Для добротного утепления жилых строений требуется непосредственно на грунт или на
перекрытие над подвалом равномерно уложить 33 см слой керамзитового гравия. Для этого
проект строительства дома должен предполагать достаточно свободного места под полом
первого этажа.
Кроме утепления новых домов, также возможно улучшить теплоизоляцию и давно построенных зданий. Достаточно постелить 134 мм или 146 мм слой керамзитового гравия под
комнатами, расположенными над подвалом и над проездом или арками соответственно.
2.12 Минеральная вата
Утепление в ангаре располагается между двумя слоями профиля. Наиболее эффективно
утеплять ангар сразу же во время его строительства. В этом случае сначала устанавливается
внутренний профиль, потом сверху укладывается утеплитель, после чего поверх утеплителя
устанавливается второй слой профиля.
Как правило, в утеплении ангаров используется минеральная вата. Она изготавливается
в основном из вторично используемого стекла, песка, соды и известняка. Хорошая изоляционная способность основывается на статическом воздухе, закрытом волокнами. Благодаря
открытой конструкции мин. вата дает хорошее звукопоглощение. Обычно она укладывается
слоем в 10 см.
Кроме минваты наиболее распространенные материалы для утепления ангаров - пенополистирол, экструдированный полистирол, пенополиуретан.
Наилучший вариант – мягкие, жидкие или напыляемые утеплители. В силу особенности
конструкции ангаров утеплители, которые монтируются в виде плит, требуют крепежа, имеют щели, не могут укрыть весь конструктив, а значит остаются части металлокаркаса не
укрытые теплоизолятором (все они являются мостиками холода). Одна не укрытая балка
площадью 0,01 м2 снизит сопротивление ограждающей конструкции на общей площади в
100м2 в 1,3 раза. Кроме того, отсутствие плиточного утепления делает ненужными парозащиту, ветровлагозащиту и вентиляционное пространство.
Срок службы теплоизоляции в первую очередь зависит от самих теплоизоляторов, однако, если при монтаже используются крепежные детали, этот срок может быть меньше за
счет износа крепежного оборудования.
Еще одной особенностью утепления ангаров является необходимость выбора достаточно легкого утеплителя, так как утепление происходит по всей поверхности дугообразного
ската и может оказывать избыточное давление на внутренний профиль. Высокая пожароопасность помещения требует принятия дополнительных мер по пропитке утеплителя огнеупорным составом либо же выбора изначально огнеупорного материала для утепления. Кроме того, материал для утепления обязательно должен "дышать", то есть быть достаточно воздухопроницаемым, чтобы уберечь расположенные в ангаре механизмы от коррозии.
2.13 Пеннополистирол
Пенопласт полистирольный зарекомендовал себя как незаменимый материал для утепления фундаментов, подземных частей зданий, цокольных этажей. Применение других видов
20
теплоизоляции в таких помещениях не рекомендуется из-за капиллярного поднятия грунтовых вод.
Материал эффективно используется и для закладки в обычные наружные стены жилых
домов. Если сравнивать пенополистирол с другими строительными материалами, то пенополистирольная плита толщиной 50 мм по своим теплоизоляционным свойствам эквивалентна
минераловатному сухому слою в 110 мм, сухому пенобетону в 500 мм, плиты из дерева в
195 мм и кирпичной кладке в 850 мм. Использование пенополистирольных плит снижает затраты при строительстве и дальнейшей эксплуатации, как минимум, 20 раз!
Помимо отличных теплоизоляционных свойств пенополистирол обладает рядом других
достоинств:
1.Имеет хорошие тепловые свойства — низкая удельная теплопроводность, низкое термическое расширение, структурная стабильность в диапазоне температур от -180 до 80 С°;
низкая диффузия водяных паров и низкое водопоглощение; сопротивление широкому ряду
химических и иных сред.
2.Огнестойкий.
3.Обладает высокой прочностью.
4.Легко режется, блоки хорошо склеиваются между собой при помощи цементных, гипсовых растворов, клеев, просты в механическом креплении.
5.Имеет низкий объемный вес.
6.Обладает хорошими звукоизоляционными свойствами, благодаря низкой динамической жесткости.
Пенополистирол чрезвычайно удобен при самом строительстве. Пенополистирольные
плиты практически невесомы, их легко транспортировать и монтировать. При этом здания,
возведенные из таких плит, долговечны и надежны.
Пенополистирол может применяться не только в облицовке фасадов и конструкциях
стен. В последнее время все более популярной становится тепло- и шумоизоляция крыш, стен
и полов зданий с использованием пенополистиролбетона (смеси пенопластовых шариков с
жидким бетоном).
2.14 Пеностекло
Пеностекло - это неорганический, лёгкий и прочный высокопористый ячеистый материал, представляющий собой застывшую стеклянную пену, образующую множество замкнутых
ячеек шарообразной или многогранной формы размером 0,3 - 2,0мм. Более крупный размер
ячеек обеспечивает увеличение коэффициента теплопроводности утеплителя до 0,080,1Вт/мК при (25±5)°С и плотности до 170-200 кг/м3.
Основные достоинства пеностекла:
· долговечность – пеностекло не изменяет свои физико-технические характеристики с течением времени, поэтому его гарантийный срок равен сроку эксплуатации и превышает
100 лет;
· влагостойкость – между ячейками пеностекла отсутствуют зазоры, в которые может попасть вода, поэтому оно совершенно не впитывает влагу;
· негорючесть – предел огнестойкости по потере теплоизолирующей способности при
толщинах 40, 80 и 100 мм составляет соответственно 30, 45 и 60 минут;
· плавучесть - диапазоном плотностей от 100 до 600 кг/м3 позволяет использовать пеностекло для гидроизоляции;
· химическая стойкость – пеностекло растворяется только раствором плавиковой кислоты;
· жесткость - предел прочности на сжатие зависит от плотности материала и изменяется
от 5 до 75 кг/см2;
· экологическая безопасность – поскольку в состав пеностекла не входит ничего, кроме
21
стекла, оно не выделяет никаких вредных веществ в атмосферу и не впитывает вредные вещества из воздуха;
· устойчивость к перепадам температуры – пеностекло имеет очень низкий коэффициент
линейного температурного расширения, что позволяет без ущерба для структуры материала
переносить суточные и годовые колебания температуры;
· защита от грызунов – поскольку в состав пеностекла не входят органические элементы,
его можно использовать для защиты от грызунов, поэтому же пеностекло не подвержено действию бактерий и микроорганизмов;
· простота обработки – пеностекло можно обрабатывать любым столярным инструментом
под любые необходимые размер и форму, связываются и склеиваются пеностеклянные блоки
любым типом строительной смеси, битума или клея.
2.15 Перлит для утепления дома
Перлит это инертная вулканическая порода, вспученная при высокой температуре, которую обработали специальными негорючими составами, чтобы получить свойство гидрофобизации. Именно потому, этот теплоизолятор обладает столь хорошими качествами теплосберегаемости и плюс ко всему он еще и противопожарный.
Преимущества:
1. «Текучесть», то есть это равномерное заполнение всех пустот изолятором, которое
достигается благодаря сравнительно малым размерам гранул.
2. Перлит неорганический, а значит, он не будет подвержен гниению, и в нем не будут
заводиться насекомые.
3. Он пожаробезопасен. Это происходит из-за того, что температура плавления этого
материала около 1200 С, а так как в нем нет горючих компонентов – он не воспламеняется,
что является отличной защитой от пожара.
4. Звукоизоляция. То есть данный материал, за счет плотного заполнения всей полости,
препятствует прохождению звуковых волн.
5. Экономичность и сравнительно низкая стоимость.
6. Легок в использовании, не нужно применять какие-нибудь особые методики или технологии.
7. Перлитовая изоляция – один из наиболее долговечных теплоизоляторов в мире, потому что благодаря своим физическим свойствам, он не оседает и не сжимается.
Недостатки:
В перлите встречается мелкий перлитовый песок, который создает довольно много пыли, которая довольно опасна, если попадет в дыхательные пути или глаза. Однако, если придерживаться несложных мер безопасности, то вам ничего не грозит. Так, например, перед использованием перлита, его необходимо смочить водой из распылителя. Кроме того, когда вы
работаете с перлитом, нужно закрыть дыхательные пути респиратором, во избежание проникновения изолятора в рот и нос. Если же перлит случайно попал в глаз, то нужно немедленно промыть орган зрения проточной водой.
2.16 Подпольное отопление
Подпольное отопление позволяет установить комфортную температуру в помещении,
теплоотдача происходит с обширной поверхности с относительно низкой температурой. Благодаря этому возрастает количество излучаемого тепла по сравнению с теплом, распространяемым потоками воздуха. Излучение, в отличие от конвекции (движения воздуха), немедленно распространяет тепло к окружающим поверхностям, обеспечивая, таким образом, более равномерное распределение тепла в помещении.
Главное преимущество - вертикальное распределение тепла. Подпольная система обогрева подогревает воздух непосредственно у пола, при этом воздух в верхней части помеще22
ния остается прохладным, тем самым обеспечивая наиболее комфортное для человека распределение температур.
Также с помощью подпольного отопления можно предотвратить холодные сквозняки от
окон, быстро нагревая воздух у поверхности пола. Помимо этого, в воздухе циркулирует
меньше пыли, поскольку практически отсутствуют зоны перегрева, возникающие при использовании радиаторов.
Еще одним важным преимуществом является значительное снижение температуры теплоносителя, тем самым на подогрев воды тратится гораздо меньше энергии, за счет чего происходит экономия средств.
В больших помещениях, например, на складах и в спортзалах, среднюю температуру
можно снизить ещё больше и, таким образом, достичь дополнительного сбережения энергии.
Поскольку теплый пол является системой, работающей при низких температурах теплоносителя, можно получить дополнительную экономию от:
· снижения теплопотерь через ограждающие конструкции, за счет отсутствия зон перегрева возле отопительных приборов – экономия тепла 10-20%;
· снижения теплопотерь при передаче теплоносителя потребителю; при равных условиях, передача по трубопроводу теплоносителя с более низкой температурой позволяет сэкономить 20-25% тепла (не считая снижения расходов на теплоизоляцию трубопроводов)
Максимальная температура подачи подпольного отопления составляет 55°С. Максимальная температура поверхности пола – 29°С (рекомендуемая 26°С), в зонах длительного
пребывания людей. Максимальная температура поверхности пола в зонах временного пребывания людей (например, ванные) – 33°С, в граничных зонах (полоса 50 см от наружной стены) – 35°С.
По сравнению с радиаторным отоплением система "теплый пол" экономит энергию от
20% до 30%, а в помещениях высотой свыше 5 м - до 50%.
2.17 Солома
Такие дома называют энергопассивным экодомом - жилищем, в строительстве которого
почти не применяются невозобновляемые источники энергии и материалы, в результате чего
не наносится вред природе и человеку.
Такие дома стоят гораздо меньше домов из других материалов (кирпича и даже дерева), а
по их показатели комфортности и энергосбережения значительно выше.
Преимущества стен из соломенных тюков по сравнению со стенами из традиционных
строительных материалов:
1. Солома - прекрасный утеплитель. Термическое сопротивление стены из стандартных
соломенных тюков толщиной 500 мм, оштукатуренной с двух сторон, в четыре раза превышает нормативное. Следовательно, и теплопотери такого дома существенно ниже, чем в домах со стенами из привычных материалов.
2. Энергозатраты при производстве соломенных тюков очень невелики, так как речь идет
только о расходе горючего при работе пресс-подборщика.
3. Вес тюков и стен в целом небольшой, поэтому при строительстве не нужны грузоподъемные механизмы. Следовательно, строить можно даже в самых сложных условиях строительной площадки.
4. Также экологическая чистота, дешевизна, распространенность, технологичность и т.п.
У противников такого строительства вызывает опасение высокая пожароопасность соломенных домов. Однако установлено, что для стен из соломы, оштукатуренных с двух сторон,
характерен даже больший предел огнестойкости, чем для деревянных срубов. Высокая пожарная безопасность (после оштукатуривания) подтверждена официальными испытаниями.
Предотвратить загнивание стен из соломы можно, если защитить стены от влаги как атмосферной (гидроизоляции), так и диффузной (пароизоляции), а при кладке дома использо23
вать тюки из хорошо просушенной соломы. Можно также обработать тюки антисептиками.
Технология строительства из соломы обеспечивает следующие параметры:
1) Энергетические показатели:
Снижение энергозатрат при строительстве по сравнению с кирпичными / газосиликатными ограждающими конструкциями с современными утеплителями на 1 м2 общей площади
как минимум в 300 раз.
2) Коэффициенты теплопроводности ограждающих конструкций:
- показатель пола без подогрева – 0,23 W/m2K,
- показатель соломенной стены – 0,12 W/m2K,
- показатель крыши – 0,19 W/m2K.
Потребность энергии для отопления – менее 40 кВт·ч/м2 в год.
2.18 Стекловата
Распространенный вид теплоизоляционных материалов. Один из старейших видов теплоизоляции, практически немодернизировался за всю свою историю и не в состоянии отвечать современным требованиям к теплоизоляционным материала. Тем не менее, имеет широкое распространение.
Положительные свойства: лишь теплоизоляция. Но так как она является гигроскопичной, при намокании теряет свой единственный козырь.
Звукоизоляцию можно отнести к посредственному уровню, если вы захотите дополнительного акустического комфорта, это не тот материал к которому следует прибегнуть.
Недостатки: структура недолговечна, со временем такая вата оседает, частично теряя
свои свойства. А постоянно разрушаясь, отпускает свои колкие волокна по воздуху, чем вызывает раздражение слизистой, глаз и кожи, учтите это при монтаже.
Стекловата горюча, и при этом образует ядовитые пары. Но как и у многих современных материалов имеет антипереновые добавки затухающего действия.
Потенциально канцерогенный материал.
При монтаже необходимо использовать средства защиты дыхательных путей и вашего
эпидермиса.
2.19 Стена-обогреватель
В ее структуре используется материал с фазовым переходом, осуществляемым на молекулярном уровне, что и позволяет удерживать теплоту до нужного времени. Поступающий
солнечный свет преобразуется в инфракрасное излучение, которое направляется дальше
внутрь помещения, когда это необходимо. Это способствует более эффективному регулированию температуры внутри здания. Главная особенность этого устройства заключается в том,
что стена сама определяет, когда необходимо начать отдавать тепло. Кроме того, стена выполняет функции изоляционного материала с высокими показателями ограничения теплопроводности и конвекции тепла (R=11 и выше).
24
2.20 Стеклянные кровли
Для изготовления стеклопакетов используют практически все виды стекол. Для кровель
их выбор зависит от требований травмобезопасности и прозрачности конструкции в каждом
конкретном случае. Травмобезопасность может быть достигнута тремя способами: использование закаленного стекла, триплекса или стекла с нанесенной пленкой. Прочность закаленного стекла в 4–5 раз выше, чем обычного, благодаря специальной термической обработке. При
разрушении закаленное стекло распадается на мелкие фрагменты, не имеющие острых углов.
А триплекс, его еще называют ламинированное стекло, – это своеобразный «сэндвич», состоящий из двух или более листов обычного полированного стекла, скрепленных между собой
посредством специальной пленки. Такое стекло обладает повышенной ударопрочностью, а
скрепляющая пленка не дает ему распадаться на осколки при разрушении. Что касается использования пленок, то сегодня существует большое количество разнообразных защитных
покрытий, которые, не уменьшая прозрачность стекла, обеспечивают его травмобезопасность. Помимо ударопрочности такие стекла обладают более высокой тепло- и звукоизоляцией, стойки к перепадам температур.
Отдельные участки стекла могут прогреваться на солнце неравномерно, разница температур между основной поверхностью и ее участком на стыке с рамой может составлять 30–
35 °С. Из-за этой разницы возникает такое явление, как «термошок», и стекло начинает разрушаться. Поэтому часто специалисты рекомендуют использовать стеклопакеты, состоящие
из двух компонентов, например, триплекса и закаленного стекла. Размер фрагментов может
быть любым, единственное ограничение – возможность транспортировки такого элемента. В
зависимости от назначения помещений стеклянные кровли могут быть «холодными» и «теплыми». Холодное остекление – остекление в один слой – используется обычно для не отапливаемых помещений: крытых переходов, террас, складских помещений; теплое остекление –
для теплых помещений, теплых ограждающих конструкций. Для установки стеклопакетов
собирается несущий каркас. Различают несколько способов крепления стеклянных элементов
к каркасу: опорная система, структурное остекление (элементы кровли «скрепляются» герметиком), спайдер-системы (конструкция вывешивается на специальных кронштейнах).
Для крепления стекла к каркасу служат профили. Профиль может быть алюминиевый,
стальной, деревянный или ПВХ. Как правило, для больших пролетов применяется стальной
профиль, для средних и малых – алюминиевый, для малых – ПВХ.
25
В системах крепления стекла применяют несколько типов материалов. Например, для
крепления стеклопакетов к алюминиевому каркасу используют только прессованный алюминиевый профиль. Все уплотнения производятся из резины, это качественный герметик, который сохраняет свою эластичность при низких температурах. Опоры под стеклопакеты, кольцевые заглушки изготавливаются из пластика, все крепежные элементы – саморезы, винты –
из нержавеющей стали. Система профилей должна быть герметична как с наружи, так и изнутри. В первом случае она выполняет функцию гидроизоляции, во втором – пароизоляции.
Теплый воздух из помещения не должен проникать в конструкцию кровли, в противном
случае на поверхности образуется конденсат и пары воды, которые, проникая в конструкцию,
приводят к ее разрушению. Конденсат часто образуется на стеклянных кровлях и профилях в
таких помещениях, как зимние сады, и образовавшаяся влага капает вниз. Чтобы предотвратить это явление, необходимо вентилировать стыки конструкции и обеспечивать дренаж образующейся влаги. Если наличие конденсата допустимо (например, в теплицах), угол крыши
должен быть достаточно большим, чтобы вода не капала, а стекала по поверхности в сточные
желоба. Избежать появления конденсата помогает и использование системы подогрева, которая также обеспечивает безопасность конструкции, защищая кровлю от перепада температур
внутри и снаружи здания.
Что же касается системы вентиляции, то нормативный воздухообмен закладывается уже
при проектировании, но все же большинство конструкций рассчитаны не на естественную, а
на принудительную приточно-вытяжную систему вентиляции. Естественную вентиляцию
обеспечивает кровля из ламинированного стекла. При устройстве остекленной поверхности
необходимо предусмотреть первичные возможности ее обслуживания. Под обслуживанием
большинство потребителей подразумевают только мойку, т. е. санитарную обработку поверхности, однако это и проведение ремонтных работ, замена любого из стеклопакетов в составе кровли.
Требования пожаробезопасности помещений со стеклянными кровлями предусматривают
создание системы автоматического оповещения и пожаротушения. Одна из проблем при возникновении пожара в таких помещениях – скопление дыма под кровлей. Поэтому вентиляционные фрамуги в кровле часто используются и для дымоудаления.
2.21 Сэндвич-панели - технология в строительстве коттеджей
Своей популярностью канадская технология обязана уникальным теплоизоляционным и
влагостойким качествам материалов, используемых для изготовления сэндвич-панелей. В
доме, возведенном по технологии панельного строительства из сэндвич-панелей, тепло в морозы и прохладно в жару.
В морозную зиму за 2–3 часов работы отопительной системы в доме становится тепло и
комфортно. На прогрев дома, построенного по канадской технологии, требуется в 3–4 раза
меньше тепловой энергии, чем на прогрев домов из кирпича, пено- или газобетона, бруса и
т.п. Надо учесть, что в отсутствие хозяев дом можно не отапливать, так как его стены из-за
высокой степени влагостойкости материала не впитывают влагу и, благодаря этому, зимой не
промерзают.
Качество внутренних и внешних поверхностей стен из сэндвич-панелей разрешает без
предварительной подготовки наклеить на них обои, применять любые декоративные материалы, а также без труда отделать дом снаружи.
Дома, построенные по канадской технологии, не подвержены усадке, они прочные и легкие. Дом площадью 120-150м2 на готовом фундаменте можно собрать всего 10-12 дней бригадой из четырех человек без применения тяжелой строительной техники.
Дом, выполненный по канадской технологии строительства из сэндвич-панелей экологически безопасен, долговечен и надежен.
26
2.22 Термодревесина
Современной деревообрабатывающей промышленности известно два способа улучшения
характеристик древесины – активная и пассивная модификации. При активной модификации
происходит химическая или биологическая обработка древесины (объемная или поверхностная). На поверхность древесины наносятся специальные химические элементы, которые меняют ее структуру. В результате получается продукт, соответствующий оптимальному соотношению «цена-качество». Но, стоит также заметить, что химическая обработка снижает
экологические свойства материала.
Изготовление термодревесины имеет отношение к методу пассивной модификации, древесину обрабатывают экологически чистыми элементами: водяным паром или природными
растительными маслами. Таким образом, экологические характеристики материала остаются
на прежнем уровне, а физико-механические и эстетические свойства улучшаются. Тем не менее, имея значительные преимущества, некоторые свойства обработанной древесины в сравнении с натуральным продуктом несколько ухудшаются, поэтому материал требует внимательного отношения.
Преимущества:
1. Теплопроводность термодревесины на 20-25% ниже по сравнению с необработанным
деревом.
2. Устойчивость к биологическим поражениям повышается в 15-25 раз, следовательно,
значительно увеличивается срок службы. За счет высоких температур обработки в древесине
разлагаются полисахариды, что на фоне низкой равновесной влажности устраняет условия
для возникновения и размножения грибка и микроорганизмов.
3. Она сохраняет размеры при перепадах влажности и температуры окружающей среды.
4. Термообработка приводит к уменьшению равновесной влажности материала в среднем
на 40-50% по отношению к необработанному дереву и в 3-5 раз уменьшает степень проникновение воды. Сброс избыточной влажности у термообработанного дерева происходит в десятки раз быстрее, чем у обычного. При сверхдлительном воздействии влаги изменение геометрических размеров термообработанного дерева в 3-4 раза ниже, чем необработанного. Поверхность термодревесины не пористая, а плотная, что снижает его способность впитывать
влагу из воздуха.
5. Благодаря проведенной обработке термодревесина не нуждается в защитных средствах.
6. Процесс термообработки заметно облагораживает внешний вид дерева, придавая эффект «состаренной древесины ценных пород» - проявляется древесная текстура, естественным путем возникает характерный оттенок (в случае с необработанной древесиной такого
эффекта добиваются с помощью тонировки).
7. Древесина не теряет своих экологических свойств, не вызывает аллергических реакций,
также может быть использована в качестве топлива (в отличие от химически обработанной
древесины).
Однако есть и недостатки:
1. Плотность древесины снижается на 5-10% за счет уменьшения равновесной влажности
древесины и высвобождения связанной на химическом уровне воды.
2. Ухудшается прочность на изгиб на 20-40%, что ограничивает сферы применения материала – не рекомендуется использовать его для несущих конструкций в строительстве,
например. Здесь также играет роль порода - потери прочности у твердых пород древесины
выше по сравнению с мягкими породами.
3. Термодревесина подвержена влиянию ультрафиолетовых лучей – под влиянием прямых солнечных лучей цвет со временем меняется от коричневого к коричневому с сероватым
оттенком, могут появиться маленькие трещины, если не покрыть древесину лаком или краской. Чтобы избежать этого, рекомендуется использовать обычные пигментные поверхност27
ные средства защиты от ультрафиолетовых лучей.
4. Наконец, термодревесина относится к материала «премиум-класса», поэтому ее стоимость довольно высока, но она оправдана дальнейшей экономией при эксплуатации (не требуется нанесения покрытий, переборки фасадов и т.п.).
Сферы применения термодревесины:
1. Благодаря устойчивости к атмосферным воздействиям, подходит для уличных конструкций, ландшафтного дизайна, строительства мостов, причалов, облицовки водных каналов, а также для внешней отделки фасадов
2. Эстетический внешний вид - идеальное свойство материала для внутренней отделки
помещений. Из термодревесины изготавливают деревянные плитки для санузлов и кухонь,
которые могут стать хорошей альтернативой холодной кафельной плитке. Материал используется также для изготовления цельных ванных и раковин, для комплексной внутренней отделки саун.
3. Стабильность геометрических размеров и устойчивость к влиянию внешних факторов
способствует использованию термодревесины в производстве мебели, оконных рам, дверей,
паркетных полов, декинга.
Из термодревесины в перспективе могут изготавливаться комплектующие, музыкальные
инструменты, домашние принадлежности, малые архитектурные формы, садово-парковые
конструкции и т. п.
2.23 Теплоизоляционные панели
Теплоизоляционные панели, из которых возводятся стены дома, изготавливаются на
специальном оборудовании, которое само по себе компактно, а кроме того, недорого. Притом, что процесс изготовления плит сравнительно прост, их отличает удивительная прочность. В производстве используются такие материалы как ориентированная стружечная плита, пенополистирол, который выполняет функцию утеплителя, и специальный связующий состав, который и наделяет панель высокими прочностными характеристиками. Для крепления
по торцам модульных элементов используются доски различной толщины.
Теплоизоляционные свойства таких плит:
- в 2 раза выше, чем у минераловатного сухого слоя;
- в 4 раза выше, чем у дерева;
- в 10 раз выше, чем у пенобетона;
- в 17 раз выше, чем у кирпича
Монтаж готовых плит осуществляется очень легко: коробка дома возводится за два-три
дня при участии всего нескольких рабочих и без применения специальной дорогостоящей
техники. Внутренняя и внешняя отделки домов позволяют использовать практически любые
строительные материалы и оборудование. Невысоки расходы не только на строительство, но
и на обслуживание этих домов. Например, жилые комплексы не требуют прокладки дорогостоящих тепловых сетей, поскольку здесь применяются автономные системы, использующие
электричество, газ и другие виды топлива. Таким образом, удается избежать потерь тепла,
которые неизбежны при его транспортировки. Также автономными могут быть и системы канализации и водоснабжения.
Дома из теплоизоляционных панелей устойчивы к перепадам температур от - 60 до + 40
градусов, им не страшны высокие снеговые нагрузки, сильные ветра, ураганы и землетрясения силой до восьми баллов. Даже в самых суровых природных условиях жильцы будут чувствовать себя в своем доме защищенными.
2.24 Токопроводящие смазки
Использование универсальных высокопроводящих смазок (УВС) для антикоррозийной
защиты и уменьшения потерь электроэнергии в разборных электрических контактах повыша28
ет надежность электросистем и существенно экономит электричество, что самым положительным образом сказывается на энергосбережении и экономии денежных средств.
Cмазки УВС - это энергосберегающие технологии, которые устраняют серьезные проблемы в электросетях коммунальных служб жилых домов. Одновременно с экономией электроэнергии смазки УВС полностью устраняют возможные аварии из-за перегрева контактов,
увеличивают межремонтный срок эксплуатации в 2-3 раза, снижают трудозатраты на обслуживание электросетей, выводят из применения дорогостоящие антикоррозийные защиты.
Известно, что срок безопасной службы электроконтактов зависит от предельной величины переходного контактного сопротивления, при котором начинается интенсивное нагревание контакта рабочим током.
Как гласит статистика ВНИИ противопожарной обороны, 10% всех тяжёлых промышленных аварий случается из-за теплового разрушения электрических контактов при коррозии
и сверхнормативном повышении электрического сопротивления. Материальный ущерб от
таких аварий непредсказуем.
Применение смазки УВС резко увеличивает надёжность контактов и их перегрузочные
возможности. При сборке контактов со смазкой УВС в рабочей зоне образуется сплошная
твердая металлическая токопроводящая прокладка, которая увеличивает эффективную площадь токопередачи контакта от 2,5 до 10 раз и более, в зависимости от физического состояния рабочей поверхности контактов. В то же время создается надёжная механическая герметизация рабочей зоны. Твердая прокладка не вытекает и не выгорает даже при повышении
температуры контактов до 350-400С.
Применение 1 кг смазки экономит до 100000 кВт/час в год.
2.25 Фенолрезольный пенопласт
Он обладает практически всеми свойствами пенополиуретана, но в отличии от последнего более огнестоек и имеет приблизительно в два раза меньшую механическую прочность.
Относится к трудногорючим материалам, и в отличии от других пен не плавится при
воздействии высоких температур. Во время производства, в зависимости от технологии, может быть снабжен разными свойствами паропропукаемости. Основной проблемой связанной
с ФРП, является вредность производственного процесса, в готовом виде фенол резольный пенопласт безопасен и имеет допуск к применению в строительстве без ограничений.
Но в летучем состоянии фенольные смолы представляют опасность для здоровья, после
вспенивания ФРП-1 в течении нескольких дней ощущается запах фенола. Существует также
более современный резольно новолачный пенопласт (РНП), в отличии от ФРП-1 он получается из сухих компонентов, путем химической реакции свободные фенолы за несколько минут связываются в твердом полимере. Запах фенола от готового РНП не ощущается, а через
сутки его не обнаруживает даже химический анализ. РНП также более прочен чем ФРП.
2.26 Черепица-хамелеон
Черепица становится белой в жаркую погоду и черной в холодную. Как известно белый
цвет хорошо отражает солнечные лучи, а черный – плохо. Именно это знание и легло в основу проекта. Будучи белой, черепица отражает около 80% падающего на нее солнечного света,
черная же - всего около 30%. Согласно ранее проведенным исследованиям, белая плитка на
крыше может сократить расходы на охлаждение жилища на 20%, эффективность же черной
плитки пока достоверно неизвестна.
Для создания черепицы-хамелеона использовали полимер, подобный тому, который используется в гелях для укладки волос. Это раствор такого вещества в воде расположен между
двумя листами гибкого пластика. В прохладную погоду он остается прозрачным, и через него
просвечивает черный фон, а будучи согретым, полимер «сворачивается». Получившиеся
«капли» рассеивают свет, и черепица становится белой.
29
На данный момент черепица может менять цвет в зависимости от погоды, но еще не в состоянии защитить дом от дождя или выдержать сильный ветер. Поэтому исследования продолжаются. Но в сравнительно скором времени планируется выпустить "умный" продукт на
рынок.
2.27 Эковата
Материал применяется для тепло-, влаго- и звукоизоляции верхних перекрытий и стен
домов, подходит для изоляции промышленных, торговых и сельскохозяйственных зданий и
продовольственных складов, для утепления дач, коттеджей, металлических и бетонных конструкций, типа гаражей и складов, для ремонта старых зданий с неутепленными полостями.
Влажность эковаты соответствует влажности окружающей среды. Поэтому она обладает
способностью связывать внутри волокон и отдавать влагу (дышать), не меняя теплоизоляционных свойств. В слое эковаты влага не накапливается, а выходит наружу в атмосферу. Дома,
изолируемые эковатой, можно и нужно строить без пароизоляции. При водной аварии эковата способна поглощать воду в 5-6 раз больше своей массы, в результате чего вода не попадает
в другие части конструкции, а при высыхании эковата не теряет своих качеств. Состав эковаты: 81% - вторичная целлюлоза, 12%, 7% - нелетучие соли борной кислоты и буры соответственно.
Реальная теплоизолирующая способность эковаты (λ=0,041 Вт/мК) существенно выше,
чем у плитных материалов, ввиду отсутствия швов, стыков, щелей и плотного прилегания
материала к основе.
Распыленная по месту покрытия, эковата проникает во все отверстия, тем самым создавая
звукоизоляционную стенку. После нанесения на внутреннюю поверхность плит с одной стороны 25 мм эковаты изолирующая способность данной стеновой конструкции повышается до
46 дБ. Увеличение толщины эковаты на 5 см добавит в среднем увеличение на 4,5 дБ.
В состав эковаты входят борные антисептики, поэтому она обеспечивает эффективную
защиту поверхности от гниения, грибков, насекомых и грызунов, благодаря чему может применяться в сельском хозяйстве.
Применение эковаты является безотходным, при необходимости реконструкции или переноса здания ее можно полностью удалить из ниш, а затем использовать вторично. Кроме
того, при использовании эковаты не требуется дополнительная пароизоляция, что позволяет
сэкономить на пароизоляционной пленке.
Эковата имеет относительно малый вес. Для перекрытий это 30-35 кг/м³, для стен 45
кг/м³. Это позволяет уменьшить как вес самой конструкции, так и нагрузку на отдельные
элементы конструкции.
Способы укладки
Эковата может укладываться тремя методами: сухой выдувкой, влажным напылением и
вручную. Сухая выдувка является наиболее прогрессивным методом: эковата наносится на
изолируемую поверхность под давлением, что обеспечивает проникновение материала в самые труднодоступные места. С помощью специальной и удобной выдувной установки эковату можно подать на высоту до 30 м. Метод влажного напыления обеспечивает большую
плотность слоя, хотя проникновение в труднодоступные места ниже, чем при сухой выдувке.
Эковату также можно легко уложить вручную, однако расход материала в этом случае увеличится на 10% по сравнению с сухой выдувкой, поэтому при больших объемах работы лучше
воспользоваться услугами специалистов.
Экологичность.
Эковата не содержит вредных для здоровья или летучих веществ, поэтому является экологически чистым продуктом. Кроме того, ее производство не причиняет ущерба природе.
Эковата относится к трудновозгораемым материалам, потому что она замедляет распространение огня в конструкциях. Кроме того, при горении эковаты не выделяется токсичных
30
веществ.
2.28 Экструзионный пенополистирол
В многослойной конструкции кровель, будь то механическая или балластная кровельная
система (рис. 2.5.10(а,б)), теплоизоляционный слой является одним из наиболее ответственных, т.к., во-первых, именно он защищает конструктивные элементы кровли от негативного
воздействия факторов внешней среды, т.е. от разрушения, во-вторых, способствует поддержанию внутри здания комфортного температурного режима и, в-третьих, обеспечивает эффективное энерго и теплосбережение, предотвращая нежелательные тепловые потери через
кровлю.
Рис.2.5.10 (а) Кровля с механическим
креплением гидроизоляционного слоя
Рис. 2.5.10 (б) Кровля с балластным креплением гидроизоляционного слоя
Преимущества экструзионного пенополистирола (XPS):
1. Превосходные теплотехнические характеристики
Плиты экструзионного пенополистирола обладают крайне низким коэффициентом теплопроводности даже в условиях повышенной влажности. Коэффициент их теплопроводности
в условиях эксплуатации во влажной климатической зоне (условия эксплуатации «Б») составляет λБ = 0,032 Вт/м °С. Для сравнения, коэффициент теплопроводности шарикового пенопласта марки 35 в аналогичных условиях эксплуатации составляет λБ = 0,040 Вт/м °С, а
коэффициент теплопроводности минеральной ваты λБ = 0,045 Вт/м °С.
2. Стабильность теплотехнических свойств материала на протяжении всего срока службы, вне зависимости от условий эксплуатации.
Насыщенный влагой теплоизоляционный материал – это уже не теплоизолятор, а проводник тепла. За счет замкнутой ячеистой структуры плиты XPS обладают практически нулевым
водопоглощением: не более 0,4 % по объему за 24 часа и не более 0,5 % по объему за 28 суток и за весь последующий период эксплуатации, что выгодно отличает их от минераловатных и пенопластовых утеплителей, структура которых просто разрушается под воздействием
многократных циклов замораживания-оттаивания.
3. Долговечность материала – более 50-ти лет.
4. Высокая прочность на сжатие
Прочность плит экструзионного пенополистирола на сжатие при постоянной нагрузке –
не менее 8 тонн на кв. метр. Для сравнения: прочность на сжатие шарикового пенопласта
(марки 25) при постоянной нагрузке составляет всего 2,3 тонны на кв. метр, а минераловатные утеплители, вследствие невысоких прочностных показателей для теплоизоляции нагруженных конструкций не применяются вообще.
Таким образом, экструзионный пенополистирол является оптимальным решением для
31
утепления кровель, так как не впитывает воду, обладает высокой механической прочностью,
долговечностью, является химически стойким и не подверженным гниению.
Важно уметь отличать качественный, экструзионный пенополистирол от дешевых копий,
ведь применение некачественного XPS так же опасно, как и отсутствие теплоизоляции вообще. Подделки могут издавать резкий неприятный химический запах, их плотность часто не
соответствует действительности: они мнутся, крошатся и ломаются прямо в руках, даже в
упаковку их кладут меньшее количество. При покупке обязательно обращайте внимание на
подобные вещи и требуйте предъявления сертификатов.
2.29 Термоэлектрический материал
Процесс построен на разнице температур, и поэтому требуется не только труба с горячей водой, но и с холодной.
Потребление энергии на сегодняшний день не всегда является экономным. Например,
двигатель в автомобиле. Сначала он очень сильно нагревается, использует только часть этой
энергии для самой работы, и затем тратится еще больше энергии для того, чтобы избавить
двигатель от перегрева. Panasonic разработал новый термоэлектрический материал, который
будет сохранять большую часть энергии.
Термоэлектрический материал – это нечто, что может конвертировать тепло непосредственно в электричество. Это не новшество, но в целом это настолько неэффективно, что те,
кто относится серьезно к получению электроэнергии через тепло, просто используют что-то
вроде парогенераторов. Которые, исходя из названия, вырабатывают электричество при помощи пара.
Новый термоэлектрический материал от Panasonic может получать 2,5 ватта электроэнергии от потока горячей воды, проходящей через каждые 10 сантиметров водопроводной
трубы. Четыре трубы могут предоставить 10 ватт электроэнергии, чего достаточно для питания лампочки. Конечно, ничего не бывает просто так и бесплатно. По сути, этот материал
может получать электричество из любого источника энергии, который используется для подогрева воды. Но потеря энергии от горячей воды – это то, что происходит в любом случае.
Просто в данной ситуации она не будет потребляться окружающей средой и уходить впустую, а ее будет получать термоэлектрический материал. Также стоит запомнить, что процесс
построен на разнице температур, и поэтому требуется не только труба с горячей водой, но и с
холодной.
И даже со всеми этими ограничениями, технология сама по себе имеет многообещающее будущее. Ведь ее энергоэффективность может вырасти в разы. Panasonic сейчас работает над
тем, чтобы сделать свою технологию еще более доступной, и тогда, возможно, мы сможем
даже опробовать такую систему сами.
2.30 ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ОКОН И ДВЕРЕЙ
2.30.1 Вилатерм, способ утеплить окна к зиме
Сегодня есть продвинутые способы утеплить свое окно. Например, самоклеящаяся лента из вилатерма. Во-первых, она является отличным теплоизолятором. Во-вторых, наклеить и
отклеить её можно за несколько минут, а главное – с максимальной аккуратностью. К тому
же, это очень дешёвый способ. Минусы такого способа утепления: лента сильно заметна на
окнах, срок ее службы - один сезон, поэтому каждый год придется совершать одни и те же
действия.
Конечно, есть и более совершенные методы утепления. Так называемая шведская технология. Специалисты снимают оконные створки и врезают в дерево трубчатые гибкие
уплотнители разных размеров (подгоняя их под размеры щелей). После этого створки и замки
32
подгоняются так, чтобы они плотно, но без усилий закрывались. Чтобы достичь такого результата изнутри по периметру стекла окно утепляют нейтральным силиконовым герметиком. После такой «операции» можно забыть об утеплении окон лет на 10-15. Причем, теперь
они будут отлично изолировать шум и пыль, проникающие с улицы.
Самоклеящийся резиновый профиль. Он бывает разных форм и размеров. Это можно
узнать по индексам, обозначающим сечения – D, P, E. Например, если щели в окне значительные, необходим D-профиль, а не очень большие – профиль E. А если очень большие, то
профилем уже тут не обойтись, надо менять окна или заделывать их с помощью инструментов. Профиль наклеивается на створки или на раму – это зависит от параметров окна. Если
всё будет выполнено по инструкции, профиль прослужит долго – 3-4 сезона. А если нет – отпадёт сам собой.
Энергоэффективные окна могут помочь сэкономить. Такие окна мы часто называем
стеклопакетами. Хотя стеклопакет – это ещё не всё окно. Это два или больше листов стекла,
которые соединены по периметру металлической рамкой. Внутри находится сорбент для того, чтобы воздух не был влажным. Стеклопакеты могут быть однокамерными, двухкамерными и даже трехкамерными.
По исходным материалам и конструкции стеклопакеты подразделяются на несколько
типов:
1. Из ПВХ и пластика. За ними совсем несложно ухаживать, и красить их тоже не нужно.
2. Алюминиевые. Очень долго прослужат. Но стоят в 1,5 больше, чем пластиковые.
3. Деревянные. Дубовые, которые делаются из цельного дерева. Это окна класса
«люкс». Они обойдутся втрое дороже, чем ПВХ. Сосновые окна делаются из клееного евробруса и не подвержены механическим воздействиям. Стоят в 1,2 раза дороже, чем ПВХ.
4. Деревоалюминиевые. Прослужат очень долго. Дерево будет отлично защищено от
дождя и снега снаружи. Стоят в 2,3 раза дороже относительно ПВХ.
5. Алюминиево-деревянные. Обычные алюминиевые рамы, отделанные снаружи древесиной.
6. Шумозащитные. Раздельного открывания по типу «2+1». Стеклопакет на внутренней
створке, стекло - на наружной). Бывают и деревяные, и дерево-алюминиевые, а также ПВХ и
пластико-алюминиевые.
2.30.2 Карусельные или револьверные двери
Современные двери состоят из стеклянного цилиндра, выполненного на основе алюминиевых профилей, покрашенных порошковой краской или облицованных нержавеющей сталью, и вращающихся лопастей, количество и конфигурация которых весьма разнообразны.
Их выбор основывается на режиме работы и величине человекопотока. Верх стандартной карусельной двери венчает, так называемое, Канопе - надстройка, в которой располагается
верхний подшипник, привод и электронные платы управления. Наиболее распространёнными
являются револьверные двери с тремя-четырьмя лопастями и диаметром 2,5-4 метра.
4 основных вида револьверных дверей:
· ручные револьверные двери (входящий толкает двери перед собой);
· ручные револьверные двери с мотором (фиксируют створки в определённом положении после выхода из двери);
· автоматические револьверные двери с сервоприводом (чувствительны к нажатию на
створку, в результате чего начинают двигаться при входе в них человека и останавливаются
при выходе);
· полностью автоматические револьверные двери (вращаются постоянно).
Помимо достоинств карусельные двери весьма долговечны – средний срок эксплуатации у большинства производителей составляет 15-20 лет.
33
Основным недостатком на данный момент является высокая стоимость.
2.30.3 Рафшторы
Рафшторы работают так – летом они отражают солнечные лучи и предотвращают
нагревание помещения, а в холодные месяцы уберегают от утечки тепла. Рафшторы, в отличие от обыкновенных ставень, могут управлять световым потоком – их можно оставить в таком положении, при котором они будут отражать прямые солнечные лучи, в то же время
пропускать в помещение достаточное количество света. Широкие ламели светозащитного
полотна рафштор, изготовленные из материала, устойчивого к коррозии, плавно меняют угол
наклона, позволяя регулировать световой поток в офисе. Опуская полотно рафшторы, можно
полностью затемнять офисное помещение, если это необходимо для использования в офисе
проекционной техники.
Согласно исследованиям, при установке солнцезащитных систем экономия может составить от 100 до 1000 КВтчас/год для среднего помещения с одним окном в офисе или государственном учреждении. К тому же, установка рафштор на окна помогает летом уменьшить
температуру в офисе на 2-5 градусов, что существенно снижает расходы на кондиционирование. Зимой рафшторы, напротив, отражают тепловые лучи, проникающие через стекло на
улицу. Это уменьшает потери тепла, а, следовательно, и расходы на отопление офиса.
Рафшторы эффективно ограждают помещение от уличного шума и пыли – они будут
незаменимы, если окна офиса выходят на оживленную магистраль.
2.30.4 Роллеты на окнах
В опущенном состоянии роллеты не пропускают активные солнечные лучи внутрь дома, что способствует поддержанию нормальной температуры внутри и позволяет сэкономить
электроэнергию, не прибегая к помощи кондиционера. В зимнее время роллетные системы
способствуют теплосбережению. Правильно размещенные перед оконным или дверным проемом роллеты способны снизить возможные потери тепла на 50%.
2.30.5 Солнечные микро-батареи для энергетических окон
Кремниевые элементы диаметром 1,8 мм напоминают затвердевшие капли. Высокий
уровень прозрачности позволяет «встраивать» их в обычное стекло, получая гибрид окна и
солнечной батареи. Выпуклая форма позволяет поглощать свет не только днем, когда солнечные лучи направлены прямо в окно, но также утром и вечером, когда солнце светит под
углом. Поскольку стекло может поглощать свет с обеих сторон, эта технология способна
привести к более эффективному преобразованию солнечной энергии в электричество.
По мнению разработчиков, сфера использования «солнечных капель» не обязательно
должна ограничиваться производством энергоэффективных окон. Благодаря особенностям
структуры, эти элементы также могут быть интегрированы в различные гибкие поверхности,
которые при необходимости могут принять практически любые формы для более эффективного поглощения солнечной энергии.
2.30.6 Теплоизоляция окон
Самый экономичный вариант – средства на основе пенопласта и его производных. Среди достоинств этих утеплителей можно выделить их относительную дешевизну, малый вес и
небольшую толщину. Но есть и недостатки – хрупкость и недолговечность. Более надежной
теплоизоляция станет при использовании минеральной ваты.
Многие специалисты в качестве гидропароизоляционного материала рекомендует фольгоизолон. Это особый пористый полиэтилен, покрытый лавсановой пленкой (синтетическое
волокно) с металлизацией. Такой материал не накапливает влагу, отражает ультрафиолет и
34
препятствует образованию конденсата. Четырехмиллиметровое покрытие из фольгоизолона
держит тепло так же, как стена в полтора стандартных кирпича.
Толщина слоя утеплителя обычно варьируется от 50 до 150 мм. Это значение подбирается индивидуально, в зависимости от климатических условий, по таблицам, которые содержатся в СНиП 23-02-2003, СНиП 23-01-99 и СП 23-101-2004.
Материал для утепления должен иметь небольшой вес. Это необходимо для того, чтобы
не создавать лишней нагрузки на перекрытия. Материал должен обладать низкой теплопроводностью, от которой будет зависеть толщина утеплительного слоя.
Еще один важный момент – герметизация всевозможных щелей, зазоров, швов и стыков, образовавшихся при остеклении балкона. Их следует «убирать» с помощью специальной
пены или другого герметика.
Варианты отопления
1)установка пола со специальной системой подогрева, которая работает по принципу
электрогрелки. Специальные электрические элементы системы отопления крепят на поверхности бетонного основания. После монтажа их покрывают цементно-песочной стяжкой. Это
позволит теплу равномерно распределяться по поверхности и нагревать воздух у пола. За его
пределы выводится только силовой электрический кабель и регулятор температуры.
2) установка электрокамина и других местных отопительных приборов (радиатора, калорифера или кондиционера). Учитывая небольшие габариты балкона или лоджии, для их
обогрева лучше применять масляные радиаторы серии ЭРМБ, ЭРМС. Электрическая мощность отопительного прибора должна быть в пределах 1,5-2 кВт. Но тогда (и вам следует
помнить это) счета за потребление электроэнергии возрастут в несколько раз.
На теплоизоляцию существенно влияет внутренняя отделка. Сегодня наиболее популярной является обшивка пластиковыми панелями. Они не боятся перепадов температуры и
влаги, не требуют специального ухода и легко моются обычным мыльным раствором. Это
практично, удобно и недорого. Пластиковая вагонка позволяет оформить пространство в самых разных стилях.
2.30.7 Уплотнители для окон и дверей: шведская технология
Шведские уплотнительные прокладки имеют широкую сферу применения. Сам по себе
материал имеет приемлемую цену и быстро окупается.
Чтобы избежать различных ошибок, прежде чем покупать уплотнители, проведите простой эксперимент:
- возьмите немного пластилина;
- положите в притвор окна (или двери) и закройте его;
- откройте окно и аккуратно снимите пластилин;
- толщина пластилина будет равна толщине уплотнительной прокладки, которую вам
необходимо выбрать.
Применение уплотнителей в работе не требует больших усилий. Они приклеиваются на
оконную (или дверную) раму по всему периметру. Таким образом, прокладка должна оказаться между рамой и окном. Она будет являться надежным барьером для проникновения холодного ветра, пыли и шума в ваш дом.
Наиболее удобны прокладки с самоклеящейся основой. Они изготавливаются из пористой резины, которая сама по себе довольно прочная, но при этом имеет невысокую стоимость. Такой утеплитель достаточно прост в установке: чтобы приклеить его на раму, нужно
просто снять защитную бумагу. Утеплители прочно держатся на дереве, пластмассе, металле
и большинстве других материалов. Гарантированный срок их службы не менее 7 лет.
2.30.8 Утепления оконных систем
Сегодня на строительном рынке предлагают оконные системы из разных материалов –
35
дерева, алюминия и ПВХ.
Современные деревянные окна делают не из массива дерева, а из клееного бруса. Это
помогает избежать трещин и деформаций при изменении влажности. Однако древесина горюча, поэтому ее пропитывают специальными антипиреновыми составами.
Оконные системы из алюминия прочны, но из-за высокой теплопроводности их нельзя
назвать теплыми. Для жилых помещений их обычно не рекомендуют.
Окна из ПВХ (поливинилхлорида) состоят из многокамерных профилей с укрепляющими металлическими вставками. Такие конструкции позволяют добиться высоких теплотехнических характеристик. Основные причины большой популярности пластиковых окон – долговечность, неприхотливость и эстетичность ПВХ-профиля. Более того, на протяжении всего
периода эксплуатации этот материал сохраняет все первоначальные свойства. К тому же ПВХ
является экологически безопасным материалом, так как не выделяет никаких веществ в процессе использования.
2.30.9 Фотоэлементы для окон-энергогенераторов
Особенность данного материала заключается в том, что если создать ему определенные
условия, он самопроизвольно формирует некую упорядоченную структуру, в многократном
приближении напоминающую пчелиные соты.
Через тонкий слой материала, пребывающего в еще жидком состоянии, направляется
поток микроскопических капель воды. Капли распределяются равномерно по поверхности и,
по мере остывания полимера, испаряются. Таким образом, образуется, своего рода, текстура
из серии шестиугольников, плотность которых определяется скоростью испарения и влияет в
конечном итоге на эффективность переноса заряда. Проще говоря, чем медленнее испарение
– тем плотнее упаковка, и тем эффективнее она работает.
В итоге нити самого полимера укладываются по граням шестиугольников, сами же они
остаются пустыми – и материал в целом оказывается практически полностью прозрачным.
Зато плотно упакованные нити вдоль граней поглощают солнечный свет довольно интенсивно и при этом проводят электрический ток – в том числе и тот, который возникает при облучении материала солнечным светом
Способ выработки такого материала, который в дальнейшем может быть использован
для создания энергоэффективных прозрачных окон, генерирующих электричество, достаточно прост, малозатратен и легко масштабируется до массового производства.
2.30.10 Электрохромные окна
Электрохромное стекло представляет собой два стекла с электропроводящим слоем,
склеенных друг с другом на расстоянии до 1 мм. Между стеклами равномерно распределен
электрохромный слой. По консистенции он напоминает мармелад, нейтрален к окружающей
среде и не выделяет никаких вредных веществ.
В выключенном состоянии электрохромный слой оптически прозрачен. При включении
– окрашивается как правило в синий цвет. Последующее отключение снова делает его прозрачным.
Несмотря на то, что работа таких окон требует электроэнергии, ее количество незначительно. Электричества, достаточного для работы 60-ваттной лампы накаливания, хватит для
использования в электрохромных окнах общей площадью 140 кв.м.
Преимущества:
Электрохромный слой играет роль антибликового покрытия.
Снаружи затемненное окно имеет зеркальную поверхность, поэтому с его помощью
можно защитить помещение от посторонних взглядов.
Электрохромное окно не пропускает ультрафиолетовое излучение, защищая тем самым
от выгорания мебель, картины, обои.
36
Так как окна работают от напряжения 2 В, их можно использовать в ванных комнатах и
бассейнах, не боясь смертельно опасного сочетания воды и электричества. Поэтому электрохромные окна не боятся дождя и снега, их можно мыть так же, как обычные окна.
Электрохромные окна являются отличным энергосберегающим решением. Летом они
позволяют:
• сократить расходы на кондиционирование до 49%;
• снизить пиковые нагрузки в сети до 16%;
• снизить затраты на освещение на 51%;
в сравнении с тонированным стеклом.
Зимой же они не выпускают тепло наружу, отражая его внутрь помещения. Это снижает
потери тепла в 4,5 раза по сравнению с обычным стеклопакетом.
Окна потребляют не более 2 Вт/м2, что в 37 раз меньше потребления лампочки (75 Вт).
Срок службы обычно составляет 10 лет или 100 000 циклов. Большинство производителей
дает гарантию 2 года. Может выдерживать температуру от – 40 до + 90°С. Время затемнения/осветления: 2-10 мин. Окна потребляют не более 2 Вт/м2, что в 37 раз меньше потребления лампочки (75 Вт). Срок службы обычно составляет 10 лет или 100 000 циклов.
2.31 ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУБОПРОВОДОВ
2.31.1 Антикоррозионные составы для повышения надежности трубопроводов
Одним из наиболее перспективных вариантов решения данной проблемы стало применение антикоррозионных лакокрасочных покрытий, наносимых на наружную поверхность
стальной трубы и препятствующих интенсивному протеканию коррозионных процессов при
нарушении герметичности внешней оболочки.
Это объясняется простотой их нанесения, возможностью защиты металлоконструкций
больших габаритов и сложной конфигурации, низкой стоимостью и хорошей сочетаемостью
с другими методами защиты.
На основании результатов испытаний образцов в индустриальной ППУ изоляции с антикоррозионным покрытием установлено, что предварительное окрашивание поверхности
труб (перед их заливкой пенополиуретаном) антикоррозионными составами позволяет:
1. В процессе длительного хранения труб в ППУ изоляции обеспечить стабильную адгезию теплоизоляционного слоя к поверхности трубы и исключить протекание коррозионных
процессов на концевых участках труб, не имеющих пенополиуретановой изоляции.
2. В процессе эксплуатации трубопроводов в ППУ изоляции предотвратить развитие
коррозионных процессов в случае проникновения агрессивной среды к поверхности металла
трубопровода при возникновении механических повреждений защитной полиэтиленовой
оболочки и образовании сквозных повреждений трубы (непровар сварного шва, дефекты в
металле и т.п.).
3. Увеличить прочность сцепления пенополиуретановой тепловой изоляции с поверхностью трубы в два раза по сравнению с неокрашенной металлической поверхностью.
2.31.2 Асбестоцементные трубы в теплоснабжении
Асбестоцементные трубы являются прекрасной альтернативой стальным трубам. Они
не подвержены коррозии, не гниют и не склонны к обрастанию. Такие трубы очень прочны,
но в то же время имеют низкую теплопроводность, и это увеличивает экономический эффект
от их использования.
Преимущества асбестоцементных труб в эксплуатации:
· Стоимость ниже, чем у металлических почти в 3 раза;
· Монтаж и установка производятся быстро и легко;
· Не подвержены коррозиям и воздействию грунтовых вод;
37
· Имеют низкий коэффициент теплопроводности;
· Выдерживают напор воды температурой до 130 С;
· Долговечны и надёжны в использовании.
Асбестоцементные трубы в эксплуатации.
Трубы соединяются в трубопровод с помощью муфт, также сделанных из асбестоцемента. Внутри муфт имеются специальные резиновые кольца-манжеты. При давлении на них
они очень плотно прилегают к поверхности соединяемых труб. Концы каждой трубы по
наружному диаметру обтачиваются точно до необходимых размеров. При соединении между
поверхностями муфты и трубы оставляется небольшой зазор на случай деформации резинового уплотнителя. Эта технология позволяет обойтись без использования температурных
компенсаторов. При нагревании асбестоцемент деформируется гораздо меньше, чем сталь –
при нагреве на 100ºС асбестоцементная труба удлиняется всего на 0,4 мм. И это тоже позволяет сохранять оптимальную теплопроводность и целостность трубопровода.
Благодаря своим свойствам, асбестоцементные трубопроводы не требуют постоянного
сложного контроля влажности и теплоизоляции. Теплопроводность асбестоцемента гораздо
ниже, чем у стали, а стенка такой трубы толще в 3-4 раза. При использовании асбестоцемента
достаточно самой простой теплоизоляции – засыпной. Даже при применении более сложных
способов – пенополиуретановой изоляции или пенополимерминеральной – расход материалов будет в разы меньше.
В промышленных зонах, на железнодорожных станциях в городах с электротранспортом асбестоцементные трубы просто незаменимы. Стальные трубопроводы служат здесь не
более 2 лет из-за действия блуждающих токов. А асбестоцемент – это прекрасный диэлектрик. Он не подвержен электрохимическим коррозиям и прослужит очень долго.
В полной мере оценить преимущества асбестоцементных трубопроводов позволяет бесканальная прокладка. Не надо думать о гидроизоляции и тратиться на минераловатную изоляцию. Отпадает необходимость и в диспетчерском контроле влажности теплоизоляции в
случае применения пенополиуретана и в использовании лотков для прокладки труб.
2.31.3 Бесканальные теплотрассы
Безотказно действующим методом изоляции стыкового соединения проводов ППУ
служит применение термоусаживаемых простых радиационно-сшитых и электросварных
муфт с заливкой в полость стыка компонентов полипеноуретана.
Самое высокое качество ППУ дает заливочная машина. Минусами использования заливочных машин бывают их высокая цена и недостаточная мобильность при работе в полевых
условиях. Есть и иной, более практичный выход, который создает условия для высокого
уровня теплоизоляции - это монтажный пенопакет. В комбинации с соответствием используемого ППУ нормам заливка стыка из пенопакета существенно упрощает и ускоряет весь процесс, и, кроме того, обеспечивает защиту от неточностей при подготовке компонентов. Помимо всего прочего эта технология экологически безопасна.
2.31.4 Греющие кабели
В настоящее время греющий кабель повсеместно используется для создания качественных систем электрообогрева. Его основная функция – преобразовывать электрический ток,
протекающий по нему, в обычное тепло. К преимуществам систем на основе греющего кабеля относится экономия на обслуживании, простота и удобство монтажа. Современные системы обогрева на основе греющих кабелей находят широкое применение в промышленности и
для хозяйственных нужд. В основном греющие кабели используют для обогрева труб и трубопроводов, различных емкостей, цистерн и других технологических объектов; обогрева
площадок перед домами или перед коттеджами, предотвращения обледенения кровель, для
создания систем «теплый пол».
38
Существует три вида греющего кабеля: резистивный, зональный и саморегулирующийся кабель.
Резистивный греющий кабель
Принцип действия резистивного греющего кабеля зависит исключительно от постоянного неизменного по всей длине сопротивления. Тепло в резистивном кабеле выделяет металлическая жила. Безопасность применения кабеля обеспечивается надежной изоляцией.
Отличительной особенностью данного вида кабеля является его повышенная эластичность, что позволяет ему принимать нужную форму. Эластичность дает возможность укладывать его на поверхностях любой конфигурации. Резистивный греющий кабель обеспечивает повышенную погонную мощность и при необходимости может быть уложены в несколько
слоев. Такой кабель, как правило, нарезают на заводах в виде готовых кабельных секций
определенной длины, снабженных специальными муфтами. К недостаткам этого вида кабеля
относится невозможность регулирования теплоотдачи. Это означает, что существует высокая
вероятность перерасхода электроэнергии. Плюс ко всему резистивный кабель требует ухода:
удаления мусора, чтобы избежать перегрева.
Зональный греющий кабель
Содержит две параллельные изолированные токопроводящие жилы. Поверх токопроводящих жил наложена спираль из проволоки с большим омическим сопротивлением, которая
через контактные окна попеременно замыкается то с одной, то с другой токопроводящей жилой, образуя параллельные нагревательные элементы – «зоны». Каждая «зона» представляет
независимый нагреватель длиной около 1 м.
Саморегулирующийся греющий кабель
В противовес резистивному саморегулирующийся нагревательный кабель обеспечивает
экономный расход электроэнергии; обладает высокой максимальной мощностью; его можно
нарезать на куски любой длины, что дает экономию материала и стоимости монтажных работ.
Саморегулирующийся кабель может изменять вырабатываемую мощность на каждом
своем участке в зависимости от температуры окружающей среды. Основной элемент данного
кабеля - специальная пластиковая матрица. Удельное тепловыделение - от 6 до 100 Вт/м может изменяться по длине секции в зависимости от фактических потерь тепла. Таким образом каждый участок кабеля как бы приспосабливается к внешним условиям. Тепловыделение
нормируется в жестко определенных условиях и обычно входит в наименование кабеля.
Саморегулирующийся кабель имеет две параллельные токопроводящие жилы. Токопроводящие жилы окружены проводящей пластмассой, в которой и происходит выделение тепла. Для пластмассы характерна зависимость проводимости от температуры, а температурный
коэффициент сопротивления проводящих пластмасс на порядок больше, чем у меди или стали. Именно это и позволяет кабелю саморегулировать тепловую мощность. Также данный
вид кабеля способен изменять свою мощность локально, только в зоне перегрева. Это свой39
ство позволяет делать безопасными системы обогрева трубопроводов и резервуаров, в том
числе с переменными по длине трубопровода условиями теплоотдачи.
Саморегулирующийся кабель дороже резистивного, и это, пожалуй, единственный его
недостаток. Однако при грамотном проектировании, стоимость систем на его основе превышает стоимость системы на резистивных кабелях лишь на 15-25%, поскольку распределительных кабелей требуется меньше. Но главное - такие системы более надежны и экономичны.
Не стоит опасаться, что саморегулирующийся кабель перегорит, даже если он перехлестнулся, либо его завалило листвой. Кабель сам автоматически регулирует выделяемую
мощность по оптимальному алгоритму. Электроэнергия при этом не расходуется понапрасну.
Такой саморегулирующийся кабель существенно дороже, но он и более долговечен и
надежен в эксплуатации.
2.31.5 Материалы для изоляции трубопроводов
Теплоизоляционные материалы на основе минеральных и базальтовых ват, покрытых
оцинкованными лентами и листами, или с защитным покрытием из асбестоцементных составов, наименее предпочтительны для использования. Монтируемые на теплопровод в виде матов и скорлуп, они не обеспечивают необходимый уровень тепло- и влагоизоляции. При длительной эксплуатации негативная среда воздействует на них разрушающе, и сам трубопровод
своим большим весом провоцирует механические повреждения.
Если применение этих материалов представляется единственной возможностью, рекомендуется под теплоизоляционный слой дополнительно наносить антикоррозийное покрытие.
Вышеупомянутые материалы неудобны также из-за невозможности реализации подземной бесканальной прокладки, низкого технического уровня решения задачи, приводящего
к большим технологическим затратам и увеличенным срокам выполнения работ.
Надежность гарантируют трубы с нанесением теплоизоляции в заводских условиях,
хотя их цена существенно выше. Но долговечность и стабильная работа влечет за собой значительное снижение издержек при строительно-монтажных работах.
Вывод: суммарный анализ всех критериев показал, что наиболее предпочтительным
является применение пенополиуретановой (ППУ) и пенополимерминеральной (ПММ) теплоизоляции.
Рассмотрим свойства этих материалов более подробно.
Пенополиуретановая изоляция.
Принцип действия ППУ изоляции заключается в следующем. На стальную трубу
наносится слой пенополиуретана, представляющий собой полимерную ячеистую конструкцию с высоким сорбционным увлажнением. Поэтому необходима сплошная полиэтиленовая
труба, которая будет защищать материал от влаги. Таким образом, предварительная изоляция
в виде пенополиуретана состоит собственно из стальной трубы, слоя теплоизоляции и внешней оболочки из плотного полиэтилена.
Так как проблема увлажнения материала достаточно серьезно, рекомендуется установить постоянный контроль. Для этого в слое теплоизоляции устанавливают провода системы
оперативно-дистанционного контроля (ОДК). По изменению электрического сопротивления
между ними и стальной трубой можно контролировать степень увлажнённости материала
теплоизоляции, отслеживать места повреждений и принимать своевременные меры.
Пенополимерминеральная изоляция.
Основой ППМ-изоляции служат органоминеральные композиции, включающие различные вариации химических веществ и минеральных наполнителей с учётом местных сырьевых возможностей. Наиболее распространенным наполнителем является кварцевый песок.
Особенности ППМ-изоляции
40
- паропроницаемость (в случае намокания теплоизоляционного слоя, влага, нагреваясь
от работающего теплопровода, превращается в пар, который вытесняется из изоляционного
слоя;
- отсутствие внешней гидрозащитной оболочки.
Преимущества
Недостатки
1. Лучшие теплоизоляционные свойства - 1. Термостойкость изоляции не превышает
самая низкая теплопроводность из представ- 130оС (допустима только кратковременная
ленных материалов (0,028-0,04 Вт/м.град.)
работа при 150оС), что условиях российского
2. Длительный расчётный срок службы.
климата может привести к повреждениям при
3. Отсутствие необходимости нанесения ан- больших тепловых нагрузках.
тикоррозионного покрытия на стальную 2. Высокая стоимость изделия и монтажных
трубу под изоляцию.
работ.
4. Низкие показатели по скорости коррозии 3. Низкая прочность, слабая стойкость изоляи водопоглощению.
ции к механическим воздействиям.
5. Большой опыт применения в стране и за 4. Низкая адгезия к стальной трубе, особенно,
рубежом.
по сравнению с другими теплоизоляционными
6. Гарантийный срок обслуживания до 5 лет. материалами.
7.
Наличие
системы
оперативно- 5. Высокий уровень сорбционного увлажнедистанционного контроля (ОДК).
ния, приводящий к коррозийному воздействию на металл трубы. Как следствие – дополнительные затраты на гидрозащиту.
6. Высокие требования к технологической
дисциплине при производстве работ и необходимость высококвалифицированных работников при монтаже трубопровода, особенно,
при монтажных работах по заделке стыков
изоляции трубопровода.
7. Необходимость постоянного оперативнодистанционного контроля из-за резкого снижения изоляционных свойств материала при
попадании влаги.
8. Полная паронепроницаемость конструкции
и невозможность удаления влаги в случае повреждения гидрозащитной оболочки.
ППМ-изоляция представляет собой монолитную тепло- и гидроизоляционную конструкцию с переменной по сечению плотностью. За один цикл формования ППМ-изоляции в
заводских условиях на трубе образуются одновременно три слоя:
внутренний - антикоррозионный слой толщиной 3-8 мм, с высокой адгезией плотно
прилегающий к трубе с объёмной массой 400-600 кг/м3;
средний - теплоизоляционный слой, толщина которого определяется в соответствии с
тепловыми расчётами, с объёмной массой 80-100 кг/м3;
наружный - механо-гидрозащитный слой толщиной 5-10 мм с объёмной массой 400600 кг/м3.
Преимущества
1. Высокая термостойкость (до 150оС)
2. Высокая механическая прочность, долговечность и надёжность в эксплуатации.
3. Сохранение свойств и целостности при длительной эксплуатации в различных гидрогеологических условиях.
41
4. Отличные адгезионные свойства полностью герметизируют металл трубы и не требуют нанесения антикоррозионной защиты.
5. Не требуется дополнительного гидроизоляционного покрытия изоляции.
6. Залитый в полевых условиях стык теплоизоляции не уступает по свойствам и качеству теплоизоляции нанесённой в заводских условиях
7. Суммарная стоимость теплопровода для труб небольшого диаметра вдвое, а для
больших диаметров в полтора раза ниже, чем для трубопроводов с ППУ изоляцией.
8. ППМ изоляция позволяет проводить ремонтные работы по восстановлению изоляционного слоя в месте повреждения без замены трубы.
Таким образом, проведённый анализ и выбор на его основе лучших теплоизоляционных конструкций позволяет рекомендовать при строительстве, реконструкции и капитальном
ремонте тепловых сетей для использования в качестве теплоизоляционных конструкций трубы и элементы трубопроводов в ППУ- и ППМ изоляции.
2.31.6 Металлопластиковая труба или труба из полипропилена
Рабочее давление металлопластиковой трубы для горячей воды в 2 раза ниже, чем полипропиленовой. Рабочее давление воды в квартирах практически никогда не превышает
6 кг/с2. Зачастую в сетях проходят ремонтные работы холодного или горячего водоснабжения. При отключении воды и заполнении водопровода давление иногда возрастает до
10 кг/с2, а при резком открывании задвижки, давление может возрастать до 20 кг/с 2 и выше.
При этом случается гидроудар.
Части полипропиленовой трубы соединяются между собой термической сваркой путем
одновременного разогревания свариваемых поверхностей. Сварочный шов по истечении
48 часов в результате диффузии электронов становится монолитным, происходит сварка на
молекулярном уровне. Металлопластик же соединяется путем обжима двух поверхностей через резиновые кольца. При частом изменении температуры, давления, резина может стать
менее эластичной, и из-под гайки может начать течь вода. Это случается, как правило, через
4-5 лет службы.
Следовательно, лучше использовать металлопластик только в водопроводе с невысоким
давлением, и там, где все соединения доступны (распределительные шкафы, наружная разводка), например, при монтаже отопления в частных домах.
2.31.7 Съемные панели для теплоизоляции клапанов и фитингов
Эффективность данного метода зависит от конкретных условий, но потери тепла в результате частых повреждений теплоизоляции во многих случаях недооцениваются.
Кроме того, надлежащая установка съемной теплоизоляции может способствовать снижению уровня шума.
Возможна быстрая окупаемость соответствующих затрат, однако конкретный период
зависит от цен на энергию и теплоизоляцию, а также объектов, которые предполагается изолировать.
Съемные или пригодные для повторного использования теплоизоляционные панели часто используются в промышленности для изоляции фланцев, клапанов, компенсаторов, теплообменников, насосов, турбин, резервуаров и прочих устройств и поверхностей неправильной формы. Такие панели являются гибкими, устойчивыми к вибрации и могут использоваться для теплоизоляции вертикально и горизонтально смонтированного, а также труднодоступного оборудования.
Область применения: для любых трубопроводов и элементов оборудования, имеющих
высокую температуру, изоляция которых целесообразна с точки зрения снижения потерь
тепла, а также повышения уровня безопасности. Следует ориентироваться на общее правило,
согласно которому из соображений безопасности следует изолировать все поверхности, тем42
пература которых может превышать 50 C, если с ними возможен контакт персонала. Теплоизоляционные панели и элементы изоляции могут легко сниматься для периодического
осмотра или технического обслуживания и при необходимости заменяться. Кроме того, в состав таких панелей входит материал, придающий им звукоизоляционные свойства, что вносит вклад в снижение уровня шума.
2.31.8 Трубы в системах водоснабжения и отопления
Оптимальным решением в выборе материала для водоснабжения можно назвать медные
бесшовные трубы. Для водоснабжения и отопления выбираются трубы с наименьшим значением толщины стенки. Как правило, для наиболее ходовых типоразмеров это около 1 мм. Как
и у любого материала, у медных труб существуют эксплуатационные ограничения. К таким
относится требование чистоты воды, что достигается установкой фильтров механических загрязнений на вводе, и оптимальные значения жесткости и pH. Однако, хлорирование воды не
только не вредно для меди, но и продлевает срок ее службы.
В силу тонкостенности на медные трубы никогда не наносится резьба. Основным, классическим, способом соединения является капиллярная пайка.
Капиллярная пайка медных труб – крайне надежный и прочный вид соединения. Достаточно сказать, что при испытаниях на разрыв давлением, паяное соединение выдерживает
значения давления, при которых разрывается сама медная труба, а это около 250-450 атмосфер (для каждого диаметра свое значение). При этом капиллярная пайка была и остается самым дешевым видом соединения. Для случаев, когда пайка должна производиться в огнеопасном помещении, существует способ пайки без использования ацетиленовой горелки – с
помощью компактных электрических клещей.
Более быстрым способом соединения медных труб является прессование с помощью
фитингов – соединительной арматуры. Такой способ соединения не менее надежен, чем пайка, но имеет ограничение по верхнему пределу температуры эксплуатации - от 95 до 120 градусов Цельсия в зависимости от конкретного производителя пресс-фитингов.
Для подводки трубопроводов к арматуре и сантехническим приборам может использоваться обжимное соединение с помощью т.н. компрессионных фитингов. Из инструмента
здесь потребуется только гаечный ключ. Компрессионные фитинги также используются в
ремонтных целях, когда необходимо быстро ликвидировать аварию или при самостоятельном
устройстве системы водоснабжения владельцем коттеджа.
Для соединения без фитингов вообще используются специальные инструменты для организации раструбов и посадочных воротников прямо на медных трубах, что существенно
удешевляет монтаж. В этом случае, как правило, используется особый вид капиллярной пайки - высокотемпературная.
После пайки на золотистой поверхности медных труб появляются пятна, которые никак
не влияют на функциональные свойства труб. Если такие трубы находятся в публичных местах, их просто красят.
Медные трубы больших диаметров (больше 108 мм) соединяют встык при помощи
обыкновенной сварки.
Характеристики вышеописанных и некоторых других, наиболее часто используемых
видов труб:
1)Стальные (черные) трубы
Положительные качества:
1. Повышенная прочность трубопроводов
2. Легко поддаются газовой сварке
Отрицательные:
1. Быстро ржавеют и начинают течь
2. Забиваются - нужно постоянно прочищать.
43
3. Нельзя чистить щелочными материалами, щелочи разъедают их и трубы начинают
протекать
Для сетей внутреннего и наружного водоснабжения и канализации дома.
2) Оцинкованные трубы
Преимущества:
1. Повышенный срок эксплуатации по сравнению с обычными стальными трубами
2. Повышенные антикоррозийные свойства
3. Реже забиваются мусором
Отрицательные качества:
1. Тяжелее обычных стальных труб на 3-4%
2. Подвергаются ржавчине
Для сетей внутреннего и наружного водоснабжения и канализации дома.
3) Чугунные трубы
Положительные характеристики:
Повышенные антикоррозийные свойства
Отрицательные:
1. Забиваются - нужно постоянно прочищать
2. Нельзя чистить щелочными материалами, щелочи разъедают их и трубы начинают протекать
Для сетей внутренней и наружной канализации дома.
4) Медные трубы
Положительные характеристики:
1. Самые лучшие трубы для трубопроводов
2. Легкие в обработке
3. Легко поддаются газовой сварке
4. Легко гнутся
Отрицательные: самые дорогие.
Для сетей внутреннего и наружного водоснабжения и канализации дома.
5) Металлопластиковые трубы (МПТ)
Положительные характеристики:
1. Имеют свойства металла и пластмассы - прочны и достаточно жестки, как хорошие стальные трубы
2. Соединение МПТ исключает сварочные работы и нарезку резьбы - установка эффективна
там, где сварочные работы запрещены
3. Легкие по весу
4. Стойки к коррозии
5. Не образуют накипи
6. Не окисляются при взаимодействии с водой
7. Обладают относительной гибкостью - позволяют без особых усилий придавать им необходимую форму
8. Срок службы таких труб колеблется от 20 до 50 лет в зависимости от условий эксплуатации
Отрицательные:
1. Единственный способ соединения - компрессионный, требующий минимального набора
фасонных частей и спец. инструментов
2. Фитинги и фасонные части для МПТ изготавливаются из латуни и имеют стандартные для
всех труб резьбы (в широком ассортименте)
3. Металлополимерные трубы зарубежного производства весьма дороги и требуют для
монтажа фирменных соединительных элементов.
Для сетей внутреннего водоснабжения дома.
44
6) Пластмассовые трубы:
- ПХВ (поливинилхлорида)- для канализации;
- ПП (полипропилена)- для канализации;
- АБС (акрилонитрин бутадиен стирол)- для горячего и холодного водоснабжения;
- ПБ (полибутилен)- для горячего и холодного водоснабжения.
Положительные характеристики:
1. Не подвергаются коррозии
2. Хорошо поддаются обработке
3. Легко соединяются
4. Являются прекрасным диэлектриком, что защищает систему от возникновения блуждающих токов
5. Повышенная пропускная способность - не засоряются
6. Низкая теплопроводность исключает образование конденсата
7. Достаточно дешевы
Отрицательные:
1. Легко повреждаются (причем окончательно)
2. Подвергаются воздействию отрицательных температур.
45
3
ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Автомобиль на воздухе
Один из возможных способов извлечения тепловой энергии и превращения ее в полезную работу является использование механизма высотных градиентов давления и температуры среды. С его помощью энергия хаотического движения молекул воздуха преобразуется в
энергию направленного движения рабочего органа, служащего одновременно переносчиком
тепла из слоя среды с высокой температурой в слой среды с низкой температурой.
Устройство, которое способно превращать тепловую энергию среды в механическую
или электрическую, условно называется воздушным двигателем. Первым основным элементом его является контейнер – газонепроницаемая емкость, обладающая способностью свободно изменять свой объем под действием внешнего и внутреннего давления, которые находятся в состоянии постоянного равновесия. Контейнер воздушного двигателя исполняет роль
емкости для газа и перевозки его по периметру двигателя. Контейнер, подобно поршню, приводит в движение все рабочие органы двигателя. Внутри контейнера содержится газ, который
служит рабочим телом двигателя. Он выполняет ряд функций: поддерживает заданную форму контейнера; переносит тепло, поглощенное в теплых нижних слоях атмосферы, в верхние
холодные слои; является регулятором величины архимедовой силы, благодаря которой контейнер совершает циклические движения. Для управления тепловым потоком в рабочем теле
контейнер снабжен теплозащитным экраном, закрывающимся при движении контейнера на
вертикальных участках траектории и открывающимся на горизонтальных участках. Участки
горизонтального движения контейнера являются вторым важнейшим элементом воздушного
двигателя. На них происходит уравнивание температур рабочего тела и воздуха. Чем меньше
время выравнивания температур, тем быстрее происходит теплообмен и тем больше мощность двигателя.
Еще один элемент воздушного двигателя – замкнутая цепь, к которой прикреплены
контейнеры, причем цепь перекинута через звездочки цепной передачей, расположенные горизонтально на двух высотах.
3.1
Автомобиль на пару
Поворотом ключа в замке зажигания подключается питание от электрического аккумулятора от 1 – го, 2 – го и 3 – го электродвигателей. Первый двигатель приводит в действие
воздуходувку, которая прокачивает наружный воздух через радиатор и подает его по воздуходуву в смеситель – горелку. Одновременно второй электродвигатель приводит в действие
топливный насос, который подает конденсат из бака через змеевик подогревателя в корпусе
водоотделителя и подогреватель в составе экономайзера в змеевик парогенератора. Образовавшийся в парогенераторе перегретый пар направляется в паровую машину через дроссельный клапан.
3.2
3.3
БЫТОВЫЕ ПРИБОРЫ
3.3.1 Кондиционеры
Чтобы минимизировать расход энергии, во многих современных кондиционерах, применяется так называемая инверторная технология. Обычный неинверторный кондиционер
сначала охлаждает воздух до температуры на несколько градусов ниже заданной, а затем выключается. Воздух в помещении постепенно нагревается, и, когда его температура превысит
заданную аппарат включается вновь. Работа циклами – от включения до выключения – приводит к сравнительно большим энергозатратам, что и заставило конструкторов найти альтернативу. В основе инверторной технологии лежат «тонкие» алгоритмы управления рабочими
46
устройствами. Кондиционер сначала охлаждает воздух до требуемой температуры, а затем
поддерживает ее «мелкими шагами», не требующими пиковых энергетических всплесков.
Аппарат не совершает «лишних движений», в результате чего энергопотребление может
уменьшиться практически вдвое.
3.3.2 Печь на солнечной энергии
Печь работает по принципу индукционного нагрева с помощью фотоэлементов, напыленных на ее поверхность. Фотоэлементы поглощают солнечное излучение, причем как видимого, так и невидимого спектра, поэтому печь может работать и в солнечный, и в пасмурный день. "Крышка" печи, собственно, представляет собой один большой "солнечный элемент", ее можно поставить в любое место, достижимое для солнечных лучей.
В чашу-основание печи вставляется металлический лоток с
пищей и накрывается сверху "крышкой" с фотоэлементами. Между
металлом лотка и индукционной катушкой появляется электромагнитное поле, которое и нагревает еду. Сразу после удаления лотка из
прибора поле прерывается, поэтому процесс можно с легкостью контролировать.
Кроме того, печь снабжена аккумулятором солнечной энергии,
который может заряжаться между использованиями и хранить запас
энергии.
3.3.3 Светодиоды в мониторах и телевизорах
Преимущества светодиодов: во-первых, на 20-30% сниженное энергопотребление;
во-вторых, светодиоды более тонкие, что позволяет минимизировать размеры, точнее, толщину монитора; в-третьих, дисплеи со светодиодной подсветкой обеспечивают лучшие показатели контрастности, потому что дисплей подсвечивается не несколькими большим лампами, а множеством маленьких диодов, которые могут независимо друг от друга гаснуть или
загораться, затемняя или освещая нужные области экрана. И, в-пятых, светодиоды намного
экологичнее, т.к. не содержат ртуть, как люминесцентные лампы и утилизация осуществляется намного проще.
3.3.4 Солнечная батарея для зарядки ноутбука
Покрытое солнечными батареями зарядное
устройство способно обеспечивать выходное
напряжение от 5 В до 220 В. Главное условие –
солнечный свет, который преобразуется в электричество. Адаптационная технология, которая
позволяет изменять различные напряжения и
электрические токи, является главной особенностью новой разработки.
Устройство также имеет встроенный литий-ионный аккумулятор мощностью
12000 мАч. Специальная плата защиты позволяет не заботиться о перегрузках и коротких замыканиях.
Одна клавиша управления делает процесс зарядки максимально простым и доступным.
47
3.3.5 Фотоаппарат на солнечных батареях
Устройство солнечный ремень для удержания камеры избавляет фотографов от необходимости каждый раз, переживать, хвати ли заряда аккумуляторов, или тащить с собой дополнительные батарейки. Главное условие – хорошая погода!
3.3.6 Экономия электроэнергии при зарядке телефона
Новое устройство Leech Plug позволит подключать телефон к зарядному устройству не
переживая за энергопотери и оставлять его там хоть на всю ночь. Leech Plug фиксирует полную зарядку подключенного к нему устройства и самостоятельно отключается от розетки.
Это реализовано при помощи таймера и электромеханической схемы, которая физически отключает штепсель от розетки.
Генератор энергии, использующий трибоэлектрический эффект
При соприкосновении поверхностей из золота и полимера создается достаточное количество электроэнергии, чтобы зарядить мобильник просто при ходьбе
Можно сказать, что мы приблизились еще на один шаг к возможности зарядить аккумулятор
нашего планшета или телефона, просто шагая по своим делам. Исследователи из США и Китая разработали новый генератор, который способен производить достаточное количество
электроэнергии за счет конверсии статического электричества.
Со школы мы знаем, что при трении изделий из двух различных материалов (например
– волос и расчески), однако вот уже столетия исследователи пытаются использовать это явление – трибоэлектрический эффект в качестве полезного источника энергии.
Исследователям из группы Чжон Лин Вонга (Zhong Lin Wang) из Технологического
Института Джорджии (Атланта) удалось создать устройство, приручающее «капризный» эффект. Исследователи покрыли поверхность полимера тонкой пленкой из золота, на котором, в
свою очередь, были распределены наночастицы золота. Над этой поверхностью, на расстоянии не более миллиметра находился второй слой полимера, покрытый пленкой из золота. Две
золотые поверхности были связаны друг с другом с помощью проводов, образуя цепь внешней нагрузки.
3.4
48
Вонг поясняет, что при сжатии дух поверхностей по направлению друг к другу благодаря сжатию возникает трение, приводящее к генерации статического электричества, при
этом один из двух слоев приобретает, а другой – теряет электроны. Когда давление снимается, и расстояние между поверхностями увеличивается, заряды оказываются разделенными, и,
через цепь внешней нагрузки, заряд может быть использован для совершения полезной работы. При новом сближении поверхностей в результате повторного приложения механической
нагрузки процесс повторяется и может продолжаться и продолжаться.
Исследователи сделали трибоэлектрический генератор с площадью поверхности 5 см2,
с помощью которого им удалось запитать систему из 600 серийных светоизлучающих диодов, было определено, что максимальная мощность, которая наблюдалась, если наступить на
генератор или убрать ногу с него, более, чем 1 Ватт. Подобные генераторы с большей площадью могут быть инкорпорированы в обувь или смонтированы под дорожным покрытием или
полом. Если систему масштабировать, можно добиться получения около 300 Ватт энергии на
один квадратный метр площади. Вонг полагает, что такие генераторы можно внедрить даже в
автомобильные колеса, подчеркивая, что использование поверхности с нанесенными наночастицами позволяет увеличить полезную площадь и повысить эффективность переноса заряда.
Исследователи полагают, что золото не является ключом к эффективности электрогенератора
нового типа – в принципе, в трибоэлектрическом генераторе может работать любой металл.
Инновационная система, использующая морские водоросли
Парижская компания Ennesys, производитель энергетический систем, и американская
компания по уборке водорослей OriginOil представили новый городской демонстрационный
проект для городка Ла Дефане, что недалеко от Парижа. В этой инновационной системе используются морские водоросли, которые будут не только вырабатывать электричество, но и
фильтровать сточные воды для смыва в унитазах здания или полива растений.
«Морские водоросли – это экологически чистое и недорогое топливо будущего», –
считает Пьер Тозина, генеральный директор компании Ennesys. Система состоит из нескольких специальных фотобиореакторов, изготовленных из поликарбоната, в которых выращиваются водоросли, используя для этого только свет, сточные воды и углекислый газ. Панели
фитобиореакторов крепятся на фасаде здания и могут быть использованы в качестве эффективной системы изоляции, летом защищая его от избытка солнечного тепла, а в зимнее время
удерживая теплый воздух внутри помещений.
После того, как морские водоросли достигнут необходимого объема, они собираются с
помощью устройства Algae Appliance, разработанного OriginOil, и перерабатываются в
биомассу. Эта биомасса, имеющая почти такую же потенциальную энергоемкость, как у угля,
используется для запуска и работы инженерных систем здания. Поскольку в процессе не
участвуют химические вещества, после полного очищения от нитратов сточная вода может
быть повторно использована.
В настоящее время Франция придерживается строгой экологической политики под названием RT202, которая предусматривает к 2020 году 20-процентное сокращение потребления энергии в стране вкупе с увеличением использования возобновляемых источников энергии также на 20 процентов. Для достижения этих целей Франция обязалась строить такие
здания, которые будут генерировать энергию в большем объеме, чем это требуется для собственных нужд, а также перерабатывать сточные воды вместо сброса их в городскую канализацию. Генеральный директор компании OriginOil Риггис Эклеберри считает, что новая система полностью отвечает этим требованиям и является «идеальным решением и для выработки энергии, и для очистки сточных вод».
3.5
49
Создано "шерстяное" стекло для производства окон и солнечных батарей
Ученые из Массачусетса разработали особое стекло, из которого можно создавать небликующие и не поддающиеся загрязнению окна, мониторы телефонов и солнечные батареи.
Все дело в покрытии этого стекла: оно состоит из множества микроскопических конусообразных ворсинок. Их длина — около тысячи нанометров, ширина у основания волоска —
в пять раз меньше.
Первый этап производства этого стекла — нанесение на его поверхность тонких слоев
пленки, состоящей, в том числе, из светочувствительного материала. Этот материал и становится «почвой» для построения ворсинок. Отростки образуются с помощью воздействия на
фоторезист ярких вспышек лучей света, которые насквозь его прожигают. Большая часть
излучения проходит сквозь стекло, остальные же лучи волоски поглощают, не давая им отразиться.
Что касается воды, то при попадании на поверхность стекла капли становятся почти
идеальной формы и просто скатываются, не оставляя разводов и следов. Разработчики намерены получить патент на этот процесс.
Вдохновила создателей этого уникального материала сама природа. Они долго изучали структуру листа, который обладает схожими свойствами. И вот, по итогам кропотливой
работы, на свет появился особенный материал, который в ближайшие годы будет широко
применяться в разных сферах производства, в быту и науке. По крайней мере, на это очень
надеются разработчики.
3.6
3.7
МАЛАЯ ЭНЕРГЕТИКА (ГЕНЕРАЦИЯ)
3.7.1 Автоматизированная когенерационная автономная система энергоснабжения
Она предназначена для бесперебойного снабжения теплом и электрической энергией
автономных потребителей.
Состав комплекта: двигатель внутреннего сгорания (ДВС) с мотор-генератором на первом шасси и электронный блок с 4 аккумуляторными батареями (АБ) на втором шасси; баллон объемом 50 л с жидким газом; водяной теплообменник.
Особенности:
1. Периодический режим работы ДВС.
2. Использование мотор-генератора постоянного тока для аккумулирования электроэнергии в АБ и пуска ДВС от АБ.
3. Питание нагрузки через электронный блок.
4. Автоматическое включение и отключение ДВС в зависимости от степени заряда АБ.
5. Использование для ДВС газового топлива.
6. Отсутствие искажений синусоидальной формы выходного напряжения.
7. Превышение допустимой мощности нагрузки над мощностью ДВС.
8. Нагрев воды теплом выхлопных газов.
При потреблении 3 кВт/ч в сутки газового 50-литрового баллона хватит на 15 дней, и
ДВС, работая по 3,5 ч/день, прослужит без ремонта около 5 лет.
3.7.2 Ветроустановка мгновенной сборки
Гибкий и легко монтируемый ветряной двигатель, который устанавливается на крыше
дома или во дворе, значительно сокращая расходы хозяина дома.
Но самое главное отличие этого устройства состоит в том, что оно может быть смонтировано всего за 8 секунд без использования болтов и винтов и необходимости выравнивания или балансировки.
50
Лопасти турбины, изготовленные из полимерного материала, по форме напоминают
перо птицы. Используя полимер, производители снизили общий вес устройства на 63% по
сравнению с лопастями из дерева или стеклопластика. Кроме того полимерные лопасти
быстрее реагируют на скорость и направление ветровых потоков, а прозрачность материала
делает ветроустановку практически незаметной.
3.7.3 Водяной насос на солнечных батареях
Особенно удобны водяные насосы для использования за городом: на дачах и фермах,
животноводческих комплексах и тепличных конструкциях – везде, где требуется дополнительное водоснабжение при ограниченных возможностях.
Прибор состоит из двух устройств:
1. Электронасос;
2. Электронный блок управления насосом.
Для работы прибора нужен постоянный питающий ток при напряжении 12 В. При
этом максимальную высоту подъёма воды можно получить до 25 метров. Минимальная требуемая мощность – 30 Вт, максимальная – 150 Вт. Весит электронасос вместе с блоком
управления не более 9 кг.
Чем хорош водяной насос:
Во-первых, это энергосберегающая технология, которая позволяет существенно
уменьшить расход энергии на подъём воды. При этом вероятности перегрева насоса не существует.
Во-вторых, бесперебойная и эффективная работа насоса поддерживается при различной мощности источников питания: будь то солнечные батареи или ветроэлектростанции.
3.7.4 Воздушный змей, генерирующий энергию
Первый воздушный змей произвел 10 киловатт электроэнергии. Правда, он несколько
отличался от своих традиционных «собратьев»: его площадь достигала 10 квадратных метров. Принцип работы заключается в следующем: воздушный змей тянет за собой проволоку,
присоединенную к генераторам, расположенным на земле. Поднявшись на максимальную
высоту, змей возвращается к исходной точке и процесс возобновляется.
Количества выработанной таким образом энергии оказалось достаточно для обслуживания 10 жилых домов.
3.7.5 Дороги, производящие электричество
Суть концептуального дизайна дороги, оснащенной «дорожными ребрами», заключается в следующем. Движущееся по трассе транспортное средство, будь то грузовая фура или
легкий велосипед, касается ребра, заставляя его двигаться и генерировать возобновляемую
энергию. Вырабатываемая энергия аккумулируется в батареях, расположенных вдоль дороги.
После того, как аккумулятор полностью заряжен, он может быть использован для питания
любого электрического прибора или в качестве зарядной станции для электрических автомобилей.
51
Разумеется, учитывая функциональные особенности конструкции, ребра должны быть
особо прочными и устойчивыми к износу. Разработчики при создании ребра сделали упор на
самодостаточность и отсутствие каких-либо движущихся частей. Конструкция ребра представляет собой корпус из резины, в котором заключены две полосы магнитов и расположенные определенным образом индукционные катушки. В качестве материала для корпуса был
выбран натуральный каучук 45-ой степени жесткости. Очень прочный и гибкий, каучук позволяет ребрам выдерживать большие нагрузки проезжающих автомобилей.
Немаловажную роль играет расположение ребер на дорогах: они должны быть размещены в зонах торможения, где транспортные средства сбавляют скорость. Это значит, что
энергия, взятая от транспортного средства, не растрачивая топливо, помогает замедлению автомобилей.
3.7.6 Зарядное устройство для мобильного телефона на основе воздушноалюминиевых топливных элементов
Мощность зарядного устройства составляет около 2 Вт. Оно состоит из воздушноалюминиевой батареи с раствором поваренной соли в качестве электролита, блока заливки и
хранения электролита и соединительного кабеля с набором разъёмов для подключения мобильных телефонов различных модификаций.
Уникальная особенность устройства в том, что оно может эксплуатироваться, как в
помещении, так и в полевых условиях, не защищённых от атмосферных осадков. Активация
зарядного устройства осуществляется путём заливки электролита и замены анодов для многоразовой конструкции или разрушения перегородки между ёмкостью для хранения электролита и воздушно-алюминиевой батареей для одноразовой. Время запуска/перезарядки батареи составляет 1—2 мин. Для разрушения перегородки к зарядному устройству прилагается
стержень, закреплённый под днищем батареи. Для выравнивания уровня электролита в элементах батареи ЗУ наклоняется на 5—10 секунд.
Зарядное устройство может выпускаться в одноразовом и многоразовом исполнении.
Электрохимическая ёмкость батареи в одноразовом устройстве 1,3 А·ч, что позволяет зарядить 1—2 телефона.
Электрохимическая ёмкость батареи для зарядного устройства многоразового исполнения составляет 15 А·ч, что позволяет производить до 10 смен электролита с одним комплектом анодов. Т.е производить до 20 зарядок мобильного телефона с одним комплектом
анодов. По исчерпании ресурса анодов (их полного растворения) производится их замена на
новый комплект.
Батарея сохраняет работоспособность в течение 10 000 часов в режиме генерирования
энергии и может сохраняться без электролита более 20 лет.
3.7.7 Интеллектуальная ветроустановка
Инновационная ветротурбина имеет уникальную систему передачи рабочей информации потребителю электроэнергии.
52
Помимо интерактивных способностей, преимущества устройства заключаются в более
высокой эффективности – его производительность на 74% выше.
Интеллектуальная ветроустановка способна вырабатывать в среднем около 7400 кВт/ч
электроэнергии ежегодно, при условии, что средняя скорость ветра будет составлять 12 миль
в час. Это составляет примерно 60% потребности среднего американского домохозяйства в
электроэнергии.
Для того чтобы добиться таких показателей, в конструкцию ветровой турбины был
внесен ряд усовершенствований, например, увеличение площади лопастей, расширение программного обеспечения и улучшение встроенного преобразователя.
С ростом эффективности получения энергии ветра вполне возможно, что вскоре именно энергия ветра станет ведущей формой использования возобновляемых источников энергии
в бытовых условиях.
3.7.8 Осмотическая электростанция
Разница между соленостью (по-научному – градиент солености) пресной и морской
воды – базовый принцип работы осмотической электростанции. Чем она больше, тем выше
объем и скорость потока на мембране, а следовательно, и количество энергии, вырабатываемой гидротурбиной. В Тофте пресная вода самотеком поступает на мембрану, в результате
осмоса давление морской воды по ту сторону резко возрастает. Силища у осмоса колоссальная – давление может поднять уровень морской воды на 120 м.
Далее полученная разбавленная морская вода устремляется через распределитель давления на лопатки турбины и, отдав им всю свою энергию, выбрасывается в море. Распределитель давления отбирает часть энергии потока, раскручивая насосы, закачивающие морскую
воду. Таким образом удается значительно повысить эффективность работы станции.
В идеале осмотические электростанции нужно совмещать с опреснительными установками – соленость остаточной морской воды в последних в 10 раз выше естественного
уровня. В таком тандеме эффективность выработки энергии возрастет не менее чем вдвое.
3.7.9 Солнечные панели вдоль шоссе
Важным преимуществом разработки является и то, что размещение солнечных электростанций в непосредственной близости от городов, а также в их черте избавляет от необходимости
передавать электроэнергию по линиям электропередач на большие расстояния, минимизировав потери электроэнергии в сетях. К системе можно подключать не только автомагистрали,
но и крыши частных и общественных зданий в городе.
Помимо эффективного сбора солнечной энергии система имеет ряд дополнительных
полезных функций. Например, купол из солнечных панелей обеспечивает затененность дорог, что уменьшает потребность в кондиционировании воздуха в салонах автомобилей.
Система также предполагает захват воздуха, насыщенного углекислым газом от автомашин, и передачу его по трубопроводам в водоемы с морскими водорослями, расположенными рядом с автострадами, для выработки биологического топлива. Это будет способствовать очищению среды, окружающей оживленные автострады.
53
3.7.10 Тригенерация: тепло, электричество и холод от одного энергогенератора
Технология тригенерации дает возможность преобразовывать в холод до 80% тепловой мощности когенерационной установки, что значительно увеличивает суммарный КПД
когенерационной установки и повышает коэффициент ее мощностных ресурсов.
Тригенерационная установка может быть использована круглогодично, вне зависимости от сезона. Утилизированное тепло при тригенерации эффективно используется зимой для
отопления, летом для кондиционирования помещений и для технологических нужд.
Особенно эффективно применение тригенерации в летний период, при образовании
избытка тепла, вырабатываемого мини-ТЭЦ. Избыточное тепло направляется в адсорбционную машину для выработки охлажденной воды, используемой в системе кондиционирования.
Данная технология позволяет экономить энергию, которая обычно потребляется системой
принудительного охлаждения. В зимний период адсорбционная машина может быть отключена, если отсутствует необходимость в большом количестве охлажденной воды.
Таким образом, тригенерационная система позволяет на 100% использовать тепло, вырабатываемое мини-ТЭЦ.
Энергетическая эффективность и высокая экономичность
Оптимизация потребления энергии - важная задача, не только с точки зрения экономии энергоресурсов, но и с точки зрения экологии. На сегодняшний день энергосбережение
является одной из наиболее актуальных проблем во всем мире. При этом большинство современных технологий производства тепла приводят к высокой степени загрязнения атмосферы.
Тригенерация, при которой происходит комбинированное производство электрической, тепловой и холодильной энергии, является сегодня одной из наиболее эффективных
технологий повышения энергетической эффективности и экологической безопасности миниТЭЦ.
Экономия энергоресурсов при использовании тригенерационных технологий достигает 60%.
Плюсы и минусы
По сравнению с традиционными технологиями охлаждения тригенерационная система
имеет следующие преимущества:
Тепло является источником энергии, что позволяет использовать избыточную тепловую энергию, которая обладает очень низкой себестоимостью;
Произведенная электрическая энергия может быть подана в общую электросеть или
использоваться для обеспечения собственных нужд;
Тепло может быть использовано для обеспечения потребностей в тепловой энергии во
время отопительного сезона;
54
Требуют минимальных расходов на техобслуживание в связи с отсутствием в адсорбционных холодильных установках подвижных деталей, которые могли бы подвергаться износу;
Бесшумная работа адсорбционной системы;
Низкие эксплуатационные расходы и низкие затраты в течение всего срока службы;
В качестве хладагента используется вода вместо веществ, разрушающих озоновый
слой.
Адсорбционная система проста и надежна в использовании. Энергопотребление адсорбционной машины невелико, поскольку нет жидкостного насоса.
Однако у такой системы имеется и ряд недостатков: большие габариты и вес, а также
относительно высокая стоимость, связанная с тем, что на сегодняшний день выпуском адсорбционных машин занимается ограниченное число производителей.
3.7.11 Энергия толпы
Специальные блоки, используемые для покрытия, деформируются под действием человеческих шагов. Эти вибрации преобразуются в электрическую энергию.
Конечно, если использовать энергию только одного человека, выхлоп будет небольшим. Но представьте, если установить такую систему в местах большого скопления людей –
в торгово-развлекательных центрах, на концертных площадках, стадионов и т.п. К примеру,
один шаг может на одну секунду заставить гореть 60-ваттную лампочку. Если взять 28.527
шагов, то энергии будет достаточно для одной секунды движения поезда. А если взять
84.162.203 шагов? Тут энергии уже будет достаточно для запуска шаттла.
3.7.12 Электростанция под облаками
Тяга, необходимая устройству для того, чтобы вертикально оторваться от земли и
подняться на рабочую высоту, обеспечивается мотор-генераторами, присоединенными к турбинам. После набора необходимой высоты система использует для полета силу ветра. Оптимальную ориентацию «воздушного змея» в воздушном потоке обеспечивает компьютерная
система, регулирующая скорость вращения отдельных винтов и наклон аэродинамических
элементов крыла. В результате устройство движется по круговой траектории. Вырабатываемая электроэнергия передается на землю вдоль армированного композиционного троса, который держит аппарат «на якоре».
55
Но даже рабочие высоты 500-600 м примерно в 5 раз превышают высоту промышленных ветрогенераторов, что позволяет получить доступ к более ровному и быстрому воздушному потоку. Если турбина будет работать на большей высоте, её производительность увеличится, поскольку скорость ветра имеет тенденцию к возрастанию с увеличением высоты. Вырабатываемый турбинами постоянный ток после передачи на землю будет преобразован в переменный и направлен в сеть энергоснабжения.
Система способна выдержать сильный ветер, а в случае штиля (или урагана) самостоятельно «оценить обстановку» и опуститься на землю, чтобы подождать лучших условий. Если будет оборван удерживающий трос, устройства также сможет безопасно приземлиться,
используя заряд аккумуляторов. Конструкция может функционировать и с несколькими неисправными двигателями.
3.7.13 Энергетический браслет Dyson
Браслет Dyson получает энергию за счет термоэлектрического эффекта, или эффекта
Зеебека: в термопаре – цепи, состоящей из разнородных проводников, - возникает ток, если
их контакты находятся при различных температурах. Поверхность, соприкасающаяся с телом
человека, имеет более высокую температуру, чем та, которая соприкасается с воздухом. Это
становится причиной возникновения разности потенциалов, и благодаря этому начинает заряжаться встроенный аккумулятор. Как только возникнет необходимость подзарядить мобильное устройство, его можно подключить через порт micro-USB и получить в свое распоряжение несколько минут.
3.8
ОТОПЛЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ
3.8.1 Антиобледенительные системы
Установка саморегулирующихся систем без терморегулятора приведет к бессмысленной
трате энергии, например, если АОС не отключить при температуре наружного воздуха ниже 10…-15 °С, когда осадки маловероятны, а легкий снежок обычно не накапливается и не
намерзает на хорошо утепленной кровле. Простейшая система управления, работающая в заранее установленном диапазоне температур, например -7…+3 °С, не обеспечивает экономичную работу АОС, так как не контролирует состояние желобов и наличие осадков, а просто
работает в наиболее «опасном» температурном диапазоне. Однако практика показала, что работающие по этому принципу терморегуляторы (например, Devireg™316, производства датской компании DEVI) оказались самыми востребованными для крыш с относительно небольшой установленной мощностью благодаря своей невысокой стоимости.
Более экономичны электронные терморегуляторы с датчиком температуры воздуха и
датчиком влажности*, имеющим постоянную настройку на определенную влажность среды.
Они относятся к средней ценовой категории.
Для крупных объектов с установленной мощностью 20 кВт и больше следует применять
современные системы управления, так называемые метеостанции. Метеостанции включают в
56
себя микропроцессорные терморегуляторы с цифровыми датчиками влажности/температуры.
Они позволяют автоматически определять вид осадков (дождь, мокрый или «сухой» снег),
контролируя состояние обогреваемых участков, и при этом точно включают систему на время, необходимое для таяния снега. Такие сложные системы управления достаточно дороги,
некоторые из них осуществляют многоканальное независимое управление различными зонами.
В качестве примера можно привести терморегулятор Devireg™850, который позволяет
независимо управлять обогревом крыши и наземной площадкой одного коттеджа. В одной
зоне можно установить несколько датчиков температуры/влажности с различным приоритетом работы. В некоторых разработках предусмотрены возможности для их дальнейшего развития, например, встраивание терморегулятора в компьютерную систему диспетчеризации
дома или предприятия.
Другой пример – многофункциональный контроллер PT200E «Теплоскат» (компания
ССТ), который состоит из электронного блока управления со встроенными реле и датчиками
температуры воздуха и кабеля, осадков, талой воды. Раздельное управление обогревом кровли, водосточных лотков и труб позволяет тратить ровно столько электроэнергии, сколько
необходимо для очистки поверхности кровли и водосточных труб от воды.
При использовании метеостанций оптимизация энергопотребления заключается в установке температурного диапазона работы системы и чувствительности датчиков к влажности
применительно к конкретному объекту. Наиболее точно это можно сделать только в процессе
эксплуатации, на что необходимо обращать внимание заказчика. Необходимость такой «подгонки в ходе эксплуатации» обусловлена практической невозможностью определить степень
обогрева кровли «паразитным» теплом самого здания. Этот параметр зависит от большого
количества факторов, которые могут к тому же меняться в течение сезона.
Датчик влажности представляет собой резистивный элемент с двумя электродами,
оснащенный подогревателем весьма малой (2-5 Вт) мощности. При попадании снега на электроды сопротивление уменьшается, и система получает сигнал о наличии осадков. Для лотков и водостоков оправдано использование датчиков присутствия влаги, основанных на том
же принципе. Их применение позволяет определить момент ухода воды с горизонтальных
частей кровли, после чего можно отключить встроенный подогреватель.
Даже при таком управлении периоды включения АОС не всегда соответствуют изменяющимся погодным условиям. Это связано не с техническими нюансами, а с самим способом
определения наличия осадков. Перекрытие датчика влажности намерзшим снегом или корочкой льда при ветреной погоде и недостаточном подогреве сенсоров датчика может привести к
отказу работы всей системы.
3.8.2 Балансировочные клапаны
С помощью балансировочных клапанов, которые предназначены для гидравлической
регулировки систем за счет изменения гидравлического сопротивления на клапане, можно
57
отрегулировать расходы так, что все радиаторы получат необходимое количество горячей воды. Тогда во всех комнатах будет тепло, причем, при минимальном расходе энергии. Для
точной балансировки используют специальный прибор, который замеряет скорость теплоносителя в ключевых точках контура.
3.8.3 Вентиляция
Можно установить гигрорегулируемую систему вентиляции. Это комбинированная система, где механической является только вытяжка, обеспечиваемая вентиляторами различной
мощности и назначения. Приток же осуществляется через пассивные стеновые или оконные
клапаны, что позволяет в несколько раз снизить затраты по сравнению с полностью механической вентиляцией. Устройство подвесных потолков и воздуховодов при этом не требуется,
поскольку их роль играют сами жилые комнаты и коридоры. Даже если дом уже построен с
обустройством несовершенной естественной вентиляции, его всегда можно перевести на гигрорегулируемую систему вентиляции с минимальными переделками без вторичного ремонта.
Воздухообмен по этой технологии организуется в зависимости от влажности (загрязненности) внутреннего воздуха, т.е. в конечном счете, от присутствия людей и интенсивности их
деятельности, что позволяет автоматически снижать воздухообмен в пустующих помещениях, экономя до 40% тепловой энергии, идущей на подогрев вентиляционного воздуха, что
весьма важно в районах с проблемным электроснабжением и лимитами по мощности на подключение жилого дома.
На рисунке представлена гигрорегулируемая система вентиляции:
3.8.4 Вихревой теплогенератор
Принцип работы аппарата заключается в следующем. В результате сложных процессов
интенсивного движения в вихревом устройстве, аппарат получает тепло из воды или незамерзающих жидкостей, таких как тосол и антифриз, например. Вырабатываемая тепловая энер58
гия превышает затраты электроэнергии насоса, создающего циркуляцию жидкости до 2 раз, в
зависимости от режима работы.
Норма выработки ВТ составляет от 2.000 до 800.000 кКал/час. Устройство способно
обогревать помещения, начиная от 150 и заканчивая 50.000 м.куб. В зависимости от необходимого отапливаемого объема установка может весить от 20 до 2300 кг.
Выработанное тепло используется для нагрева воды непосредственно в системе отопления, путем подключения к калориферу или теплообменнику для потребления горячей воды
на различные нужды.
ВТ практически мгновенно нагревает жидкость и самостоятельно осуществляет ее подачу в систему отопления, горячего водоснабжения. Возможен нагрев практически любых
жидкостей, в том числе и агрессивных: электролит, травильных растворов. Вода, пройдя теплогенератор, полностью обеззараживается, что идеально подходит для обогрева воды в бассейнах, использования в пищевой и консервной промышленности. Благотворно влияет на
рост и развитие растений.
3.8.5 Газовые инфракрасные обогреватели
Газовый инфракрасный обогреватель представляет собой вертикальную установку, состоящую из:
 цилиндрического корпуса, в котором размещается баллон для сжиженного газа;
 стойки, внутри которой проходит шланг, соединяющий газовый баллон с горелочным
устройством;
 цилиндрической сетки круглого сечения, на которой крепится блок ручного управления;
 зонт инжекционной газовой горелки низкого давления, расположенный сверху сетки, с
локализацией зоны горения в металлическом сетчатом излучателе.
Конструкция изготовлена полностью из нержавеющей стали, в связи с чем она не подвержена атмосферным воздействиям. Ее легко можно переместить за счет небольшого веса.
Компактная разборная конструкция позволяет легко перевозить инфракрасный обогреватель
в легковом автомобиле.
Уличный обогреватель, как правило, комплектуется узлом управления, который обеспечивает розжиг горелки пьезоэлектрическим запальником и регулирование минимальной и
максимальной тепловой мощности, и устройством датчика контроля наличия пламени, состоящего из термопары, клапана безопасности, кнопки включения и отключения.
Одного газового баллона на 27 литров, расположенного в основании обогревателя, хватает на 6-8 часов непрерывной работы при средней мощности. Мощность может быть отрегулирована, ее уменьшение может продлить срок работы обогревателя на одном баллоне. Газовый баллон может быть заправлен повторно на газозарядной станции.
Уличные газовые обогреватели работают на сжиженном газе (пропане). При уличной
температуре воздуха +10°С нагреватель способен согреть вокруг себя пространство в диаметре до 6 метров площадью 28 м2 до температуры +25°С.
3.8.6 Газовые теплогенераторы
Основным элементом в устройстве газового воздухонагревательного агрегата является
теплообменник. Его нагрев происходит за счет горения определенного количества топлива
(может быть использован как природный газ, так и дизельное топливо) в камере сгорания.
Обычно дизельные теплогенераторы отличаются от газовых лишь используемой горелкой и
поэтому переход с одного вида топлива на другой может быть обеспечен простой заменой
горелки. Далее газ по газопроводу поступает в горелку, целиком сгорает в потоке нагреваемого воздуха и, смешиваясь с ним, отдает тепло практически на 100%. Тепло сгоревшего газа
нагревает теплообменник, который принудительно обдувается потоком воздуха от вентиля59
тора. Подобная технология сверхчистого сжигания топлива в горелке, высокая степень разбавления продуктов горения, позволяет получать теплый воздух, фактически не содержащий
вредных примесей, которые присутствуют в продуктах сгорания. Газовые теплогенераторы
позволяют плавно регулировать тепловую мощность, что дает возможность поддерживать
нужную температуру в помещении с высокой точностью, независимо от температуры наружного воздуха. Теплый воздух в помещение передается через воздуховоды. Система работает
на рециркулируемом воздухе, что также ведет к экономии топлива. Нет необходимости
нагревать уличный воздух, а достаточно подогреть тот, который имеется в помещении. При
желании возможна установка камеры смешения, благодаря чему можно забирать часть воздуха с улицы и одновременно с отоплением решить вопрос вентиляции отапливаемых помещений. Очистка воздуха от пыли, так же, как и в обычных приточных установках, достигается за счет фильтра. Если необходимо увлажнение воздуха, в воздуховод устанавливается
увлажнитель. Если нужно охладить воздух, то в систему монтируется испаритель (или же
охладитель), а компрессорно-конденсаторный блок или чиллер устанавливаются на улице.
При этом все параметры регулируются и поддерживаются с помощью шкафа автоматики.
3.8.7 Газовая турбина без использования воды
Компания GE (NYSE: GE) сегодня объявила о своих инновациях в области энергетики,
призванных обеспечить возможности роста и развития, за счет быстрой и гибкой генерации
энергии из природного газа. Новая высокоэффективная газовая турбина FlexAero* LM6000PH мощностью 50 МВт была представлена в Хьюстоне как решение для компаний, нуждающихся в быстром развертывании мощностей по производству энергии. Газовая турбина GE
FlexAero обеспечивает принципиально новый уровень гибкости и эффективности и отличается способностью работать без использования воды, что позволяет сохранить этот все более
дефицитный ресурс. После установки оборудование способно выйти на полную мощность
всего за пять минут.
"За последние десять лет наши заказчики существенно изменились; теперь в их число
входят промышленные предприятия и удаленные населенные пункты, которым для дальнейшего развития необходим надежный и независимый источник энергии, - заявил Дэррил Уилсон (Darryl Wilson), президент и главный исполнительный директор подразделения авиационных газовых турбин в GE Power & Water. - Разработав FlexAero, мы предложили таким заказчикам передовые технологии, обеспечивающие максимальную гибкость и эффективность,
и позволяющие осуществить поставку и строительство электростанции максимально быстро.
Также нашими заказчиками будет оценена возможность последующего использования электростанции в автономном режиме без подключения к энергосетям".
FlexAero является наиболее универсальной авиационной газовой турбиной, представленной сегодня на рынке. Она может увеличивать мощность со скоростью 50МВт в минуту,
что позволяет практически мгновенно реагировать на колебания в энергопотреблении. Газовая турбина FlexAero построена с использованием инновационной технологии GE DLE2.0,
которая позволяет без применения воды снизить выброс оксидов азота до 15 мг/куб.м..
Благодаря этой технологии заказчики могут на каждой турбине экономить более
100 тыс. кубометров воды в год, которая обычно используется в газовой турбине для снижения выбросов CO2 и NOx.
60
3.8.8 Индивидуальный тепловой пункт
Блочно-модульный индивидуальный тепловой пункт - это установка, используемая для
передачи тепловой энергии от внешней тепловой сети к различным системам теплоснабжения потребителя.
БИТП состоит из модуля отопления, горячего водоснабжения и узла учета потребления
тепловой энергии. Использование модульной конструкции позволяет уменьшить временные
затраты на изготовление и монтаж теплового пункта. Помимо пластинчатых теплообменных
аппаратов в состав теплового пункта входят:
 Автоматическая электронная система регулирования контуров отопления
 Циркуляционные и повысительные насосы контуров отопления и ГВС
 Контрольно-измерительные приборы
 Запорно-регулирующая арматура
 Узел учета тепловой энергии
 Магнито-сетчатые фильтры и устройства магнитной обработки воды
 Система автоматического управления и диспетчеризации.
3.8.9 Кондиционирование помещений с помощью льда, созданного ветром
Специальная система подобно гигантскому аккумулятору сохраняет энергию, выработанную в непиковые ночные часы, используя ее для получения льда. Впоследствии этот лед
охлаждает воздух в помещениях в жаркие дневные часы.
Система Icebank, по утверждению компании-производителя, способна снизить энергозатраты на 20–40%, что также сократит вредные выбросы электростанций. Ее изготовление не
требует использования лития или других редкоземельных материалов. Нужен только высокоскоростной аппарат для производства льда, что делает систему очень рентабельной..
Наиболее эффективно устройство используется для аккумулирования энергии такого
источника как ветер, потому что во многих областях порывы ветра ночью сильнее, чем днем.
Таким образом, большая часть энергии, выработанной ночью, теряется впустую. Система
Icebank способна решить эту проблему и направить полученные мощности на полезное дело.
Избыточная энергия преобразуется в лед, сохраняется в системе и затем используется для
кондиционирования помещений.
Каждая цистерна Icebank представляет собой теплообменник из полиэтиленовых труб,
расположенных по спирали и окруженных водой. Внешняя оболочка цистерны также сделана
из полиэтилена и хорошо изолирована. Модульность цистерн позволяет собрать такую систему, которая может предоставить как полную, так и частичную разгрузку сети в часы пик.
3.8.10 Кондиционер на солнечной энергии
Кондиционирования на солнечной энергии имеет оптимальный 85-процентный коэффициент преобразования тепла в холод, а степень утилизации им энергии в 27 раз больше, чем
это было возможно в обычном водонагревательном элементе, работающем от сети.
Новая разработка способна в течении суток непрерывно работать в режиме охлаждения
и обогрева или использоваться для в системе горячего водоснабжения. Если солнечного света
окажется недостаточно, в устройстве предусмотрена возможность использования природного
газа в качестве альтернативного источника.
Помимо экономии электроэнергии и бюджетов владельцев кондиционер также способствует снижению выбросов углекислого газа.
3.8.11 Косвенно-испарительное охлаждение
Технология охлаждения испарением, основанная на обдувании воздухом влажной поверхности, используется уже давно. Метод, называемый «косвенно-испарительным охлажде61
нием», предполагает разделение осушающего воздуха на два потока, разделенных полимерной мембраной. один из этих потоков взаимодействует с водой, что делает его более холодным и влажным. Холодный воздух охлаждает мембрану, которая, в свою очередь, охлаждает
воздух по другую сторону, не увлажняя его.
Но данный метод неэффективен при высокой атмосферной влажности: если в воздухе
уже содержится большое количество водяного пара, испарение воды будет незначительным,
следовательно, и температура исходящего из охладителя воздушного потока понизится ненамного.
DEVap решает проблему кондиционирования при повышенной влажности, используя
материал-осушитель, поглощающий влагу. В качестве «осушителя» применяется раствор
хлорида лития или хлорида кальция повышенной концентрации (44% соли от общего объема). В такой установке еще одна мембрана отделяет осушитель от проходящего через канал
воздуха. Полимерная мембрана пронизана порами диаметром 1-3 мкм, что вполне достаточно, чтобы пропускать водяной пар и при этом удерживать хлориды на месте. Мембрана покрыта похожим на тефлон веществом, обладающим водоотталкивающими свойствами.
Осушитель «вытягивает» влагу из воздушного потока, оставляя его сухим и теплым. А
затем «подготовленный» воздух попадает в систему косвенно-испарительного охлаждения.
3.8.12 Котлы на биомассе
Сырьем для пеллет служат отходы деревообработки: опилки, стружка, обрезки, отходы
переработки сельхозпродуктов: шелуха, косточки и т.п. Пеллеты — фактически неиссякаемый источник энергии в отличие, допустим, от нефти или каменного угля, запасы которых
ограничены. Более того, сжигание пеллет способствует поддержанию естественного атмосферного баланса — растения поглощают столько же углекислого газа, сколько выделяется
при сгорании гранул. В производстве пеллет не применяются какие-либо дополнительные
клеящие или связующие вещества.
При сжигании пеллет из труб не идет дым и количество золы существенно меньше даже
в сравнении с березовыми дровами. Образующиеся зольные остатки могут использоваться
как отличное удобрение для почвы.
Теплотворная способность пеллет существенно выше по сравнению с используемым для
их изготовления сырьем. Средняя теплота их сгорания равна 5 кВтч на 1 кг. В зависимости от
размера бункера загружать пеллеты можно от одного раза в неделю до одного раза в отопительный сезон. Плотность пеллет — 1200 кг/м3, влажность — 8 %, насыпная плотность —
650 кг/м3.Большое значение имеет экономичность этого вида топлива. При сжигании 1 т гранул выделяется столько тепловой энергии, сколько при сжигании: 1600 кг древесины, или
475 м3 газа, или 500 л дизельного топлива, или 685 л мазута и превосходит каменный уголь.
Зольность не превышает 1 % от общего объема используемых гранул, для примера — у
угля масса шлака достигает 40 % от массы сжигаемого угля.
Преимущества котельного оборудования на биомассе:
 компактная модульная конструкция — малые габариты и площадь, требуемая для установки;
 большая (развитая) поверхность вторичного нагрева, благодаря чему достигаются:
 оптимальная температура отходящих газов;
 высокий КПД.
3.8.13 Краска для стен заменяющая и кондиционер, и обогреватель.
Эта краска способна охлаждать и нагревать помещение в зависимости от температуры
на улице. А еще она меняет цвет.
62
Краска впитывает солнечную энергию, когда температура на улице достигает отметки
ниже 20С. Она также отражает тепло, когда температура поднимается. Это происходит за
счет того, что в краске содержится особое вещество, которое называется кристаллический
фиолетовый лактон. Оно меняет цвет в зависимости от того, какая температура в комнате.
Следовательно, в каждом сезоне цвет стен в помещении, выкрашенном этой краской, будет
меняться. Зимой он будет красным, а в теплое время года – нежных голубых тонов.
3.8.14 Печка, производящая электричество
Общая мощность подключенных устройств может составлять 50 Вт (планируется увеличение мощности до 100 Вт.). На расчетную мощность устройство выходит через 10–15 минут после розжига. В качестве топлива для этой «домашней теплоэлектростанции» используются дрова или их заменители.
Элемент Пельтье — термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого
базируется на эффекте Пельтье: возникновении разности температур при протекании электрического тока. Эффект, обратный эффекту Пельтье, называется эффектом Зеебека.
3.8.15 Полиэтиленовые радиаторы
Превратив поэлителен - полимер, традиционно используемый как изолятор, - в проводник, ученые обнаружили, что он, ко всему, обладает еще и гораздо более высокой теплопроводностью, чем чистые металлы. Молекулы, которые обычно располагаются в случайном порядке и препятствуют проведению тепла, выстроиться нужным образом. Добившись «стройных» молекулярных рядов, полиэтилен проводит тепло только вдоль одного выделенного
направления. Достичь этого удалось следующим способом. Полиэтиленовые нити медленно
вытаскивали из жидкости, из-за чего молекулы постепенно выстраивались в линию и разворачивались в одном направлении.
63
3.8.16 Приточно-вытяжные системы с рекуперацией тепла
Приточно-вытяжные системы с рекуперацией тепла, во-первых, решают проблему поступления свежего воздуха в помещения, а, во-вторых, благодаря процессу рекуперации
предотвращают потери тепла, которые неизбежны при обычном проветривании. Рекуперация
– это частичная передача тепла от воздуха, который вытягивается, к воздуху, который поступает. Иными словами, воздух, удаляемый из помещений, в среднем имеет температуру от 20
до 40°С. Это тепло используется для подогрева приточного воздуха в специальных теплообменниках - рекуператорах. Такие системы в холодное время года позволяют экономить до
80% энергии, затрачиваемой на обогрев. В ряде случаев установка таких систем при строительстве и реконструкции зданий позволяет существенно снизить нагрузку на систему отопления всего здания и отказаться от значительной части традиционного отопительного оборудования.
В состав приточно-вытяжных агрегатов входят, как правило, приточный и вытяжной
вентиляторы, пластинчатый либо роторный рекуператор, фильтры для вытяжного и приточного воздуха, электрический нагреватель и система автоматики.
В установке с пластинчатым рекуператором два потока воздуха, приточный и вытяжной, полностью разделены. Такая система применима при непосредственной компоновке
приточной и вытяжной установки. В системе конструктивно предусмотрены меры против их
обмерзания. Эффективность такого варианта - 70%.
В установке с роторным рекуператором тепловая энергия выходящего воздуха запасается в материале вращающегося теплообменника, имеющего вид матрицы, а затем эта тепловая
энергия через вращающийся теплообменник передаётся на входной поток, нагревая его. Процент смешивания входного и выходного воздушных потоков – не более 5%. Процент возврата
тепловой энергии может достигать 80%. Сравнительная оценка показала, что установка с роторным рекуператором более эффективна в плане энергосбережения.
3.8.17 Солнечные окна источник тепла
На поверхность стекла наносится специальный состав, который превращает его в своеобразную солнечную батарею. Работая в качестве дополнительного источника тепла, такое
окно значительно сокращает расходы на отопление и, таким образом, окупает само себя.
3.8.18 Тепловые завесы
Внутри тепловой завесы установлен мощный вентилятор, который создает плоский поток воздуха, образующий как бы невидимую стену между внешним холодным воздухом и
внутренним теплым. Таким образом, тепло не выходит наружу, а холод не проникает внутрь.
В холодное время года тепловые завесы незаменимы в помещениях, где большой поток
людей – посетителей или рабочих – приводит к частому открыванию дверей: в кафе и ресторанах, складах, торговых и производственных помещениях.
Если завеса подобрана правильно с соответствующими параметрами, дверь может быть
открыта практически постоянно, при этом в помещении будет тепло даже зимой без дополнительных затрат на обогрев.
Но зима – не единственное время года, когда воздушные завесы актуальны. Работая в
режиме без подогрева, завеса удерживает в помещении прохладный кондиционируемый воздух и не пропускает жару, а также защищает от попадания внутрь пыли и насекомых.
64
3.8.19 Тепловые пушки
Тепловая пушка – это мощный воздухонагревательный аппарат, который именуется так,
потому что повышает температуру воздуха очень быстро. Обогрев происходит за счёт теплообмена, вызванного нагревательным элементом тепловой пушки, с прохладным воздухом
окружающей среды. Поступление воздуха через нагреватель происходит до момента достижения нужной температуры в помещении. Потом температура контролируется терморегулятором, который автоматически время от времени запускает нагреватель. Система тепловой
защиты устраняет опасность перегрева тепловой пушки. Из-за постоянной циркуляции воздуха с помощью вентилятора для тепловых пушек характерен высокий коэффициент полезного действия.
Тепловая пушка – это оптимальный вариант поддержания нужной температуры в просторных помещениях, где отсутствует постоянное отопление. Например, они может стать отличной альтернативой централизованному отоплению при непредвиденном сбое во время холодной зимы.
Из чего состоит тепловая пушка:
 Металлический корпус;
 Нагревательный корпус;
 Вентилятор, прогоняющий воздух через нагревательные элементы;
 Регулятор степени нагрева;
 Переключатель режимов потребления воздуха;
 Защитный термостат, оберегающий пушку от перегрева.
Тепловая пушка может быть снабжена всевозможными системами автоматики и управления. Основными её техническими характеристиками считаются выходная мощность (кВт) и
поток воздуха (м3/ч). На основании параметров помещения и средней температуры воздуха
рассчитываются наиболее характеристики мощности и производительности по воздуху. Качество работы тепловой пушки во многом зависит и от её правильной установки и настройки.
3.8.20 Теплонакопители
Принцип работы теплонакопителя заключается в следующем. Прибор состоит из теплоизолированного, чаще всего стального, корпуса, теплоаккумулирующего ядра и системы вентиляции для нагревания приточного воздуха и, как правило, соединен с датчиком температу65
ры воздуха в помещении. Прибор работает в ночное время суток, преобразуя электрическую
энергию в тепловую, и накапливает ее в ядре. В течение суток холодный воздух прогоняется
через нагретое ядро и подается уже нагретым обратно в помещение. Прибор включается автоматически, когда температура в помещении падает ниже определенной отметки. Кроме того, прибор снабжен автоматом, делающим питание от сети в дневное время невозможным.
3.8.21 Термомайзеры
Термомайзер состоит из регулятора и электронного устройства управления. Регуляторы
могут различаться. Например, некоторые предназначены для автоматического регулирования
температуры воды, которая подается в систему отопления. Другие используются для горячего водоснабжения и в системах отопления. Принцип их работы зависит от типа самого регулятора.
Термомайзеры состоят из двух частей - регулятора и электронного устройства управления.
Электронное устройство управления. Эта часть устройства термомайзера необходима
для регулирования температуры теплоносителя. К устройству подключено несколько датчиков, которые фиксируют температуру воздуха внутри помещения и на улице, температуру
теплоносителя на входе в систему отопления и на выходе из нее.
Устройство одновременно управляет двумя регулирующими клапанами или клапаном и
элеватором, установленными в системах горячего водоснабжения и отопления.
Для оперативного контроля параметров процесса регулирования на цифровой дисплей
устройства могут быть выведены данные:
 температура горячей воды;
 температура теплоносителя в подающем трубопроводе системы отопления;
 температура наружного воздуха; - температура теплоносителя в обратном трубопроводе;
66





температура воздуха в двух точках помещения;
рассогласование;
длительность импульса;
длительность паузы;
текущее время.
Встроенный таймер позволяет понижать температуру в ночные часы и в выходные дни.
Прибору может быть задана определенная программа, в зависимости от которой он будет поддерживать заданную температуру воды в системе горячего водоснабжения, поддерживать заданный температурный график в системе отопления, ограничивать температуру
теплоносителя в обратном трубопроводе системы отопления, корректировать температуру
теплоносителя в подающем трубопроводе системы отопления по отклонению температуры
внутри помещения от заданной, понижать температуру объекта регулирования или теплоносителя при включении таймера (при использовании этой функции вы можете ограничивать
подачу теплоносителя в выходные и праздничные дни, а также ночью, когда предприятие не
работает).
Благодаря наличию датчика уличной температуры, термомайзер чутко реагирует на изменения климата. Это особенно важно весной, когда наблюдаются резкие перепады дневной
и ночной температуры. Происходит отслеживание динамики, и поэтому внутри здания всегда
поддерживается заданная температура.
3.8.22 Терморегуляторы или радиаторные термостаты
Терморегулятор состоит из двух частей: клапана терморегулятора и термостатической
головки. Клапан терморегулятора устанавливается на подающий трубопровод, на клапан
устанавливается головка, в состав которой входит специальный газонаполненный сильфон.
Пар в сильфоне принимает давление пропорциональное температуре окружающего воздуха.
При повышении температуры воздуха давление пара увеличивается, гофры сильфона разжимаются и способствуют закрытию проходного сечения для прохода горячей воды в корпусе
клапана. При снижении температуры воздуха в помещении ниже настроенного значения давление газа в сильфоне снижается, гофры его сжимаются, что ведёт к открытию проходного
сечения в клапане.
Термостат устанавливается перед отопительным прибором любого типа на трубе, подающей горячую воду. Термостаты легко устанавливаются как в новых, так и в существующих
системах отопления. Они долговечны и не требуют профилактического обслуживания.
67
Оснащение отопительных приборов индивидуальными автоматическими термостатами
позволяет уменьшить расход тепловой энергии на отопление на 10÷20 % за счет снижения
непроизводительных затрат теплоты, за счет учета теплопоступлений с солнечной радиацией,
с внутренними тепловыделениями и за счет снижения воздухообмена в отапливаемых помещениях. Для сравнения регулирование с помощью кранов или вентилей дает выигрыш только
4÷9%. Если же установить контролирующие приборы еще и на источник отопления, эффект
экономии тепловой энергии на отопление составляет до 25-35 %.
3.8.23 Утилизация сбросного тепла вытяжного воздуха
Подача свежего воздуха через приточные, например, стеновые клапаны и последующая
утилизация сбросного тепла вентвыбросов.
3.8.24 Электрический водяной пол
В основе системы электрического пола лежит кабель. От его качества зависит то, как
долго и надёжно будет служить вам ваш тёплый пол. Кабель проводит ток в 220-240 В, и под
действием сопротивления превращается в тепловую энергию. Температура кабеля повышается и передает тепло бетонной стяжке (её толщина 3-8 сантиметров), которая таким образом
становится напольным тепловым нагревателем. При правильном монтаже и использовании
системы температура жилы не превосходит 80 С, а изоляция может выдержать температуру
более 100 С!
Поверх внутренней изоляции устанавливается экран из стальной или медной проволоки,
алюминиевой фольги или свинца, который защищает изоляцию и саму жилу от любых механических воздействий и осуществляет функцию заземления. И самое важное – экран поглощает электромагнитное излучение, производимое кабелем. Впрочем, даже если бы этого не
было, никакой опасности для здоровья человека теплый пол не представляет. Исследования
показали, что уровень излучения здесь в 60 раз меньше допустимой нормы, и организму это
не вредит.
3.8.25 Электродные котлы в автономной системе отопления
Электродный котел действует за счет пропускания тока через теплоноситель, при котором происходит ионизация жидкости, колебание ионов с промышленной частотой 50 Герц и
нагрев жидкости.
Электродные котлы не только компактнее ТЭНовых, но и экономичнее на 20 - 30 %.
Экономичность достигается за счет более простой конструкции (корпус с электродами). В
ТЭНовом котле сначала нагреваются ТЭНы, а потом ТЭНы отдают тепло жидкости. В электродном котле нагревателем является сама жидкость.
В этом случае, если вода во включенном котле по каким-то причинном отсутствует,
оборудование не выйдет из строя, так как нагрев не будет происходить.
Если система построена правильно, котел начинает работу с малой (менее 50 % от номинальной) мощности, и при прогреве постепенно достигает номинальной мощности. Современная автоматика может поддерживать нужную температуру в помещении с точностью ±
0,2 °С.
Электродные котлы экономичны за счет:
1. меньшей инерции нагрева;
2. плавного старта;
3. современной автоматики;
4. двухтрубной системы открытого типа с верхним розливом, с современными радиаторами (кроме чугунных).
68
3.8.26. Система пассивного охлаждения, удивляющая своей экономичностью
Основной метод эффективного охлаждения домов и зданий — установка в них кондиционеров. Это дорого; не просто и обслуживать их, что в жарких странах надо проводить очень
часто. Наконец, электроэнергия там зачастую дороже 15 центов за киловатт-час, что непосильно для жителей развивающихся стран: час работы сплит-системы обходится в 30 центов
и дороже.
Есть способы попроще? Специалисты с инженерного факультета Стэнфордского университета (США), ведомые профессором Шань Хуэй Фанем, утверждают, что не только есть, но
уже реализованы «в железе».
Исследователи использовали наноматериал на основе кварца и карбида кремния — относительно недорогих веществ, которые в комбинации отражают падающее на них излучение,
причём, по словам авторов работы, как раз в том диапазоне, в котором оно легче всего проникает через земную атмосферу. Иными словами, воздух рядом с такой охлаждающей панелью практически не нагревается, а излучение почти полностью рассеивается, не раскаляя сам
материал. Более того, панель из такого наноматериала препятствовала нагреванию близких к
ней предметов.
Хотя концепция звучит очень просто, на эксперименты ушло четыре года: дело в том, что
материал надо было научить отражать излучение в весьма широком спектре, поскольку
именно в нём его посылает на Землю наше светило. И то, что в итоге вышло, впечатляет: сделанная из нового материала панель умудряется охлаждать пассивно, но весьма заметно даже
в жаркий летний полдень.
Получая солнечное излучение в виде коротких волн, материал отражает его обратно с
большей длиной волны
Итак, радиатор и солнечный отражатель в одном лице. Каковы же возможности такой панели? Создатели уверяют, что она отдаёт более 100 Вт на квадратный метр, что примерно
равно тому количеству электроэнергии, которое может получить от Солнца в ясный день современная солнечная батарея.
69
Выражая это значение в других цифрах, можно сказать, что покрытие такими панелями
10% средней крыши двухэтажного дома снизит потребность в охлаждении помещений на
35%. Вероятно, новинка пригодится и для охлаждения автомобилей, салон которых на солнце
быстро нагревается, часто до 50 °С.
3.9
ОФИСНАЯ ТЕХНИКА
3.9.1 Батарея для ноутбука
Ячеистая мембрана в топливном элементе разделяет отсеки, наполненные раствором
метанола и катализатором (катализатор различается у различных производителей). Если катализатор и раствор метанола смешать, то в результате химической реакции образуются свободные заряды, которые и можно использовать для питания портативного или карманного
ПК. До недавнего времени мембраны, применяемые в метанольных топливных элементах
(DMFC -- Direct Methanol Fuel Cell), не отличались высокой плотностью, т. е. разделительный
слой между метанолом и катализатором не был достаточно непроницаемым. Как результат,
определенное количество химических реакций происходило спонтанно, что расходовало драгоценную энергию, повышало температуру топливного элемента и требовало от разработчиков использования растворов с низким уровнем концентрации метанола.
3.9.2 bluetooth технология
Для питания одного модуля будет достаточно одной плоской круглой батарейки, она
сможет обеспечить питание устройства на протяжении одного года. Кроме того, разработчикам удалось значительно повысить скорость передачи данных: до 1 Мбит/с и радиус действия
до 100 метров. Дополнительными преимуществами является низкая стоимость таких
устройств, совместимость со всеми производителями и расширенный диапазон. Планируется
даже создание комбинированных чипов, которые будут соответствовать также спецификациям Bluetooth 2.1 + EDR и Bluetooth 3.0 + HS. В результате этого большая часть существующих устройств может получить дополнительный функционал при небольшой прибавке в цене
и существенном снижении энергопотребления. Однорежимные же устройства смогут использовать все преимущества новой технологии – начиная от миниатюрных размеров и заканчивая низкими стоимостью и энергопотреблением.
Дополнительные технические характеристики устройства:
Скачкообразная перестройка частоты – использует адаптивные скачкообразные перестройки частоты, применяемой во всех версиях Bluetooth технологии, сводя к минимуму помехи от других технологий в 2,4 ГГц частотном ISM диапазоне;
Управление Хостом (Host Control) – основная часть функций энергосберегающих технологий размещены в контролере, который позволяет устройству большую часть времени
находиться в спящем режиме и пробуждает его только в те моменты времени, когда нужно
выполнить какие-то действия. Это обеспечивает существенный прирост в экономии энергии,
поскольку предполагается, что само устройство потребляет значительно больше энергии, чем
сам контролер;
Латентность – поддержка установки связи и передачи данных за 3 мс;
Надежность – использование сильного 24-битного контроля циклическим избыточным
кодом (CRC) для всех пакетов, обеспечивая максимальную устойчивость к помехам;
Высокая безопасность – Полное AES-128 шифрование с использованием CCM режима,
обеспечивающее надежное шифрование и аутентификацию пакетов данных;
Топология – используется 32-битный адресный доступ на каждый пакет для каждого
подчиненного устройства, позволяя подключать до миллиарда устройств. Технология оптимизирована для соединений "один к одному" и "один ко многим", используя топологию
"звезда". Применяя быстрое подключение и отключение, данные могут быть перемещаться в
70
среду с ячеистой топологией без каких-либо трудностей, поддерживая единую инфраструктуру локальной сети.
3.9.3 Дисплеи с электроувлажнением
Суть технологии в том, что каждый пиксель такого дисплея состоит из белой подложки,
поверх которой расположен прозрачный электрод и (снизу вверх) слои гидрофобного изолятора, окрашенного масла и воды. В свободном состоянии масло тонким слоем распределяется
по всей поверхности ячейки, образуя черный пиксель. При подаче напряжения между электродом и водой - последняя вытесняет масло с поверхности гидрофобного покрытия и заставляет его принять компактную выпуклую форму. При этом капля масла занимает очень
малую поверхность всей ячейки, так что пользователь видит белую подложку – так формируется белый пиксель. При этом для отображения картинки требуется меньше энергии, чем в
современных жидкокристаллических мониторах.
3.9.4 Дисплеи электрофлюидные
Технология Electrofluidic Display Technology (EFD) была разработана в американском
городе Цинцинатти, штат Огайо, компанией Gamma Dynamics LLC. EFD-устройства представляют собой массив из крохотных 3-мерных электрофлюидных резервуаров с водной дисперсией цветных пигментов. Конструкция пикселя содержит резервуар с водной дисперсией
пигмента, занимающий в обычном состоянии не более 5–10% видимой площади пикселя. В
то же время так называемый поверхностный канал занимает порядка 80–95% видимой площади; по мере воздействия на резервуар пигмент будет выдавливаться из него и растекаться
по этому каналу. Окружает эту конструкцию объёмный канал, обеспечивающий встречный
поток неполярной маслянистой жидкости или газа. Разработчики технологии отдельно подчёркивают, что вся конструкция может производиться недорогими традиционными способами – фотолитографическим или микродублированием - за один шаг.
Формирование пикселя в EFD-устройствах основывается на применении принципа
электромеханического давления, где, благодаря изменению приложенного потенциала электричества из специального резервуара на поверхностный канал "выдавливается" водная дисперсия цветного пигмента и таким образом "закрашивает" пиксель. При этом степень закрашивания варьируется небольших размеров с малой видимой поверхностью – менее 10%, до
размеров с широкой видимой площадью, вплоть до 90%.
Эффективность данного способа отображения очень высока для подобных устройств –
55% отражения "белого", в перспективе планируется добиться 85%. Для сравнения технология "электронной бумаги" E-Ink обеспечивает порядка 40%, технология электроувлажнения –
50%. Благодаря применению электрофлюидной технологии видимая, закрашенная пигментом
область уменьшается в два-три раза эффективнее по сравнению с традиционной технологией
электроувлажнения, что позволяет говорить о достижении большей контрастности изображения. При этом толщина дисплея – всего 15 мкм – делает потенциально возможным производство гибких и даже скручиваемых дисплеев.
3.9.5 Мониторы с нулевым потреблением энергии
Новая технология позволяет полностью отключать дисплей, если компьютер не используется в данный момент. Стоит пользователю дотронуться до клавиатуры или мыши, по проводу с компьютера подается сигнал, и монитор включается. Эта опция возможна как с жидкокристаллическими, так и с кинескопными мониторами. Более того, новая технология автоматически настраивает яркость панели в зависимости от условий освещения. Компанияпроизводитель утверждает, что таким образом экономится примерно ещё треть электроэнергии.
71
3.9.6 Мышь, которая питается кинетической энергией
Мышь Corky, что в переводе с английского языка означает «пробка», питается от любых
движений руки пользователя. Внутри эко-девайса расположен элемент, который получает
энергию при движении. Аналогичные элементы установлены на колесе прокрутки, а пьезоэлектрический элемент используют энергию от каждого щелчка левой и правой кнопок.
Сам корпус мышки полностью выполнен из переработанных материалов, которые используются при изготовлении всем известных винных пробок.
3.10 ПРИБОРЫ ОСВЕЩЕНИЯ
3.10.1 Дороги из солнечного кирпича
Новая разработка по форме и направлению использования близка к кирпичам. Однако в
отличие от традиционных кирпичей, используемых в строительстве, новинка изготовлена из
пластика, причем, довольно прочного. Внутри спрятан аккумулятор электроэнергии, а снаружи вмонтированы по два фотоэлемента и светодиода.
Вымостив такими блоками, к примеру, обычную садовую дорожку, можно обеспечить
экономичную подсветку в темное время суток, которая будет осуществляться за счет накопленной за день солнечной энергии. С наступлением сумерек светодиоды загорятся мягким
желтым светом. Заряда никель-марганцевых заменяемых аккумуляторов хватает на 7-8 часов
работы подсветки.
Прочность материала позволяет использовать кирпичи Smart Solar не только для тротуаров, но и для автомобильных дорог.
3.10.2 Интеллектуальные системы уличного освещения
Такие системы, как, например, системы управления на базе технологии LonWorks, позволяют одновременно измерять, анализировать и снижать потребление энергии. Сеть управления уличным освещением на базе таких технологий представляет собой открытую систему
с возможностью расширения, обеспечивающую коммуникацию между составляющими ее
приборами независимо от их производителя. Кроме того, благодаря таким технологиям возможны удаленные мониторинг и управление теперь уже «интеллектуальной» системой, что
значительно снижает расходы на техническое обслуживание, а также сокращает время, требующееся для проведения ремонтных работ (можно рассчитать суммарную продолжительность горения светильников и локализовать, таким образом, возможность выхода светильника из строя), что не менее важно, т. к. безупречно действующее уличное освещение повышает
безопасность жителей города.
72
Управление уличным освещением с помощью программы StreetLight. Vision.
Применение соответствующего программного обеспечения (ПО), например,
Streetlight.Vision и эффективного сетевого оборудования, например, нового интеллектуального сервера i.LON SmartServer, еще больше расширяет возможности интеллектуальной системы управления освещением: специальное программное обеспечение позволяет собрать и обработать миллионы данных, поступающих с уличных светильников и других приборов, и
предлагает конечному пользователю объемный сервисный пакет Интернет-программ для выполнения различных функций управления уличным освещением, включая анализ расхода
энергии, автоматическое распознавание ошибок, предупреждающие меры по содержанию
приборов в хорошем состоянии, а также дистанционные диагностику и контроль уличных
светильников. ПО способно также переправлять собранные данные, например, в городской
операторский центр или геоинформационную систему (ГИС). Серверы выступают в качестве
контроллеров сегментов сети. Они собирают данные с уличных светильников и передают их
в городской центр мониторинга, применяющий ПО сбора и регистрации данных. Сервер,
например, i.LON SmartServer отличается быстрой инсталляцией, простым управлением сетью
и высокой эксплуатационной надежностью даже в зонах с повышенным уровнем помех, что
обеспечивается новой функцией усиления линии электропередачи (Power Line Repeating).
Кроме того, такие cерверы снабжены астрономическими часами, позволяющими им определять степень естественного освещения солнечным или лунным светом и в соответствии с
этим регулировать интенсивность света светильников. Это повышает срок службы устройств
и снижает расходы, связанные с энергопотреблением.
Высокий уровень эффективности и функциональности таких систем управления с применением интеллектуального сервера обеспечивает снижение энергопотребления на 50 % и
сокращение эксплуатационных издержек на 40 %. При этом неисправности распознаются и
устраняются автоматически, что, в свою очередь, сокращает время простоя светильников на
75 %.
3.10.3 Инфракрасные датчики движения и присутствия
Датчики движения и присутствия автоматически включают/выключают освещение в
помещении в зависимости от интенсивности естественного потока света и/или присутствия
людей. Принцип их действия основан на регистрации изменения инфракрасного (ИК) излучения, вызванного перемещением или деятельностью человека.
73
Рис. 3.7.3(1). Устройство ИК датчика
На рис. 3.7.3 (1) представлено устройство ИК датчика. В середине датчика расположены
приемники ИК света – фотоэлементы. Эти элементы накрыты похожей на колпак или цилиндр мультилинзой (рис. 3.7.3 (2)). Мультилинза состоит из множества маленьких линз,
каждая из которых фокусирует ИК свет на плоскость фотоэлемента, а одна из них – непосредственно на сам фотоэлемент (сигнал регистрируется).
Рис. 3.7.3 (2). Мультилинза ИК датчика
При движении человека через какое-то время фокус линзы уходит с фотоэлемента и
сигнал пропадает. Затем уже другая линза фокусирует ИК свет человека на фотоэлемент –
сигнал опять появляется. Такое появление-исчезновение-появление сигнала – признак присутствия человека. Каждая линза охватывает свой сегмент. Сигнал пропадает при выходе человека (руки человека) за границы этого сегмента. При перемещении внутри сегмента сигнал
не меняется.
Рис. 3.7.3 (3). Принцип работы датчика движения или присутствия
Первый вывод. Чем больше таких линз, тем более мелкие движения может улавливать
датчик.
Вывод второй. С удалением от датчика размер сегмента увеличивается и с какого-то
расстояния все мелкие движения, например, движение рук, покачивания головы будут находиться в границах одного сегмента. После этого расстояния датчик присутствия может работать уже только как датчик движения.
74
У датчиков движения сегменты более крупные по сравнению с датчиками присутствия.
Датчики движения загрублены и реагируют на более яркий ИК свет по сравнению с датчиками присутствия.
Освещение тоннелей
Основным способом создания благоприятных условий видимости окружающей обстановки, обеспечивающей требуемую степень безопасности и зрительного комфорта водителя,
является регулирование освещения в дневном режиме и при переходе с дневного режима на
ночной.
Могут использоваться следующие методы регулирования:
· ступенчатое автоматическое регулирование – путем последовательного отключения
групп светильников дневного режима;
· плавное регулирование (диммирование) светового потока ламп за счет изменения питающего напряжения на них.
В качестве источников информации о нужном режиме работы могут использоваться:
· автономный контроллер, пункта питания, в котором заложен годовой график восхода и
захода солнца;
· команды с диспетчерского пункта;
· фотометрические приборы, контролирующие яркость внутри и снаружи тоннеля.
Основными устройствами в данной системе, производящими диммирование, являются
регуляторы мощности. Это специальные устройства, стабилизирующие напряжение в статическом режиме и уменьшающие его в зависимости от поступающих от контроллера данных о
времени суток и плотности трафика.
При этом достигается экономия электроэнергии за счет стабилизации напряжения в вечерние часы, когда благодаря спаду потребляемой мощности возможны превышения напряжения в сети. Наряду с диммированием в зависимости от типологии и режимов работы расход энергии может быть уменьшен от 20 до 50%.
Стабилизируя напряжение, регулятор мощности защищает лампы от любого перенапряжения, особенно во всех тех случаях, когда лампы установлены сразу после трансформатора и потери напряжения в сети минимальны, следовательно, напряжение в вечерние часы
может достигнуть значений, превышающих номинальные. Занижение напряжения приводит
к значительному уменьшению избыточных тепловых потерь, таким образом, позволяя увеличить жизнь лампы в значительной степени.
Опыт экспериментальной эксплуатации подобной системы в тоннеле показал,
что экономия электроэнергии достигла 25%. Про срок службы ламп пока сказать ничего
нельзя, поскольку лампы еще не вышли из строя.
Поставленный в данном тоннеле контроллер стабилизирует рабочее напряжение используя полностью цифровую систему, без движущихся частей, гарантируя точность ±1 % и
отсутствие перенапряжений.
Регулирование напряжения осуществляется за счет включения в цепь дополнительных
трансформаторов напряжения, добавляющих значение напряжения нагрузки. Процесс контролируется мощным контроллером, отвечающим за процесс регулирования и за все внешние
коммуникации регулятора.
3.10.4 Комбинированное освещение в квартире
Если говорить об оптимальных требованиях к осветительным приборам в квартире, то
для люстры достаточно, если на 1 м2 площади приходится 15-25 Вт мощности ламп накаливания. Если используются энергосберегающие лампы, то их мощность может быть в 5 раз
меньше. Для местного освещения подойдут лампы, мощность которых в 1,5—2 раза меньше.
Использование общего и местного освещения и будет называться комбинированным.
При таком подходе комната освещается равномерно, не требуется слишком мощная люстра.
75
Если мы не перемещаемся по комнате, занимаясь делами в одном конкретном месте, можно
выключить основное освещение и использовать осветительный прибор только там, где мы
находимся.
Используя преимущества комбинированного освещения, мы существенно экономим
электроэнергию. Для примера: в комнате с площадью18-20 м2 экономится до 200 кВт/ ч в
год.
3.10.5 Металлогалогенные светильники
Металлогалогенная лампа – это газоразрядная лампа, в которой электрический разряд
случается в среде, содержащей, помимо инертных газов (ксенона и аргона), малое количество
паров металла и галогенидов некоторых металлов (например, галлия, натрия).
Металлогалогенная лампа дает почти в шесть раз больше света, чем лампа накаливания
аналогичной мощности, а срок ее работы превышает срок работы лампы накаливания в десять раз.
В эксплуатации металлогалогенных светильников есть несколько особенностей.
Лампа загорается не сразу, а «набирает» максимальную яркость в течении 5-10 минут.
После выключения светильника включить его повторно можно не ранее чем через 10 - 15 минут, иначе он может выйти из строя. Это несколько ограничивает область применения металлогалогенных светильников, их используют чаще всего для подсветки зданий, больших рекламных щитов, торговых и производственных помещений.
Металлогалогенные лампы наиболее практичны: экономически выгодные, с высокой
световой отдачей, низким тепловым излучением, хорошей цветопередачей, длительным сроком эксплуатации. Цветопередача металлогалогенных ламп не искажает цвета, а усиливает
его, делая более сочным, что помогает выгодно представить товар в торговых помещениях.
3.10.6 Освещения помещений дневным светом
Основными составляющими данной системы естественного освещения являются светопринимающий элемент, устройство для «транспортировки» света на требуемое расстояние и
светораспределяющий (светорассеивающий) узел. Светоприемное устойство имеет вид прозрачного купола, расположенного вне здания: на крыше или фасаде. Оно концентрирует даже
мельчайшие потоки солнечного света (прямые или отраженные) и служит своеобразной «оптической воронкой», заполняющей световод естественным светом.
Рис.3.7.6 (1) Светособирающие купола на крыше здания
Купол интегрирован в общую конструкцию кровли, элемент сопряжения с кровлей
(флешинг) предохраняет его от попадания влаги и не нарушает гармоничности общего облика здания. Световод представляет собой набор стыкуемых алюминиевых труб прямолинейной или же изогнутой формы, покрытых изнутри пленкой полимера, состоящей из более, чем
четырехсот оптических слоев, что обеспечивает коэффициент отражения близкий к единице
даже при повороте солнечного луча на 90 градусов, а также практически полное поглощение
его инфракрасной составляющей алюминиевой основой. Потери световой энергии при длине
пути в 12-20 м не превышают 0,03%. Зимой, в условиях идеально ясного небосвода, через
76
световод теряется приблизительно в 3 раза меньше тепла, чем через светопроем при том же
уровне светового потока. Выход света в освещаемое помещение осуществляется через
устройство светорассеивания – диффузор, который выполнен из полимерного материала и
имеет круглую либо квадратную формы, различные структуру и типоразмеры, однако, главные его свойства – это 100% безбликовая светорассеивающая способность и бриллиантовая
неслепящая яркость.
Рис.3.7.6 (2). Схема работы системы дневного освещения
Данная система дневного освещения имеет дополнительные опции (регулирование интенсивности светового потока – диммер, световой комплект для ночного времени суток, вентиляционный комплект), использование которых значительно расширяет практику ее применения в инновационном строительстве.
3.10.7 Освещение помещений с высотой потолков свыше 6 метров
Использование одного из наиболее эффективных источников света, люминесцентной
лампы Т5, позволяет достичь лучших показателей, по сравнению с классическими схемами
освещения с помощью ДРЛ, ДНаТ, МГЛ. Люминесцентная лампа Т5 с трехполосным люминофором обладает большей светоотдачей лм/Вт по сравнению с Т8, имеет больший срок
службы, содержит меньшее количество ртути. Кроме того, совсем недавно появились лампы
Т5 с еще большей, увеличенной (на 10%) светоотдачей, и при этом незначительно отличающиеся по стоимости. Лампа Т5 не является редкостью на рынке и выбор производителей достаточно широк (GE, Osram, Philips, Aura).
За счет правильно подобранного отражателя, позволяющего использовать люминесцентную лампу с учетом конкретной задачи (освещение складских проходов, освещение производственных помещений, прочих условий) появляется возможность направить световой
поток точно в то место, где он необходим. Избежав при этом лишнего рассеивания, и, соответственно, расходования электроэнергии. Так, например, обычно для освещения межстеллажных проходов на складах используются светильники круглой в сечении формы. Результатом использования круглой формы является то, что значительная часть светового потока попадает на сами стеллажи, а не в рабочую зону – проходы. При использовании люминесцентных светильников с эффективными отражателями в производственных помещениях достигается большая равномерность освещения по сравнению с классическими светильниками.
77
Рис. 3.7.7 (1). Складские помещения c классическими светильниками с лампами ДРЛ, ДНаТ
Рис. 3.7.7 (2). Складские помещения, освещаемые люминесцентными светильниками с
энергоэффективными отражателями
Рис. 3.7.7 (3). Производственные помещения c классическими светильниками с лампами
ДРЛ, ДНаТ
78
Рис. 3.7.7 (4). Производственные помещения, освещаемые люминесцентными светильниками с энергоэффективными отражателями
Люминесцентные светильники для помещений с большой высотой потолков обладают
большим количеством преимуществ:
· Время включения лампы составляет менее секунды. Это также позволяет использовать
светильник в качестве аварийного источника света, а значит, не требуется дополнительных
аварийных светильников. Светильник может комплектоваться встроенным аккумулятором.
· Быстрое включение, а также небольшая чувствительность к количеству включений/выключений позволяет использовать люминесцентные светильники в системах автоматизации.
· Высокий индекс цветопередачи обеспечивает качество освещения пригодное практически для работ любого уровня сложности.
· Электронный пускорегулирующий аппарат (ЭПРА) не только экономит энергию, но и
поддерживает долгий ресурс лампы, отсутствие мерцания лампы.
· Коэффициент мощности свыше 0,95 не требует дополнительной компенсации реактивной мощности. Для сравнения коэффициент мощности светильников с ДРЛ не превышает
0,8.
· Срок службы лампы – свыше 20 000 часов. На рынке существуют специальные люминесцентные лампы, срок службы которых достигает 58 000 часов. Конечно, их стоимость дороже. Но, если оценить стоимость работ по замене ламп на больших высотах, это может оказаться более выгодным решением.
· Светильники выпускаются различных классов защиты. В частности светильники EAE
серии REVO – IP20, IP40, IP65. Светильники с классом защиты IP65 комплектуются закаленным стеклом с защитной пленкой. В случае разрушения ударопрочного стекла, осколки останутся на пленке. Нанесение пленки на светильники с ДРЛ, ДНаТ невозможно, из-за высокой
температуры работы ламп.
3.10.8 Освещение улиц мусором
Фонарь, работающий на мусоре, состоит всего лишь из люка для загрузки мусора, ящика для извлечения компоста и собственно лампы. Предполагается, что люди будут сами загружать пищевые отходы в люк, где они будут гнить, выделяющийся при этом метан будет
питать фонарь, а образовавшийся компост будет использоваться по обычному назначению –
то есть для удобрения.
Энергосберегающая лампа
79
Энергосберегающая лампа включает в себя три основных элемента: цоколь, люминесцентную лампу и электронный блок.
Люминесцентные лампы содержат внутри длинной стеклянной трубки электроды, а сама трубка наполнена смесью паров ртути и инертного газа (обычно аргона). Благодаря электрическому разряду между электродами создается электрическое поле, которое влечет выделение парами ртути ультрафиолетового света. Ультрафиолетовый свет превращается в видимое излучение за счет того, что на внутренней стенке лампы нанесен люминофор (вещество,
которое излучает свет при воздействии электромагнитного, ультрафиолетового или иного вида излучения). Цвет излучаемого лампой света зависит от состава люминофора. На данный
момент существуют лампы, в которых ртуть полностью замещена менее вредными веществами.
3.10.9 Регулируемый светодиодный многолучевой светильник
При создании уникального светильника реализована инновационная технология управления лучом, которая сочетает функциональность шести прототипов. Регулятор позволяет
пользователю выбрать любой из шести различных углов луча, а именно 15, 20, 25, 30, 35 либо
40 градусов. Использоваться такой чрезвычайно универсальный светильник может как с магнитным, так и с электронным трансформатором.
Светодиоды последнего поколения идеально подходят для утопленных, колейных,
ландшафтных проектов освещения в рамках модернизации жилой и коммерческой застройки.
Потенциальная долговечность такого источника света оценивается в 25 тысяч часов, при этом
экономятся и энергия, и эксплуатационные расходы. Каждый двухваттный светодиод эквивалентен десятиваттной галогенной лампе и работает в составе 12-вольтной осветительной системы.
Обладая индексом цветопередачи, равным 75, он обеспечивает хорошее воспроизведение цвета при температуре цветопередачи 3000 градусов Кельвина. Сверхмощный чип позволяет светодиодному светильнику, о котором идет речь, вырабатывать удельный световой поток в размере 85 люмен на ватт.
80
3.10.10 Самозаряжающийся фонарик
Фонарик BunBun способен заряжаться, если вытащить его рукоятку, согнуть ее и просто
некоторое время раскручивать. 30 секунд такого раскручивания дают около 5 минут работы
фонарика.
Фонарик имеет длину 14 см, диаметр 4см и весит всего 97гр.
3.10.11 Световые фонари в системах естественного освещения
Световые, или зенитные, фонари можно установить даже в тех зданиях, где они не были
предусмотрены проектом изначально. Все это возможно благодаря простой конструкции светового фонаря: он состоит всего лишь из двух частей: купола и металлического основания.
Фактически благодаря установке системы зенитных фонарей, вы получаете частично
светопрозрачную кровлю, которая способна эффективно обеспечивать вас светом в течение
всего дня.
Не смотря на простоту конструкции, различные модели различаются достаточно сильно.
Одной из важнейших характеристик светового фонаря является материал, из которого была
изготовлена светопропускающая часть — купол.
Два основных материала, используемых для его создания, - поликарбонат (сотовый или
монолитный) и акрил. Основное отличие поликарбонатного купола от акрилового состоит в
том, что первый является более прочным. Это бывает необходимо в тех случаях, когда выпадает большое количество снега, идет крупный град или вандалы решают проверить ваши перекрытия на прочность. Для дополнительной надежности можно сделать купол двух- и трехслойным, что сделает его не только более прочным, но и поможет при создании качественной
термоизоляции. Еще одним плюсом поликарбонатных моделей можно назвать защиту от ультрафиолетовых лучей.
Не менее важным является выбор дизайна и месторасположения светового фонаря.
Обычно несколько фонарей располагаются прямо на скате крыши, что обеспечивает качественное освещение всех необходимых помещений (зенитный тип установки). Однако если
вам нужно осветить все здание целиком, то разумно будет установить ленту световых фонарей, пересекающих все строение вдоль по коньку крыши (коньковый тип установки). В любом случае рекомендуется сделать высоту основания в пределах 30-50 см, что позволит свету
проникать внутрь с наименьшими потерями.
3.10.12 Светодиоды в архитектурной подсветке зданий
Одним из наиболее эффективных путей, с нашей точки зрения, является использование
в системах архитектурной подсветки источников света, основанных на использовании светоизлучающих диодов. Применение подобного решения позволяет сразу решить целый ряд
проблем.
Во-первых, светодиодные светильники имеют очень высокий КПД, достигающий 75% и
более, что позволяет значительно (в 4-5 и более раз) снизить потребляемые мощности, а значит нагрузку на сетевое хозяйство объекта. Соответственно уменьшаются затраты, связанные
со стоимостью потребляемой электроэнергии.
Во-вторых, высокая механическая стойкость и длительный срок службы (40-50 и более
тыс. ч) светодиодов позволяют резко увеличить период между работами по обслуживанию и
81
ремонту. Поэтому удобство доступа уже не играет столь важной роли, как в случае светильников с лампами накаливания.
В-третьих, светодиодные светильники, как правило, рассчитаны на безопасные напряжения от 12 до 24 В. Тем самым, облегчается устройство сетевого хозяйства с точки зрения
обеспечения безопасности окружающих, что также упрощает систему и уменьшает расходы
на создание и эксплуатацию систем архитектурной подсветки. И самое главное, эти светильники могут работать с солнечными батареями. Для многих случаев это оптимальное решение
задачи.
Немаловажным является и то, что на основе светодиодов можно создать источники света с достаточно малым углом луча 5-10 градусов. Например, при помощи одного из разработанных нами источников мощностью всего-навсего в 12 Вт можно вполне эффективно осветить деталь размером 3-7 м с расстояния от 25 до 70 м. Это достаточно сложно сделать при
помощи источников света на базе ламп.
Наконец немаловажным является и то, что, используя светодиоды разных конструкций,
можно создавать и разноцветные источники света практически всех цветов радуги. Для источников на лампах это возможно только с использованием светофильтров, которые ведут к
резкому снижению КПД из-за поглощения части световой энергии и, как следствие, значительному снижению светового потока.
Рис. 3.7.12 (1). Один из видов источников света на светодиодных излучателях, используемых в системах архитектурной подсветки
Рис. 3.7.12 (2). Подсветка колонны здания при помощи светодиодного прожектора
82
3.10.13 Сверхъяркий чип
С единицы площади чипа снимать при постоянном токе порядка 350 Ма максимальный
световой поток. На данный момент не вся электроэнергия, подводимая к чипу, трансформируется в свет. Возможность преобразования тока в излучение света зависит от равномерности
выращиваемой структуры. При пропускании тока рекомбинация электронов и дырок в полупроводниковой структуре сопровождается излучением кванта света. Если есть неоднородность, дислокация, то на ней излучения не будет. Таким образом, чем больше дислокаций,
тем меньше излучений и ниже яркость. Чтобы избежать появления неоднородностей, надо
конфигурировать структуру электронных проводников на чипе. «ноу-хау» заключается в
том, что мы, выдерживая режимы температуры, концентрации газов, обеспечим равномерный
рост гетероструктур, сделаем структуру более однородной, чтобы число дислокаций не превышало десятка штук на единицу площади. Это очень непросто, учитывая, что в процессе роста формируется до 150 слоев. Толщина каждого слоя – один нанометр.
3.10.14 Светорегуляторы
Смонтирован в корпусе и совмещён с механическим выключателем. Для регулирования
яркости лампы ручку поворачивают, а для включения или отключения лампы от сети - нажимают, причём включение (отключение) воз можно при любом положении ручки. Такие светорегуляторы предназначены для скрытой установки в универсальных монтажных коробках.
В корпусе собрано электронное устройство, срабатывающее при прикосновении пальцем к
металлической пластине: после первого прикосновения лампа включается, после второго гаснет. Яркость лампы регулируют вращением обоймы. Существует и другой способ регулирования яркости - за счёт изменения продолжительности касания.
3.10.15 Система "искусственного естественного освещения"
Система "Солнечный тент" (Solar Canopy). В её основе лежит рама с набором небольших лёгких зеркал, которые при помощи крошечных актуаторов (управляемых дешёвой
электронной схемой) отклоняются по горизонтали и вертикали, чтобы следить за солнцем.
Подвижные зеркала в наборе соединены между собой струнами, так что синхронно смещаются силой всего нескольких небольших приводов. Эти зеркала направляют свет на две пары
параболических зеркал, которые сжимают световой поток и отбрасывают его в жерло светового короба, покрытого изнутри зеркальной плёнкой. Нижняя часть короба оснащена тонким
призматическим рассеивателем, который эффективно переправляет свет, бегущий по коробу
вниз, в комнату.
83
Внутри короба также монтируются лампы дневного света для освещения ночью или в
пасмурную погоду. Ведь система Solar Canopy занимает на фальшпотолке офиса место традиционных светильников. При этом автоматика оперативно подстраивает число включённых
"трубок" в обратной зависимости от естественного светового потока, поддерживая суммарное
освещение на одном уровне. По информации компании, система способна доставлять солнечный свет на расстояние более 20 метров от внешней стены здания без существенных потерь.
3.10.16 Солнечный шар для уличного освещения
В основу разработки лежит мысль о том, что чем выше над землей находится объект
сбора солнечной энергии, тем эффективней осуществляется этот сбор, так как здания и деревья не препятствуют солнечным лучам.
Солнечный шар представляет собой конструкцию, в которой цветные сенсибилизированные солнечные элементы переплетаются с белыми панелями. Цветные элементы для
большей эффективности обращены наверх, а белые панели нисходят вниз. На стыках лент
расположены светодиодные светильники.
С помощью солнечных элементов шар аккумулирует энергию в зарядном устройстве,
которое находится в основании, и использует ее для работы светодиодов. Таким образом,
устройство обслуживает само себя, обеспечивая город освещением и радуя горожан эстетическим внешним видом.
3.10.17 "Солнечные" окна для крыш
Стекло с большим КПД блокирует прямое солнечное излучение, сохраняя тепло в помещении. При этом, по сравнению с другими интегрированными солнечными модулями разработка Pythagoras обладает более высоким коэффициентом прозрачности, что позволяет
обеспечить естественное освещение в помещении, сэкономив на лампах и расходах на электроэнергию.
Но главное отличие стекла состоит в том, что оно производит больше солнечной энергии, чем обычные солнечные модули BIPV – 13 ватт на квадратный фут. Таким образом,
стандартное окно размерами 20 на 10 футов будет представлять собой солнечную систему
мощностью 2,6 кВт, которая способна производить в среднем около 500 киловатт-часов в месяц, в зависимости от окружающих условий (инсоляция области, затенение и т.д.).
Запатентованная технология производства стекла включает в себя специальную оптическую поверхность, пропускающую через себя дневной свет, и зеркала, отражающие свет от
солнечных элементов. Стандартный стеклопакет Pythagoras состоит из двух стекол, каждое из
которых представляет собой набор из нескольких плиток, вырабатывающих электроэнергию
с помощью традиционных и весьма эффективных монокристаллов кремния от китайского
партнера компании China Sunergy.
Разработчики ожидают, что «солнечное» стекло заменит малоэстетичные и менее эффективные в сравнении с ним флуоресцентные панели в одноэтажных торговых центрах. Окна в крыше способны обеспечить помещения оптимальным количеством света и производить
84
энергию достаточную для частичного или полного покрытия потребности магазина в электричестве.
3.10.18 Фонарь с батареей воздушно-алюминиевых топливных элементов и криптоновым источником света
Фонарь-прожектор предназначен для индивидуального местного освещения в полевых
условиях, в районах, не имеющих централизованного энергоснабжения, при необходимости
быстрого (2—3 мин.) заряда.
Устройство представляет собой модификацию фонаря-прожектора, работающего от 4-х
«сухих» батарей R20, в которой источник питания заменен на воздушно-алюминиевую батарею, которая легко пристегивается к фонарной части. В качестве источника света используется криптоновая лампа мощностью 4,5 Вт.
Простота перезарядки такого фонаря заключается в том, что источник питания по истечении срока своей жизни не выбрасывается, а перезаряжается путём замены электролита
и/или анодных пластин, что возможно даже в полевых условиях.
Ёмкость батареи 90 А·ч, напряжение 6 В. Время работы до смены электролита 8 ч, число смен электролита до замены анода 12. Батарея сохраняет работоспособность в течение 10
000 часов в режиме генерирования энергии и может сохраняться без электролита более 20
лет.
Габаритные размеры батареи 7,5×10,3×15,2 см, масса батареи с анодами 0,6 кг. Масса
фонаря с батареей заполненной электролитом1,4 кг, его габаритные размеры 12×19×25 см.
Воздушно-алюминиевая батарея не только позволяет уменьшить массу фонаря, но и делает его использование более экономичным.
Для сравнения: 4 щелочных элемента типа Duracell LR20 обеспечивают непрерывную
работу криптоновой лампы в течение 8 часов. Масса комплекта элементов составляет 560 г.,
их суммарная стоимость на российском рынке 140 руб., при этом стоимость энергии составит3,9 руб за Вт·ч.
3.10.19 Фотосинтезирующая лампа
Введение тонких 30-нанометровых золотых электродов в хлоропласт – главную фотосинтезирующую «фабрику» растительных клеток.
Корпус лампы представляет собой колбу, заполненную изнутри водой и водорослями.
Причем специально выбраны именно водоросли, которым для культивирования требуются
только вода, солнечный свет и углекислый газ. В корпусе предусмотрены два отверстия: в
одно нужно добавлять воду, а в другое – периодически выдыхать. После этой процедуры
лампу необходимо выставить на солнце для подзарядки.
85
3.10.20 Получение енерги с помощью фотосинтеза
Новый вариант использования фотосинтеза для получения энергии предложила британская компания Arup и не только предложила, но уже и воплотила свою инновационную
технологию при строительстве здания BIQ house, открывшегося недавно в Гамбурге. Таким
образом, появилось первое сооружение, электричество для обслуживания которого вырабатывается из водорослей.
В последние годы мировой рынок альтернативной энергетики заполнили солнечные панели и
ветротурбины, которые превратились в достаточно существенный источник энергии глобальных масштабов. Но ими не ограничивается рынок альтернативной энергетики, поскольку с
каждым годом лучшие умы планеты находят все новые способы получения «зеленого» электричества. К одному из таких источников относится и фотосинтез. Ученые нашли способы
использования этого природного процесса не только для получения кислорода, но и для выработки электричества. И германский BIQ house станет первым примером, наглядно демонстрирующим преимущества использования инновационной технологии, основанной на фотосинтезе. Пятиэтажный жилой многоквартирный дом BIQ house был построен студией
Splitterwerk Architects совместно с инженерной компанией Arup.
При этом за архитектурную составляющую проекта отвечала Splitterwerk
Architects, а компания Arup, инженеры которой и предложили оснастить
здание биоадаптивным фасадом, занималась внедрением альтернативного
источника энергии, представляющего собой биореактор, генерирующий
электричество. Предназначение зеленых микроводорослей, использованных
при создании биофасада, не ограничивается лишь функцией производства энергии, они также
будут способствовать затемнению помещений в знойные дни и сохранению тепла в зимний
период, что поможет биоадаптивному фасаду в выработке энергии. Конечно, данная идея
выглядит довольно привлекательно, но, к сожалению, пока нет официальных данных,
насколько эффективно будет внедрение столь неординарной системы, какова будет доля полученной таким способом энергии от общей потребности здания и не будет ли утрачена потенциальная выгода строительства, учитывая стоимость установки.
3.10.21 Электролюминесцентные источники света
Методика изготовления планарной структуры [источника света – прим. ФИАН-информ]
состоит в термическом напылении пленки золота в зазор размером 30 мкм между двумя пленочными электродами на стеклянной подложке. Работа эта производится в сверхвысоком вакууме при давлении около 10 Торр. Получаемая пленка не сплошная, а состоит из отдельных
островков – это так называемая металлическая островковая пленка. Исследовали не просто
металлическую пленку, а композит, т.е. напыляли сверху нее слой органики. В этом случае
вклад в излучение дает не только металлическая островковая пленка, но и органическая компонента. При этом, если подбирать органическую компоненту, то можно варьировать характер спектра. Таким способом можно создавать субмикронные (менее 1 мкм) источники света
с управляемым спектральным составом.
В качестве органической компоненты создаваемых структур ученые использовали
Alq3 и β-дикетонаты редкоземельных элементов: Eu(DBM)3bath, Eu(DBM)3phen,
Eu(DBM)3*2H2O, Tb(thd)3.
86
3.11 ПРИБОРЫ УЧЕТА
3.11.1 Умный счетчик
Smart Metering ("Умный счетчик"). Технология Smart Grid решает множество проблем,
стоящих перед энергетическими компаниями. Smart Grid - это интеллектуальные счетчики,
динамическое управление электросетями, регулирование спроса, повышение безопасности и
экономия расходов.
Электрическая сеть всегда строилась как система односторонней передачи. Она состояла из одной или нескольких очень мощных генерирующих станций, связанных с потребителями энергии. Переход к возобновляемым источникам энергии и появление новых интеллектуальных устройств требуют иного подхода - строительства интеллектуальной одноранговой
сети. К примеру, сегодня на крышах домов часто устанавливаются солнечные батареи, а многие домовладельцы пользуются собственными небольшими генераторами. Это значит, что
энергия и информация должна идти не только к потребителям, но и в обратном направлении.
Таким образом, коммунальные службы должны превратиться в информационные компании и передавать не только электричество, но и данные. Они должны в реальном времени
оценивать спрос и адаптировать к нему свое предложение. При этом они могут в реальном
времени передавать пользователям ценную информацию, чтобы регулировать спрос. Для этого им нужно модернизировать центры обработки данных (ЦОД) и развернуть безопасную
коммуникационную инфраструктуру, подключающую к ЦОДам все элементы энергетической сети.
"Умный счетчик", установленный у вас дома, может передавать данные о потреблении
энергии практически в реальном времени, помогая потребителю принимать обоснованные
решения о том, сколько энергии использовать и в какое время суток. В будущем счетчики
станут отслеживать потребление энергии каждым домашним устройством и поддерживать
определенные правила поведения в часы пиковой нагрузки и в другое время суток. К примеру, вечером, вернувшись домой, вы сможете подключить электромобиль к розетке, настроив
его так, чтобы аккумулятор начал заряжаться ночью, когда стоимость электроэнергии минимальна.
Такой подход даст преимущества не только потребителям, но и энергетическим компаниям, которые повысят эффективность своих процессов (за счет удаленного управления
счетчиками) и смогут лучше бороться с кражами электроэнергии (сегодня 10-20 процентов
потребленной энергии не оплачивается).
Динамическое управление электросетями
Сегодня энергетическая компания узнает о перебоях с электричеством, только когда ей
звонит разгневанный пользователь. Других способов мониторинга "последней мили" у нее
нет.
Smart Grid позволит подключить к интеллектуальной сети все наше оборудование, от
электрических генераторов до пользовательских устройств. В результате мы будем видеть
текущее состояние всех устройств в любой момент времени.
Регулирование спроса
Мировые сети электропередач проектируются для удовлетворения пикового спроса, но
строительство и эксплуатация избыточных мощностей на случай, если в час пик кому-то понадобится лишний киловатт, обходятся очень дорого. К тому же появляются огромные генерирующие мощности, которые большую часть времени простаивают.
Smart Grid позволяет регулировать спрос, сдвигая его по времени. Вместо того, чтобы
использовать всю энергию в дневное время, мы можем запускать целый ряд устройств: посудомоечные и стиральные машины, сушилки, зарядные устройства для электромобилей, - в
часы минимальной нагрузки (как правило, ночью).
Повышение безопасности
87
Интеллектуальная IP-сеть решает многие вопросы информационной и физической безопасности. Передавая контрольную информацию по сети любого типа, мы должны быть уверены, что эту информацию никто не перехватит, не исказит и что никто не отключит наши
системы. Физическая безопасность также имеет критически важное значение, тем более, что
на "последней миле" наша инфраструктура совершенно открыта и не защищена от вандализма. Технологии сетевого видеонаблюдения и ограничения доступа позволят непрерывно
наблюдать за удаленными ресурсами через Smart Grid.
Сокращение расходов
Отраслевые аналитики считают Smart Metering важнейшей технологией, способной решить многие важные задачи энергетического сектора, такие как управление ресурсами, повышение эффективности использования энергии и разработка оптимальных тарифов.
Ежедневно операторам приходится выставлять счета за миллионы вызовов и сеансов
передачи данных. Для них разработана система обработки данных в реальном времени на основе открытой сервисной платформы (Open Service Platform, OSP), которая обеспечивает
считывание показаний счетчиков и поддерживает управление инфраструктурой и данными.
Специалисты создали веб-интерфейс, предоставляющий заказчикам информацию о
личном энергопотреблении. Он поможет коммунальным службам повысить эффективность
использования энергии. Для этого можно предложить клиентам скидки на энергию, используемую в часы наименьшей нагрузки, посоветовать им сократить расходы на электричество
за счет организации семейных стирок в вечернее и ночное время и более редкого включения
кондиционеров в часы пиковых нагрузок.
Smart Metering поможет коммунальным службам решить некоторые наиболее сложные
проблемы использования существующей инфраструктуры и повышения эффективности энергопотребления. Smart Metering представляет особый интерес для коммунальных служб, которым нужно четко отслеживать спрос на электроэнергию и помогать клиентам лучше контролировать индивидуальное энергопотребление с помощью точных счетчиков и своевременной
обратной связи. Однако мы считаем, что эта система поможет не только коммунальщикам, но
и другим компаниям лучше контролировать свои расходы и предоставлять заказчикам услуги
высокого качества.
Помимо сбора и обработки данных, это решение поддерживает множество других
функций и интерфейсов. Эти интерфейсы могут, к примеру, отсчитывать миллионы киловатт-часов или передавать данные через каждый час. Собранные данные могут использоваться для анализа, прогнозирования и тарификации. Операторские интерфейсы поддерживают
функции сетевого управления, передачи сигналов тревоги, мониторинга и конфигурирования,
а также получения пользовательских данных, включающих имя, адрес, используемый тариф
и номер счетчика. Кроме того, это решение может передавать информацию о пользователях
через защищенный веб-сайт. Данные для биллинга передаются через специальный интерфейс
в систему тарификации.
Решение Smart Metering предоставит поставщикам и потребителям энергии текущие
данные в режиме, близком к реальному времени. Оно не ограничивается мониторингом потребления электричества. Его можно настроить на отслеживание любых других коммунальных услуг, включая потребление воды и газа.
3.12 ПРОМЫШЛЕННОЕ (СПЕЦИАЛЬНОЕ) ОБОРУДОВАНИЕ
3.12.1 Биоэнергетические установки
Биоэнергетические установки работают на базе процесса метанового сбраживания. В
последнее время используются новые методы работы с этим процессом, обусловленные появлением современных технических разработок. Это и усовершенствованная конструкция
биореактора, и устройство устойчивого давления газа без газгольдера. А также использова88
ние модифицированной закваски, произведённой за счёт работы культур метановых бактерий. Кроме того, стали появляться особые катализаторы процесса, полученные российскими
микробиологами из Пермского института экологии и генетики микроорганизмов. Это позволило существенно ускорить процесс и повысить эффективность технологии преобразования
органических продуктов производства и жизнедеятельности. Именно большая степень преобразования органического вещества в этих продуктах дает в итоге высокую отдачу биогаза и
жидкий шлам, которому присущи и вовсе уникальные характеристики.
Исходя из свойств первоначального сырья, шлам может употребляться как готовое к
немедленному использованию удобрение (преобразование навоза или помёта) или высококачественные кормовые добавки (продукты переработки пищевой промышленности, пивоварен
и пивных заводов).
Данная технология существенно отличается от иных как по рабочим параметрам, так и
по экологической безопасности.
3.12.2 Воздушной герметичность изоляции ограждающих конструкций
Проверка герметичности производится методом создания разницы давлений, при котором с помощью вентилятора, смонтированного в дверях или в окне дома, в здании создается
«мини-вакуум» в 50 Па. При этом через дефекты изолирующего слоя воздушные потоки
устремятся внутрь. В идеале эту проверку следует производить до установки внутренней обшивки. В этом случае все негерметичные места и щели можно будет уплотнить сразу же во
время проверки. Отсутствие и наличие дефектов документируется в ходе формальной приемки. На проведение такой проверки требуется несколько часов в зависимости от размеров здания и сложности его формы.
89
Необходимо иметь в виду, что проверка кровельных конструкций возможна лишь в случае устройства межстропильной изоляции и невозможна в случае монтажа теплоизоляции
над стропильной конструкцией и только тогда, когда оболочка здания завершена (вплоть до
установки оконных переплетов).
Система BLOWER DOOR
В систему входит мощный вентилятор с несколькими скоростями. Скорости регулируются с помощью панели настроек, которая временно монтируется во внешний дверной
проем. Для определения разницы давлений применяются несколько манометров. Поток воздуха, проходящий через калиброванное отверстие корпуса вентилятора, также измеряется.
Рама для монтажа системы в дверной проем и контрольная панель. Манометр на стороне нагнетания и измеритель скорости потока (канал А фиксирует изменения давления
внутри здания; канал В фиксирует силу потока воздуха, выдуваемого вентилятором). Панель
управления (контроль и переключение скорости вентилятора, возможно автоматическое тестирование). Мощный вентилятор с возможностью калибровки (возможно расширение рабочего диапазона вентилятора).
3.12.3 Газопоршневые установки с утилизацией тепловой энергии
Газопоршневая установка с утилизацией тепловой энергии представляет собой газопоршневой двигатель или двигатель внутреннего сгорания (рис.1), с помощью которого на
валу генератора вырабатывается электрическая энергия, а тепловая энергия (горячая вода или
пар) получается при утилизации отработанной в двигателе газовоздушной смеси с помощью
теплообменника.
90
ГПА с успехом внедряются на буровых платформах и скважинах, шахтах, очистных сооружениях, в качестве резервного, вспомогательного или основного источника электроэнергии. Это происходит из-за того, что в ГПА могут использоваться следующие виды газа:
 пропан-бутановые смеси;
 природный (сжиженный, сжатый, магистральный);
 попутный газ нефтяных скважин;
 промышленный (пиролизный, коксовый, шахтный);
 биогаз;
 и т.д.
При реконструкции энергообъектов или новом строительстве можно выделить несколько компоновочных решений внедрения ГПА:
1. Строительство ГПА на отдельной площадке, новое строительство.
2. Установка ГПА в действующей котельной, в виде надстройки.
3.12.4 Гидродинамический тепловой насос
.Оборудование котельной гидродинамическим тепловым насосом решает несколько задач, существенно упрощая работу. Такая котельная больше напоминает насосную станцию,
чем собственно котельную. Отпадает необходимость в дымоотводной трубе, отсутствуют копоть и грязь. Процессом производства тепла управляет система автоматики и контроля, исключая потребность в обслуживающем персонале.
Классический тепловой насос
Гидродинамический тепловой насос
Классический тепловой насос нагревает теплоноситель максимум до +65 °С, температура теплоносителя, нагреваемого гидродинамическим тепловым насосом может достигать +95
°С.
По капитальным затратам на систему теплоснабжения гидродинамический тепловой
насос в разы дешевле теплового насоса, т.к. не требует наличия контура низкопотенциального тепла.
3.12.5 Гидромагнитные системы
Гидромагнитные системы созданы для воздействия на воду в потоке постоянным магнитным полем пространственной конфигурации, чтобы на внутренних стенках трубопроводов и теплообменных элементов систем отопления и водоснабжения не образовывалась
накипь. При этом старые отложения также разрушаются. Для этого способа не нужно ника91
ких химических составов, поэтому он считается экологически чистым. После магнитной обработки воды вместо уже образовавшейся накипи остается мелкокристаллический легко выводимый шлам.
3.12.6 Квантовые двигатели
Квантовые двигатели могут получить практическое применение в качестве генераторов электрической энергии и принципиально новых квантовых двигателей для наземных,
морских, воздушных и космических транспортных средств, не требующих для своей работы
химического топлива. Квантовые двигатели – генераторы являются автономными источниками дешевой, безопасной и экологически чистой электроэнергии, не требующие для своей
работы химического топлива и развитой инфраструктуры электроснабжения (линий передач,
трансформаторных подстанций и т.д.). Квантовые реакторы и теплогенераторы предназначены для производства тепла (тепловых фотонов), используя новые энергетические циклы синтеза электрон-позитронной плазмы из квантован ого пространства-времени. Далее тепловая
энергия преобразуется в электрическую энергию.
3.12.7 Мусорные контейнеры, работающие на солнечной энергии
Контейнеры способны значительно сократить затраты на транспортировку, способствуя
экономии энергоресурсов и сохранению экологической стабильности. Энергия, вырабатываемая с помощью солнечных батарей, идет на работу устройства, которое прессует мусор по
мере его поступления в контейнер. Таким образом, время заполнения баков увеличивается в
разы, сокращая при этом количество выездов обслуживающей машины.
Стоимость контейнера на солнечных батареях составляет около 4 тыс. долл
3.12.8 Оптимизация расхода пара в деаэраторе
Конструкция эффективной системы деаэрации определяется исходным содержанием
растворенных газов и желаемой концентрацией кислорода после деаэрации. Эти параметры, в
свою очередь, зависят от соотношения подпиточной воды и возвратного конденсата, а также
рабочего давления котла.
Пар используется в деаэраторах для нагрева воды до температуры полного насыщения,
соответствующей давлению пара в деаэраторе, а также для уноса выделяющихся растворенных газов. Пар может подаваться прямотоком, противотоком или перпендикулярно по отношению к потоку воды. Деаэратор состоит из деаэрационной колонки, резервуара (бака) и
охладителя выпара. В деаэрационной колонке пар продувается (барботирует) через воду,
нагревая и вспенивая ее. Затем пар поступает в охладитель выпара, где конденсируется, отдавая тепло воде, поступающей на деаэрацию. Неконденсируемые газы и часть пара выбрасываются из деаэратора. При этом расход подаваемого пара и выбрасываемого выпара должны
быть оптимизированы с тем, чтобы обеспечить достаточную деаэрацию, одновременно сведя
к минимуму потери пара.
92
Внезапное увеличение количества выпара может привести к резкому росту давления в
деаэрационной колонке и, как следствие, повторному растворению кислорода в воде. Поэтому деаэратор должен быть оборудован специальным регулирующим клапаном, обеспечивающим постоянное давление.
Пар, подаваемый в деаэратор, обеспечивает нагрев смеси возвратного конденсата и подпиточной воды до температуры насыщения, а также физическое действие (барботирование),
приводящее к выделению растворенных газов. После использования большая часть пара конденсируется, однако незначительная его доля (как правило, от 5 до 14 %) выбрасывается вместе с газами в составе выпара. Как правило, при проектировании деаэраторов рассчитывается
расход пара, необходимый для подогрева воды, а затем проектировщики при необходимости
обеспечивают достаточность расхода и для барботажа. При высокой степени возврата конденсата (>80 %) и его высоком давлении по сравнению с давлением в деаэраторе требуется
лишь небольшое количество греющего пара, и могут быть приняты меры по конденсации избыточного барботажного пара.
Энергия пара, использованного в деаэраторе, может утилизироваться посредством конденсации пара и передачи тепла воде, поступающей в деаэратор, при помощи теплообменника.
Потребности деаэратора в паре должны быть проанализированы и оценены при рассмотрении любых планов реконструкции паровых систем, а также мер по возврату конденсата и утилизации тепловой энергии.
Установка устройств, осуществляющих постоянный мониторинг содержания растворенного кислорода, может способствовать выявлению режимов и практических подходов, не
обеспечивающих достаточной деаэрации.
Назначением деаэратора является удаление кислорода, растворенного в воде, а не дополнительно подсасываемого воздуха. Источником такого воздуха могут служить некачественные уплотнения на всасывающей стороне насоса, а также недостаточная изоляция насоса.
3.12.9 Очистители воды на солнечных батареях
Компактный очиститель воды, который работает автономно от местных коммуникаций,
и может транспортироваться на вертолёте или на буксире. Аппарат выглядит как 6,2фунтовый трейлер, который накрывается солнечными панелями и располагается рядом с лю93
бым источником воды. Стоит лишь погрузить насос в воду, нажать на кнопку и можно получить достаточное количество воды превосходного качества. Такая установка, если задействовать её полностью, позволит ежедневно получать около 140 000 литров воды. При этом установка должна находиться на солнце лишь 5 часов для подзарядки. Кроме выработки энергии
для питания насоса, солнечные панели площадью 1,8 м на 0,9 м, накапливают остатки выработанной энергии в батарею емкостью 31 кВт*ч, для работы в облачную погоду. Вода из источников прогоняется через целую систему фильтров и остается в резервуаре объёмом свыше
11 тысяч литров.
3.12.10Паровая винтовая машина
ПВМ является машиной объемного типа действия. Она содержит ведущий и ведомый
роторы (рис. 1) в виде шнеков специального профиля. Выходной вал ведущего ротора подсоединен к электрогенератору. Роторы находятся в зацеплении и имеют шестерни связи, исключающие взаимное касание роторов во время работы.
Принцип действия ПВМ показан на рис. 1. Пар высокого давления из котла поступает в
ПВМ через впускное окно в корпусе с одного торца роторов. После заполнения паром канавки между зубьями происходит отсечка пара, и при дальнейшем вращении роторов в канавке
(парной полости) происходит объемное расширение порции пара. В конце расширения канавка сообщается с выпускными окнами в корпусе на другом торце роторов. Выпускной пар
поступает в тепловую сеть для нужд технологии (например, для выпарки сахара из свеклы)
или для отопления.
Рис. 1. Принцип действия ПВМ:
а – начальное заполнение паровой полости; б – расширение пара;
в – выпуск отработанного пара
3.12.11Пьезоэлектрический преобразователь
Преобразование механической энергии в электрическую, происходит благодаря пьезоэлектрическому преобразователю, который представляет собой устройство из керамики или
полимера. При нажатии это устройство испускает электроны.
Преобразователь представляет собой панель с установленными на ней вибраторами, которые сделаны из кусков пены.
Работы устройства достаточно порыва ветра около 3 м/с. При усилении ветропотока до
5,5 м/с, выработка электроэнергии составит 2мВт.
Устройство будет устанавливаться на крышах зданий и найдет применение в датчиках
для обнаружения пожаров и других внештатных ситуаций, где сами датчики будут получать
питание от колебательной энергии.
94
3.12.12Рекуперативные и регенеративные горелки
Рекуперативные и регенеративные горелки были разработаны, чтобы использовать тепло дымовых газов для подогрева воздуха горения. Рекуператор представляет собой теплообменник, обеспечивающий подогрев поступающего воздуха горения за счет тепловой энергии
отходящих газов. Рекуператор может обеспечить экономию около 30% энергии по сравнению
с системой, использующей холодный воздух горения. Однако рекуператор, как правило, неспособен обеспечить подогрев воздуха до температуры, превышающей 550–600°C.
Рекуперативные горелки могут использоваться технологическом процессе с температурой 700–1100 °C. Регенеративные горелки устанавливаются парами и работают по принципу
краткосрочной аккумуляции энергии дымовых газов в керамических регенераторах тепла.
Такие горелки позволяют утилизировать 85–90% тепла отходящих газов печи, обеспечивая
подогрев поступающего воздуха горения до очень высоких температур, которые могут достигать величины всего на 100–150°C меньше, чем рабочая температура печи. Горелки подобного типа могут использоваться в диапазоне рабочих температур 800–1500 °C. При этом
потребление топлива может быть снижено на величину до 60%.
3.12.13Система предотвращения протечек воды
Блок управления. Он регулирует напряжение электричества для всех подсоединенных к
нему датчиков протечки воды, управления шаровыми электроприводами и сигнальной системой оповещения. На нижней панели блока управления расположена кнопка «Сеть» со специальным датчиком включения питания. Когда блок питания начинает работать, датчик «Сеть»
загорается. Сигнал вы услышите, если произойдет аварийная ситуация, а если проблем нет сигнальная система будет выключена. Стандартные размеры блока управления 84х120х36
мм.
Шаровой электропривод (2 штуки) отвечает за перекрытие подачи воды, если произошла аварийная ситуация. Если вдруг питание будет выключено, шаровой электропривод зафиксируется в том положении, в котором был на момент отключения питания. Шаровой
электропривод состоит из двух деталей: шарового крана и электропривода. Электропривод на
расстоянии управляет шаровым краном. В электропривод вмонтирован электрический мотор
с металлическим редуктором. Мощность электрического мотора – 15 ватт. Электропривод
создает усилие на валу 50 кг*см. Корпус шарового крана сделан из прочной нержавеющей
стали, поэтому способен выдержать давление воды до 64 атмосфер. Стандартные размеры
электропривода (без шарового крана) 87х93х70 мм. Стандартные размеры шарового электропривода (шаровой кран размера 1/2 ) 87х147х70 мм.
95
Датчик протечки воды. Его роль – фиксировать произошедшую утечку при попадании
воды на электроды. Напряжение датчика – всего 5 вольт, поэтому для человека он безвреден.
Электроды датчика покрыты слоем антикоррозийного материала. Датчики протечки монтируются в местах возможного появления воды. Стандартные размеры датчика протечки воды
(без учета кабеля) 35х47х8 мм. В стандартный комплект входят датчики протечки воды с кабелем длиной 3 метра. По мере необходимости кабель можно продлить до 100 метров.
3.12.14Суперкомпьютер, работающий на горячей воде
Применение горячей воды в системах жидкостного охлаждения суперкомпьютеров позволяет обеспечить естественный теплообмен с наружным воздухом, тем самым, достигается
эффект «фрикулинга» (free cooling) в течение длительного периода календарного года. Полный отказ от использования в такой системе охлаждения фреонового контура (который нужен для получения охлажденной воды) обеспечивает значительное снижение затрат на инфраструктуру, минимизацию влияния на озоновый слой Земли, а также повышение надежности работы суперкомпьютерного решения.
Создание универсальной системы жидкостного охлаждения и применение комбинированного метода ее работы в составе суперкомпьютера позволит экономить еще больше электроэнергии.
3.12.15Техника трафаретной печати для солнечных элементов
В новой разработке используются светочувствительные элементы, имитирующие процесс фотосинтеза растений. Таким образом, получаются своеобразные «органические» солнечные элементы, имитирующие фотосинтез с помощью красителя, который запускает про96
цесс производства электричества с помощью технологии «выталкивания» свободного электрона.
Техника трафаретной печати позволяет не только легко «запечатывать» поверхность
стекла, но способствует защите элементов от неблагоприятных влияний окружающей среды.
Этот способ нанесения солнечных элементов на стеклянную поверхность позволяет увеличить срок эксплуатации до 20 лет.
3.12.16Тригенерационная энерготехнологическая установка
Тригенерационная энерготехнологическая установка может размещаться на предприятиях, чья деятельность непосредственно связана с переработкой бемита (в этом случае тепло
и получаемая из водорода электроэнергия являются побочными продуктами и используются
для собственных нужд предприятия), для снабжения водородом технологических процессов
промышленных предприятий, водородных заправок в регионах, где отсутствуют мощности
по производству водорода другими способами, для снабжения электрической и тепловой
энергией отдельных потребителей (при приемлемых затратах на доставку исходного сырья), а
также (в варианте источника бесперебойного питания) — для обеспечения бесперебойного
питания объектов. Основным преимуществом последнего варианта перед другими способами
питания водородом мощных электрохимических генераторов является отсутствие необходимости перевозки и хранения больших объёмов водорода. Весь водород производится и потребляется в процессе работы источника бесперебойного питания. Низкая стоимость получаемого водорода по сравнению с другими методами (электролиз, реформинг углеводородов)
достигается за счёт реализации побочного продукта реакции — нанокристаллического бемита.
При массовом использовании энерготехнологических установок должна быть создана
инфраструктура для подвоза топлива и сбора продуктов реакции с их последующей рекуперацией, либо использованием в других технологиях. В рамках этой структуры также может
быть создано производство по переработке бемита в корунд.
3.12.17Устройство для преобразования и накопления солнечной энергии
Устройство состоит из многокомпонентного фотоэлектрода (он может быть изготовлен
на основе различных полупроводниковых материалов), нанопористых отрицательного и положительного электродов, пористого сепаратора, разделяющего положительный и отрицательный электроды, и электролита.
Сначала солнечный свет поглощается фотоэлектродом, в результате чего возбуждаются
электронно-дырочные пары. Это стандартный процесс – поглощенный квант света переводит
электрон на другой, более высокий, энергетический уровень, он становится свободным, а на
его месте образуется свободная дырка. Дальше в фотоэлектроде происходит быстрое разделение электронов и дырок, что создает концентрации свободных фотоэлектронов и фотодырок. Фотоэлектроны переносятся в объем стенок пор нанопористого отрицательного электрода, а фотодырки по внешней цепи – в положительный электрод. При этом заряд избыточных
электронов в стенках нанопор отрицательного электрода компенсируется зарядом концентрированных у поверхности стенок положительных ионов электролита.
В результате описанных процессов, на границе раздела «стенка нанопоры – электролит»
по всей развитой поверхности отрицательного электрода образуется двойной электрический
слой (EDL). По мере зарядного процесса фотогенерированные электроны накапливаются в
его электрической емкости, что поляризует электрохимический потенциал отрицательного
электрода в область отрицательных значений. А в положительном электроде аналогичным
образом образуется двойной электрический слой из фотодырок и отрицательных ионов электролита. В качестве положительных электродов PES-фотоконденсаторов используются также
97
различные пористые окислительно-восстановительные материалы. Во время заряда активный
материал положительного электрода окисляется, а при разряде – восстанавливается.
Рис. 1. Конструкция и принцип работы PES-фотоконденсатора:
1 – Фотоэлектрод, 2 – Отрицательный электрод, 3 – Положительный электрод,
4 – Сепаратор, 5 – Электролит (в порах электродов и сепаратора).
3.12.18Электроприводы для оптимизации расхода энергии
Электроприводы турбомеханизмов расходуют более четверти всей производимой электроэнергии, и зачастую их работа остается нерегулируемой, а это не дает возможности разумно распределять энергию, воду, пар, воздух и пр. при изменениях условий производства.
Силовое оборудование работает на полную мощность, хотя на самом деле реальная необходимость в нём может быть сокращена вдвое. Резкое снятие нагрузки при уменьшении числа
оборотов приводного двигателя дает снижение расхода электроэнергии почти вдвое при применении регулируемого электропривода. А заодно подводит к созданию более современной
технологии переноса пара, воды, воздуха, увеличивающей интенсивность работы аппарата. А
установленное минимально нужное давление дает сокращение непроизводственных затрат
переносимого продукта и снижению аварийности гидравлических и пневматических сетей.
До 25% воды можно сэкономить в водоснабжении при использовании частотнорегулируемых электроприводов. К тому же, здесь не требуется очень точного регулирования
давления и расхода, а значит, можно использовать недорогие и достаточно практичные конфигурации.
3.12.19Электростанция на плаву
Плавучие электростанции смогут вырабатывать электричество из разницы между температурой воды на поверхности океана и в его глубинах. Они вполне способны полностью
обеспечить человечество экологически чистой энергией. Океаническая термальная электростанция, по сути, представляет модифицированный вариант компрессорного холодильника.
Принцип работы их основан на двух хорошо известных физических явлениях. Первое:
когда вещество испаряется, оно поглощает тепло, а когда конденсируется – отдает его. Второе – чем выше давление, тем выше температура испарения и конденсации вещества, и
наоборот. Основными элементами холодильников являются испаритель, компрессор, конденсатор и дроссель (регулятор потока), соединенные трубопроводами, по которому циркулиру98
ет вещество с низкой температурой кипения. В холодной части контура создается повышенное давление, в теплой – наоборот, пониженное. В результате хладагент начинает испаряться
там, где холодно (поглощая тепло), и конденсироваться там, где тепло (отдавая тепло). Таким
образом, холодильник работает на увеличение разницы температур между холодной и теплой
частью системы за счет механического сжатия хладагента при помощи электрического компрессора, с последующим его расширением.
В основе электростанции лежит замкнутый трубопровод, по которому протекает все
тот же хладагент с низкой температурой кипения (аммиак или пропан). В камере испарителя
проводится теплая вода с самой поверхности океана, в камере конденсатора – более холодная
вода, поднятая с километровой глубины. Хладагент циркулирует по замкнутому контуру,
вращая обыкновенную гидротурбину, при этом часть вырабатываемой энергии используется
для того, чтобы поднимать холодную воду из глубины. Эффективность системы от этого несколько падает, но опустить на дно океана одну-единственную труду значительно проще, чем
тянуть туда петлю замкнутого трубопровода, по которому циркулирует хладагент. Согласно
расчетам разработчиков, КПД подобной системы может достигать 3-5%. Это немного по
сравнению и с ветряками, и с солнечными батареями, даже с волновыми генераторами. Но в
отличии от них термальные океанические станции смогут работать в любое время суток и
при любых погодных условиях, являя собой гораздо более стабильный и надежный энергоисточник.
Кроме собственно термальной водяной установки, на них будет установлена масса
вспомогательных генераторов и систем – солнечных батарей, ветряных и волновых генераторов, установки для гидролиза океанической воды (с последующим хранением ценного водорода и кислорода в специальный цистернах), жилых помещений для персонала и т.д. Каждый
подобный островок будет обеспечивать мощность в 73 МВт.
3.12.20Энергия из очистных сооружений
Осадки, образующиеся после их очистки, обладают большим энергетическим потенциалом. По оценкам ученого, выработанный в специальном резервуаре свалочный газ содержит
большое количество энергии – 70% метана, 30% углеводорода, что значительно превышает
энергоэффективность той же газовой печи.
Сегодня в Германии при некоторых очистных сооружениях уже действуют блочные
тепловые электростанции. Это позволяет вырабатывать 1,3% электроэнергии с помощью распределяемого сбросного газа.
Проектная мощность каждого из четверти очистных сооружений Германии рассчитана
более чем на 10 тысяч человек. Если только при этих предприятиях строить блочные ТЭС, а
позже оборудовать там и резервуары для топлива, объем электроэнергии, выработанной посредством свалочного газа, можно увеличить в два-три раза.
3.12.21Энергосберегающий водоструйный элеватор
Модернизация элеваторов состоит в том, что на серийно выпускаемом нерегулируемом
элеваторе устанавливается регулирующий исполнительный механизм. Он прост по устройству, не металлоёмок и надежен в эксплуатации. Его конструкция обеспечивает высокую
устойчивость работы системы отопления при малых расходах сетевой воды.
Устройство регулирующего исполнительного механизма:
99
1 – конусное сопло, 2 - регулирующая дроссельная игла,
3 - направляющий аппарат, 4 – зубчатый валик.
В конусном сопле расположен направляющий аппарат с неподвижными лопатками, которые закручивают струю по ходу движения воды, что повышает инжекционные характеристики элеватора в широком диапазоне регулирования расхода. В направляющий аппарат по
скользящей посадке вставлена дроссельная игла. Задний цилиндрический конец иглы представляет собой зубчатую рейку, в зацеплении с которой находится зубчатый валик, вставленный в совмещенные отверстия конусного сопла и направляющего аппарата. При вращении
валик (вручную или от электропривода) цепляет зубцами дроссельную иглу, которая перемещается в продольном направлении сопла, изменяя его эффективное сечение. Проще говоря, игла ходит «туда-сюда», в большей или меньшей степени блокируя отверстие сопла, благодаря чему и осуществляется регулировка расхода воды.
Переведение систем централизованного теплоснабжения из обычных в энергосберегающие не требует больших затрат времени и средств. Вся работа по реконструкции индивидуальных тепловых пунктов состоит из демонтажа существующего элеватора и замене его на
ВАРС с соответствующей тепловой нагрузкой. Эту работу слесарь-сантехник выполнит в течение часа.
Поскольку ВАРС выполнен с использованием стандартного элеватора, то для его монтажа не требуется серьезная переделка индивидуального теплового пункта. Регулирование
количества проходящей через ВАРС сетевой воды возможно от ее увеличения на 10-20%
против расчетной до полного закрытия сопла.
Такая реконструкция ИТП обеспечит снижение расходов на отопление в пределах 30%
без снижения комфортных условий для людей только за счет оптимизации отпуска тепла в
ночное время, в нерабочие дни и осенне-весенний переходной отопительный период.
3.13 САНТЕХНИКА
3.13.1Новая конструкция душа сократит использование воды на 50%
Желание внести свой вклад в улучшение экологии зачастую оборачивается необходимостью идти на жертвы. Чтобы сократить объем использования воды в душе, нудно снизить давления жидкости и уменьшить продолжительность водных процедур. Новая конструкция душевого распылителя позволяет сократить использование воды на 50 процентов,
если сравнивать с традиционными аналогами, при этом не нужно приносить в жертву собственный комфорт: качество водных процедур не падает.
Компания Felton из Новой Зеландии в сотрудничестве с Организацией стран Британского содружества по научным и промышленным исследованиям (The Commonwealth
Scientific and Industrial Research Organisation; CSIRO) разработала насаду для душа Oxijet или
100
"воздух душ". Она добавляет воздух в слабый поток воды, при этом качество водных процедур не уступает оным при использовании воды под максимальным давлением.
"Использование традиционных ограничителей расхода воды приводит к снижению
интенсивности потока жидкости и ее давления, тогда как Oxijet использует энергию потока
жидкости, чтобы втягивать в него воздух, в результате чего капли воды становятся полыми",
сказал Джи Ву, специалист по физике жидкостей из CSIRO. "Это расширяет объем потока
воды в душе, то есть вы можете сэкономить половину жидкости и при этом по-прежнему наслаждаться душем".
Как и в случае многих других инноваций, на этот раз прорыв был сделан из-за острой
необходимости найти решение конкретной практической проблемы. В настоящее время во
всех австралийских штатах ограничена подача воды, чиновники непрерывно принимают
меры по повышению эффективности использования этого ресурсов. При этом стоимость использования воды для местных жителей непрерывно идет вверх.
3.13.2 Полимер, вырабатывающий электроэнергию
Группа исследователей из Массачусетского технологического института создала
новый полимер, который способен вырабатывать электроэнергию, используя пары воды. Секрет технологии заключается в том, что материал, поглощая небольшое количество испарившейся воды, изменяет свою форму: он может сворачиваться, а затем распрямляться.
Механическую энергию, произведенную материалом, можно преобразовать в электрическую, если добавить к полимерной пленке пьезоэлектрический материал. По словам специалистов, представленный образец способен производить 5.6 нановатт. Полученную таким
образом энергию можно накапливать в конденсаторах для работы микроэлектронных устройств таких, как электронные термометры и датчики влажности.
Полимерную пленку можно использовать и в больших масштабах. Например, ее можно разместить над рекой или озером для производства энергии. Из материала можно также изготавливать элементы одежды. Подобная одежда будет вырабатывать энергию, например, во время
занятия спортом.
Материал состоит из двух различных полимеров. Из полипиррола изготовлена сетка,
которая выступает в роли каркаса. На нее нанесен слой другого мягкого полимера polyolborate, который разбухает при поглощении воды.
Пленку можно также применять для механического воздействия на другие предметы.
Исследователи продемонстрировали, как 25-миллиграммовая пленка легко поднимает стеклянные пластинки, которые в 380 раз ее тяжелее.
3.13.3 Вакуумная канализация снижает потребление воды
Исследователи из германского Общества Фраунгофера представят на Ганноверской
выставке, которая пройдёт 23–27 апреля, проект экологически устойчивого дома (House of
Sustainability). В его концепции сочетаются вакуумная канализация, вторичное использование
воды и мембранный реактор для выработки биогаза на базе отходов человеческой жизнедеятельности.
Общим местом стало утверждение о том, что 40% населения Земли не имеют доступа
к канализации, а 11% — и к питьевой воде, заслуживающей этого наименования. На секунду
забудем об этих ужасах и окинем взглядом развитые страны. Ситуация здесь напоминает пир
во время чумы. Житель Германии потребляет в среднем 120 л воды в день. Выпить из них
ему удаётся лишь три литра, а треть (40 л!) в прямом смысле сливается в унитаз. В масштабе
всей страны отхожее место поглощает более миллиарда тонн питьевой воды в год.
Учёные из Института междисциплинарного инжиниринга и биотехнологии Общества
Фраунгофера (Штутгарт) разработали комплексный проект «Децентрализованной городской
101
инфраструктурной системы водоснабжения» (DEUS 21), включающей как известные, так и
несколько необычные технические решения.
Среди основных черт концепции следует отметить использование вакуумной канализации. В отличие от гравитационной (Мохенджо-Даро, Клоака Максима и т. д.) и напорной
(основная сейчас), вакуумная работает за счёт разницы давления в системе труб, где оно
близко к нулю (воздух отсутствует) и в приёмных устройствах (унитазах и пр.), где оно атмосферное. Такая канализация всасывает отходы человеческой жизнедеятельности, как обычный (тоже вакуумный) пылесос. Основное преимущество — в 2–3 раза более узкий диаметр
труб и радикально меньший расход воды. Именно потому вакуумную канализацию (урезанную по эффективности) устанавливают на самолётах. В новой разработке на градуировочный
смыв уходит от 0,5 (первый вариант) до 1 литра (второй вариант), в то время как в стандартных унитазах — 6 л (в ряде стран есть двухрежимные устройства, на 4 и 8 л). По словам
изобретателей, у системы есть и другие преимущества: она требует меньшей мощности и количества насосов, чем традиционная напорная канализация; в вакуумных трубах не бывает
крыс, тараканов и иных милых спутников венца природы.
Есть в системе и компонент очистки дождевой воды, собираемой с участка чем-то
вроде рудиментарной ливневой канализации. Это малогабаритная установка биологической
анаэробной очистки. Хотя на выходе она гарантирует получение питьевой воды (по германскому стандарту TVO), разработчики понимают, что психологические предубеждения не позволят применять её как питьевую. По их словам, она может быть использована для полива
сада, смыва унитазов, мытья в душе и ванной. Впрочем, с последним мы не советовали бы
торопиться: прежде стоит поинтересоваться уровнем развития химпрома в окрестностях домовладения.
Для вторичной переработки воды, попадающей в вакуумную канализацию, предусмотрен отдельный полностью анаэробный септик, основным компонентом которого является мембранный безнасосный биореактор. Он разлагает отходы, содержащиеся в воде, и выделяет при этом биогаз — смесь метана и углекислого газа. Реактор содержит вращающиеся
диски с керамическими мембранами, движение которых препятствует образованию бактериальных плёнок. Это позволит устройству работать многие десятилетия. Вода, выходящая из
реактора, также минует систему мембран с отверстиями от 60 нм до 0,2 мкм. Здесь отцеживаются как все взвешенные частицы, так и бактерии, возвращаемые обратно в биореактор.
Биогаз предлагается использовать тут же для подогрева воды в адаптированном газовом котле
отопления.
Несколько необычной чертой системы является расчёт биореактора под большее количество
органических отходов на единицу воды, чем это принято в сегодняшних септиках. При более
ответственном водорасходе, полагают авторы DEUS, процентное содержание в воде органических отходов значительно возрастёт. При этом для максимизации выхода биогаза бóльшая
устойчивость биореактора к загрязнениям позволит смывать с водой, сливаемой в канализацию, кухонные органические отходы, твёрдая часть которых пройдёт через специальный
шредер под раковиной, призванный заменить помойное ведро.
Неразлагаемые отходы будут представлять собой соли фосфора и аммоний, который
раз в год можно будет извлекать из мембранного биореактора и использовать как удобрение.
Разработка проходит сейчас испытания в Книтлингене (город в земле БаденВюртемберг). По мнению исследователей, несмотря на то что система требует серьёзных инвестиций, в условиях текущей стоимости воды и газа в Германии она должна окупаться за 7–
8 лет, а при массовом производстве её компонентов — ещё быстрее.
102
3.13.4Водосберегающие насадки для душа
Во время использования традиционных насадок используется порядка 4 галлонов воды за минуту принятия душа. Таким образом, быстрый 5-минутный утренний душ приведет к
использованию около 20 галлонов воды. Это очень большой расход, учитывая, как значительно он может быть сокращен без потери качества с помощью низкопоточной насадки.
Предположим, вы используете обычную насадку для душа, которая выдает 4 галлона в минуту, и перейдете на низкопоточную насадку, которая выдает 1.75 галлона в минуту.Тогда вы
получите разницу в 2.25 галлонов в минуту! Смена насадки приведет к значительному сбережению воды и, как следствие, к сокращению счетов за воду.
С эффективной насадкой кроме снижения расхода воды вы также уменьшаете расходы
на электричество. За редким исключением люди моются теплой водой, на подогрев которой
расходуется электроэнергия. Таким образом, экономное использование воды во время принятия душа также значительно сокращает расходы на тепло.
3.13.5Помощник в экономии воды
Пластиковый прибор напоминает пробку для сливного отверстия в ванной. Собственно,
и крепится он возле этого отверстия, но не закрывает его. Когда вы принимаете душ прибор
подсчитывает сколько воды стекает в канализацию. Когда вы установите прибор и воспользуетесь душем в первый раз, он запомнит расход воды. В дальнейшем умное устройство
сравнивает это количество с данными, зафиксированными во время каждого использования.
Если расход воды превысит норму, на приборе загорится. Если вы используете меньше воды,
или ее количество соответствует норме, прибор просигналит вам в первом случае зеленым, а
во втором – желтым индикатором. Такой своеобразный «светофор» поможет учитывать литры потраченной воды еще в процессе ее потребления, и избежать неприятных сюрпризов при
оплате счетов.
Необходимо сказать несколько слов об экологичности изобретения. Устройство изготовлено из материалов, поддающихся переработке и подходящих для повторного использования, поэтому абсолютно отвечает «зеленым» требованиям.
3.13.6Системы водоснабжения и канализации малоэтажных зданий
Для сокращения расхода воды необходимо применять водосберегающую арматуру и
унитазы с бачками двойного смыва.
103
Во избежание избыточной нагрузки на насос и экономии электроэнергии желательна
установка пневматических баков для накопления необходимого запаса воды.
Отсутствие изоляции на трубопроводах ГВС может привести к остыванию воды, а на
трубопроводах ХВС – вызвать конденсацию.
При подключении водопровода здания к местной сети водоснабжения необходимо
предусматривать на вводе в здание установку обратных клапанов – это поможет избежать
«обратного» гидроудара в системе внутреннего водоснабжения.
Необходимо предусматривать краны для слива воды из системы на случай, если хозяева
дома уедут на долгий срок.
3.13.7Смеситель с водоэкономной насадкой
При эксплуатации этой системы вода не сливается просто так, а скапливается в насадке
во время технических пауз в использовании воды. За время технических пауз, иными словами, когда руки не касаются струи, текущей из крана, воды в насадке собирается с пригоршню.
1 - сливная трубка, 2 - контргайка, 3 - патрубок, 4 - поплавки, 5 - корпус, 6 - крышка.
Время накапливания воды устанавливается любое, но для удобства пользования системой есть рекомендованное к установке время: 2-4 секунды. Это самый низкий темп приема
воды в современных смесителях. Принимая во внимание, что в пригоршне воды помещается
совсем немного (40-60 мл), наполнение насадки можно обеспечить струйкой с истечением
всего 10-20 мл в секунду, а это в 10-20 раз меньше нормативного истечения (200 мл/сек).
Слив происходит залпово из-за наличия дренажной полости и значительного размера сечения
на сливе. Если вода не употребляется, то после заполнения насадки она начинает стекать в
канализацию, но уже совсем тонкой струёй. Такая система, например, при умывании сокращает расход воды в 8-10 раз.
Трёхпоточная водоэкономная трубка может функционировать в любом режиме истечения воды без удержания клапана, имеющего хорошую плавучесть. Правда, если вода течёт не
сильно, клапан нужно приподнять для того, чтобы вода вытекала. Усилие на клапане не превышает скоростного напора струи в современных смесителях.
Переход от одного режима к другому происходит только при открытии кранов на разную мощность. Если кран открыт больше – слив осуществляется непрерывно, меньше –
включается водоэкономный режим. Система поддерживает оптимальное сочетание работы в
режиме смесителя и в режиме умывальника. При этом само устройство смесителя остаётся
прежним, поэтому к новому процессу умывания привыкать не придётся. С тех пор, как создана принципиально новая технология экономии воды у потребителя невольно вырабатывается устойчивая привычка экономить воду всегда, когда он ей пользуется.
В итоге в целом на 1 человека при применении 2 насадок (например, на кухне и в ванной) потребляется примерно 2,0-2,5 м3 в месяц, так что уменьшить плату за воду удастся
примерно рублей на 150 в месяц. Кстати, примерно столько стоит и сама насадка.
104
Сочетать такую экономию можно ещё и с установлением счётчиков потребления воды.
3.13.8Унитаз, который генерирует электроэнергию
Система должна генерировать небольшое количество энергии при каждом спуске воды с
помощью специального устройства. Устройство позволяет вырабатывать энергию из любой
трубы, по которой течет вода. Причем, для использования подходят как чистые, так и канализационные воды.
Спуская воду по канализационной трубе, система заставляет работать генератор. Взамен
потраченным литрам воды, получаем несколько дополнительных киловатт. Единственная
проблема - возможное засорение генераторов.
3.13.9 Унитаз, экономящий воду
В конструкцию унитаза установлен вращающий металлический шар таким образом, что
он закрывает отверстие, которое ведет в канализацию. В верхней части шара сделано чашеобразное углубление, в которое попадают нечистоты. При нажатии на кнопку слива шар переворачивается вместе с нечистотами, выбрасывая их в канализацию. При этом, пока шар
находится в перевернутом положении, одна струя выливается из бачка, а другая в это же время омывает края углубления.
Когда шар возвращается в исходное положение, вода стекает по стенкам благодаря гидравлическому давлению в водопроводной сети. Так как канализационный газ блокируется
шаром, а не водой, наличие сифона не обязательно. Таким образом, новое устройство использует воду преимущественно для омывания, значительно снижая ее расход. Для сравнения,
обычный унитаз может расходовать до 12 литров воды за раз, новое устройство достаточно одного литра.
Устройство, расходуя на 90% меньше воды, чем обыкновенный туалет, и занимая на
30% меньше места.
105
3.13.10 Экономная стиральная машина
Свою «водосберегающую сущность» машина проявляет на конечном этапе стирки. Использованная вода сливается в специальный резервуар и позже используется для смыва унитаза.
Особенность конструкции позволяет подвешивать машину прямо над унитазом, что,
помимо воды, существенно экономит еще и пространство ванной.
Помимо всего прочего изобретение еще и является «зеленым», то есть экологически чистым и хорошо продуманным с точки зрения экологии.
3.14 Лазерный электрогенератор
Использование энергии нуклонов, добываемой при помощи воздействия на эти частицы лазера. Разрушая любой химический элемент с помощью лазерных лучей можно получить
энергию. Не нужно будет передавать энергию на большие расстояния, отпадает потребность
в трансформаторах (понижающих и повышающих напряжение), не нужны будут двигатели
внутреннего сгорания.
Лазерный электрогенератор - это надежный, мощный, компактный, экономичный и
экологически чистый источник энергии. Он работает за счет энергии электромагнитных полей, образующихся при разрушении тел атомов и нуклонов, в областях точек фокусов лазерного излучения. Эти поля затем утилизируются токосъемным комплексом электродов золотой (или серебряной, медной, алюминиевой, никелевой) сетчаткой конструкции с почти 100%
КПД. Электрический ток немедленно передается внешним и внутренним потребителям.
Мощности лазерных электрогенераторов ничем не ограничены и могут быть как меньше 3
кВт, так и больше 1000 кВт.
3.15 Тепловое зеркало
Уникальность «Зеркала» в том, что оно отражает тепло в сторону его источника. В летнее
время, для того чтобы спасти помещение от жары, оно отражает тепло наружу, а зимой,
наоборот, - внутрь помещения. Конструкция объединяет положительные характеристики
двухкамерного остекления и низкоэмиссионного покрытия стекла, позволяя тем самым достичь высоких показателей термического сопротивления окон (близких по значению к термическому сопротивлению стен).
106
3.16 Энергетический потенциал тепла накапливаемого в асфальтовом покрытии
Предложен способ использования накопленного в дорожном полотне тепла. Исследователи предлагают встраивать в дорожное полотно коллекторы солнечной энергии. Нагретая в
коллекторах вода может быть использована в быту и на производстве, либо применятся для
производства электроэнергии в термоэлектрических генераторах.
Были представлены технические расчеты, при помощи которых инженеры могут строить дороги с максимальной теплопоглощающей способностью.
Асфальт остается горячим и после того, как солнце уже село. Это дает возможность
производить тепловую энергию даже в вечерние и ночные часы.
Кроме того, для городов особенно важно то, что при использовании дорог, тротуаров и
парковочных площадей в качестве солнечных коллекторов нет необходимости в поиске
огромных свободных площадей для размещения нагревательных поверхностей.
Дорожное покрытие в странах с умеренным климатом служит 10-12 лет. Такой же ресурс имеют и солнечные коллекторы. Так что замену солнечных коллекторов можно синхронизировать с заменой покрытия.
Встроенные солнечные коллекторы не только вырабатывают энергию, но и охлаждают
дорожное покрытие, что позитивно сказывается на сроке его службе и сцепных качествах в
жаркий день.
Для изучения энергетического потенциала асфальта группа исследователей использовала компьютерную и натурную модели. Натурная модель представляла собой участок асфальтового покрытия, в который были вмонтированы термопары (для изучения глубины проникновения тепла) и участки медных трубопроводов, по которым циркулировала вода.
Исследования показали, что энергетический потенциал тепла накапливаемого в асфальтовом покрытии достаточен для использования в системах обогрева и горячего водоснабжения зданий, обеспечения производственных процессов. Производство электроэнергии может
осуществляться специальными устройствами – термоэлектрическими генераторами (устройства, напрямую преобразующие тепловую энергию в электрическую за счет явления возникновения ЭДС в области контакта некоторых материалов при повышенной температуре).
Схема работы термоэлектрического генератора
В институте ученые создали опытную модель установки. Были воссозданы реалистичные условия работы. Испытания проводились при разном угле освещения поверхности, разном ветре и влажности. Тест показал, что асфальт поглощает значительное количество падающей на него солнечной энергии. Область наиболее высоких температур при этом находится
в нескольких сантиметрах под поверхностью. Именно здесь должен быть распложен теплообменник для наиболее эффективной работы.
107
Исследуя разные составы асфальтов, ученые обнаружили, что добавление высокопроводящих компонентов, таких как кварцит, значительно увеличивает теплопоглощающую способность асфальта.
Самым высоким барьером на пути к широкому распространению асфальтовых электростанций является высокая стоимость медных труб, из которых сделан теплообменник. Ученые активно ищут более дешевый, но не менее теплопроводящий материал, который позволит создавать коммерчески эффективные установки.
3.17 Электрохимический генератор
Электрохимический генератор, устройство, обеспечивающее прямое преобразование
химической энергии в электрическую. Хотя то же самое происходит в электрических аккумуляторах, топливные элементы имеют два важных отличия: 1) они функционируют до тех пор,
пока топливо и окислитель поступают из внешнего источника; 2) химический состав электролита в процессе работы не изменяется, т.е. топливный элемент не нуждается в перезарядке. Теоретически размеры топливного элемента могут быть сколь угодно большими. Однако
на практике несколько элементов объединяются в небольшие модули или батареи, которые
соединяются либо последовательно, либо параллельно.
Применения. Топливные элементы могут в недалеком будущем стать широко используемым источником энергии на транспорте, в промышленности и домашнем хозяйстве. Высокая стоимость топливных элементов ограничивала их применение военными и космическими приложениями.
Предполагаемые применения топливных элементов включают их применение в качестве переносных источников энергии для армейских нужд и компактных альтернативных источников энергии для околоземных спутников с солнечными батареями при прохождении
ими протяженных теневых участков орбиты. Небольшие размеры и масса топливных элементов позволили использовать их при пилотируемых полетах к Луне. Топливные элементы на
борту трехместных кораблей "Аполлон" применялись для питания бортовых компьютеров и
систем радиосвязи. Топливные элементы можно использовать в качестве источников питания
оборудования в удаленных районах, для внедорожных транспортных средств, например в
строительстве. В сочетании с электродвигателем постоянного тока топливный элемент будет
эффективным источником движущей силы автомобиля.
Для широкого применения топливных элементов необходимы значительный технологический прогресс, снижение их стоимости и возможность эффективного использования дешевого топлива. При выполнении этих условий топливные элементы сделают электрическую
и механическую энергию широко доступными во всем мире.
3.18 "Умные" розетки контролируют расход электроэнергии
Корпорация Sony представила концепцию «умных» розеток, которые позволят контролировать расход электроэнергии каждым подключённым к сети прибором или абонентом.
Для работы системы в розетку необходимо сначала подключить специальный переходник, использующийся для идентификации потребителя и списания платы за энергию. Sony
рассматривает два возможных варианта: один предполагает использование технологии беспроводной высокочастотной связи малого радиуса действия NFC (Near Field
Communication), а другой — беcконтактных смарт-карт FeliCa, работа которых основана на
применении RFID-меток.
Предполагается, что технология будет востребована прежде всего в общественных заведениях: кафе, залах ожидания вокзалов и аэропортов, гостиницах и пр. В таких местах посетители зачастую используют электросеть здания для питания, например, ноутбука или подзарядки телефона. Система идентификации приборов, подключенных к розеткам, позволит
108
решить проблему бесконтрольного потребления электроэнергии. Кроме того, технология может найти применение в «умных» домах.
109