Увеличение расхода электроэнергии в зданиях и другие источники энергии

 

источники энергии

В древней Греции слово «электрон» обозначало сплав золота с серебром с отношением 1—4 части золота на 1 часть серебра. Позднее оно было использовано для обозначения янтаря, окаменелой смолы того же цвета. Этому соответствовало слово «электронум» в средневековой латыни.

В 1600 г. Уилльям Гилберт, врач королевы Елизаветы I, опубликовал книгу «Магнетизм», в которой описал ряд опытов с янтарем, в особенности его свойство притягивать легкие предметы после нагревания или трения. Согласно Оксфордскому словарю английских слов, Н. Карпентер в 1635 г. назвал вещества, обладающие такими свойствами, электрическими телами. В 1672 г. Отто фон Герике давал объяснение устройству электрической машины, основанной на трении, в работе «Новые эксперименты в Магдебурге».

Бенджамин Франклин, американский ученый и государственный деятель, открыл в 1750 г. проводники тока, а в 1769 г. собор Св. Петра в Лондоне стал первым зданием, получившим такое оборудование.

Свет, вызываемый электрической дугой между двумя угольными стержнями, был получен независимо друг от друга несколькими учеными в 1801 г. В 1808 г. Хэмфри Дэйви, профессор Королевского института, организовал публичную выставку, которая продемонстрировала потенциальные возможности карбидной дуговой лампы для целей освещения. В 1844 г. она была использована для представления в Парижской опере, а в 1858 г. применена в Южном прибрежном маяке на побережье Англии вблизи Дувра.

М. Фарадей, который сменил Дейви на его посту в Королевском институте, продемонстрировал в 1823 г. взаимосвязь между электрическим током и магнитным полем, показав вращение проводника тока под действием магнитного поля, что стало основой принципов создания электромотора. В течение следующих 10 лет Фарадей продолжал свои эксперименты и в 1831 г. получил достаточно сильный поток электрического тока вращением медной пластины в магнитном поле. В докладе, который он сделал перед Королевским обществом в этом же году, он подробно описал свои опыты. Его открытие быстро привело к созданию более практичных электрогенераторов, в первом из которых, созданном Ипполитом Пикси в Париже в 1932 г., была использована проволочная обмотка. В 1851 г. на Всемирной выставке в Лондоне демонстрировалось несколько различных генераторов, но в то время было мало примеров практического их применения. Исключение составляли действующие электромагниты, наибольший из которых мог поднять груз массой в 1 т. Когда в 1858 г. маяк южного побережья был оборудован электрическим светом в виде электродуг, потребовались генераторы для выработки тока. После предварительных изысканий Фарадея были построены два генератора постоянного тока, мощностью 2 кВт каждый. Они приводились в действие паровыми машинами с ременной передачей. В 1875 г. «дуговой свет» был использован для освещения железнодорожной станции Каре дю Норд в Париже, а в 1877 г. на площади Оперы. В течение следующих нескольких лет электродуговые лампы были применены для ряда маяков и освещения общественных мест.

18 декабря 1878 г. Джозеф Сван продемонстрировал в Нью-касл-апон Тайн свое изобретение — электрическую лампу накаливания. Она была значительно меньше по размеру, чем дуговые источники света, и более приспособлена для использования внутри помещения. Томас Альва Эдисон, работая независимо над той же проблемой, решил ее на десять месяцев позднее в Менло Парке, штат Нью-Джерси. Оба изобретателя зарегистрировали патенты и возбудили тяжбу между собой, но затем решили образовать совместную компанию «Эдисон энд Сван Юнайтед Электрик Лайт», которая немедленно приступила к строительству двух первых электростанций — одной в Холборн Виадакт в Лондоне и другой на Перл Стрит в Нью-Йорке. Станция Холборн Виадакт была открыта раньше — в 1882 г. Электрический ток производился генератором постоянного тока Эдисона, приводимым в действие паровой машиной мощностью 93 кВт и снабжавшим ряд близлежащих зданий, включая Олд Бейли, центральную почтовую контору и городской собор. Электрическое освещение быстро становилось популярным и к 1900 г. было построено много довольно мощных станций, которые вырабатывали необходимый для покрытия возникающих потребностей ток.

Джорж Вестингауз продемонстрировал в 1886 г. практические возможности передачи переменного тока на расстояние и в 1887 г. Никола Тесла, хорватский инженер, переселившийся в Америку за три года до этого, изобрел двигатель, работающий на переменном токе. К 1888 г. переменный ток стал обычным в США и в следующем году Себастьян де Ферранти открыл вблизи Лондона первую электростанцию, производящую переменный ток.

После этого использование электрического тока в зданиях быстро расширялось, что повлекло за собой быстрое улучшение систем инженерного оборудования во вновь строящихся зданиях, хотя еще не было оборудования, полностью рассчитанного на применение электричества. Приготовление пищи и отопление обеспечивались вполне удовлетворительно за счет твердого топлива или газа, вентиляторы приводились в движение паровыми машинами почти в течение века. Яркий искусственный свет был уже обеспечен газовыми лампами накаливания, а гидравлические лифты до сих пор еще используются в некоторых городах. Коммуникационные системы, хотя и были ограничены в масштабах, существовали и до изобретения телефона.

За исключением отопления электричество обеспечило большую эффективность всех других видов обслуживания зданий. Кроме того, система электропроводки почти не создавала ограничений в проектировании зданий.

Фабрики начала XIX в., получавшие энергию от одного водяного колеса или паровой машины, требовали чрезвычайно компактного планировочного решения. Отдельные машины приводились в движение ременными передачами от валов, идущих сверху, которые в свою очередь вращались ремнями от центрального вала. Чем длиннее были ремни и валы, тем больше была потеря энергии. Фабрики строились многоэтажными, чтобы сократить длину валов и ремней, несмотря на то что пассажирских лифтов еще не было. Когда начали появляться электрические моторы для привода каждого вала, значительно повысилась гибкость планировочного решения фабрик. В XX в. появились небольшие моторы и каждая машина могла иметь свой мотор. В этих условиях фабрики можно было строить независимо от источника энергии. Удобства в. подаче и хранении материалов вскоре вызвали появление одноэтажных промышленных предприятий.

Такие же преимущества в свободе планировочного решения появились при проектировани жилых и общественных зданий. Электричество в отличие от воды не теряло энергию при подъеме наверх на несколько этажей. Телефонные провода в отличие от переговорных труб не требовали размещения только по прямой. Электрические провода почти не требовали увеличения диаметра при увеличении количества проходящего по ним тока. В этом отношении они отличались от водо- и газопроводных труб.

Бытовые электроприборы, стиральные машины, утюги и пылесосы становятся все более удобными в использовании по сравнению с предшествовавшими им неэлектрическими устройствами.

С внедрением электричества значительно уменьшилось загрязнение зданий. Канделябры, керосиновые лампы и газовое освещение до изобретения калильной сетки Велбаха давали копоть так же, как и огонь домашних очагов на дровах или угле. Кроме видимого глазом загрязения, первоначально использовавшиеся газовые горелки, вероятно, не обеспечивали полного сгорания в результате чего головная боль была обычным явлением.

Все это только часть более широких проблем. Постоянный рост использования электричества и вообще расходования энергии — одна из характеристик жизненного стандарта в Европе, Северной Америке и Австралии сегодня в отличие от начала века. Имеются также существенные различия между положением в развитых и развивающихся странах.

Необыкновенно быстро увеличиваются темпы роста потребления электроэнергии во всех странах и особенно в США, и перспектива его непрерывного увеличения становится предметом озабоченности. Большая часть ресурсов гидроэнергии вблизи крупнейших населенных центров была уже освоена, производство энергии в больших масштабах от морских течений и ветра оказалось неэкономичным. Группы протеста против нарушения окружающей среды, выступающие против строительства традиционных, работающих на угле, и атомных электростанций, создали серьезные затруднения с обеспечением энергией Нью-Йорка в начале 70-х годов. По крайней мере, отчасти эти трудности возникали из-за расхода энергии на лифтовое хозяйство и кондиционирование воздуха в новых зданиях. Ближневосточный кризис вызвал значительное повышение цен на нефть, которая является пока основным топливом, используемым во многих отопительных установках и ряде электросиловых станций. Предсказания возможного истощения традиционных энергетических ресурсов, которые игнорировались в течение нескольких десятилетий, теперь стали предметом широкого обсуждения.

Предметом пристального внимания становится вопрос использования солнечной энергии, который рассматривается на архитектурных конференциях и в публикациях. Ранее не всегда ясно себе представляли, что большинство форм энергии, широко используемых нами, берут свое начало от солнца. Растения, животные и деревья зависят от солнечной радиации, но эти ресурсы возобновляемые. Уголь, нефть и естественный газ, образовавшиеся в процессе разложения органических веществ в течение миллионов лет, истощаются, и в этом заключается основная причина беспокойства сегодняшнего дня. Гидроэлектроэнергия является также косвенной формой преобразования солнечной энергии, так как солнце вызывает испарение воды, образуя облака, из которых выпадаетдождь, вновь наполняющий резервуары и питающий реки. Дальнейшее развитие применения гидроэлектроэнергии ограничено тем, что мы уже используем наиболее удобные места. Сегодняшняя задача, однако, состоит в нахождении путей более прямого использования, очевидно, неисчерпаемых ресурсов энергии Солнца.

Основные принципы использования солнечной энергии были хорошо известны еще в средние века. В 1872 г. в Андах был построен солнечный дистиллятор, который в течение 40 лет давал 22,7 м3 питьевой воды ежедневно из соленой воды для людей и животных, работавших в соляных копях. С тех пор солнечные дистилляторы строились во многих местах, особенно в сухих районах, удаленных от источников питьевой воды.

В 1878 г. в садах Тюильри в Париже был установлен солнечный рефлектор, сфокусированный на бойлере, который приводил в действие паровую машину и с ее помощью печатный пресс. Несколько большие по размерам солнечные генераторы строились начиная с 1900 г. в Аризоне, в Египте и Советском Союзе. Но ни один из них не давал энергию, более дешевую, чем энергия, получаемая от ее традиционных источников, за исключением тех случаев, когда генераторы размещались в пустынных районах, отдаленных от населенных центров. Стоимость оборудования была довольно высока, а стоимость эксплуатации, ремонта и обслуживания настолько велика, что не компенсируется экономией топлива.

Большая экономия достигается при более низких температурах, когда не требуется получение пара. Солнечные отопительные установки дают горячую воду даже в районах с умеренным климатом. Вода может быть использована для отопления или горячего водоснабжения. За исключением районов с постоянной солнечной погодой, солнечные установки должны дублироваться другими источниками энергии, такими, как электрические водогрейные устройства, для действия в дни, когда инсоляция незначительна, а это увеличивает капитальные затраты. Представляется, что солнечные нагревательные установки будут использоваться более широко в будущем, так как возрастающая стоимость других источников энергии сделает их более конкурентоспособными. Их влияние на внешнюю архитектуру здания требует пристального внимания, поскольку они могут быть опроделяющими при проектировании крыш. В одно-двухэтажных домах со скатными крышами эта проблема решается сравнительно легко, но для более высоких зданий с плоскими крышами проблема усложняется. Для многоэтажных зданий площадь необходимых устройств, аккумулирующих солнечную энергию для отопления, слишком велика, чтобы их можно было разместить на крыше здания.

Многоэтажность зданий, однако, является наиболее важным фактором в увеличивающемся потреблении электрической энергии. Хотя в настоящее время представляется весьма сомнительным, что проблема может быть решена использованием солнечной энергии или еще какого-нибудь нового источника энергии, во многих зданиях расход энергии может быть сокращен. Кроме того, могут быть найдены пути одновременного улучшения микроклимата внутри здания:

1.      Во многих зданиях со стеклянными навесными стенами венецианские жалюзи и занавеси держатся закрытыми большую часть времени из-за слишком интенсивной инсоляции и искусственное освещение используется даже в течение дня. Излишнего охлаждения и освещения можно избежать устройством регулируемых солнцезащитных устройств.

2.      Температура внутри помещения в зданиях с кондиционированием воздуха должна быть ниже зимой, чем летом. В ряде зданий может быть совершенно другой режим. Если люди обычно дома носят сравнительно теплую одежду зимой и больше одевают в соответствии с климатическими условиям летом, температура может быть установлена так, чтобы люди могли чувствовать себя лучше, когда они выходят из помещений с кондиционированием воздуха. При этом можно достигнуть снижения расхода энергии.

3.      В большинстве городов климат достаточно благоприятен в течение определенной части года, а в ряде городов он благоприятен большую часть времени. Если окна могут открываться, кондиционирование может быть заменено естественной вентиляцией, что также помогает при перебоях и полном прекращении подачи электроэнергии. Перерывы в подаче энергии уже стали обычным явлением в ряде городов, где электроснабжение не поспевает за ростом потребностей. Открытые окна, однако, ведут к увеличению уровня шума и загрязнения помещений, что создает серьезную проблему для нижних этажей зданий, стоящих близко к путям с оживленным движением транспорта.

4.      В некоторых зданиях искусственное освещение подменяет дневной свет без необходимости в этом, в других — уровень освещенности значительно превышает уровень, необходимый для тех целей, для которых здание Предназначено. Тепловое излучение от электрических ламп является главным источником тепла в большинстве административных зданий и это увеличивает нагрузку систем охлаждения летом.

Мы можем очень быстро продвигаться в поисках улучшения условий жизни в зданиях, и снижение расхода энергии при существующих системах инженерного оборудования может быть реально достигнуто с сохранением комфортных, условий.

Источник материала: grensi.com

Категория: Архитектура
 
Предыдущая статья
Акустика и звукоизоляция
  Следующая статья
Борьба с огнем
 
Нравится  
 
 
 
 
 
 
 
 
Комментариев нет
 
 
Оставьте комментарий
Имя*:      
Ваш e-mail*:     (не отображается)
Адрес веб-сайта:      
 
 
Имя:  
Цитата:  
    Закрыть
 
 
 
 
* - обязательные поля
 
 
Сайт продается, присылайте
свои предложения на
cloudinfo@ya.ru