Данилов Н.И., Щелоков Я.М. Основы энергосбережения

Подождите немного. Документ загружается.

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Уральский государственный технический

университет – УПИ»

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков

Основы энергосбережения

Учебник

Под общей редакцией профессора,

доктора экономических наук Н.И. Данилова

Допущено учебно-методическим объединением по профессионально-

педагогическому образованию в качестве учебника для студентов высших

учебных заведений, обучающихся по специальности 030500.19 –

Профессиональное обучение (электроэнергетика, электротехника

и электротехнологии)

Екатеринбург

2006

УДК 658.26 (075.8)

ББК 31.19 я 73

Д 18

Рецензенты:

кафедра «Автоматизированные системы электроснабжения» Российского

государственного профессионально-педагогического университета;

член-кор. РАН Л.А. Смирнов

Авторы: Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков

Д 18 Основы энергосбережения: учебник / Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков;

под ред. Н.И. Данилова. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2006. 564 с.

ISBN 5-321-00657-1

Энергосбережение – новая учебная дисциплина в практике отечест-

венного образования, определяющая комплекс правовых, организацион-

ных, научных, производственных, технических, информационных и эко-

номических мер, реализация которых направлена на эффективное исполь-

зование энергетических ресурсов и вовлечение в хозяйственный оборот

возобновляемых источников энергии.

На основе обобщения работ отечественных и зарубежных ученых и

специалистов, а также исследований авторов в учебнике изложены основ-

ные положения энергосбережения как учебной дисциплины.

Учебное издание адресовано студентам профессионально-

педагогических специальностей, слушателям факультетов повышения ква-

лификации. Книга будет полезна студентам инженерно-технических вузов,

а также учащимся средних профессиональных и общеобразовательных уч-

реждений.

Библиогр.: 75 назв. Табл. 63. Рис. 108

ISBN 5-321-00657-1

технический университет – УПИ», 2006

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Оглавление

Оглавление

Введение………………………………………………………………….. 6

1. Энергия

1.1. Энергетические эпохи…………………………………………….. 9

1.2. Определение понятия «энергия»…………………………………. 13

1.3. Виды энергии……………………………………………………… 16

1.4. Первичная энергия………………………………………………... 19

1.5. Параметры процесса горения топлива…………………………... 28

1.6. Производная энергия……………………………………………... 33

1.7. Технологические схемы производства энергии………………… 38

Контрольные вопросы……………………………………….......... 42

2. Энергоресурсы

2.1. Виды энергоресурсов……………………………………………... 43

2.2. Темпы потребления энергоресурсов…………………………….. 45

2.3. Закономерности потребления энергии…………………………... 48

2.4. Энергия и окружающая природная среда………………………..

Контрольные вопросы………………………………………......... 63

3. Устойчивое развитие

3.1. Учение В.И. Вернадского о биосфере………………………….... 64

3.2. Особенности устойчивого развития……………………………… 66

3.3. Концепция перехода Российской Федерации к устойчивому

развитию…………………………………………………………………..

Контрольные вопросы……………………………………….......... 72

4. Эффективность использования энергии

4.1. Энтропийный капкан……………………………………………… 73

4.2. Виды потерь энергии……………………………………………… 75

4.3. Некоторые особенности энергопотребления в России………….

Контрольные вопросы…………………………………………….. 88

5. Научные основы и потенциал энергосбережения

5.1. Энергетические законы, закономерности, правила…………….. 89

5.2. Научное обоснование энергосбережения……………………….. 98

5.3. Потенциал энергосбережения……………………………………. 109

Контрольные вопросы……………………………………………. 114

6. Правовое обеспечение энергосбережения

6.1. Мировая практика нормирования энергосбережения…………... 115

6.2. Федеральная нормативная база в России………………………... 117

6.3. Региональная нормативная база в России………………….......... 133

6.4. Региональная система управления энергосбережением………... 137

Контрольные вопросы……………………………………….........

148

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Оглавление

7. Энергосберегающие возможности современных

электротехнологий

7.1. Экономическое обоснование применения электротехнологий… 149

7.2. Основы применения электротермических процессов…………... 155

7.3. Индукционный нагрев……………………………………….......... 170

7.4. Индукционная плавка……………………………………………... 181

Контрольные вопросы……………………………………….......... 189

8. Системы и узлы учета расхода энергоресурсов

8.1. Общие положения………………………………………………… 190

8.2. Общие вопросы учета энергоресурсов…………………………... 194

8.3. Использование средств учета и регулирования расхода

энергоресурсов в жилищно-коммунальном хозяйстве………………..

199

8.4. Системы учета энергоресурсов………………………………….. 212

Контрольные вопросы……………………………………………. 219

9. Энергетические обследования

9.1. Общие положения………………………………………………… 220

9.2. Основные причины нерационального расхода ТЭР………......... 227

9.3. Организационные вопросы энергетических обследований

едп

иятий………………………………………………………………

236

9.4. Управление спросом на энергию………………………………… 246

Контрольные вопросы……………………………………….......... 258

10. Вопросы экономики при отоплении помещений

10.1. Применение улучшенной тепловой изоляции…………………... 259

10.2. Электрические нагреватели с аккумулированием тепла……….. 270

10.3. Тепловые насосы………………………………………………….. 278

10.4. Системы вентиляции воздуха………………………………......... 286

10.5. Инфракрасная термография……………………………………… 290

Контрольные вопросы………………………………………......... 292

11. Энергетический паспорт

11.1. Общие сведения…………………………………………………… 293

11.2. Компьютерная версия энергетического паспорта как средство

анализа и оптимизации потребления энергоресурсов…………………

302

11.3. Энергетический паспорт здания ………………………………… 305

Контрольные вопросы………………………………………......... 310

12. Светотехника

12.1. Основные понятия и определения……………………………….. 311

12.2. Классификация светильников………………………………......... 312

12.3. Некоторые характеристики осветительных приборов …………. 325

12.4. Система условных обозначений типов осветительных

приборов…………………………………………………………………..

332

12.5. Основные принципы хорошего внутреннего освещения……….. 334

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Оглавление

12.6. Экономика и энергоэффективность внутреннего освещения…... 342

12.7. Методика расчета общего освещения помещений……………… 352

12.8. Нормы освещения (основные положения СНиП 23-05-95)......... 362

Контрольные вопросы……………………………………….......... 370

13. Вторичные энергетические ресурсы

13.1. Терминология……………………………………………………… 371

13.2. Классификация ВЭР………………………………………………. 372

13.3. Технологические схемы производства энергоносителей за счет

использования ВЭР………………………………………………………

374

13.4. Определение объемов выхода и использования ВЭР………….. 384

13.5. Определение экономии топлива за счет использования ВЭР….

390

13.6. Принципиальные схемы использования низкопотенциальной

теплоты…………………………………………………………………….

395

13.7. Примеры практической реализации экономии ВЭР……………. 399

13.8. Теплоиспользующие аппараты на тепловых трубах…………… 409

13.9. Основные итоги…………………………………………………… 418

Контрольные вопросы……………………………………………. 419

Рекомендуемые темы рефератов………………………………… 419

Обозначения и сокращения………………………………………. 420

14. Отраслевое энергосбережение

14.1. Общие данные…………………………………………………….. 421

14.2. Потенциальные возможности отраслевого

энергосбережения………………………………………………………...

430

14.3. Энергосбережение на предприятии………………………………

462

Контрольные вопросы……………………………………….......... 486

15. Стратегия социально экономического развития региона:

энергетическая составляющая

15.1. Схема развития и размещения производительных сил…………. 487

15.2. Интегральный энергетический менеджмент региональной

экономики…………………………………………………………………

495

Контрольные вопросы……………………………………….......... 507

16. Методические рекомендации по изучению вопросов

энергосбережения

16.1. Энергосбережение в повседневной жизни………………………. 508

16.2. Индикаторы эффективности энергосберегающей

деятельности………………………………………………………………

522

16.3. Энергоемкость производства и социально-экономические

показатели ряда стран……………………………………………………

526

17. История энергосбережения в лицах.…………………………...... 533

18. Пословицы народов мира………………………………………… 543

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Оглавление

19. Основные термины и определения……………………................ 546

Библиографический список…………………………………………… 559

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Введение

Введение

Динамика развития экономики конкретной страны, региона форми-

рует результаты постепенных (эволюционных) изменений в обществе и

природе. При этом показателем данных изменений является уровень энер-

говооруженности жизни.

Именно этим непреложным условием развития общества определя-

ется настоятельная необходимость рационального расхода энергии, сни-

жения её удельных затрат во всех сферах человеческой деятельности. Это

направление получило название - энергосбережение.

Исходя из определения понятия энергосбережения как комплекса

мер, направленных на эффективное использование энергии, возникает тре-

бование ограничения возможностей использования материальных ресурсов

внешней среды, если речь идет о так называемых невозобновляемых пер-

вичных источниках энергии в виде органических минеральных горючих.

Вполне понятно стремление многих стран в современных условиях к

максимальному использованию, но на новых принципах, возобновляемых

источников энергии - ветра, солнца, биомассы и т.д. Использование их по-

зволит уже сегодня решить массу экологических проблем, что создает

предпосылки к резервированию для потомков части запасов ископаемых

топлив (если при этом их еще и не будут вывозить за рубеж), в том числе и

для неэнергетических потребностей: производства химических продуктов,

лекарств, всевозможных препаратов.

Один из результатов энергосбережения - прямое снижение в не-

сколько раз затрат на ускорение темпов постоянных поисков источников

энергии, их освоения.

Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) дает практически до сих

пор от трети до половины всех валютных поступлений в страну, что спо-

собствовало обеспечению существования общества как в ситуации «за-

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Введение

стоя» советской эпохи, так и в условиях кризиса и снижения объемов про-

изводства. Но все это не может продолжаться сколько угодно долго, по-

скольку энергоемкость промышленного производства и социальных услуг

и так оказалась в несколько раз выше общемировых показателей; это дела-

ет нашу жизнь недопустимо энергорасточительной, а нашу продукцию не-

конкурентоспособной не только на мировом, но и на внутреннем рынке.

Судите сами: только менее одной трети добываемых топливно-

энергетических ресурсов идет в конечном итоге на обеспечение прямых и

косвенных энергетических услуг населению. Еще одна треть сырьевых ре-

сурсов идет на экспорт, а остальная безвозвратно теряется в самой системе

энергопоставок, не давая при этом никакого полезного эффекта для конеч-

ного потребителя - населения. Особенно сложное положение в регионах,

где практически отсутствует топливная промышленность.

Нашему обществу необходима выработка новых принципов соответ-

ствия между ростом материального производства, необходимым уровнем

энергообеспечения жизни и поддержанием достаточного экологического

ресурса (воды, воздуха, почвы). Это направление становится главной зада-

чей обеспечения устойчивого развития общества в соответствии с Концеп-

цией перехода Российской Федерации к устойчивому развитию.

Данные задачи не решить только за счет повышения квалификации

специалистов и руководителей энергетических и ряда других смежных

специальностей. Здесь требуется участие всех слоев общества. Необходи-

мо понимание обществом следующих условий роста благосостояния насе-

ления:

• в любой стране, даже самой богатой энергоресурсами, требуется

их рациональное использование, и тем более экспортирование, с целью со-

хранения запасов топлива для будущих поколений;

• в то же время рост благосостояния населения возможен в услови-

ях увеличения расхода энергии, роста ее душевого потребления.

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Введение

Для обеспечения роста благосостояния в обществе данные противо-

речия можно преодолеть только за счет освоения широкими слоями насе-

ления основ культуры потребления энергетических ресурсов. Культура эта

– в обязательном выполнении ряда энергетических ограничений в своей

повседневной жизни. Цель подобных ограничений - повышение энергоэф-

фективности использования наших природных ресурсов в интересах ны-

нешнего и будущих поколений.

Разумеется, масштаб и вид используемых энергоисточников опреде-

ляется финансовыми возможностями каждого конкретного потребителя,

независимо от того, юридическое или физическое это лицо. Однако каж-

дый может и должен научиться управлять снижением спроса на энергию,

понять необходимость расходования как можно меньшего количества

энергии и использования ее без ущерба своему благосостоянию, т. е. более

эффективно.

Оборотной стороной стереотипа, что «Россия – неисчерпаемо бога-

тая страна», стало расточительство всех и во всем. В этих условиях госу-

дарство попросту не сможет развиваться, даже при устойчивых показате-

лях роста благосостояния большей части населения. Происходит переход к

новому типу отношений: все затраты на энергию, товары, услуги будут оп-

лачивать в конечном итоге не их производители, а потребители, т. е. каж-

дый из нас, и по ценам, которые могут постоянно расти.

Одно из направлений формирования нового мышления энергопо-

требления – это включение в образовательные программы всех уровней

курса по энергосбережению. Авторы надеются, что предлагаемое учебное

издание будет способствовать формированию определенной системы зна-

ний в области энергосбережения у самого широкого круга читателей.

Авторы благодарят за содействие и помощь в подготовке к изданию

рукописи сотрудников кафедры «Энергосбережение», кафедры «Атомная

энергетика» УГТУ-УПИ, ОАО «Свердловэнерго», Уральского отделения

Российской инженерной академии и др.

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Глава 1. Энергия

1. Энергия

Энергия – общая количественная мера

различных форм движения материи

1.1. Энергетические эпохи

Различные этапы в развитии энергетики определяются господ-

ствующими источниками энергии и зависящей от них энерготехникой [1].

Эпоха мускульной энергетики. Источником энергии служила хи-

мическая энергия пищи, превращающаяся в мускульную силу человека, а

позже и прирученных животных. Тепло солнца, а затем и огня использова-

лось для обогрева и бытовых нужд – приготовления пищи, выплавки ме-

таллов и т.п. В этой эпохе следует выделить период, когда мускульная сила

приумножалась с помощью простых механизмов – рычага, ворота и т.п., а

также период, когда огонь стали получать искусственно – трением. По-

следние достижение следует считать принципиально важным в истории

развития человечества. Кроме того, в течение этой эпохи так называемые

невозобновляемые энергоресурсы накапливались. Так продолжалось при-

мерно до VIII - Х веков.

Эпоха механоэнергетики. Длилась она до XVIII века. В этот период

человек стал дополнительно использовать механическую энергию возоб-

новляющих энергоресурсов – энергию речной воды и ветра. Для этих це-

лей использовались водяные колеса и ветряные крылья. Человек получил в

свое распоряжение силы, во много раз превосходящие его собственные и

силы домашних животных.

Развитие техники получения огня, использование печного отопления

позволили человеку заселять холодные климатические районы Земли.

Энергетические ресурсы в эту эпоху полностью восстанавливались, а

окружающая среда оставалась практически в первозданном виде.