Úspora energie je provádění právních, organizačních, vědeckých, výrobních, technických a ekonomických opatření směřujících k racionálnímu využívání palivových a energetických zdrojů a zapojení obnovitelných zdrojů energie do ekonomického oběhu.

Opatření na úsporu energie mají pozitivní vliv na ekonomické a ekologické aspekty rozvoje. Úspora energie je důležitým úkolem pro zachování přírodních zdrojů. V současné době má pojem „úspora energie“ vědecký status a v této oblasti probíhá mnoho výzkumů.

Využití větrné a vodní energie místo fyzické práce

Primitivní éra a starověký svět byly charakterizovány převahou fyzické práce. Ale již v éře antiky došlo k zásadnímu objevu v oblasti energetických úspor, za který lze přičíst využívání alternativních zdrojů energie – využívání vodní a větrné energie.

Pravděpodobně nejstarší mlýny byly běžné v Babylonu, jak dokazuje zákoník krále Hammurabiho (kolem roku 1750 př.nl). Popis varhan poháněných větrným mlýnem je prvním doloženým dokladem využití větru k pohonu mechanismu. Patří řeckému vynálezci Heronovi Alexandrijskému z XNUMX. století našeho letopočtu.

Perské mlýny jsou popsány ve zprávách muslimských geografů z XNUMX. století, od západních se liší svým provedením s vertikální osou rotace a kolmými křídly, lopatkami či plachtami. Perský mlýn má lopatky na rotoru, uspořádané podobně jako lopatky lopatkových kol na parní lodi, a musí být uzavřeny v plášti zakrývajícím část lopatek, jinak bude tlak větru na lopatky na všech stranách stejný a vzhledem k tomu, plachty jsou pevně spojeny s nápravou, mlýn se nebude otáčet.

Jiný typ mlýna se svislou osou otáčení je známý jako čínský větrný mlýn. Design čínského mlýna se od perského výrazně liší použitím volně se otáčející, nezávislé plachty.

Vodní mlýny byly v Římské říši známy již od XNUMX. století př. n. l., popsal je Vitruvius, ale hojně najdou uplatnění ve středověku.

Získávání vody a chladu z vířivých proudů na Velké hedvábné stezce

Vírové proudy jsou poprvé zmíněny v Koránu [3: 113 (117)], přeložil I.Yu. Krachkovsky (1963): „To, co utrácejí. je jako vichřice, ve které je zima: zasáhlo to lidskou úrodu. “. Tito. Starobylá literární památka nezaujatě zaznamenala, že jeden a půl tisíce let před objevem francouzského inženýra J. Ranqueta lidé věděli, že ve středu vírového proudění může teplota plynu klesnout až k bodu mrazu.

Jasným příkladem schopnosti starověkých inženýrů využívat objevené a pozorované přírodní efekty je Velká hedvábná stezka. Jednou z jeho hlavních předností byly studny. Aby se zvýšila nosnost karavanů, dělali inženýři vše pro to, aby soumarská zvířata nevozila obrovské zásoby pitné vody nutné pro karavan, navíc s určitým požadovaným minimem na jeden přechod. Podél trasy, ve vzdálenosti 12-15 km od sebe, byly vytvořeny studny, z nichž každá obsahovala vodu v dostatečném množství k nasycení karavany 150-200 velbloudů.

V takové studni byla čistá voda extrahována přímo z atmosférického vzduchu. Procento vodní páry v pouštním vzduchu je samozřejmě extrémně nevýznamné (méně než 0,01 % měrného objemu). Ale díky konstrukci studny byl pouštní vzduch „pumpován“ svým objemem o tisíce metrů krychlových za den a z každého takového metru krychlového byla odvedena téměř celá masa vody v něm obsažená. Starověcí inženýři používali vírový efekt. Samotná studna byla vyhloubena do země v polovině její výšky (viz obr. 1).

Rekonstrukce studní Velké hedvábné stezky

Obr. 1. Rekonstrukce studní Velké hedvábné stezky

Cestující sešli po schodech do slepé oblasti pro vodu a nabrali vodu. Uprostřed výklenku pro nahromaděnou vodu byla hromada kamenů úhledně vyskládaných do vysokého kužele, který sloužil jako kondenzátor. Arabové dosvědčují, že nahromaděná voda a vzduch na úrovni slepé oblasti byly překvapivě studené, ačkoliv mimo studnu panovalo smrtelné horko. Spodní zadní část kamenů v hromadě byla mokrá a kameny byly studené na dotek.

ČTĚTE VÍCE
Jaké typy hořáků se používají v domácích plynových spotřebičích?

Bohužel lakomost v popisu kónické a valbové klenby studny nedává jasnou představu o konstrukčních prvcích. Nedostatek informací je třeba kompenzovat spekulativními konstrukcemi. Stačí si dát pozor na mírné překvapení Arabů: keramické obložení v té době nebylo levným materiálem, ale stavitelé studní nepočítali s náklady a každá studna takovou krytinu měla. To se ale nedělalo jen tak, protože hliněné materiály mohly dostat libovolný potřebný tvar, následně vyžíhat a získat hotový díl, který by mohl pracovat v nejtěžších klimatických podmínkách po mnoho let.

V kuželové nebo valbové klenbě studny byly zhotoveny radiální žlaby, kryté keramickou vyzdívkou, nebo samotné keramické ostění bylo souborem dílů s hotovými úseky radiálních žlabů. Podšívka se zahřívala pod slunečními paprsky a předávala část tepla vzduchu v kanálu. Vznikl konvekční proud ohřátého vzduchu kanálem. Do střední části klenby byly vrhány proudy ohřátého vzduchu. Vyvstává otázka, jak se vírový pohyb objevil uvnitř budovy studny. Prvním předpokladem bylo, že osa kanálů se neshoduje s radiálním směrem. Mezi osou kanálu a poloměrem oblouku byl malý úhel, to znamená, že trysky byly tangenciální (obr. 2).

Hromadění vody ve studni

Obr.2. Hromadění vody ve studni

Stavitelé použili velmi malé tangenciální úhly – ne více než 5º. Úhlová hodnota 5º je zcela nevýznamná, někdy není pouhým okem vidět. To je pravděpodobně důvod, proč technologické tajemství starověkých inženýrů zůstává dodnes nevyřešeno.

Novodobou historii úspor energie lze rozdělit do 5 etap: 1965, 1973-1991, 1991-2003, 2003-2008. a 2009 – současnost. Pojďme se na každou z nich podívat blíže.

První etapa neboli předpoklady pro vznik novodobé historie úspor energie

Pokud nevezmeme v úvahu pokusy o omezení spotřeby energie po druhé světové válce, první, byť nedokonalý, britský zákon upravující tepelné vlastnosti obvodových plášťů budov byl přijat v roce 1965. Přibližně ve stejné době se v SSSR na sjezdech KSSS diskutovalo o nutnosti snížit měrnou spotřebu energie na jednotku výroby, ale ani zde ani v jiných zemích nebyla přijata žádná účinná opatření.

Druhá etapa novodobé historie úspor energie

Začátek druhé etapy novodobé historie úspor energie (1973-1991) je spojen s arabsko-izraelským konfliktem známým jako Jomkipurská válka, ropným embargem a prudkým nárůstem cen ropy a plynu. Po skutečné panice kvůli rostoucím cenám benzínu, mnohakilometrových frontách na čerpacích stanicích v Evropě a USA, nekontrolovaném zdražování elektrické a tepelné energie, v některých případech i dlouhodobých přerušeních jejich dodávek, bylo rozhodnuto vyrobeno ve většině rozvinutých zemí na následujícím:

  • vývoj speciálních programů pro úsporu zdrojů a energie;
  • alokace obrovských rozpočtových prostředků na výzkum a vývoj v oblasti využití netradičních zdrojů energie;
  • snížení spotřeby energie v různých průmyslových odvětvích;
  • rozvoj legislativních iniciativ k zajištění snížení spotřeby energetických zdrojů, což se v této fázi stalo (jak se později ukázalo) nejdůležitější. Nové zákony byly samozřejmě nedokonalé a následně byly nejednou opravovány.

V té době vědci aktivně hledali alternativní zdroje energie, vyvíjeli návrhy solárních panelů, větrných, přílivových a geotermálních elektráren, tepelných čerpadel pro využití zemské energie a experimentovali s biopalivy; Práce na jaderné energetice se zintenzivnily a byly vyvinuty různé technologie pro úsporu energie. Bohužel většina prací započatých v těchto letech nakonec ukázala nedostatečnou efektivitu a extrémně dlouhou návratnost kvůli nedokonalým materiálům a technologiím, které byly tehdy k dispozici. Postupem času začaly ceny ropy velmi rychle klesat a nakonec se do poloviny 80. let začaly výrazně snižovat velké státní dotace na rozvoj alternativních a netradičních zdrojů energie.

ČTĚTE VÍCE
Jak vyrobit nejjednodušší sliz bez lepidla a tetraboritanu sodného?

Ropná krize v roce 1973 nás však donutila přehodnotit další priority rozvoje energetiky a její nedokonalosti spojené s využíváním uhlovodíkových paliv a určila nejperspektivnější oblasti pro další práci. Některé výzkumy pokračovaly i po ukončení vládní podpory – soukromé podniky si uvědomily dlouhodobý příslib některých přístupů objevených v těchto letech a pokračovaly ve financování mnoha programů.

Na základě všech výzkumů byla vyvinuta holistická ideologie úspor energie. Praxe jasně ukázala, že pro úspěšné řešení problémů s úsporou energie je nezbytný integrovaný přístup k řešení tohoto problému; Vylepšení jednoho jediného prvku vám neumožní radikálně snížit spotřebu energie a někdy může dokonce vést k diskreditaci samotné myšlenky úspory energie. O desítky let později to potvrdil příklad masivní kampaně za zavedení energeticky úsporných světelných zdrojů v Ruské federaci. Ano, jsou bezpochyby lepší a účinnější než klasické žárovky. Stále jsou však mnohem dražší a jsou potíže s jejich likvidací. Nikdo navíc zatím nespočítal, jakým podílem se na energetické bilanci budov v zimním období podílely staré lampy.

Významnou událostí bylo vytvoření velkých výzkumných center v Evropě a USA a také velmi dynamických a mobilních týmů relevantních specialistů. Jako součást slavné Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) bylo zorganizováno oddělení pro úsporu energie ve stavebnictví, založené Arthurem Rosenfeldem, kterému později byla udělena Mezinárodní globální cena za energii, která je obdobou Nobelovy ceny v oblasti energie.

LBNL a někteří evropští specialisté se podíleli na nejpřelomovějším počinu 70. až 80. let XNUMX. století v okenním průmyslu – vývoji magnetronové aplikace tepelně odrážejících povlaků na velkoformátové tabulové sklo, které se stane nedílnou součástí energeticky úsporné průsvitné konstrukce.

Během 80. let došlo k významnému pokroku v energeticky úsporných technologiích. V tomto období se začala hojně využívat tepelná čerpadla a větrné generátory se staly zcela běžnými zařízeními v Evropě, Japonsku a USA. Objevily se také moderní a velmi konkurenceschopné solární články, odborníci všude se pustili do výstavby energeticky úsporných budov („pasivní“ domy a domy s nulovou spotřebou energie) a poprvé začali hromadně renovovat staré budovy, aby byly moderní požadavky na úsporu energie.

Rovněž jako jedno z energeticky úsporných opatření v budovách, které se v budoucnu uplatní v mnoha zemích, stojí za zmínku iniciativa vlád skandinávských zemí, které občanům vyměnily stará neefektivní okna za okna s dvojitým zasklením. na náklady státu.

Třetí etapa novodobé historie úspor energie

Po zahájení slavné americké operace proti Iráku „Pouštní bouře“ v roce 1991 prakticky začala nová energetická krize a začala třetí etapa v historii úspor energie. Cena ropy na nějakou dobu opět prudce vzrostla a znovu vyvstala potřeba hledat nové způsoby, jak šetřit energii.

Téměř současně se vznikem nové energetické krize ve Spojených státech se objevil druhý ucelený dokument v historii „Energy Act 1992“, který identifikoval hlavní problémy v úsporách energie a směry jejich řešení. Tento objemný dokument byl vyvíjen předními americkými odborníky a ministerstvem energetiky USA od poloviny 80. let 1992. století. „Energy Act 10“ se stal na více než XNUMX let rozhodujícím pro vývoj nových technologií v oblasti úspor energie a využívání alternativních a netradičních zdrojů energie. Zde je třeba poznamenat následující body:

  • americký kongres vyčlenil několik miliard dolarů na zajištění úspor energie a výrazné snížení spotřeby energie;
  • poprvé byl kladen důraz na vytvoření efektivního systému dotací a výhod pro spotřebitele, kteří splňují požadavky na úsporu energie na legislativní úrovni;
  • byl zahájen program perspektivních norem a dalších předpisů zaměřených na úspory energie ve všech průmyslových odvětvích, včetně stavebnictví a výroby stavebních materiálů, na základě výkonových norem zaměřených na úspory energie;
  • velmi velké finanční prostředky byly přiděleny na veřejnou propagaci programu úspor energie a vysvětlování jeho cílů spotřebitelům;
  • byly identifikovány prioritní cíle, jejichž realizace byla připravována v 80. letech a jejich realizace mohla být poměrně rychlá. Byli mezi nimi zejména:
    • výměna tradičních žárovek za energeticky úsporné;
    • výměna tradičních oken s průsvitnými konstrukcemi za okna s dvojitým zasklením se sklem odrážejícím teplo;
    • zavedení nových typů chladniček s účinnými jednotkami;
    • bylo uznáno, že je nezbytné všeobecně zavést označování energeticky úsporných výrobků, které spotřebiteli uvede jejich skutečné vlastnosti a očekávanou úroveň úspor energie;
    • byl zahájen vznik řady profesních vládních asociací vyvíjejících nové metody hodnocení materiálů a konstrukcí, z nichž jednou je „Rada pro posuzování průsvitných konstrukcí“ (National Fenestration Rating Council);
    • byly stanoveny cíle pro vývoj a výstavbu (s dalším komplexním sledováním výsledků) pilotních projektů energeticky účinných budov pro různé účely v různých klimatických oblastech země;
    • byly přiděleny finanční prostředky na vytvoření počítačových metod pro hodnocení vlastností a účinnosti různých návrhů.

    V té době se v Německu objevil další problém, který vyžadoval rychlé řešení. Se sjednocením Německa bylo do struktury bytového a komunálního komplexu země přidáno mnoho budov ve východní části země, které byly postaveny podle sovětských návrhů („Khrushchevka“). Komplexní monitoring provedený na počátku 90. let ukázal, že průměrná spotřeba energie na vytápění, dodávku teplé vody, osvětlení a další potřeby domácnosti ve starých budovách byla asi 280 kWh/m2 rok, z toho minimálně 220 kWh/m2 rok na samotné vytápění. . Vzhledem k poměrně mírnému klimatu v Německu a neustálému růstu nákladů na energii to bylo považováno za zcela iracionální.

    Vláda slíbila, že co nejdříve poskytne obyvatelům východního Německa stejnou životní úroveň jako občanům západního Německa. K vyřešení jednoho z hlavních problémů v tomto směru bylo možné všechny tyto objekty buď zbourat, nebo je rekonstruovat.

    V roce 1995 Byl vydán federální zákon, podle kterého se nové budovy musí stavět s měrnou spotřebou energie na vytápění nejvýše 100 kWh/m2/rok, ostatní náklady byly omezeny na dalších 60 kWh/m2rok. Pro stávající budovy byla stanovena lhůta 7 let, během které musí být buď uvedeny na stanovenou úroveň spotřeby energie, nebo musí být zbourány, pokud je rekonstrukce nemožná nebo nepraktická. Pokud nebudou ustanovení uvedeného zákona implementována, dojde k několikanásobnému zvýšení účtů vlastníka za energie, budou uloženy obrovské pokuty, zvýší se povinné pojistné, sníží se hodnota zajištění atd.

    Federální zákon také počítal s: finančními injekcemi od státu, daňovými úlevami pro vlastníky, federálními dotacemi na používání moderních materiálů a technologií a dalšími pobídkami. Mnoho odborníků, kteří využili tohoto zákona, postavili skutečně energeticky úsporné vlastní domy za velmi málo peněz.

    Mezitím byl ve Francii vypracován dokument RT 2000 „Jednotlivé domy bez klimatizačních systémů“. V souladu s tím musíte získat 20 bodů v následujících sekcích:

    • tepelná izolace podlah, stěn a střech (od 2 do 5 bodů);
    • přítomnost tepelných mostů ve stavební konstrukci (od 0 do 4 bodů);
    • typ okenních konstrukcí (od 1 do 3 bodů);
    • ventilační systémy (od 1 do 4 bodů);
    • systémy vytápění a zásobování teplou vodou (od 1 do 6 bodů).

    Dokument poskytuje pokyny pro bodování různých technických řešení. Dodatečně je také zohledněno umístění a orientace budovy podle metodiky uvedené ve specifikovaných Technických doporučeních. Projekt může být schválen pouze v případě, že je dosaženo celkem 20 bodů. V tomto dokumentu jsou všechny požadavky uvedeny zcela jasně a zajišťují použití efektivních návrhů se zaručeným souladem s požadavky na úsporu energie. Tito. můžete použít drahá a velmi účinná okna, ušetříte například na zateplení podlah. A neexistuje žádné dogma element po elementu, které demonstruje spravedlivý a kompetentní přístup k navrhování energeticky účinných budov nejen pro Evropu, ale i pro Ruskou federaci, což také umožňuje částečně omezit korupci ve výstavbě. průmysl.

    Podobné dokumenty jsou úspěšně používány v mnoha zemích, což pomohlo při vytváření „zelených“ stavebních standardů.

    V této fázi se v okenním průmyslu stalo následující:

    • moderní průsvitné konstrukce se staly nezbytným atributem při výstavbě a rekonstrukci;
    • Téměř ve všech vyspělých zemích, kromě zemí s horkým klimatem (Španělsko, Itálie), se okna z PVC profilů s okny s dvojitým zasklením stala převládajícím produktem na trhu. Zvláště když byly přísady olova v PVC profilech nahrazeny ekologičtějšími;
    • v tomto období přišly a prosadily se moderní okenní technologie v Ruské federaci a Číně a na jejím konci se Čína v objemu výroby prosvětlovacích konstrukcí dostala na první a Ruská federace na třetí místo na světě;
    • po celém světě zažívá „boom“ ve výstavbě výškových budov, jejichž fasádní konstrukce jsou vybaveny průsvitnými panely s energeticky úsporným sklem;
    • vrátily se a začaly se aktivně rozvíjet návrhy budov s maximálním využitím přirozeného světla a aktivní sluneční ochranou, což může výrazně snížit zatížení topných a klimatizačních systémů v budovách pro různé účely;
    • zesílily pokusy kombinovat fasádní konstrukce budov se solárními články k výrobě dodatečné energie, která je následně využívána pro vnitřní a vnější napájení;
    • Problémy s větráním místností, které vznikaly v budovách pro různé účely, když byly vybaveny moderními, obvykle utěsněnými okny, byly prakticky vyřešeny.

    Tato etapa trvala do roku 2003 a byla ve znamení mnohem zajímavějších výsledků z hlediska zavádění nových energeticky úsporných technologií.

    Čtvrtá etapa novodobé historie úspor energie

    Počátek čtvrté etapy novodobé historie energetických úspor v roce 2003 je spojen nejen s americkou vojenskou operací v Iráku a Afghánistánu a následným zdražováním uhlovodíků, ale také s vědomím faktu, že klima planety se docela vážně mění. A globální oteplování má velkou zásluhu na lidské činnosti a nekontrolovaných emisích oxidu uhličitého.

    Během tohoto období došlo k výraznému pokroku ve vývoji a uvedení do hromadné výroby nových materiálů, které umožňují efektivněji využívat solární a další obnovitelné druhy energie. Zejména v jihovýchodní Asii (Thajsko, Tchaj-wan) byla zahájena výroba tenkovrstvých solárních článků, jejichž účinnost je vyšší než u tradičních křemíkových a cena je výrazně nižší. To předurčilo „výbušnou“ povahu růstu využívání fotovoltaických systémů.

    V dubnu 2004 vstoupil v platnost Kjótský protokol, podepsaný v prosinci 1997. V tomto dokumentu se státy zavázaly omezit emise skleníkových plynů do atmosféry, které přispívají ke zvyšování teplot na planetě. Byly také stanoveny odpovídající kvóty a byly vyvinuty základní principy trhu se škodlivými emisemi: rozvinuté země, které zajišťují převážnou produkci CO2, mají možnost nakupovat určité množství emisí od zemí, které mají „volné“, neprodukované objemy CO2. Teprve po ratifikaci tohoto dokumentu Ruskou federací na začátku roku 2004 však mohly tyto důležité mezivládní dohody skutečně začít fungovat. Kjótský protokol dosud neratifikovaly Spojené státy, Čína a některé další země, kde objem emisí skleníkových plynů výrazně překračuje kvóty pro ně stanovené.

    Vzhledem k tomu, že Evropa má zájem na zlepšení ekologické situace na planetě, sehrál Kjótský protokol velmi důležitou roli v dalších krocích Evropské unie v úsporách energie. V této fázi byl vypracován konsolidovaný dokument 27 zemí EU, známý pod krycím názvem „Program 20-20-20“, který byl přijat Evropským parlamentem dne 17. prosince 2008.

    V roce 2004 Kongres USA poté, co prohlásil implementaci hlavních ustanovení, přijal nový dokument „Energy Act 2004“ a také vyvinul „Road Maps“ pro různá průmyslová odvětví. Tyto dokumenty jsou dostupné téměř ve všech průmyslových odvětvích a definují krátkodobé a střednědobé specifické cíle úspor energie. Program Energy Act 2004 funguje velmi efektivně a navzdory růstu průmyslu ve Spojených státech zůstala spotřeba energie v celé zemi ve srovnání s rokem 1990 prakticky nezměněna.

    Stojí za zmínku, že jak Evropská unie, tak Spojené státy zavedly neobvykle jasnou koordinaci různých opatření na úsporu energie nejen mezi zeměmi, ale také mezi průmyslovými odvětvími. Úspora energie se skutečně stává základem ekonomiky a podporuje ji většina občanů zemí, přestože některé nové technologie jsou dnes stále mnohem dražší než tradiční. Potvrzuje to i fakt, že v posledních letech se v mnoha zemích objevují různé projekty „pasivních“ budov, a to nejen nízkopodlažních, ale i výškových, nad 100 m. Obsahují mnoho úspěchů a objevů posledních let .

    Stranou nezůstaly ani okenářské firmy. Od roku 2005 většina předních společností stále více využívá ve svých produktech energeticky úsporné technologie (solární články jako žaluzie nebo mezipodlahové výplně) a představuje hotové projekty novostaveb s minimální spotřebou energie na jejich provoz.

    Ve stejném období byly zpřísněny sankce za iracionální spotřebu energie a vzrostly pobídky k racionální spotřebě energie.

    Pátá etapa aneb úspora energie dnes

    Obecně se páté období novodobé historie úspor energie příliš nelišilo od toho předchozího. Pro Ruskou federaci však lze tuto etapu považovat za kvalitativně novou, protože jsme podnikli první pokusy o skutečný, spíše než formální rozvoj úspor energie, i když o několik desetiletí později. Po přijetí federálního zákona č. 261 „O úsporách energie a zvyšování energetické účinnosti“ v prosinci 2009 se v lednu 2011 této problematice věnovalo několik zasedání Státní rady, příslušných usnesení vlády Ruské federace. a zahájení realizace federálních a regionálních programů úspor energie.

    Ve vztahu k zemím západní Evropy je páté období charakteristické tím, že teprve v roce 2009 začal skutečně fungovat „Program 20-20-20“, který byl Evropským parlamentem přijat 17. prosince 2008. Přispěly k tomu i události, které nastaly po havárii jaderné elektrárny Fukušima-1 v Japonsku v březnu 2011.