Природные катаклизмы, происходящие по всему миру, все чаще заставляют ученых задуматься о негативном воздействии жизнедеятельности человека на климат. В первую очередь это касается выбросов в атмосферу диоксида углерода, главного продукта горения углеводородов в процессе выработки тепла и энергии. Ситуация становится настолько критической, что, по некоторым оценкам, глобального потепления с массовым таянием ледников, потопом и удушливой жарой следует ожидать уже к 2050 г. В качестве рекомендаций ученые призывают немедленно сократить выбросы парниковых газов, в идеале полностью их исключить. Многие страны уже включились в эту борьбу, в т.ч. и Россия [3, 4]. Особенных успехов добились страны Евросоюза, в первую очередь Германия, где внимание к энергоэффективным технологиям в промышленности и в быту закреплено законодательно. Путей решения указанной проблемы, как говорят работники сельскохозяйственной отрасли, существует два: более мягкий экстенсивный и радикальный интенсивный. Первый заключается в сокращении энергопотребления путем усиления теплоизоляции здания и трубопроводов, понижении температуры в помещении в ночное время и в отсутствии хозяев, выключения света в помещениях, где никого нет, замене ламп накаливания на галогенные и люминесцентные и т.п. Второй путь подразумевает поиск дополнительных источников энергии, использование которых не наносит вреда окружающей среде. Это возобновляемые энергоносители (вода, грунт, ветер, солнце) и утилизация скрытого запаса энергии в привычных технологиях (конденсационная техника, метантенки, вентиляционное тепло). Во всех случаях нагрузка на окружающую среду будет различной, от экономии нескольких процентов (конденсация, вытяжка) или «непричинения вреда» (биотопливо), до почти 100 %-й экологичности (ветряк, приливная энергетика) и даже некоторой пользы (метантенки). Полностью «зелеными» указанные технологии, к сожалению, все равно не является, поскольку их производство само по себе достаточно ресурсо и энергоемкое, даже в самых совершенных устройствах нередко содержатся, хотя и в незначительных количествах, вредные для окружающей среды химические элементы. Например, при изготовлении солнечных батарей используется кремний, при выработке которого необходимы такие ядовитые вещества как хлор, свинец, кадмий, мышьяк. С другой стороны, производство оборудования для традиционного топлива тоже не безвредно, и с этой точки зрения лучше уж, чтобы в результате выходило чтото более экологичное. Немцы подсчитали, что 20 %-е сокращение выбросов парниковых газов в атмосфер ук 2020 г. — задача вполне посильная, достаточно совместить указанные выше способы энергосбережения во всех трех вредных для природы аспектах жизнедеятельности: производство, транспорт и выработка тепла и электроэнергии для зданий. Немецкое законодательство обязывает архитекторов и строителей при проектировании новых строений закладывать определенную долю энергии из нетрадиционных источников (подробнее об альтернативной энергетике [1–6]). Рассмотрим, какие нормативы для них установлены.Практически любая установка, за исключением солнечных коллекторов, должна обеспечивать здание теплом и/или горячей водой как минимум наполовину. Для гелиоэнергетических систем сделаны поблажки в виде 15 %го порога, вероятно, ввиду их достаточно низкого КПД. «Льготу» получили и установки когенерации на биогазе (30 %). Термические солнечные установки Солнечный коллектор (не путать с солнечными батареями на фотоэлементах, преобразующих солнечное электромагнитное излучение в электрический ток) оснащен поглощающей пластиной (теплоприемником), которая задерживает солнечный свет и преобразует лучистую энергию солнца в тепловую, которую передает находящемуся в трубках теплоносителю. Такие установки можно использовать для отопления дома и нагрева санитарной воды. Причем современные солнечные коллекторы работают не только в жаркий солнечный день, они способны достаточно эффективно функционировать и зимой, и при рассеянном свете. По немецким нормативам, вырабатываемое такой установкой тепло должно покрывать как минимум 15 % потребностей здания в тепле при минимальном годовом запасе накапливаемой коллектором энергии (годовой выработке) 525 кВт⋅ч/м2. Это примерно означает, что на один квадратный метр отапливаемой площади небольшого дома (на одну-две семьи) приходится 0,04 м2 площади поверхности коллектора. Для больших домов достаточно 0,03 м2 на квадратный метр полезной площади. При использовании солнечного коллектора для нагрева санитарной воды установлены следующие нормативы по объему буферной накопительной емкости на квадратный метр площади коллектора: 40 л для плоских моделей при минимальной площади поверхности коллектора 9 м2 и 50 л для вакуумных моделей при минимальной площади коллектора 7 м2.Для того, чтобы владельцы, желая сэкономить на недешевом оборудовании, не приобретали низкокачественные панели, все коллекторы должны иметь маркировку SolarKeymark, европейский знак качества для приборов, использующих солнечную энергию. Допустима установка лишь испытанных модификаций, а именно вакуумных или плоских. Новые, недостаточно изученные разработки типа солнечного пруда (водоем, поглощающий и аккумулирующий тепло солнечной радиации) не то чтобы не поощряются, то субсидию владелец от государства не получит. Биотопливо Под биотопливом подразумевается достаточно широкий диапазон твердых, жидких и газообразных веществ, получаемых из биологического сырья. Твердое биотопливо — это специально выращенная древесина и отходы сельского хозяйства (например, зернового производства), лесоперерабатывающей, деревообрабатывающей промышленности в виде опилок, стружек, щепы, брикетов, пеллет. При сгорании древесина выделяет столько же углекислого газа, сколько растение поглотило в период роста, поэтому такие топливо принято считать нейтральным по отношению к окружающей среде. Немецкие нормативы устанавливают минимальный уровень КПД 89 % для котлов мощностью до мегаватта. Из недостатков твердого биотоплива следует отметить жесткие требования к условиям его хранения в смысле влажности: всетаки древесина склонна к отсыреванию. Существуют также нормативы по составу гранул, в соответствии с которыми выделяют несколько сортов по количеству выделяемой ими тепловой энергии. Сырьем для их изготовления могут быть опилки, щепа, стружка и другие отходы деревообработки. В состав пеллет также может входить торф и измельченная древесная кора, а также лузга, шелуха, солома. Гранулы производятся без химических закрепителей под высоким давлением. Жидкое биотопливо вырабатывается из сахарного тростника, кукурузы, сои, подсолнечника, арахиса, плодов масличной пальмы и даже из отработанных растительных масел (например, после фритюрницы). В настоящее время налажено производства биодизеля первого поколения, получившего название FAME (Fatty Acid Methyl Ester — метиловые эфиры жирных кислот). Для его использования требуются специальные, высококачественные котлы (как правило, с технологией конденсации), трубопроводы и емкости для хранения ввиду повышенного содержания кислот, способных разъедать металл, и кислорода, выводящего из строя горелку и форсунки. Для обычных котлов жидкое биотопливо можно применять лишь в очень разбавленном состоянии, а именно не более 5 % от всего объема потребляемого дизеля. В настоящее время ведется разработка биодизеля второго поколения BTL (Biomass to Liquid), синтетического топлива с заданными характеристиками, получаемого путем пиролиза различной биомассы. Основным преимуществом такого дизеля является возможность его повсеместного использования как в чистом, так и в смешанном виде, но дальше лабораторных исследований дело не пошло. Оборудование, работающее как на твердом, так и на жидком биотопливе, должно покрывать не менее половины всех тепловых потребностей немецкого здания. Существует также биогаз, продукт сбраживания в метантенках органических отходов животноводства, мясного, рыбного, молочного производств, выработки того же биодизеля, канализационных стоков, специально выращенных энергетических культур, а также водорослей [1]. Получившееся газообразное соединение представляет собой смесь метана и диоксида углерода. Использование биогаза, согласно немецким законам, допускается лишь для центральных когенерационных установок, вырабатывающих как тепло, таки электроэнергию. Минимально допустимая доля участия этого оборудования в отопительной системе здания равна 30 %. Тепловой насос Говоря об альтернативной энергетике, нельзя не остановиться на тепловом насосе, чрезвычайно компактном приборе, способном действительно получать энергию «из воздуха». Ну или из воды, смотря какой насос. Подробно о типах тепловых насосов рассказывалось в [6], поэтому остановимся лишь на немецких предписаниях [7]. Для геотермальных «грунт/вода» (будь то зонд или коллектор) и скважинных «вода/вода» энергоэффективность COP должна составлять не менее 4,0 при установке в новостройке и 3,7 для старых реконструируемых зданий. Если термическое состояние почвы и воды в недрах Земли и даже вблизи поверхности круглый год практически неизменное, температура воздуха колеблется весьма существенно, поэтому нормативный немецкий COP тепловых насосов «воздух/вода» установлен на уровне 3,5 для новостроек и 3,3 — для модернизированных строений. Теплоизоляция Естественно, внедрение экономных отопительных систем даст незначительный эффект, если тепло будет плохо удерживаться в доме. В связи с этим здания получили энергетические паспорта с рекомендациями по утеплению. Типовые рекомендации [2] предусматривают теплоизоляцию стен толщиной 6–8 см, крыши — не менее 20 см, подвала — не менее 6 см. В зданиях старой постройки подобные нехитрые меры могут разом увеличить экономию в двачетыре раза, т.е. итоговые затраты составят 25–50 % от первоначальных. Если и без того экономные немцы рассчитывают, внедряя описанные выше технологии, сократить выбросы парниковых газов на 20 %, что уж говорить о России, где затраченную энергию традиционно никто не считает: сквозные щели в наружных стенах в палец толщиной в панельных домах ранней постройки никого не удивляют, работающие термовентиль на радиаторах относятся скорее к экзотике, чем к норме, уезжающие в отпуск владельцы квартир оставляют включенным свет на кухне (как будто «кто-то дома»), погодозависимая автоматика даже для большой системы отопления ставится далеко не всегда. Очевидно, что сами по себе люди не захотят или просто не смогут тратить деньги на замену оборудования, утепление и т.д. и фактически ухудшать свои жилищные условия (спать в холоде, находится в темноте). Поэтому внедрение энергосберегающих технологий — задача прежде всего государства, которое должно, по примеру европейских стран, взять заботу о климате в свои руки, вводя соответствующие законы, поощряя сознательность граждан и во многих случаях проводя необходимую реконструкцию зданий из бюджетных средств. 1. Мокринская Г. Метантенки — утилизация отходов с пользой // Журнал «С.О.К.», №5/2009. 2. Энергосбережение в жилищном фонде: проблемы, практика и перспективы. Справ. — Berlin: Deutsche EnergieAgentur GmbH (dena), 2009. 3. Милова Л. Германия: госпроект «Энерго и ресурсосбережение» // Журнал «С.О.К.», №2/2009. 4. Милова Л. Энергосбережение: немецкий опыт // Журнал «С.О.К.», №9/2010. 5. Egger R. 2009: Gesetze zur Nutzung erneuerbarer Energien // FFE HeizungsjournalSpecial, №1–2/2009. 6. Милова Л. Тепловые насосы для водяных систем отопления и горячего водоснабжения // Журнал «С.О.К.», №4/2009. 7. Richtlinien zur Forderung von Massnahmen zur Nutzung erneuerbarer Energien im Wärmemarkt. V. 20. Feb 2009. Издво Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit. Im Auſt rag Dr. Urban Rid.