Энергосбережение в зданиях и сооружениях. Энергосбережение в быту

1. Общие сведения об энергопотреблении и энергосбережении в зданиях и в быту

Около 60 % тепловой энергии расходуется в системе жилищно-коммунального хозяйства (рис. 1).

Структура потребления тепловой энергии в экономике страны

Рис. 1. Структура потребления тепловой энергии в экономике страны (2016 г.)

Как видно из рис. 8 в настоящее время жилой фонд в основном составляют постройки до 1993 г., которые характеризуются высоким удельным расходом тепловой энергии в год на отопление и горячее водоснабжение (более 230 кВтч/м2), в то время как современные энергоэффективные здания имеют удельный расход энергии менее 70 кВт·ч/м2 (рис. 9).

расходы тепловой энергии на отопление и горячее водоснабжение жилых зданий

Рис. 8. Суммарные удельные (на 1 м2) годовые расходы тепловой энергии на отопление и горячее водоснабжение жилых зданий в Республике Беларусь

энергопотребление жилых зданий

Рис. 9. Структура энергопотребления жилых зданий 

В настоящее время в Европе существует следующая классификация зданий в зависимости от их уровня энергопотребления:

  • «старое здание» (здания, построенные до 1970-х годов) требуют для своего отопления около 300 кВт·ч/м² в год;
  • «новое здание» (которые строились с 1970-х до 2000 года) – не более 150 кВт·ч/м² в год;
  • «дом низкого потребления энергии» (с 2002 года в Европе не разрешено строительство домов более низкого стандарта) – не более 60 кВт·ч/м² в год.
  • «пассивный дом» – не более 15 кВт·ч/м² в год;
  • «дом нулевой энергии» (здание, архитектурно имеющее тот же стандарт, что и пассивный дом, но инженерно-оснащенное таким образом, чтобы потреблять исключительно только ту энергию, которую само и вырабатывает) – 0 кВт·ч/м² в год;
  • «дом плюс энергии» или «активный дом» (здание, которое с помощью установленного на нем инженерного оборудования: солнечных батарей, коллекторов, тепловых насосов, рекуператоров, грунтовых теплообменников и т. п. вырабатывало бы больше энергии, чем само потребляло).

Снижение энергопотребления объектами жилищно-коммунального сектора требует решения целого ряда задач, в числе которых:

  • создание проектов и строительство энергосберегающих зданий;
  • разработка и внедрение энергоэффективных систем жизнеобеспечения (бытовые приборы с низким энергопотреблением, энергоэффективное освещение и др.);
  • тепловая модернизация эксплуатируемых зданий и сооружений;
  • использование нетрадиционных и возобновляемых источников энергии для энергообеспечения зданий;
  • совершенствование нормативной и законодательно-правовой базы;
  • информирование и обучение населения принципам энергосбережения при эксплуатации зданий и сооружений;
  • создание системы стимулов для населения, обеспечивающих массовое внедрение энергосберегающих мероприятий.

Большое внимание в Государственной программе «Энергосбережение» уделяется информационной и воспитательной работе с населением, в частности на решение следующих задач (рис. 10):

  • формирование психологической настроенности, желания населения экономно расходовать энергоресурсы;
  • знание способов энергосбережения и умение их использовать в повседневной жизни;
  • рачительное отношение людей к пользованию энергетическим комфортом на подсознательном уровне, внутренняя дисциплина бережного энергопотребления.

энергосбережение

Рис. 10. Примеры плакатов по тематике энергосбережения

Для решения вышеперечисленных задач Постановлением Совета Министров Республики Беларусь от 1 июня 2009 г. № 706 была принята Комплексная программа по проектированию, строительству и реконструкции энергоэффективных жилых домов в Республике Беларусь на 2009–2010 годы и на перспективу до 2020 года.

Под энергоэффективным жилым домом в Комплексной программе понимается жилой дом с удельным потреблением тепловой энергии на отопление не более 60 кВт·ч/м2 в год и в перспективе до 2020 года – до 30–40 кВт·ч/м2 в год (рис. 11).

Классы энергоэффективности жилых зданий

Рис. 11. Классы энергоэффективности жилых зданий

Приняты технические нормативные правовые акты, предусматривающие повышение нормативного значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций при строительстве и реконструкции зданий (ТКП 45-2.04-43-2006), не менее:

  • наружные стены из всех видов строительных материалов – 3,2 м2·°С/Вт;
  • совмещенные покрытия, чердачные перекрытия – 6 м2·°С/Вт;
  • окна, балконные двери – 1 м2·°С/Вт.

Основные принципы достижения низкого энергопотребления в жилых зданиях (рис. 12):

  1. хорошие теплоизолирующие свойства ограждающих конструкций (стен, окон, крыши, пола, подвала);
  2. пассивное использование солнечной энергии и ее аккумулирование, суточное или сезонное;
  3. горячее водообеспечение за счет солнечной энергии (летнее время);
  4. управляемый воздухообмен (рекуперация);
  5. энергосберегающие системы освещения;
  6. применение бытовых электроприборов с низким энергопотреблением (рис. 13);
  7. применение регулируемых систем отопления.

Энергосбережение в жилом секторе

Рис. 12. Энергосбережение в жилом секторе

потребление электроэнергии бытовыми электроприборами (кВтч/год)

Рис. 13. Средние показатели потребления электроэнергии бытовыми электроприборами (кВт·ч/год)

2. Тепловые потери в зданиях и сооружениях. Тепловая изоляция. Изоляционные характеристики остекления, стеклопакеты

Как видно из рис. 14 наибольшие тепловые потери в зданиях связаны с работой традиционных систем вентиляции, а также через стены.

Структура тепловых потерь зданий

Рис. 14. Структура тепловых потерь зданий

Ограждающие конструкции препятствуют проникновению тепловой энергии наружу, потому что обладают определенными теплоизоляционными свойствами, которые измеряют величиной, называемой сопротивлением теплопередаче. Эта величина показывает, каков будет перепад температур при прохождении определенного количества тепла через 1 м² ограждающей конструкции или сколько тепла уйдет через 1 м² при определенном перепаде температур.

В основном на тепловые потери влияют следующие факторы (рис. 15):

  • разница температур в помещении и на улице, т. е. чем она выше, тем больше тепловые потери;
  • теплоизоляционные свойства ограждающих конструкций (стены, перекрытия, окна);
  • конвективный теплообмен наружных поверхностей ограждающих конструкций (зависит от скорости ветра).

Температурный профиль стены с внешним утеплением

Рис. 15. Температурный профиль стены с внешним утеплением

Сопротивление теплопередаче можно рассчитать с помощью следующего выражения:

где q – количество тепла, которое теряет 1 м² ограждающей конструкции, измеряемое в ваттах на квадратный метр (Вт/м²); ΔT – разница температур снаружи и внутри помещения в градусах Цельсия (°С); R – сопротивление теплопередаче (м² ·°С·/Вт).

При расчете сопротивления теплопередачи для многослойных конструкций суммируются сопротивления каждого слоя. Например, если имеется деревянная стена, обложенная кирпичом снаружи, то ее сопротивление теплопередаче будет равняться сумме сопротивлений кирпичной и деревянной стен плюс воздушной прослойки между ними.

В настоящее время разработано и применяется большое количество новых строительных материалов, которые имеют значительно бόльшие значения сопротивления теплопередачи в сравнении с традиционными (бетон, кирпич и т. п.) (табл. 1, рис. 16).

Таблица 1. Сопротивление теплопередаче материалов при Тснаружи = –30 °С, Твнутри = 20 °С

Материал и толщина стены Сопротивление теплопередаче,

R, м²·°C ⁄ Вт

Кирпичная стена толщиной в 2 кирпича (54 см)

Кирпичная стена толщиной в 1 кирпич (25 см)

0,405

0,187

Сруб из бревен диаметром 25 см

Сруб из бревен диаметром 20 см

0,550

0,440

Сруб из бруса толщиной 20 см

Сруб из бруса толщиной 10 см

0,806

0,353

Каркасная стена (доска + минвата + доска) толщиной 20 см 0,703
Стена из пенобетона толщиной 20 см

Стена из пенобетона толщиной 30 см

0,476

0,709

Двойная деревянная дверь 0,21

Теплоизоляционная эффективность различных строительных материалов

Рис. 16. Теплоизоляционная эффективность различных строительных материалов

Причиной относительно высокого энергопотребления в зданиях и сооружениях нашей страны по сравнению с зарубежными странами является то, что все существующие здания были построены в соответствии с существующими на момент строительства нормами и стандартами, которыми было предусмотрено в 1954–1964 гг. термическое сопротивление 0,75 м2·С/Вт; 1965–1993 гг. она достигла 1,25 м2·С/Вт (с 1994 г. – 2,25 м2·С/Вт); 3,2 м2·°С/Вт – как уже упоминалось выше, в настоящее время.

Тепловая изоляция (теплоизоляция) – это элементы конструкции, уменьшающие процесс теплопередачи, т. е. обеспечивают основное сопротивление теплопередачи в конструкции (рис. 17).

Применения теплоизоляционных материалов в ограждающих конструкциях зданий

Рис. 17. Применения теплоизоляционных материалов в ограждающих конструкциях зданий

Согласно ГОСТ 16381-77 «Материалы и изделия строительные теплоизоляционные» они классифицируются по следующим основным признакам:

  • по виду основного исходного сырья – неорганические, органические;
  • по структуре – волокнистые, ячеистые, зернистые (сыпучие);
  • по форме – рыхлые (вата, перлит и др.), плоские (плиты, маты, войлок и др.), фасонные (цилиндры, полуцилиндры, сегменты и др.), шнуровые.
  • по возгораемости (горючести) – несгораемые, трудносгораемые, сгораемые.

Органические теплоизоляционные материалы – получают с использованием органических веществ. Это, прежде всего, разнообразные полимеры (например, пенополистирол, вспененный полиэтилен (НПЭ, ППЭ) и изделия на его основе (в том числе отражающая теплоизоляция) (рис. 18).

органические теплоизоляционные материалы

Рис. 18. Общий вид органических теплоизоляционных материалов

Главный их недостаток – низкая огнестойкость, поэтому их применяют обычно при температурах не выше 90 °C, а также при дополнительной конструктивной защите негорючими материалами (штукатурные фасады, трехслойные панели, стены с облицовкой и т. п.).

В качестве органических изолирующих материалов используют также переработанную неделовую древесину и отходы деревообработки (древесно-волокнистые плиты (ДВП) и древесно-стружечные плиты (ДСП), целлюлозу в виде макулатурной бумаги (утеплитель эковата) (рис. 19), сельскохозяйственные отходы (соломит, камышит и др.), торф (торфоплиты), тростниковые плиты (рис. 20) и т. п.

Применение целлюлозы и отходов древесины в качестве теплоизоляционных материалов

Рис. 19. Применение целлюлозы и отходов древесины в качестве теплоизоляционных материалов

тростниковые плиты в качестве теплоизоляционного материала

Рис. 20. Применение тростниковых плит в качестве теплоизоляционного материала

Эти теплоизоляционные материалы, как правило, отличаются низкой водо-, биостойкостью, а также подвержены разложению и используются в строительстве реже.

Неорганические теплоизоляционные материалы – минеральная вата и изделия из нее (например, минераловатные плиты), монолитный пенобетон и ячеистый бетон (газобетон и газосиликат), пеностекло, стеклянное волокно, изделия из вспученного перлита, вермикулита, сотопласты и др. (рис. 21).

неорганические теплоизоляционные материалы

Рис. 21. Общий вид неорганических теплоизоляционных материалов

Изделия из минеральной ваты получают переработкой расплавов горных пород или металлургических шлаков в стекловидное волокно. Характерная особенность – низкие прочностные характеристики и низкое водопоглощение.

Теплоизоляция неутепленной стены или с недостаточным утеплением выполняется в основном тремя способами:

  • навесной вентилируемый фасад с применением теплоизоляции (рис. 22, а);
  • тонкослойная штукатурка фасадов по теплоизоляционному материалу (рис. 22, б);
  • трехслойная конструкция стен (трехслойная, слоистая кладка, сэндвич-панели клееные или сборные, трехслойные ж/б стеновые панели) (рис. 22, в).

С точки зрения теплофизики наиболее эффективно применять теплоизоляцию снаружи, так как в этом случае несущая конструкция стены находится всегда в зоне положительных температур и оптимальной влажности.

Способы теплоизоляции стен

Рис. 22. Способы теплоизоляции стен

Для устранения теплопотерь в ранее построенных зданиях разработаны и осуществляются различные проекты теплотехнической реконструкции и утепления их. Одним из таких проектов является устройство термошубы, представляющей собой многослойную конструкцию (рис. 23):

  • а) плит утеплителя, прикрепленных к подготовленной поверхности стен клеящим составом и дюбелями для укрепления утеплителя;
  • б) защитного покрытия из клеящего состава, армированного одним или двумя слоями сетки в сочетании с защитными алюминиевыми профилями с перфорированными стенками;
  • в) отделочного покрытия.

Устройство термошубы

Рис. 23. Устройство термошубы

Оконные заполнения в зданиях, обладая необходимыми теплозащитными качествами, должны обеспечивать требуемый световой комфорт в помещении и иметь достаточную воздухопроницаемость для естественной вентиляции.

Действующие нормативы в Республике Беларусь (ТКП 45-2.04-43- 2006) устанавливают следующие требования к окнам жилых зданий:

  • сопротивление теплопередаче должно быть не менее 1,0 (м2·°С)/Вт;
  • сопротивление воздухопроницанию – не менее 10,0 кг/(м2·ч);
  • механические показатели и другие требования – в зависимости от конструкции и материалов, из которых изготовлен оконный блок.

Применяемые в настоящее время окна (стеклопакеты) можно условно разделить на три группы:

  • деревянные окна (рис. 24, а);
  • окна из поливинилхлоридного профиля (ПВХ-профиля) (рис. 24, б);
  • окна из алюминиевого профиля (R – 0,35–0,42 (м2·°С)/Вт) (рис. 24, в).

Конструктивные варианты исполнения поливинилхлоридного профиля и типовая технология изготовления степлопакетов показаны на рис. 25, 26.

стеклопакеты на основе профилей

Рис. 24. Конструктивное исполнение современных стеклопакетов на основе профилей: а – деревянный; б – поливинилхлорид; в – алюминиевый сплав

окна с пластиковыми окнами

Рис. 25. Варианты исполнения окон с пластиковыми окнами

Стекла с селективной светопроницаемостью. Разработаны энергосберегающие стеклопакеты, так называемые «селективные окна» со специальным напылением на стекло (рис. 27). Они позволяют сохранять тепло по максимуму за счет отражения длинноволнового излучения нагревательных приборов. При этом коротковолновое солнечное излучение свободно проникает в помещение.

конструкция стеклопакета технология производства стеклопакета

а                                                                                                                                              б

Рис. 26. Типовая конструкция стеклопакета (а) и технология его производства (б)

степлопакеты с селективной светопроницаемостью

Рис. 27. Особенности степлопакетов с селективной светопроницаемостью

3. Повышение эффективности систем отопления. Автономные энергоустановки

Наиболее перспективными направлениями повышение эффективности систем отопления являются внедрение автономных систем тепло- и энергоснабжения, устройство напольного и воздушного отопления, а также установок, использующих возобновляемые источники энергии и теплоутилизаторы (рекуперация).

Опыт работы автономных котельных (рис. 28) показывает, что они надежны и экономичны. При теплоснабжении от этих котельных потребитель получает тепловую энергию по тарифам, ниже действующих. За счет этого строительство таких котельных может окупиться практически за один сезон.

Оборудование автономной котельной

Рис. 28. Оборудование автономной котельной

Преимущества автономных систем теплоснабжения заключаются в следующем:

  • отсутствие дорогостоящих наружных тепловых сетей;
  • возможность быстрой реализации монтажа и запуска в работу систем отопления и горячего водоснабжения;
  • низкие первоначальные затраты;
  • упрощение решения всех вопросов, связанных со строительством, так как они сосредоточены в руках владельца;
  • сокращение расхода топлива за счет местного регулирования отпуска тепла и отсутствие потерь в тепловых сетях.

На сегодняшний день наиболее применимы три схемы отопления (рис. 29).

системы отопления

Рис. 29. Применяемые системы отопления

  1. Традиционная система отопления. Нагревающийся в котле жидкий теплоноситель подается в систему трубопроводов и радиаторов. Циркулируя по этой системе, он отдает тепло помещению.
  2. Воздушное отопление. Воздух после подогрева подается в отапливаемые помещения по специальным воздуховодам.
  3. Прямое электрическое отопление. Помещение нагревается инфракрасными излучателями, электрическими конвекторами и электроподогревом полов (рис. 30).

На территории Беларуси наиболее популярна первая схема отопления, основанная на циркуляции жидкого носителя тепла. Однако, в связи с вводом в эксплуатацию Белорусской АЭС прорабатывается вопрос более широкого применения электрического отопления.

Под воздушным квартирным отоплением следует понимать отопительную систему квартиры с самостоятельным генератором тепла, которая обслуживается жильцами.

системы электроотопления

Рис. 30. Применяемые системы электроотопления

В воздушных системах отопления теплоносителем является воздух, нагретый в воздухонагревателе до температуры, превышающей температуру помещения и определяемой расчетом. От нагревателя подогретый воздух каналами разводится по отапливаемым помещениям, в которых охлаждается до температуры помещения. Воздух отдает свою теплоту для возмещения теплопотерь, после чего поступает обратно в воздухонагреватель (рис. 31).

воздушные системы топления

Рис. 31. Принципы и конструктивные особенности воздушных систем топления

Одним из способов повышения эффективности систем отопления является рекуперация – это возврат части тепловой энергии. Рекуперация воздуха проходит в рекуперационном теплообменнике (теплоутилизаторе), где и осуществляется процесс теплообмена между теплым вытяжным и холодным приточным воздухом. Теплый воздух не выходит наружу без пользы, а отдает часть тепловой энергии приточному холодному воздуху, чем и достигается энергосберегающий эффект (рис. 32).

Схема рекуперационного теплообменника

а

конструкция рекуперационного теплообменника

б

Рис. 32. Схема (а) и конструкция (б) рекуперационного теплообменника

Повышение эффективности работы систем отопления достигается, как показано в гл. 2, при использовании возобновляемых источников энергии (солнечных водонагревательных коллекторов, тепловых насосов, биогазовых установок).

4. Регулирование теплового режима зданий и сооружений. Тепловые завесы

Одним из эффективных направлений энергосбережения в жилых зданиях является использования приборов и систем для учета и регулирования потребления энергии.

В качестве приборов для учета потребления энергии, как показано выше, используются электро- и теплосчетчики.

Применяемые в настоящее время в зданиях системы регулирования потребления тепловой энергии можно разделить на три уровня:

  • регулирование теплопотребления отдельными отопительными элементами;
  • внутриквартирное регулирование;
  • пофасадное регулирование (применяется редко).

Регулирование теплопотребления отдельными отопительными элементами. Простейший способ – это установка вентилей на отводах от подающего трубопровода к радиаторам (рис. 33). За счет изменения степени открытия запорной арматуры (вентилей) меняется расход теплоносителя через отопительный прибор.

Установка вентилей на отводах от подающего трубопровода к радиаторам

Рис. 33. Установка вентилей на отводах от подающего трубопровода к радиаторам

Технически более совершенный способ регулирования предусматривает использование вместо механических вентилей термостатические регуляторы (рис. 34). Установка режима работы термостатического регулятора производится ручным переключателем. При повышении температуры воздуха в отапливаемом помещении увеличивается объем термочувствительного жидкостного элемента, который перемещает передающий шток, воздействующий на запирающий клапан. Клапан уменьшает проходное сечение трубопровода для подачи теплоносителя и снижает его расход через прибор.

термостатические регуляторы

термостатические регуляторы

Рис. 34. Конструктивные особенности термостатических регуляторов

Электронные терморегуляторы обеспечивают реализацию более сложных программ регулирования, например, программирование изменения температуры в отапливаемом помещении по времени – установка пониженной температуры в период отсутствия людей в помещении либо в ночное время, повышение температуры в здании ко времени приезда людей и т. д. (рис. 35), что обеспечивает существенную экономии энергии и комфорт (рис. 36).

электронный регулятор температуры

а

экономия энергии

б

Рис. 35. Общий вид электронного регулятора температуры (а) и обеспечиваемая им экономия энергии (б)

В настоящее время разработаны и применяются радиоуправляемые (электронные, интеллектуальные) системы регулирования отопления, которые позволяют, используя мобильную связь или сеть интернет, дистанционно управлять режимами работы систем отопления и электрообеспечения, контролировать их работу.

регулирование температуры воздуха в помещениях с помощью электронного регулятора температуры

Рис. 36. Возможности программного регулирования температуры воздуха в помещениях с помощью электронного регулятора температуры

Для реализации регулирования температурным режимом используются системы с принудительной циркуляцией (рис. 37), движение теплоносителя в которых обеспечивается центробежными насосами, которые монтируются на обратном магистральном трубопроводе перед водонагревателем или котлом, или на подающем трубопроводе. Вследствие использования насоса скорость циркуляции воды значительно выше, чем в конвективной системе, поэтому можно применять трубы меньшего диаметра, что снижает материалоемкость системы.

системы с принудительной циркуляцией

Рис. 37. Схема и общий вид систем с принудительной циркуляцией

На уровне дома регулирование системы отопления может быть пофасадным (вертикальным) или поэтажным (горизонтальным). Выбор того или иного вида зонирования (либо применение на объекте общего регулирования без деления систем отопления на зоны) определяется назначением здания, его высотой, объемом и конструктивно-планировочными особенностями, местными метеорологическими условиями, а также тепловым режимом внутри здания. Позонное автоматическое регулирование позволяет учитывать неодинаковые воздействия условий погоды (ветра, солнечной радиации) на различные зоны здания по высоте и по странам света (фасадам).

Из двух видов зонирования более широкое применение, очевидно, получит вертикальное деление систем и, соответственно, пофасадное автоматическое регулирование. Исследования показали, что пофасадное регулирование целесообразно для зданий как повышенной, так и средней этажности, особенно расположенных в «раскрытых» кварталах новой застройки. В первую очередь его следует применять в климатических районах со значительными скоростями ветра и большим количеством солнечных дней в течение отопительного сезона, так как оно позволяет существенно улучшить микроклимат в отапливаемых помещениях и получить в отдельные месяцы экономию тепла до 30–35 %.

Тепловая завеса (также называемая воздушная или воздушнотепловая завеса) – это мощные тепловентиляторы с плоским, четко направленным потоком воздуха, устанавливаемые над дверными (оконными) проемами (рис. 38).

тепловые завесы

Рис. 38. Принцип работы и общий вид тепловых завес

Тепловые завесы нужны для разделения зон с теплым и холодным воздухом при открытых проемах, и используются для сохранения тепла в помещениях. Завеса также служит отличной защитой от сквозняков, в холодное время года может дополнительно отапливать помещение, а в жаркое, работая в режиме вентиляции, удерживать прохладный воздух и оберегать его от попадания извне насекомых, пыли и выхлопов (рис. 39).

Тепловые завесы с подогревом воздуха разделяют еще на две категории: с электрическим либо с водяным подогревом (более распространенные). В воздушно-тепловых завесах с электрическим подогревом роль нагревательных элементов возложена на теплоэлектронагреватели (ТЭН).

В воздушно-тепловых завесах с водяным подогревом источником тепла является горячая вода, т. е. воздух нагревается в водяных калориферах.

Преимущества применения тепловых завес

Рис. 39. Преимущества применения тепловых завес

5. Экономичные источники света. Энергоэффективные осветительные приборы

В настоящее время около 40 % генерируемой в мире электрической энергии и 37 % всех электрических ресурсов используется в жилых и общественных зданиях. Существенную долю (40–60 %) в энергопотреблении зданий составляет энергия на освещение.

Сокращение расхода электроэнергии на эти цели возможно двумя основными путями:

  • снижением номинальной мощности освещения;
  • уменьшением времени использования светильников.

Снижение номинальной (установленной) мощности освещения, в первую очередь, означает переход к более эффективным источникам света, дающим нужные световые потоки при существенно меньшем энергопотреблении. В качестве таких источников света в настоящее время наибольшее применение нашли компактные люминесцентные и светодиодные лампы (рис. 40).

люминесцентные лампы светодиодные лампы

а                                                                                                                          б

Рис. 40. Общий вид компактных люминесцентных (а) и светодиодных (б) ламп

Компактные люминесцентные лампы (рис. 40, а). Основное преимущество – экономичность: при высокой световой отдаче они потребляют гораздо меньше энергии. Средняя компактная люминесцентная лампа служит в 12–15 раз дольше обычной лампы накаливания, а при аналогичной яркости света потребляет почти на 80 % меньше электроэнергии. Освещение с использованием светильников с компактными люминесцентными лампами более половины искусственного света во всем мире.

В последние годы светоидодные лампы (рис. 41) все больше и больше применяются вместо ламп накаливания и даже вместо компактных люминесцентных ламп (которые часто называются «энергосберегающими»).

Светодиодные лампы имеют два основных преимущества – высокую светоотдачу на единицу потребляемой мощности и высокий срок службы (табл. , рис. 42). Также светодиодные или LED (light emission diode) лампы стойки к вибрациям, не содержат ядовитых веществ и проще в утилизации. Все эти преимущества определяют их все более широкое применение на производстве и в быту. В сравнении с лампами накаливания и люминисцентными лампами они отличаются более высокой стоимостью (в последние годы их стоимость значительно снизилась) (см. табл. 2), так как наряду со светодиодными излучателями они имеют в конструкции электронную систему управления и радиатор для отвода выделяемой светодиодами тепловой энергии (см. рис. 41). Одним из недостатков таких ламп является более узкая световая диаграмма освещенности из-за экранирования светового потока радиатором. В последние годы эта проблема решена размещением светодиодов на держателях аналогично спирали ламп накаливания (рис. 43).

Конструкции светодиодных ламп

Рис. 41. Конструкции светодиодных ламп

характеристика источников света

Рис. 42. Сравнительная характеристика источников света (световая отдача, Лм/Вт)

Таблица 2. Характеристики источников света

Базовые характеристики Лампы накаливания Лампы люминесцентные Светодиодные лампы
Яркость Средняя Низкая Высокая
Срок службы 1 000 час 10 000 час 100 000 час
Инфракрасное излучение Очень высокое Минимальное Нет
Ультрафиолетовое

излучение

Приемлемое Очень высокое Нет
Световая отдача 7–17 Лм/Вт 40–60 Лм/Вт 50–80 Лм/Вт
Начальная

стоимость

Низкая Средняя Высокая
Потребляемая

мощность

Не менее

25 Вт/час

Не менее

20 Вт/час

От 7 до 21

Вт/час

Светодиодные лампы с широкой диаграммой светового потока

а                                                                                              б

Рис. 43. Светодиодные лампы с широкой диаграммой светового потока: а – общий вид лампы; б – светодиодная нить

Уменьшение времени использования светильников достигается внедрением современных систем управления, регулирования и контроля осветительных установок.

Управление осветительной нагрузкой осуществляется двумя основными способами:

  • отключением всех или части светильников (дискретное управление);
  • плавным изменением мощности светильников (одинаковым для всех или индивидуальным).

К системам дискретного управления, в первую очередь, относят различные фотореле (фотоавтоматы) и таймеры (рис. 44). Принцип действия первых основан на включении и отключении нагрузки по сигналам датчика наружной естественной освещенности. Вторые осуществляют коммутацию осветительной нагрузки в зависимости от времени суток по предварительно заложенной программе.

К системам дискретного управления освещения относятся также автоматы, оснащенные датчиками присутствия. Они отключают светильники в помещении спустя заданный промежуток времени после того, как из него удаляется последний человек.

Системы дискретного управления освещением

Рис. 44. Системы дискретного управления освещением

Системы автоматического управления освещением (рис. 45) можно разделить на два основных класса: локальные и централизованные. Локальные системы управления освещением помещений представляют собой блоки, размещаемые за полостями подвесных потолков или конструктивно встраиваемые в электрораспределительные щиты. В число этих функций входит, например, учет присутствия людей и уровня естественной освещенности в помещении. Конструктивно они выполняется в малогабаритных корпусах, закрепляемых непосредственно на светильниках или на колбе одной из ламп.

Системы автоматического управления освещением Системы автоматического управления освещением

Рис. 45. Системы автоматического управления освещением

Централизованные системы управления освещением (рис. 46), наиболее полно отвечающие названию «интеллектуальных», строятся на основе микропроцессоров, обеспечивающих возможность практически одновременного многовариантного управления значительным числом светильников (до нескольких сотен).

Такие системы могут применяться либо для управления освещением, а также и для взаимодействия с другими системами зданий (например, с телефонной сетью, системами безопасности, вентиляции, отопления и солнцезащитных ограждений) (рис. 47), т. е. входят в состав интегрированных систем.

Дальнейшим развитием систем управления в жилищном секторе является реализация концепции «умный дом» (рис. 48), согласно которой все электрическое и тепловое оборудования дома управляется интеллектуальной системой, обеспечивающей долгосрочное программирование, оперативный контроль, автоматическое реагирование на сбои и отклонение режимов, обратную связь с пользователями.

Структура централизованной системы управления освещением

Рис. 46. Структура централизованной системы управления освещением

Интегрированная система управления в жилищном секторе

Рис. 47. Интегрированная система управления в жилищном секторе

Концепция «умного дома»

Рис. 48. Концепция «умного дома»

Электробытовые приборы и их эффективное использование

Потребление электроэнергии в быту с каждым годом увеличивается, и эта тенденция сохранится, поскольку население в последние годы активно приобретает электробытовые приборы (стиральные машины, кухонные комбайны, пылесосы, электрочайники, электромясорубки, электрокофеварки и т. д.), которые являются одним из главных потребителей электроэнергии в жилом секторе.

Как видно из рис. 49 электробытовые приборы отличаются потребляемой мощностью и длительностью их практического использования. Исходя из этого, основными направлениями сокращения потребления энергии является снижение указанных характеристик.

Следует отметить, что бытовая техника постоянно совершенствуется, как по функциональным характеристикам, дизайну и, что самое важное, в направлении снижения потребляемой мощности. Выпускаемые в настоящее время электробытовые приборы маркируются классом энергоэффективности (рис. 50). Система энергетической маркировки включает в себя семь классов: от «А», куда входят наиболее энергоэффективные приборы, до «G» – с самым высоким энергопотреблением.

потребление электроэнергии бытовыми электроприборами

Рис. 49. Средние показатели потребления электроэнергии бытовыми электроприборами

Классы энергоэффективности бытовых электроприборов

Рис. 50. Классы энергоэффективности бытовых электроприборов

К каждому прибору прилагается соответствующая этикетка. Покупатели получают необходимую информацию об энергопотреблении той или иной техники, а производители получают конкурентные преимущества. В Европейском союзе требования к энергоэффективности бытовой техникой определяется Директивой 2009/125/ЕС. В нашей стране принят Технический регламент «О требованиях к энергетической эффективности электрических энергопотребляющих устройств», в котором аналогично Директиве Евросоюза содержаться требования к энергоэффективности и экологическому дизайну электрических приборов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *