Эффективное использование энергии. структурная схема состояний вещества
Первая половина 70-х годов показала, что мир вращается вокруг про-блемы энергии, а не денег [3] и в наших жизненных интересах найти эффек-тивные способы использования энергии. На рисунке 16.1 показана диаграмма, представляющая в общем виде основные сферы деятельности человека.
Рисунок 16.1. Структурная схема различных состояний вещества и за-трат энергии на его преобразование: А – первичные элементы; Б – сырье; В – полуфабрикаты; Г – готовая продукция; Д – продукция по окончании срока
использования; Е – утиль; 1 – обогащение; 2 – сборка и обработка; 3 – ис-пользование; 4 – рециркуляция; 5 – сброс в утиль; 6 – распад
В необработанное сырье (руду, камень, лесоматериалы и т.п.) добавля-ется большое количество энергии и получают первичные материалы (метал-лы, древесные заготовки, бумагу и т.д.). Для производства из этих материа-лов конечной продукции (домов, машин, аппаратуры и т.п.) требуется уже более существенная степень технологической обработки, но энергии на нее требуется меньше, чем на получение первичных материалов.
Эти конечные изделия имеют различные сроки службы и для своего функционирования требуют иногда значительного количества энергии. Посте-пенно достигается конец полезного срока службы изделий, после чего они обыч-но выбрасываются в металлолом или на свалку. Изделия, попадающие в отходы, уже теряют значительную долю своей первоначальной ценности, однако все еще сохраняют в себе значительную, затраченную на их изготовление полезную работу и энергию, которая, таким образом, теряется в отходах. Из отходов можно получить некоторые виды готовой продукции, для чего, естествен-но, требуется новый процесс технологической обработки, а следовательно, и дополнительные затраты энергии, хотя и не в таком количестве, как при производстве из сырьевых материалов. Однако большинство отходов просто оставляется для полного разрушения и распада, в процессе которого их качествен-ные характеристики становятся хуже по сравнению с первоначальным сырьем, из которого они были изготовлены. Конечно, и в этом случае могут быть восстановлены полезные материалы, как это показано пунктирной линией на рисунке 16.1, но для этого необходимы большие затраты энергии.
Из диаграммы этого рисунка видно, какими путями следует добиваться сбережения энергии. Эти пути следующие:
1. совершенствовать процессы обогащения и изготовления;
2. минимизировать конечное энергопотребление;
3. создавать продукцию с продолжительными сроками службы и не требующую частой замены деталей;
4. проводить восстановительные работы по возможности в более широких масштабах.
Некоторые из этих условий выполняются в наше время, а некоторые противоречат целям отдельных направлений экономической деятельности. Однако весьма редко встречаются решения, основанные на наилучшем ис-пользовании законов термодинамики.
В качестве примера рассмотрим отопление жилья. Во многих домах ис-пользуются печи с принудительной тягой, которые, как известно, имеют низ-кую термодинамическую эффективность. Эффективность системы может быть улучшена за счет предварительного подогрева поступающего извне хо-лодного воздуха с использованием для этих целей теплоты вентиляционных выбросов. Замена печей тепловыми насосами значительно повышает эффек-тивность отопительной системы. Но самые лучшие результаты могло бы дать изменение условий задачи. В конце концов, целью отопления вообще являет-ся не обогрев дома как такового, а живущих в нем людей. Почему бы не по-требовать использовать микроволновую систему отопления, которая обогре-вала бы непосредственно людей и потребляла бы значительно меньше энер-гии, чем любая другая система – печь или тепловой насос, нагревающие воз-дух? Возможно, против этого предложения будет много возражений с иных позиций. Но данный пример говорит, что всегда существует несколько вари-антов решения какой-либо проблемы, а их всегда следует внимательно изу-чать в каждой ситуации [3].
Вопрос энергосбережения удобно рассматривать с точки зрения конеч-ного потребления энергии, поскольку в этом случае легче получать стати-стические данные. Конечные потребители энергии делятся на три крупные категории: жилой сектор и сфера обслуживания, промышленность и транс-порт. При этом, по грубому подсчету, на каждый из этих секторов приходит-ся около 25% всей производимой в стране энергии. Оставшаяся четверть приходится на потери при преобразовании энергии.
Экономия энергии – это переплетение и взаимодействие различных со-циально-экономических факторов. Проблема экономии энергии почти не поддается прямому анализу. На эту тему написано много статей и проведено много исследований, вырабатываются различные рекомендации, касающиеся
энергетической политики на ближайшие годы. Например, реализуется про-грамма по строительным стандартам в области энергопотребления зданий (ССЭЗ).