Математика и проблема энергосбережения

Методические материалы для проведения практической работы по математике в 5-6-х классах в рамках мероприятий по энергосбережению.

Методические рекомендации.

Возрастная группа 5-6 класс.

При проведении практической работы следует больше внимания уделить частным примерам из бытовой практики. Необходимо обратить также внимание учащихся на исторические факты. Следует не перегружать выступление цифрами, помнить, что дети ещё не приступали к детальному изучению физики. Используя термины «электрическая мощность» и «работа», не акцентировать внимание на их понятийной сути, а показать связь между ними (формула А=Р*Т, аналогичная формуле пути хорошо знакомая  учащимся) и провести примеры расчётов из повседневной практики.

Учителям предлагается ряд статей, рефератов, обзоров интернет-ресурсов по данной тематике.

Методист по математике ОМЦ ЗелОУО Лешкевич Е.В.

Методист по физике ОМЦ ЗелОУО Кутко И.П.

Практические задания.

Заранее можно дать задание учащимся подсчитать количество кабинетов в школе, количество ламп в кабинете (среднее количество ламп, среднее число работающих ламп в кабинете), произвести замер времени необходимого чайнику для того, чтобы вскипятить 1 литр воды, провести опрос знакомых о времени, затрачиваемом на игру в компьютер.

1.Рассчитайте, сколько энергии можно сэкономить, если выключить свет в классной комнате во время перемены 10 минут. Считаем, что исправны все 30 люминесцентных ламп (мощность каждой лампы 20 Вт).

Решение.

Для вычисления энергии (работы) используем формулу

А=Р*Т,

где         А – работа, совершаемая эл. током (в Дж)

Р – мощность (в Вт)

Т – время (в сек)

связь между физическими единицами: Вт*сек=Дж

Расчёты:

10 мин = 600 сек

1) 20 Вт*600 с = 12000 Дж (12 кДж)

2) 12000*30=360000 Дж (360 кДж = 0,1 кВт*ч)

Доп вопросы:

а) Сколько энергии можно сэкономить, если выключить свет во всех кабинетах школы во время перемены 10 минут?

б) Сколько энергии можно сэкономить, если свет в классной комнате включить на 1 час позже, чем обычно, учитывая перевод часов на зимнее время?

2. Сколько времени может работать электрочайник мощностью 800 Вт за счет экономии электроэнергии при выключении освещения в классной комнате во время перемены (см.№1)?

Решение.

Для вычисления используем формулу

А=Р*Т,

Т=А/Р

360000 Дж / 800 Вт= 450с

450 с = 7 мин 30 сек= 7,5 мин.

3.Бытовой компьютер потребляет в среднем мощность 100Вт. Если 10 часов играть, то сколько потребуется энергии?

Решение.

Для вычисления используем формулу

А=Р*Т,

100Вт* (10*3600)с=3600000 Дж (для сильных классов можно показать как Дж переводят в кВт*ч 3600000 Дж = 3600000 Вт*с =3600000 Вт  ч = 1000 Вт*ч = 1кВт*ч).

Можно поинтересоваться у учащихся: где в жизни они могли слышать такую величину, узнать как много времени у них уходит на компьютерные игры в месяц (или какое количество часов в семье компьютер включён), узнать, что им известно об оплате коммунальных услуг, попросить рассчитать затраты семьи на электроэнергию и возможную экономию в различных ситуациях (своевременно выключать свет в коридоре, зная, что мощность 1 лампочки 60 - 100 Вт и она светит ежедневно на 1 – 2 часа дольше; и т.п.)

Для информации: 1 кВт*ч энергии позволяет выплавить 20 кг чугуна.

Способы экономии электричества в быту в семье школьника.

1. Рациональное освещение квартиры                                                                                  
2. Экономия электроэнергии при приготовлении пищи                                                      
3. Экономия электроэнергии при пользовании радиотелевизионной аппаратурой          
4. Экономия электроэнергии при пользовании электробытовыми приборами                

1. Рациональное освещение квартиры.

   Освещение квартиры складывается из естественного и искусственного. Любое из них должно обеспечивать достаточную освещённость помещения, а также должно быть равномерным, без резких и неприятных теней.

   В помещения, окна которых выходят на север и частично на запад и восток, попадает лишь рассеянный свет. Для улучшения естественного освещения комнат отделку стен и потолка рекомендуется делать светлой. Естественная освещённость зависит также от потерь света при попадании через оконные стёкла. Запылённые стёкла могут поглощать до 30% света. Наличие в настоящее время различных химических препаратов для чистки стёкол позволяет без особых физических усилий содержать их в надлежащей чистоте.

  Значительное количество электроэнергии напрасно расходуется днём в квартирах первых, а некоторых домах  - вторых и третьих этажей. Причина этому – беспорядочные посадки зелени перед окнами, затрудняющие проникновение в квартиры естественного дневного света. Согласно существующим нормам деревья высаживаются на расстоянии не ближе 5 м от стен жилого дома, кустарник – 1,5 м.

   Искусственное освещение создаётся электрическими светильниками. В современных квартирах широко распространены три системы освещения: общее, местное и комбинированное.

   При общем освещении можно заниматься работой, не требующей сильного напряжения зрения. Светильники общего освещения обычно являются самыми мощными светильниками в помещении, их основная задача – осветить всё как можно более равномерно. Для этого обычно используют потолочные или подвесные светильники, установленные в центре потолка. Общую освещённость можно считать достаточной, если на 1 кв.м площади приходится 15-25 Вт мощности ламп накаливания.

   В одном или нескольких местах помещения следует обеспечить местное освещение в учётом конкретных условий. Такое освещение требует специальных светильников, устанавливаемых в непосредственной близости к письменному столу, креслу, туалетному столику и т.п. Так, например, достаточное освещение листа ватмана при черчении обеспечит светильник с лампой накаливания мощностью 150 Вт на расстоянии 0,8-1 м. Штопку чёрными нитками (что требует очень высокой освещённости) можно выполнять при лампе мощностью 100 Вт на расстоянии 20-30 см. Для продолжительного чтения рекомендуется светильник с лампой накаливания в 60 Вт.

   Комбинированное освещение достигается одновременным использованием светильников общего и местного назначения, а также при помощи светильников комбинированного освещения. К ним относятся многоламповые светильники (например, люстры), имеющие 2 группы ламп, одна из которых обеспечивает местное, а другая – общее освещение. Местное создаётся световым потоком, направленным вниз (одна лампа накаливания в 100, 150, 200 Вт), а общее – световым потоком, рассеянным во всех направлениях (несколько ламп в 15-40 Вт).

   Наиболее рациональным является принцип зонального освещения, основанный на использовании общего, комбинированного или местного освещения отдельных функциональных зон. Если при освещении этих зон использовать лампы направленного света, настольные лампы, торшеры, бра, то в квартире станет уютнее, а следовательно, и комфортнее. Для такого зонального освещения подходят лампы в 1,5-2 раза менее мощные, чем в подвесных светильниках. В результате на комнату 18-20 кв. м экономится до 200 кВт*ч в год.

Между отдельными источниками света существует большая разница в световой отдаче, лк/Вт:

Лампа накаливания                                12

Галогенная лампа                                22

Люминесцентная лампа                        55

Ртутная лампа высокого давления                55

Галогенная лампа высокого давления        80

Натриевая лампа высокого давления        95

Лампы накаливания являются традиционными и широко применяемыми источниками света. Весьма ощутимую экономию электроэнергии при использовании ламп накаливания могут дать следующие мероприятия:

1. применение криптоновых ламп накаливания, имеющих световую отдачу на 10% выше, чем у ламп накаливания с аргоновым наполнением;
2. замена двух ламп меньшей мощности на одну несколько большей мощности. Например, использование 1 лампы мощностью 100 Вт вместо 2 ламп по 60 Вт каждая экономит при той же освещённости потребление энергии на 12%;
3. поддержание допустимого напряжения. Для нормальной работы электрических ламп необходимо, чтобы отклонение напряжения не выходило за пределы –2,5% и +5% от номинального. Световой поток ламп зависит от уровня напряжения. Так, при снижении напряжения на 1% у ламп накаливания световой поток уменьшается на 3-4%;
4. периодическая замена ламп к концу срока службы (около 1000 ч). Световой поток ламп накаливания к концу срока службы снижается на 15%;
5. периодическая чистка от пыли и грязи ламп, плафонов и осветительной арматуры. Не чистившиеся в течение года лампы и люстры пропускают на 30% света меньше, даже в сравнительно чистой среде. На кухне с газовой плитой лампочки грязнятся намного быстрее;
6. снижение уровня освещённости в подсобных помещениях, коридорах, туалетах и т.п.;
7. широкое применение светорегуляторов, позволяющих в широких пределах изменять уровень освещённости;
8. применение реле времени для  отключения светильника через определённое время.

Ну и, наверное, ещё раз следует напомнить прописную истину: необходимо периодически проверять, не горят ли лишние лампы, не включены ли ненужные на данный момент электроприборы; уходя из дома, выключать все электроприборы и осветительные установки, за исключением холодильника.

Более совершенными источниками света являются люминесцентные лампы. Это разновидность газоразрядного источника света, в котором используется способность некоторых веществ (люминофоров) светиться под действием ультрафиолетового излучения электрического разряда. Люминесцентные лампы изготовляются в виде стеклянных трубок с двумя металлическими цоколями, наполненных парами ртути под низким давлением.  Такая лампа имеет по сравнению с лампой накаливания в 4-5 раз более высокую световую отдачу и в 5-8 раз больший срок службы. Например, светоотдача люминесцентной лампы 20 Вт равна светоотдаче лампы накаливания 150 Вт.

Замена ламп накаливания на современные энергосберегающие лампы, в среднем, может снизить потребление электроэнергии в квартире в 2 раза. Затраты окупаются менее чем за год. (Современная энергосберегающая лампа служит 10 тыс. час., в то время как лампа накаливания - в среднем 1,5 тыс. час., т.е. в 6-7 раз меньше. Но при этом ее стоимость - примерно в 3 раза больше. Компактная люминесцентная лампа напряжением 11 Вт заменяет лампу накаливания напряжением в 60 Вт. Затраты окупаются менее чем за год, а служит она 3-4 года). 

   Бытует мнение о вредности люминесцентного освещения. Оно безосновательно. Наоборот, это освещение позволяет получить мягкий рассеянный свет, меньше слепящий глаза и вызывающий меньшее их утомление.

   Как показывают исследования, средняя освещённость наших квартир ещё недостаточна. Это отражается на зрении, повышает утомляемость, снижает работоспособность, ухудшает настроение человека. Реальный путь к созданию необходимого уровня освещённости при значительной экономии электроэнергии – использование люминесцентного освещения.

2. Экономия электроэнергии при приготовлении пищи.

Правильная эксплуатация бытовых электроприборов заключает в себе большие резервы экономии электроэнергии.

Самыми энергоёмкими потребителями являются электроплиты. Годовое потребление  электроэнергии ими составляет 1200-1400 кВт. Как же рационально пользоваться электроплитами?

Технология приготовления пищи требует включения конфорки на полную мощность только на время, необходимое для закипания. Варка пищи может происходить при меньших мощностях. Суп совершенно не обязательно должен кипеть ключом: он от этого быстрее не сварится, потому что выше 100 0С вода всё равно не нагреется. Зато при интенсивном кипении она будет очень активно испаряться, унося около 0,6 кВт*ч на каждый литр выкипевшей воды. То, что должно вариться долго, следует варить на маленькой конфорке, нагретой до минимума, и обязательно при закрытой крышке. При приготовлении пищи, желательно закрывать кастрюлю крышкой, поскольку быстрое испарение воды удлиняет время готовки на 20-30%. Варка пищи на малых мощностях значительно сокращает расход электроэнергии, поэтому конфорки электроплит снабжают переключателями мощности. Большинство электроплит оснащены сейчас 4-ступенчатыми регуляторами мощности; в результате при приготовлении пищи электроэнергия расходуется нерационально. Применение 7-ступенчатых переключателей снизит затраты энергии на 5-12%, а бесступенчатых – ещё на 5-10%.

Принцип бесступенчатого регулирования мощности состоит в изменении относительной продолжительности цикла «включено на полную мощность – отключено».

Основным  элементом регулятора является биметаллическая пластина, связанная с механическим прерывателем. Пластина нагревается теплом, выделяемым нагревательным резистором мощностью 2-6 Вт, включенным параллельно нагревательному элементу конфорки или встроенному непосредственно в её корпус. Изменяя положение ручки переключателя, можно регулировать относительную продолжительность периодов «включено – отключено», а следовательно, и среднюю мощность конфорки. Бесступенчатые регуляторы мощности позволяют плавно регулировать мощность в пределах от 4 до 100 %.

Более совершенным методом регулирования мощности является автоматическое управление конфорками в зависимости от температуры дна налитого сосуда. Среди известных конструкций таких регуляторов наиболее распространены два: с манометрическим датчиком температуры  и с измерительным резистором. Регуляторы первого типа применяют для чугунных конфорок, второго типа – для трубчатых. Качество работы датчика температуры зависит от плотности контакта его с дном сосуда. С этой целью он устанавливается немного выше плоскости рабочей поверхности конфорки, в её центре, и удерживается в этом положении пружиной. При установке на конфорку кастрюли пружина плотно прижимает датчик к её дну.

Для снижения расхода электроэнергии на приготовление пищи на электроплитах надо применять специальную  посуду с утолщённым обточенным дном диаметром, равным или несколько большим диаметра конфорки.

Для сплошных чугунных конфорок наилучшая теплопередача достигается при тесном контакте между поверхностью конфорки и дном посуды. Из-за деформации дна, наличия на нём технологических выштамповок контакт конфорки с посудой осуществляется только на части поверхности. Это удлиняет время нагрева пищи, увеличивает потребление электроэнергии и вызывает вследствие неравномерного теплосъёма внутренние напряжения, в результате которых могут образоваться трещины и искривления в чугуне конфорки. Пользование посудой с искривлённым дном может привести к перерасходу электроэнергии до 40-60 %. Для того чтобы посуда плотно прилегала к конфорке, предпочтительнее тяжёлые кастрюли с утолщённым дном и увесистыми крышками.

Исследования показали, что наиболее часто пользуются конфорками мощностью 1500 Вт. Это вызывает перерасход электроэнергии, да и срок службы этих теплонапряжённых конфорок меньше, чем у конфорок мощностью 1000 Вт. Учитывая это обстоятельство, следует подумать о том, какую включать конфорку. Если, например, готовится небольшое количество пищи, лучше поставить кастрюлю на малую конфорку. При этом потеряется лишь несколько минут, так как максимальная мощность нужна только при закипании.

Особо следует остановиться на кипячении воды на электрической плите. Для рационального использования энергии необходимо налить воды ровно столько, сколько потребуется для данного случая. Совершенно неразумно наливать полный чайник, а впоследствии его подогревать.

Одним из условий улучшения работы электрочайника и посуды является своевременное удаление накипи. Накипь – это твёрдый осадок на внутренних стенках посуды, который образуется в результате многократного нагревания и кипячения воды. Накипь обладает малой теплопроводностью, поэтому вода в посуде с накипью нагревается медленно. Кроме того, изолированные  от воды слоем накипи стенки посуды нагреваются до высоких температур, при этом железо постепенно окисляется, что приводит к быстрому прогоранию посуды.

Ещё один весомый резерв экономии электроэнергии  - использование специализированных приборов для приготовлению пищи. Эти приборы предназначены для приготовления отдельных видов блюд. Имея набор таких приборов, можно свести пользование электроплитой к минимуму. В набор могут входить электросковорода, электрогриль, электротостер, электрошашлычница, электрочайник, микроволновая СВЧ-печь. В микроволновых печах  разогрев и приготовление продуктов происходят за счёт поглощения ими энергии электромагнитных волн. Причём продукт подогревается не с поверхности, а сразу по всей его толще. В этом заключается эффективность этих печей. При эксплуатации микроволновой печи необходимо помнить, что она боится недогрузки, когда излученная электромагнитная энергия ничем не поглощается. Поэтому во время работы печи нужно держать в ней стакан воды.

        Использование скороварок в ХХ веке примерно в три раза сокращало время приготовления блюд и упрощало технологию. Расход электроэнергии при этом сокращался в два раза.(Эти преимущества скороварок обеспечиваются её герметичностью и особым тепловым режимом  - температура 120 0С при избыточном давлении пара).

3.Экономия электроэнергии при пользовании радиотелевизионной аппаратурой.

Радиотелевизионная аппаратура – значительный потребитель электроэнергии. Если считать, что  телевизоры в наших домах  включены 4 часа в сутки, то ежегодно расходуется  около 30 миллиардов кВт*ч электроэнергии. Для рациональной работы ридио-телевизионной аппаратуры надо создать условия для ее лучшего охлаждения, а именно: не ставить вблизи электроотопительных приборов, не накрывать различного рода салфетками, производить систематическую очистку от пыли, не устанавливать в  ниши мебельных стенок. Для улучшения качества изображения часто используют стабилизаторы напряжения.

Стабилизатор напряжения предназначен для подключения телевизионных приемников и другой радиоаппаратуры  к электрической сети, напряжение которой заметным образом меняется в течение дня. Стабилизатор автоматически поддерживает нужное напряжение питания. Работает он от сети переменного тока, напряжением 127 или 220 В, давая номинальное выходное напряжение 220 В. при выборе стабилизатора необходимо иметь в виду, что суммарная мощность потребителя энергии, подключенных к стабилизатору, не должна превышать мощности (значение ее приводится в названии модели), на которую стабилизатор рассчитан. Конструкция ряда последних  моделей телевизоров предполагает их  применение без стабилизаторов напряжения.

Расчеты показывают, что если бы удалось снизить осветительную нагрузку и время просмотра телепередач в каждой семье на 40 – 60 минут, то в расчете на каждую квартиру потребление электроэнергии в быту могло бы уменьшиться на 50 кВт*ч.

Не оставляйте оборудование в режиме «standby» (режим ожидания) – используйте кнопки включить/выключить на самом оборудовании, или выключайте их из розетки. Выключение неиспользуемых приборов из сети (например, телевизор, видеомагнитофон, музыкальный центр) позволит снизить потребление электроэнергии в среднем до 300 кВт·ч в год. (Телевизор с экраном среднего размера - с диагональю 20-21 дюйм в режиме ожидания потребляет ток 75 мА (миллиампер), напряжение в сети 220 В (вольт) и, значит, потребляемая мощность по закону Ома P=I·U (мощность в ваттах, ток в амперах и напряжение в вольтах), для нашего спящего телевизора - Р=0,075·220=16,5 Вт. Если Вы смотрите телевизор 6 часов в день, то его потребление в режиме ожидания составляет в сутки 297 Bт·ч, а за месяц - 8910, то есть почти 9 кВт·ч. Аналогичные расчеты в отношении музыкального центра дают почти 8 кВт·ч в месяц, видеомагнитофона – почти 4 кВт·ч в месяц. Итого, только по 3 приборам – почти 21 кВт·ч в месяц). Зарядное устройство для мобильного телефона, оставленное включенным в розетку нагревается, даже если там нет телефона. Это происходит потому, что устройство все равно потребляет электричество. 95% энергии используется впустую, когда зарядное устройство подключено к розетке постоянно.

4. Экономия электроэнергии при пользовании электробытовыми приборами.

Холодильник – энергоемкий прибор. Поскольку холодильники постоянно включены в сеть, они потребляют столько же, а то и больше энергии, сколько электроплиты: компрессорный холодильник   -  250 – 450 кВт*ч, абсорбционный  -  500 – 1400 кВт*ч в год. Холодильник следует ставить в самое прохладное место кухни (ни в коем случае не к батарее, плите),  желательно возле наружной стены, но не вплотную к ней. Чем ниже температура теплообменника, тем эффективнее он работает и реже включается. Если вы поставите холодильник в комнате, где температура достигает 30 °C, то потребление энергии удвоится. При снижении температуры теплообменника с 21 до 20 градусов, холодильник начинает расходовать электроэнергии на 6% меньше. Ледяная «шуба», нарастая на испарители, изолирует его от внутреннего объема холодильника, заставляя включаться чаще и работать каждый раз больше. Чтобы влага из продуктов не намерзала на испарители, следует хранить их в коробках, банках и кастрюлях, плотно закрытых крышками, или завернутыми в фольгу.  А регулярно оттаивая и просушивая холодильник можно сделать его гораздо экономичнее.

Стиральные машины – наиболее экономичные с точки зрения потребления электроэнергии автоматические машины, включение и выключение которых производиться строго по программе. Они рассчитаны на единовременную загрузку определенной массы сухого белья. Перегружать машину не следует: ее мотору будет тяжело работать, а белье плохо отстирается. Не следует думать, что загрузив бак машины лишь наполовину, можно добиться экономии энергии и повысить качество стирки. Половина мощности машины уйдет на то, чтобы вхолостую гонять воду в баке, а белье чище все равно не станет.

Мощность утюга довольно велика – около киловатта. Чтобы добиться некоторой экономии, белье должно быть слегка влажным: пересушенное или слишком мокрое приходится гладить дольше, тратя лишнюю энергию. Массивный утюг можно выключить незадолго до конца работы: накопленного им тепла хватит еще на несколько минут.

Для эффективной работы пылесоса большое значение имеет хорошая очистка пылесборника. Забитые пылью фильтры затрудняют работу пылесоса, уменьшают тягу воздуха. При использовании пылесоса на треть заполненный мешок для сбора пыли ухудшает всасывание на 40%, соответственно, на эту же величину возрастает расход потребления электроэнергии.

Если рассмотреть тепловой баланс жилища, станет ясно, что большая часть тепловой энергии отопительной системы идет на то, чтобы перекрыть потери тепла. Они в жилище с центральным отоплением и водоснабжением выглядят так:

9. потери из-за не утепленных окон и дверей – 40%;
10. потери через оконные стекла – 15%;
11. потери через стены  - 15%;
12. потери через потолки и полы – 7%;
13. потери при пользовании горячей водой – 23%;

Повышенный расход электроэнергии вызывает применение электроотопительных  приборов (каминов, радиаторов, конвекторов и др.) дополнительно к системе  центрального отопления,  в котором часто нет необходимости, если выполнить простейшие мероприятия, а именно своевременно подготовить окна к зиме; привести в порядок до наступления холодов оконные задвижки; покрыть полы толстыми коврами или половиками; расставить мебель так, чтобы не препятствовать циркуляции  теплого воздуха от батареи; гардины должны быть не очень длинными, чтобы не закрывать батареи центрального отопления; убрать лишнюю краску с батарей.

 Многие считают, что экономия воды это другая проблема, не относящаяся к электроэнергии. На самом  же деле, экономя воду, мы экономим электроэнергию.  Вода не сама  приходит в наши многоэтажные дома. Мощные насосы, приводимые в движение электрическими моторами, поднимают воду на нужную высоту.  Этот расход энергии не отражается на наших электросчетчиках, но величина его весьма ощутима.

Водомерные счетчики уже стали привычной деталью квартир.

 Советы по экономии воду очень просты. Это исправное состояние кранов в ваннах, умывальниках и мойках; исправность унитазов; уменьшение пользования ванной за счёт использования душа.

Подводя итоги, хотелось бы обратить внимание на следующее. Экономия электроэнергии необходима в любое время года, месяца и дня. Но особенно она значима в часы наиболее напряжённого режима работы наших электростанций, так называемых утренних и вечерних часов максимума нагрузки энергосистем. В ряде стран (например, в Англии) ни одна рачительная хозяйка не включит стиральную машину в энергетические часы пик. Её останавливает цена, которая резко увеличивается во время повышенной нагрузки в энергосети.

Полезные советы по сохранению тепла в помещениях.

Не загораживайте отопительные приборы, не мешайте теплому воздуху согревать комнату. Закрывайте шторы на ночь - это позволит предотвратить утечку тепла. Каждое уважающее себя окно и каждая дверь имеют небольшие щели, через которые улетучивается теплый воздух и проникает воздух холодный. Зазоры могут показаться совсем незначительными. Но 2-миллиметровая щель (по всему периметру) эквивалентна 10-сантиметровой дыре. И такая дыра живет в каждом окне и каждой двери. Замените все треснутые или разбитые стекла в окнах вашей квартиры  или дома. Заделайте щели по периметру окна теплоизолирующим материалом - это может быть как специальный уплотнитель, так и обычная медицинская вата. Сверху щели можно заклеить широким канцелярским скотчем. Утеплите входную дверь. Изолируйте щели между самой дверью и дверным проемом. Это позволит увеличить температуру в помещении на 2-3градусов С.

Проветривайте помещение недолго, но интенсивно. Постоянно приоткрытые форточки и окна обогревают улицу и расходуют Ваши деньги. Используйте "ударное" проветривание, широко раскрывая окна на непродолжительное время. Воздух успеет смениться, но не успеет охладить поверхности в помещении. Установите теплоотражающий экран за батарею. Экраном может служить как специальный материал - пенофол (вспененная основа с односторонним фольгированием), так и простая фольга. Это позволит повысить температуру в помещении, как минимум, на 1 градусов С. Покрасьте батареи в темный цвет - гладкая, темная поверхность излучает на 5-10 % тепла больше. При возможности сажайте деревья у дома. Деревья вокруг здания способствуют сохранению тепла внутри помещения.

Обзор литературы.

Надо ясно понять, что на самом деле мы энергию не добываем, не получаем, не вырабатываем, а только преобразуем, превращаем ее из одного вида в другой. И что бы человек ни изобретал, вопрос лишь в том, насколько эффективнее он сможет благодаря этому управлять таким преобразованием.

Дефицит бьется сбережением

Сергей Максимов 

  "Российская газета" - Федеральный выпуск №4196 от 13 октября 2006 г. Одним из решений актуальной сегодня проблемы энергодефицита может стать энергосбережение во всех его видах. Сегодня энергоемкость российского ВВП более чем в два раза выше среднемирового уровня, так что возможности для экономии есть. Эта тема была стержневой на прошедшей 10 октября в РИА "Новости" пресс-конференции исполнительного директора Центра по эффективному использованию энергии (ЦЭНЭФ) Игоря Башмакова.

По оценкам экспертов, энергодефицит в 2006 году испытают от 10 до 16 российских регионов. Однако специалистов сегодня тревожит не только резкий рост энергопотребления, но и низкая эффективность использования газа, электрической и тепловой энергии. Энергоемкость российского ВВП в 2,3 раза выше среднемирового уровня. По этому показателю Россия уступает США в два раза, а Японии - даже в 6 раз.

По данным ЦЭНЭФ, сейчас основной причиной рекордного роста энергопотребления является население, а не промышленность, как было раньше. В 2004-2005 годы на долю населения пришлось 84 процента всего прироста энергопотребления. А другая цифра и вовсе шокирует, даже если принять во внимание хронические проблемы ЖКХ: в России тратится в 6-8 раз больше энергии на отопление одного квадратного метра, чем в развитых странах.

По подсчетам Игоря Башмакова, повышение энергоэффективности только в ЖКХ и промышленности может в течение 8-10 лет давать ежегодный прирост ВВП в объеме 5-6 процентов. Аргументы таковы: от 40 до 50 процентов подаваемого в дома тепла теряется через оконные и дверные проемы. И энергодефицит в московской энергосистеме минувшей зимой "стал следствием включения не менее миллиона электрообогревателей в плохо утепленных домах и общественных зданиях". По данным ЦЭНЭФ, только утепление окон и замена части ламп накаливания на энергоэффективные лампы высвободит в московской энергосистеме не менее 1350 мегаватт мощности. Этого достаточно для того, чтобы обеспечить потребности экономического роста в Московском регионе в течение трех лет без строительства пиковых мощностей. Для сравнения: реализация намеченной РАО "ЕЭС России" и столичными властями программы по строительству в регионе новых мощностей к 2010 году даст 5800 МВт.

Кстати,  если рядовой россиянин утеплит окна в своей квартире и станет использовать энергосберегающие приборы, то, по данным ЦЭНЭФ, это позволит ему сэкономить от 14 до 40 тысяч рублей за пять лет.

        ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА И СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ РОССИИ. ВЕК ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

      Двадцатое столетие принято называть веком электричества. Казалось бы, это странно: ведь практически все теоретические разработки в области электромагнитного поля, электрического тока и электрических цепей были сделаны в предыдущем столетии. Тогда же были найдены и воплощены в металле большинство базовых технических решений по генерации, трансформации, передаче и использованию электроэнергии.

     И все же веком электричества стал не славный своими открытиями XIX в., а

именно ХХ в., особенно его первая половина. Но обусловлено это не экспоненциальным ростом генерирующих мощностей и выработки электроэнергии, не фантастическим увеличением протяженности все более плотно опутывающих планету линий электропередачи и уж тем более не ростом вклада электроэнергетики в валовой выпуск промышленности или внутренний продукт. Все это имело место, но "электрический прорыв" произошел не столько в производственной сфере электроэнергетики, сколько у потребителей электроэнергии при ее использовании в производственных, транспортных и бытовых процессах. Изменения, которые вызвало электричество в XX в. во всех сферах человеческой деятельности, возможно, даже более значимы, чем первая "энергетическая революция", прошедшая в неолите при освоении человеком огня и приручении животных, что означало возникновение антропогенной энергетики. Все последующие яркие достижения - освоение энергии ветра, падающей воды, даже паровой машины - затрагивали лишь отдельные сферы человеческой деятельности.

     Первостепенную роль сыграла замена водяных и паровых машин с их сложнейшими системами механического привода, всевозможных станков и рабочих орудий на компактный индивидуальный электропривод, не имеющий практических ограничений по мощности (как сверху, так и снизу) и почти идеально регулируемый по основным режимным параметрам - мощности, скорости и т. д. Массовое применение электропривода всего за одно два десятилетия перевернуло технологии практически всей производственной сферы, открыло возможности поточного производства, полностью изменило компоновку и экологию промышленных предприятий. Электропривод создал новые возможности на транспорте, сделав экологически приемлемыми массовые внутригородские (трамвай, метро) и пригородные перевозки, а также вызвал огромные преобразования быта людей: создание скоростных лифтов, производство домашних холодильников, стиральных машин и другой бытовой техники.

     Не меньшую социальную роль сыграло электроосвещение. Его повсеместное применение почти удвоило суточную норму активной деятельности человека и непропорционально увеличило время для образования, культуры и развлечений. И только благодаря электрическим светильникам появился кумир XX в. - кинематограф.

     Но электропривод, освещение, электроотопление, плавка и сварка металлов - это всего лишь применение электроэнергии в традиционных энергетических процессах. Подлинные же прорывы дало использование особых физических свойств новой формы энергии. Без них было бы невозможно развитие радио и телефонной связи, появление телевидения, электролиза металлов и, наконец, создание электронных вычислительных машин и всего разнообразия систем управления и информационных технологий. А это - алюминиевая промышленность, автомобили и авиация, ядерные и космические технологии, современное машино- и приборостроение и многое другое, без чего нельзя представить себе цивилизацию XX в.

     Как это ни странно звучит, но применение электроэнергии благотворно сказалось на экологической обстановке. Отнесение на десятки и сотни километров загрязняющего окружающую среду производства электроэнергии от экологически чистых процессов ее использования вывело основную часть хозяйственной деятельности и быта людей из-под прямого воздействия тех выбросов, которые неизбежны при сжигании органического топлива. Кроме того, замена мелких тепловых двигателей и котельных крупными электростанциями резко повысила их энергетическую эффективность (КПД), уменьшив при прочих равных условиях количество сжигаемого топлива. Очистка дымовых газов и другие природоохранные меры на крупных объектах многократно эффективнее и дешевле, чем на огромном количестве мелких загрязнителей окружающей среды. Трудно даже вообразить, как выглядела бы атмосфера современных (или модифицированных) мегаполисов, если бы их сегодняшние энергетические нужды пришлось обеспечивать без применения электроэнергии.

     Свои революционизирующие функции электроэнергия выполняет не столько количеством, сколько качеством. Даже к концу XX в., когда производство электроэнергии в мире превысило 15 трлн кВт·ч, на него было затрачено менее одной трети общего мирового производства (и потребления) энергетических ресурсов. Доля электроэнергии в удовлетворении конечных энергетических потребностей человечества (за вычетом потерь на преобразование и транспорт энергии) едва превысила 15 %. В России при производстве в 2000 г. почти 0,9 трлн кВт·ч соответствующие показатели составили 22 и 12,6 %, а в США (4 трлн кВт·ч) - 41 и 23 %. Несмотря на официозный лозунг "электрификации народного хозяйства", Россия (СССР) на протяжении всего XX в. заметно отставала по использованию электроэнергии от наиболее развитых стран. Если, например, в 80-е годы промышленность СССР расходовала (при вдвое меньшем объеме) почти столько же электроэнергии, сколько промышленность США, то в бытовой сфере отставание было многократным. Правда, в значительной мере это объяснялось массовым применением в США электроэнергии для кондиционирования воздуха - недаром здесь считается, что только появление кондиционеров сделало возможным процветание южных штатов. Поэтому реальное углубление электрификации производственных процессов, сферы услуг и быта людей остается для России одной из самых приоритетных задач.

        Несомненно, основными потребителями электроэнергии в ХХ веке являлись производство и транспорт. На бытовые нужды приходилось не более 5-10% всей производимой электроэнергии. Между тем, многие месторождения в обжитых местах уже исчерпаны, а новые приходится искать и обустраивать в труднодоступных районах Сибири и Дальнего Востока. Обходится всё это очень недёшево. Поэтому именно экономия становится важнейшим источником  роста производства. Расчёты показали, а практика подтвердила, что  каждая единица денежных средств, истраченных на мероприятия, связанные с экономией электроэнергии, даёт такой же эффект, как в два раза большая сумма, израсходованная на увеличение её производства.

Коммунально-бытовое хозяйство является на сегодня крупным потребителем топлива и энергии: на его долю приходится около 20% топливно-энергетических ресурсов. Потребление электроэнергии в жилом секторе достигает сейчас более 100 миллиардов кВт*ч, или 8% всей электроэнергии страны, что равно годовой производительности пяти Братских ГЭС; из них около 40% расхода электроэнергии приходится на электробытовые приборы, 30% расходуется на освещение и более 12% - на приготовление пищи.

        Самыми крупными потребителями электроэнергии в коммунально-бытовом хозяйстве являются жилые дома. В них ежегодно расходуется в среднем 400 кВт*ч на человека, из которых примерно 280 кВт*ч потребляется внутри квартиры на освещение и бытовые приборы различного назначения и 120 кВт*ч – в установках инженерного оборудования и освещения общедомовых помещений. Внутриквартирное потребление электроэнергии составляет примерно 900 кВт*ч в год в расчёте на «усреднённую» городскую квартиру с газовой плитой и 2000 кВт*ч – с электрической плитой.

   Среднее потребление электроэнергии бытовыми приборами (из расчёта на семью из 4 человек) приведено в таблице 1.

Таблица 1

   Итак, потребность в энергии постоянно увеличивается. Электростанции работают с полной нагрузкой, особенно напряжённо – в осенне-зимний период года в часы наибольшего потребления электроэнергии: с 8.00 до 10.00 и с 17.00 до 21.00. И в это напряжённое время где-то столь необходимые для производства киловатт-часы тратятся напрасно. Простота и доступность электроэнергии породили у многих людей представление о неисчерпаемости наших энергетических ресурсов, притупили чувство необходимости её экономии.

   Между тем, электроэнергия сегодня дорожает. Поэтому старый призыв «Экономьте электроэнергию!» стал ещё более  актуальным. Посмотрим, как и за счёт чего это можно сделать.

Ещё немного об энергии... (1)

• Археологи установили, что самый древний накопитель энергии — маховик — был изготовлен пять с половиной тысяч лет назад. Это был гончарный круг из обожженной глины, довольно долго вращавшийся после раскрутки, постепенно расходуя запасенную энергию.

• Первым задумался о преобразовании солнечной энергии непосредственно в электрическую гениальный Ломоносов. Об этом свидетельствует фраза из его дневника: "Отведать в фокусе зажигательного стекла или зеркала электрической силы".

• Идею получения электроэнергии за счет разности температур на поверхности и в глубине океана впервые высказал еще Жюль Верн. Именно на нее опирался другой француз — Клод, построивший в 1929 году первую установку, работающую на этом принципе.

 •На Всемирной выставке 1878 года в Париже демонстрировались крупные солнечные зеркала-концентраторы. Одно из них собирало лучи на котле, пар из которого приводил в движение типографский станок, печатавший в час по 500 экземпляров газеты под названием "Солнце".

• Величайшее изобретение в области освещения — электрическая лампа накаливания, которую до сих пор не могут вытеснить из обихода иные источники света. В поисках лучшего материала для ее нити Эдисон провел 6000 опытов, но самым подходящим оказался применяемый и сегодня вольфрам, предложенный русским изобретателем А. Н. Лодыгиным.

• Хорошо знакомая всем плоская или цилиндрическая батарейка была изобретена в 1865 году французским химиком Ж. Лекланше. И более чем через сто лет популярность ее не убывала — на каждые 10 миллиардов выпускаемых в мире сухих батарей на долю элементов Лекланше приходилось 9 миллиардов!

• Первый в мире космический преобразователь солнечной энергии в электрическую был установлен на третьем искусственном спутнике Земли, запущенном в 1958 году в Советском Союзе.

• Энергию приливов впервые в заметных количествах стали использовать во второй половине XVI века. Когда жители Лондона испытывали острую нехватку воды, ими были построены водяные колеса на реке Темзе. Вращаемые то в одну, то в другую сторону приливами, они заставляли работать насосы, закачивающие воду в трубы, по которым она текла в город.

• Топливные элементы на основе водорода и кислорода служили в качестве главного источника электроэнергии на космических кораблях "Аполлон", доставлявших на Луну астронавтов. Элемент, обеспечивающий энергией одиннадцать суток полета, весил около 250 килограммов, а заменял обычный электрогенератор массой в несколько тонн.

• Огромные турбины геотермальных электростанций приводятся в движение природным паром, подведенным к ним из-под земли по трубам. В Исландии, например, таким образом производится столько энергии, что ее излишки намерены транспортировать по подводному кабелю в Европу.

• В США организована ферма, на которой выращивают гибридную иву, предназначенную для топок теплоэлектростанций. За год она производит в 5-10 раз больше древесины, чем любой природный лес, а дым от ивовых дров гораздо менее токсичен, чем от угля.

Лампочки вне закона

Похоже, борьба политиков с глобальным потеплением начинает обретать самые причудливые формы. На сей раз врагом человечества объявлена обыкновенная лампа накаливания, верой и правдой служившая людям больше века. Ее неэффективное расходование электроэнергии приводит к необходимости сжигать больше ископаемого топлива, выбрасывая парниковые газы в атмосферу.

Атака на вольфрамовую спираль началась сразу на многих фронтах. Правительство Австралии недавно сообщило о планах запрета продаж ламп накаливания на Зеленом континенте к 2010 году.

Аналогичный законопроект (правда, с отсрочкой до 2012-го) предложил для своего штата молодой калифорнийский законодатель Ллойд Левин (Lloyd Levine). И наконец, несколько крупнейших производителей лампочек, включая Philips (номер один в этой индустрии), собираются в ближайшее время обнародовать собственную программу по постепенному искоренению "зла накаливания".

Изобретенные еще в XIX веке Александром Лодыгиным и Томасом Эдисоном, обычные лампы по нынешним меркам действительно очень неэффективны. Небольшие люминесцентные осветители под традиционный патрон при той же яркости потребляют приблизительно в пять раз меньше электроэнергии. И по утверждению производителей, срок их службы в 4-10 раз больше. Однако надежность люминесцентных ламп, электроника которых гораздо чувствительнее простой вольфрамовой спирали к флуктуациям сетевого напряжения, пока оставляет желать лучшего. Да и цена их такова, что несмотря на удорожание энергии, использование этих устройств далеко не всегда экономически оправдано (особенно если лампочку в какой-нибудь кладовке включают сравнительно редко). Светодиодные источники света, конечно, еще эффективнее, но намного дороже и массовый переход на них в обозримом будущем нереален.

По оценкам американского института Роки Маунтин, замена 75-ваттной лампы накаливания на 20-ваттную люминесцентную избавляет земную атмосферу за время жизни лампочки от полутонны "лишнего" углекислого газа. В масштабах всего мира эффект, конечно, колоссальный, но вряд ли одни лишь законодательные запреты помогут решить проблему глобального потепления. Да и не в одних лишь лампах дело.

Обычная лампа накаливания 92-94% электроэнергии преобразует в тепло и лишь 6-8% - в свет, тогда как компактная люминесцентная лампа (например, типа DuLux EL фирмы Osram), давая такой же световой поток, расходует электроэнергии на 80% меньше. Словом, эффективность замены ламп накаливания на люминесцентные очевидна.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ МЕРОПРИЯТИЙ

Как видно, наиболее высокие показатели энергетической эффективности относятся к оптимизации работы систем инженерного обеспечения и использованию энергии природной среды.

ПРИЛОЖЕНИЕ.

(1) Лента новостей. Ещё немного об энергии...

• Проведенные в Арктике исследования привели недавно к выводу, что белая шерсть северных животных, особенно медведей, обладает свойством улавливать до 95 процентов солнечного тепла. Происходит это благодаря особому устройству шерстинок, что навело на мысль использовать их искусственное подобие для производства солнечных батарей.

• Правительство США потратило миллион долларов на разработку плана по взрыву двух атомных бомб в гигантской подземной пустоте в штате Техас. По проекту, который, к счастью, не был осуществлен, взрывы должны были создать напор очень горячего пара, приводившего в действие огромную турбину для производства электроэнергии.

• Первый в мире космический преобразователь солнечной энергии в электрическую был установлен на третьем искусственном спутнике Земли, запущенном в 1958 году в Советском Союзе.

• Патент на оригинальный способ производства дешевой электроэнергии получил один швейцарский гидрогеолог. Он предложил использовать... ледники, собирая по мелким каналам образующуюся летом на их поверхности воду, и направлять ее на турбину.

• Разработан проект заоблачной ветроэлектростанции. Огромный аэростат, соединенный с землей прочнейшими тросами, должен подняться на высоту 8-10 километров, где почти непрерывно возникают струйные течения со скоростью до 360 километров в час. Производимая на нем генератором электроэнергия будет передаваться вниз по кабелю.

• Топливные элементы на основе водорода и кислорода служили в качестве главного источника электроэнергии на космических кораблях "Аполлон", доставлявших на Луну астронавтов. Элемент, обеспечивающий энергией одиннадцать суток полета, весил около 250 килограммов, а заменял обычный электрогенератор массой в несколько тонн.

• Около десяти лет назад мир облетело взбудоражившее всех сообщение о возможности проведения ядерного синтеза не при огромных, в миллионы градусов, температурах, а в... холодной комнате и буквально в стакане. До сих пор, несмотря на тысячи экспериментов, этот эффект не подтвержден, но его поиски, обещающие практически неистощимый источник энергии, не прекращаются.

• Недавно после тщательной проверки Министерство энергетики США дало "добро" на массовый выпуск новых источников света. В колбы, заполненные серой и аргоном, встраивается микроволновый генератор, заставляющий газы светиться под действием высокочастотных импульсов. Яркость новых ламп вчетверо выше, а потребление энергии — на две трети меньше, чем у обычных ламп.

• К началу 90-х годов в США с помощью таких возобновляемых источников, как солнце, ветер и вода, вырабатывалось уже 9 процентов всей потребляемой энергии.

• Аэрогели — необычные прозрачные материалы, почти весь объем которых приходится на воздушные поры, — предложено использовать в строительстве. Прослойки из них пропускают солнечный свет, нагревающий стены зданий, но препятствуют утечкам тепла, что позволяет поддерживать разность температур в доме и снаружи более 30 градусов без дополнительных источников тепла.

• Самый маленький электрогенератор изготовлен в Китае, в Шанхайском университете. Диаметр его 2 миллиметра, а предназначен он для обеспечения энергией микророботов.

• Высочайшая в мире плотина гидростанции будет возведена в Гималайских горах на территории Непала: ее гребень поднимется на 315 метров! Введение этой ГЭС в строй увеличит выработку электроэнергии в стране сразу в 10 раз.

• Солнечные батареи для обеспечения энергией жилых домов предложено делать в виде черепицы, благодаря чему крыши зданий станут выглядеть эстетичнее. А в Тибетском районе Китая действует уже более 50 тысяч гелиопечей, созданы гелиотеплицы общей площадью миллион квадратных метров.