1. Энергоэффективный дом

По ряду причин в некоторых инженерных дисциплинах сохраняются терминологические разночтения. Так, в строительной теплотехнике говорят о двухтрубных и однотрубных системах отопления, в то время как правильнее было бы использовать общенаучное понятие параллельной и последовательной схем. Тепловую энергию измеряют в калориях или Джоулях, а электрическую — в киловатт-часах. Это подобно тому, как если бы пройденное расстояние измеряли в километрах, а преодоленное на автомобиле — в милях. Кроме лишних затруднений, это ничего не дает. Поэтому в этой книге используется одна единица измерения всех видов энергии — киловатт-час. Она удобна и знакома каждому из бытовой практики.

Мировое потребление энергии

Если строить иерархию человеческих потребностей, то энергия займет в этом списке четвертое место, после воздуха, воды, пищи. Она является одной из основных потребностей человека, предоставляющей возможности для приготовления пищи, обогрева, освещения, транспорта, связи и т.д. Наши предки использовали энергию в виде огня и мускульной силы животных, сейчас существует множество способов ее получения, от сжигания ископаемого топлива до ядерных реакций.

В первобытные времена на человека в год приходилось немногим более 1 МВтч энергии, всего же ее потреблялось порядка 5 миллионов МВт-ч/год. В настоящее время в среднем на жителя Земли вырабатывается 20 МВт-ч/год, при этом в странах Западной Европы душевое потребление энергии составляет более трех условных тонн угля в год, то есть около 25 МВт-ч/год. В США и Канаде этот показатель в три раза выше, а в большинстве стран Африки — в тридцать-сорок раз ниже. То есть разница между удельным энергопотреблением в разных странах достигает двух порядков.

Суммарное потребление энергии человечеством в наше время превышает 120 миллиардов МВт-ч/год. Таким образом, за исторический период энергопотребление выросло в 30 000 раз и продолжает расти. Уже многие десятилетия ежегодный прирост производства энергии составляет около трех процентов в год.

Хотя экономически развитые страны, благодаря курсу на энергоэффективность, в последнее время замедляют темпы роста своей энергетики, это не оказывает заметного тормозящего влияния на мировой рост энергопотребления, поскольку сейчас наблюдается ускоренный ввод энергетических мощностей в крупных развивающихся странах — Китае, Индии, Бразилии, Индонезии. Это страны второй волны индустриализации, экологические последствия которой обещают быть еще более разрушительными, чем первой.

Энергия и окружающая среда

Производство и использование энергии всегда сопровождается экологическим ущербом, чего, по-видимому, не удастся избежать и в будущем. Среди всех отраслей производства энергетическая лидирует в нанесении ущерба окружающей среде. При рассмотрении экологических проблем любого города или промышленного района всегда приходится сталкиваться, как с одним из главных, с букетом экологических проблем, порожденных производством и использованием энергии. Экологический ущерб от энергетики, как правило, носит комплексный характер, загрязняются воздух, вода, почвы, земли отчуждаются под шахты, электростанции, отвалы и терриконы, нарушается гидрологический режим местности. С энергетикой связаны такие глобальные экологические проблемы как кислотные дожди, потепление климата, озоновые дыры.

Таким образом, многие важнейшие экологические проблемы современности связаны с энергией: ее производством, преобразованием, передачей и использованием. Это атмосферное загрязнение, обезлесивание, опустынивание, климатические изменения и окисление озер. По данным американских экологов, энергетические установки в США ответственны, например, за 26% загрязнения воздуха пылью, 76% — окислами серы, 85% — окислами азота.

Нажав на электрический выключатель, мы можем получить тепло, звук, свет, горячую воду, холод, выстиранное белье и многое другое. Но одновременно мы получаем загрязненные реки, озера, воздух и почву, карьеры, золоотвалы при ТЭЦ, терриконы возле угольных шахт, радиоактивное загрязнение и отходы и многое другое в том же роде. Вопрос стоит, однако, не об отказе от пользования энергией, а о ее всемерном сбережении и эффективном использовании.

Взаимосвязь энергетических и других проблем видна, в частности, из следующего примера. Более 2,5 миллиарда людей во всем мире полагаются на древесное топливо как на главный источник энергии для приготовления пищи и обогрева. При отсутствии альтернативных видов доступного топлива у сельских и городских бедняков нет другого выбора, как продолжать использование биологических видов топлива, несмотря на сопутствующую этому экологическую опасность. Сверхзависимость от древесного и других видов топливной биомассы приводит к деградации окружающей среды в различных направлениях. Чрезмерное использование древесного топлива ведет к обезлесению, эрозии почвы и опустыниванию, тогда как сжигание навоза и сельскохозяйственных отходов приводит к потере питательных веществ и корма для скота.

С экологической точки зрения технологии получения энергии можно, прежде всего, разделить на возобновляемые и невозобнов-ляемые, а также на добавляющие и недобавляющие. Добавляющая энергия — это энергия ископаемого топлива и ядерная, она добавляется к энергии Солнца и дополнительно нагревает Землю.

До сих пор не известно ни одного экологически безвредного способа получения энергии, вероятно, таковых и не будет найдено в обозримом будущем. Все надежды в прошлом, что тот или иной способ получения энергии будет экологически безвредным, например гидроэнергии, не оправдались. Учитывая этот опыт, специалисты находят негативные эффекты и у новых возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Так, солнечные энергоустановки затеняют земельные площади, ветроагрегаты распугивают птиц, шумят, создают электромагнитные помехи, изменяют локальный климат и т.д. Производство самих ВИЭ сопровождается экологическим уроном. Тем не менее, экологический ущерб от ВИЭ многократно меньше, чем от традиционных источников.