Альтернативные источники энергии
Регулярное использование стандартных источников энергии приводит к их постепенному истощению. Причина состоит в том, что данные ресурсы формировались на протяжении длительного времени, и быстрому восстановлению не подлежат. С учетом того, что они создавались стихийно на протяжении миллионов и миллиардов лет, человечество на их пополнение рассчитывать не может.
Поэтому сейчас за основу взяты энергосбережение и энергоэффективность, о чем можно почитать в нашей статье. В этих условиях актуальным становится вопрос использования альтернативных источников энергии, преимуществом которых является их самостоятельное возобновление.
Общее представление об альтернативной энергии
Под альтернативной энергией понимаются природные явления, характерная черта которых — их регенерация. Если к невозобновляемым ресурсам относятся нефть, уголь, газ, то альтернативные варианты гораздо шире. Это многие явления природы: солнечная энергия, сила ветра, приливы и отливы.
Альтернативные источники энергии имеют большое количество преимуществ, которые состоят в следующем:
- Экологичность. Недаром они еще носят название «зеленые». Если при сжигании угля или нефти идут большие выбросы в атмосферу, то в данном случае они отсутствуют, и не загрязняется атмосфера.
- Доступность. Нет необходимости в поиске месторождений, поскольку часто альтернативные виды энергии лежат на поверхности.
- Экономия. Используемая энергия имеет очень низкую себестоимость.
Если рассматривать недостатки, то тут следует отметить зависимость от погоды и невысокий коэффициент полезного действия использования энергии.
Солнечная энергия
Солнечное излучение — мощный энергетический ресурс Земли. Правильное его использование дает возможность вести преобразование солнечного потока в тепловую и электрическую энергию. Небесное светило имеет возможность не только покрывать светом нашу планету, но и при правильном использовании излучения обеспечивать электрические сети достаточным количеством энергии.
Использование солнечной энергии ведется следующими способами:
- Освещение. Это очень эффективно проявляется при уличном освещении. Установленные беспроводные светильники используют в качестве энергии солнечный свет. Для этого, сначала, происходит его преобразование в электричество, которое на протяжении дня накапливается в аккумуляторах. В ночное время происходит его отдача.
- Отопление. Чтобы отопить дом, на крыше устанавливаются специальные панели способные поглощать солнечные лучи. Затем происходит их преобразование в тепловую энергию, с помощью которой ведется нагрев котла. Подобные панели можно использовать также для выработки электрической энергии с целью освещения помещения. Такое оборудование обеспечивает высокую степень экономии.
- Приведение в движение транспорта. В данном случае используется наиболее инновационный вариант, основанный на выработке фотоэлектрической энергии. Как результат в движение приводятся поезда, автомобили, автобусы и даже самолеты.
- Для мобильных устройств. Очень удобным вариантом является использование солнечной энергии для зарядки мобильных портативных электронных аппаратов. Для этого в телефонах, планшетах или электронных книгах устанавливаются специальные батареи способные накапливать в себе солнечную энергию, что является большим удобством для их пользователей.
Солнечное изучение относится к очень дешевому источнику энергии, поэтому ее использование является инвестированием в будущее.
Ветроэнергетика
Ветры, дующие на нашей планете, выдают столько энергии, сколько не могут обеспечить более 100 протекающих рек. Захватываемый турбинами воздушный поток преобразовывается там сначала в механическую, а затем и электрическую энергию. В качестве основного оборудования используются ветрогенераторы, состоящие из генератора, лопастей и системы управления. Вращение лопастей осуществляется под давлением воздушного потока. Подаваемая на генератор механическая сила преобразуется в электрическую энергию.
Преимущества использования передвижения воздушных масс выражаются в следующим:
- Выработка экологически чистого источника энергии. Работающее оборудование совершенно не загрязняет окружающую атмосферу.
- Низкие расходы. После установки оборудование нуждается только в обслуживании, поскольку для его работы не требуется топливо.
- Неисчерпаемость ресурса. Ветры дуют с самого начала существования планеты и этот процесс никогда не заканчивается.
К некоторому недостатку можно отнести потребность быстрого перемещения воздушных масс. Чтобы генератор работал нормально, скорость ветра должна составлять порядка 12-25 м/с и это является основным условием эффективности функционирования оборудования.
Гидроэнергетика
Движение воды обладает огромным ресурсом. Особенно это касается рек, где присутствует сильное течение. Чтобы использовать такую энергию, строятся гидроэлектростанции, в состав которых входят следующие компоненты:
- Дамба. Это земляное или каменное перекрытие, сдерживающее напор воды.
- Водозабор. Установленное на дамбе сооружение для отбора из водохранилища жидкости.
- Турбина. Механизм, вращающийся под напором воды и передающий механическую энергию на генератор.
- Генератор. Основной агрегат, производящий электрическую энергию.
Преимущества функционирования ГЭС состоят в следующем:
- Высокая экономическая эффективность и производительность. ГЭС работает без высоких эксплуатационных затрат.
- Надежность. Выражается это в способности работы ГЭС на протяжении многих десятков лет вне зависимости от изменений погоды.
- Чистота производства. При выработке энергии совершенно не загрязняется атмосфера.
- Управляемость. В случае необходимости всегда есть возможность сократить выработку электроэнергии при уменьшении на нее спроса.
Строительство ГЭС относится к сложному и дорогому процессу, но вырабатываемая электроэнергия имеет небольшую цену.
Энергия волн
Энергия волн также относится к неисчерпаемому источнику энергии, потому что их движение происходит постоянно. Волнообразование возникает под влиянием солнечных лучей, которые нагревают водную гладь, вызывая этим волнение поверхности. В дополнение к этому на величину волн влияют порывы ветра.
Для использования такого источника энергии применяются специальные установки. В состав конструкции входят камеры, нижней частью погруженные в воду, а удержание их на поверхности происходит за счет наличия поплавков, наполненных искусственным атоллом. Это буй-генератор, позволяющий аккумулировать энергию морских волн и вести дальнейшую их передачу на станцию, где она преобразовывается в электричество.
Преимущества такого оборудования выражаются в следующем:
- Монтаж конструкции возможен прямо на мостовых опорах, которые воспринимают на себя удары волн.
- Высокая эффективность. При достаточном волнении моря она выше, чем у ветрогенераторов.
Присутствие такой установки также позволяет заменить монтаж волногасителей, поскольку они представляют собой надежную преграду от движущихся валов.
Приливы
Под воздействием гравитационных сил планет и в первую очередь Луны уровень моря постоянно изменяет свое положение. Это выражается в формировании приливов и отливов, что влечет за собой появление течений, которые используются для генерации энергии. Обычно такие явления больше преобладают в прибрежных районах, поскольку там течение обладает особой силой. Именно поэтому монтаж установок ведется вдоль береговой линии. Используемое оборудование бывают 3 типов:
- Приливные турбины. Такие агрегаты представляют собой подводные мельницы. Расположенные в них турбины вращают водные потоки, а затем механическая энергия передается на генератор для выработки электрического тока.
- Приливные заграждения. Это огромные строительные конструкции, внешне напоминающие ГЭС, но больших размеров, поскольку они должны полностью перекрыть лиман или залив. Принцип действия заключается в переливе воды через плотину во время прилива и пропуска ее сквозь открывающиеся створки с вращением турбин при отливе.
- Приливные лагуны. Такие конструкции представляют собой также приливные заграждения, но меньших размеров. Фактически это электростанции, установленные на небольшой территории моря или океана.
Основным преимуществом такого возобновляемого источника энергии является его предсказуемость. Приливы и отливы будут происходить всегда, пока существует океан.
Гидротермальная энергия
На сегодняшний день геотермальная энергетика получила очень широкое распространение. Фактически данный метод открывает неограниченные возможности получения дешевого электричества. Его суть заключается в использовании тепловых источников, исходящих из недр Земли практически от самого ядра, раскаленного до температуры 3600⁰. Принцип добычи такого вида альтернативной энергии заключается в бурении скважин, через которые прорывается на поверхности тепло в виде пара, вращающего установленные турбины.
Отдельной разновидностью гидротермального источника является петротермальная энергетика, когда используется тепло сухих горных пород. Здесь за основу берутся такие данные как увеличение температурных показателей по мере отдаления от поверхности Земли. Это в среднем составляет 0,02° на метр. На отдельных участках местности при бурении скважин до 5 км температура может повыситься на 100°.
Петротермальные источники использовать намного удобнее, потому что они располагаются практически в любом месте. При этом гидротермальная энергия может быть найдена только в скрытых зонах вулканической деятельности. Это влечет за собой дополнительные трудности, связанные со сложностью доступа к источнику тепла.
При добыче гидротермальной энергии применяются следующие методы:
- Традиционный. Используется в тех случаях, когда по скважинному каналу к источнику тепла имеется прямой доступ.
- Фонтанный. За счет скопившегося в недрах земли пара излияние энергии происходит самостоятельно.
- С использованием насосных станций. Он применяется тогда, когда самостоятельный выход энергии отсутствует.
- Геоциркуляционный. Особенностью этого метода является то, что после отработки ресурса он обратно отправляется в недра Земли.
Большие запасы тепловой энергии, подаваемой на поверхность Земли, дают возможность экономить традиционное топливо, запасы которого с течением времени исчерпываются.
Биотопливо
Под биотопливом понимается биологическая масса, обработанная специальным термохимическим способом. В зависимости от своего агрегатного состояния оно бывает 3 типов:
- Твердое. Сюда относятся биотопливные брикеты. Это биоотходы, сырьем для которых является навоз или птичий помет. На основании разработанной технологии изготовление ведется путем просушки материала и дальнейшего его прессования. Другим вариантом твердого биотоплива являются гранулы, которые еще называются пеллетами. Для их производства используются отходы древесины в виде опилок, коры или щепы, а также может применяться солома.
- Жидкое. Сюда относятся такие вещества как биобутанол и биометанол, которые получаются из растительного сырья: хлопка, водорослей, рапса, сои. Полученное топливо используется для заправки двигателей.
- Газообразное. Это биогаз и биоводород. В первом случае сырьем выступают бытовые отходы, водоросли или трава. Биоводород получается путем проведения биотехнологических, биохимических или термохимических реакций.
Использование альтернативных источников энергии относится к настоятельной необходимости. Человечество с каждым годом потребляет все больше ресурсов, и этот процесс постоянно возрастает. Если сейчас не задуматься о будущем, то такое положение дел может закончиться катастрофой. Именно поэтому нужно переходить от классики до инноваций, о чем очень хорошо рассказывается в нашей работе.
Дворец здоровья
Одним из самых крупных медицинских объектов, введенных в эксплуатацию в 2023 году, стал новый лечебно-диагностический комплекс Московского клинического научного центра (МКНЦ) имени А. С. Логинова на шоссе Энтузиастов. На сегодняшний день это одно из лучших учреждений страны по оказанию медицинской помощи онкологическим больным.
Новый лечебно-диагностический комплекс МКНЦ имени А. С. Логинова был торжественно открыт 14 июня 2023 года в присутствии заместителя председателя Правительства РФ Татьяны Голиковой и мэра Москвы Сергея Собянина, который назвал его дворцом здоровья.
Многопрофильный центр
Московский клинический научный центр имени А. С. Логинова работает с 2013 года на базе ЦНИИ гастроэнтерологии и городской клинической больницы № 60. Это многопрофильное медицинское учреждение, в котором оказывают помощь по 19 направлениям с приоритетом онкологии. МКНЦ относят к шести якорным онкологическим стационарам страны, он пользуется репутацией ведущего центра абдоминальной роботической хирургии (высокотехнологичных операций на органах брюшной полости).
Старые здания МКНЦ построены в 1950–1970-х годах и не подлежат реконструкции. В связи с этим мэр Москвы Сергей Собянин принял решение о строительстве нового корпуса, которое продлилось всего три года.
«Над объектом работало более 5 тысяч человек. Это проектировщики, строители, медицинские технологи, работники сервисных и сетевых организаций, — рассказывает руководитель Департамента строительства города Москвы Рафик Загрутдинов. — Каждый из них вложил часть своей души».
«Для выполнения данной задачи с учетом новых стандартов оказания онкологической помощи потребовалась слаженная работа всей команды – руководства больницы, департамента строительства, заказчика, строителей, дизайнеров, технологов и генерального проектировщика», — добавляет Дмитрий Вишняков, директор проекта в компании «Метрополис», которое выполняло функции технического заказчика и генерального проектировщика строительства.
Новый лечебно-диагностический комплекс МКНЦ имени А. С. Логинова на шоссе Энтузиастов представляет собой 8-этажный корпус плюс подземный этаж с въездной рампой, а также два КПП со стороны шоссе. Корпус общей площадью 76 000 м2 поделен на функциональные блоки, каждый из которых занимает от одного до трех этажей. Весь комплекс состоит из 25 отделений, технологически связанных между собой.
Онкобольные здесь получают медицинскую помощь всех видов: от диагностики до высокотехнологичного лечения и реабилитации в стационарных и амбулаторных условиях. Высококвалифицированные врачи проводят лечение случаев раковых заболеваний, в том числе хирургическое.
Архитектурная концепция
В новом комплексе обеспечен комфорт как для пациентов, так и для медицинских работников.
«Мы руководствовались известным принципом Healing Architecture, что можно перевести на русский язык как "архитектура, способствующая эффективному лечению и выздоровлению"», — поясняет Штеффен Зендлер, основатель и управляющий партнер компании Sendler&Company GmbH, разработавшей архитектурную концепцию и предпроектную документацию.
По архитектурно-планировочным решениям комплекс отличается от многих больниц с их длинными темными коридорами, по которым долго ходишь в поисках нужного кабинета или палаты.
Здесь предусмотрены широкие коридоры, обеспечены наиболее короткие пути между нужными помещениями, спроектированы большие окна, чтобы максимально использовать дневной свет, обустроены уютные дворы.
«Мы понимаем, что сюда приходят люди с серьезными заболеваниями и перед врачами часто стоят очень сложные профессиональные задачи, — продолжает Штеффен Зендлер. — Поэтому нужно было организовать максимально удобное и комфортное пространство, которое дает позитивный эффект, необходимый пациентам для скорейшего выздоровления, а врачам — для того чтобы справляться со своей непростой работой».
«Нужно было не просто спроектировать новую больницу, а создать объект нового уровня, — подчеркивает Дмитрий Вишняков, — где все продумано с точки зрения архитектуры, конструкций и инженерии, и, более того, созданы особенные условия для комфорта и настроения, чтобы у пациентов изменилось отношение к посещению больницы. Ведь настоящий современный объект здравоохранения — это место, где не болеют, а выздоравливают».
Особенности проекта
Генеральный проектировщик объекта ООО «Метрополис» не только руководил процессом разработки документации, в котором было задействовано более 130 организаций, но и самостоятельно выполнил многие проектные работы.
«Компания "Метрополис" приняла участие в разработке всех стадий проекта, — рассказывает Дмитрий Вишняков, — включая сопровождение и адаптацию концепции, разработку проектной и рабочей документации, авторский надзор. Мы разработали конструктивные, инженерные решения, спецразделы, занимались проектированием внутриплощадочных сетей и организации строительства. В пиковое время над проектом трудилось более 150 специалистов нашей компании».
Из особенностей проекта следует отметить различие технологических, планировочных и инженерных решений на каждом этаже, что увеличивало количество коммуникаций и усложняло их конфигурацию. К традиционным инженерным системам добавилось медицинское газоснабжение и пневмопочта.
Первая предусматривает централизованную систему разводки кислорода, закиси азота, углекислого газа, вакуума, сжатого воздуха давлением 4,5 и 8 бар, а также централизованный отвод анестезирующих газов. В помещениях, где требуется применение медгазов, обеспечен контроль состава воздуха. При отклонении содержания кислорода от нормативного срабатывает сигнализация.
С помощью пневмопочты на 8 линий и 58 станций передаются не только документы, но и образцы биоматериалов, взятые на анализ. Это повышает оперативность работы лабораторий и общую эффективность клинической работы.
Объект проектировался с применением BIM-моделирования. Для этого использовано шесть программных комплексов.
«Общий объем информационной модели объекта составил 7 гигабайт, объем проекта 11,5 гигабайта, а количество элементов — 1,1 миллиона. Вся документация велась в среде общих данных (СОД), практически без бумаг. Это позволило более 130 организациям, задействованным в проекте, упростить коммуникацию», — отметил Рафик Загрутдинов.
Уровень детализации элементов моделей проекта на стадии рабочей документации достигает LOD 400.
Проект сыграл важную роль в развитии современных технологий разработки документации по стране в целом.
«По итогам договоренностей с заказчиком АНО "РСИ" и Департаментом строительства города Москвы проект стал пилотным по рассмотрению в BIM-модели в государственной экспертизе и получил положительное заключение», — добавил Дмитрий Вишняков.
За BIM-модели лечебно-диагностического комплекса МКНЦ им. А. С. Логинова компания «Метрополис» заняла 1-е место на VI Всероссийском конкурсе «ТИМ-ЛИДЕРЫ 2021/22» в номинации «Информационное моделирование объектов общественного назначения». И это не единственная награда, которую получил проект.
Высокие медицинские технологии
В наши дни трудно переоценить значение для здоровья человека сложной медицинской техники. Поэтому, по словам Рафика Загрутдинова, «важно было оснастить медучреждение и 18 операционных всем необходимым оборудованием экспертного класса, которое проектировщики подбирали вместе с врачами, с главными специалистами в области онкологии».
Современное оборудование позволит обеспечить эффективную диагностику и лечение стационарных и амбулаторных пациентов.
Новый лечебно-диагностический комплекс позволит лечить онкобольных с помощью лучевой терапии, раньше такой возможности у МКНЦ им. А. С. Логинова не было.
Более совершенное хирургическое лечение обеспечивается за счет оборудования операционных наркозными аппаратами, анестезиологическими мониторами и транспортными аппаратами с возможностью проводить искусственную вентиляцию легких. Также операционные оснащены уникальной системой мониторинга микроклимата для контроля бактериологической чистоты воздуха.
Для эффективной диагностики закуплены три магнитно-резонансных и пять компьютерных томографов, три рентген-комплекса (на два и три рабочих места), три ангиографические установки, две рентген-установки типа «C-дуга», УЗИ-аппараты, эндоскопическое и лабораторное оборудование.
Также новый комплекс оснащается суперсовременной патоморфологической лабораторией мощностью свыше 10 тысяч исследований в сутки, включающей отделение онкогенетики для выявления пациентов с наследственными формами рака.
Что касается амбулаторных онкобольных, то они смогут пройти все необходимые исследования и консультации, включая однофотонную эмиссионную и позитронно-эмиссионную компьютерную томографию за минимальное количество посещений.
Для всех — пациентов, их родственников и сотрудников комплекса — созданы максимально комфортные условия пребывания. Палаты оснащены многофункциональными кроватями с электроприводом, кнопками вызова медперсонала, системой кондиционирования и вентиляции, душем и санузлом. Продумано все — вплоть до специальных комнат для общения с врачами и психологами, а также уютных зон ожидания. Предусмотрена возможность совместного пребывания больных с родственниками.
«Умная» эксплуатация
«Умные» технологии эксплуатации зданий и сооружений на основе передовых IT-решений сегодня все активнее применяются в жилых домах и квартирах, не говоря уже о высокотехнологичных объектах.
В новом лечебно-диагностическом корпусе МКНЦ им. А. С. Логинова «умная» эксплуатация осуществляется за счет информационного моделирования и системы Explo-IT, разработанной компанией «Гаскар Групп».
На стадии проектирования была сформирована цифровая информационная модель объекта (ЦИМ). Затем во время строительно-монтажных работ ее дополнили, а после их окончания она была интегрирована в процессы непрерывной эксплуатации и встроена в единый технический комплекс управления инженерной инфраструктурой.
«В итоге мы получили "цифровой двойник", т. е. цифровой паспорт объекта с актуальными данными по всем инженерным коммуникациям, системам и оборудованию, — поясняет заместитель генерального директора ООО «Гаскар Групп» Александр Гелик. — Регистрация дефектов на этапе приема-передачи объекта в эксплуатацию, формирование план-графика регламентного обслуживания, управление заявками и инцидентами, а также закупками расходных материалов — лишь несколько процессов, которые были автоматизированы. ЦИМ регулярно пополняется новыми данными в ходе эксплуатации».
Система автоматизации оказалась сложной из-за масштаба объекта с множеством инженерного оборудования. Кроме того, он социально значимый и требует особого внимания к безопасности пребывания людей и бесперебойного жизнеобеспечения.
Комфортная среда
Концепция объекта подразумевает создание для него комфортной городской среды, которая должна благотворно влиять на состояние здоровья пациентов.
С этой целью ООО «Метрополис» выполнило проект благоустройства территории, уникальный по своему решению. Впервые участок, прилегающий к медицинскому учреждению, станет городским парком.
Вокруг корпуса разобьют скверы для тихого отдыха и ожидания, обустроят внутренние дворы и главную площадь, предусмотрят площадки с навесом, парковки для велосипедов и автомобилей. Персоналу комплекса создадут условия для занятий спортом и активного отдыха в свободное время. Проектом предусмотрены площадка для игровых видов спорта, тренажерная зона, столы для настольного тенниса и игры в шахматы.
Парковую зону оснастят скамейками, украсят малыми архитектурными формами, обеспечат удобными проездами для внутрибольничной логистики и тротуарами для пешеходов.
«За этот проект наша компания получила экологическую премию правительства столицы в номинации "Лучший проект комплексного благоустройства природных и озелененных территорий города Москвы"», — сообщил Дмитрий Вишняков.
Ценный опыт
Возведение уникального объекта — это всегда важный шаг в развитии строительного комплекса в целом. Наработанные в процессе создания нового комплекса МКНЦ имени А. С. Логинова технологические приемы, ноу-хау, технические решения обязательно пригодятся для реализации последующих строительных проектов.
«Опыт разработки крупного и значимого медицинского объекта дает хорошую базу для реализации других объектов в области здравоохранения. Он, безусловно, полезен и будет применяться в работе над другими масштабными проектами», — предсказал Рафик Загрутдинов.
Подтверждение его слов не заставило себя ждать.
«Опыт, полученный нашей командой проектировщиков, уже применяется для разработки документации других объектов здравоохранения, — заявил Дмитрий Вишняков, — таких как городская клиническая больница им. С. П. Боткина, ИКБ № 1, детская городская клиническая больница святого Владимира, международный медицинский кластер в Сколково, есть запросы и на создание других объектов».
Проверено наукой: сэндвич-панели ТЕХНОНИКОЛЬ Ц-XPS прослужат полвека
Экструзионный пенополистирол Сэндвич ТЕХНОНИКОЛЬ Ц-XPS может эффективно эксплуатироваться на протяжении пятидесяти лет. Такое заключение выдал по результатам испытаний НИИ строительной физики РААСН (Российской академии архитектуры и строительных наук).
Именно в НИИСФ была разработана уникальная методика для оценки долговечности и надежности различных типов полимерной теплоизоляции. Методика получила официальный статус, будучи закрепленной в ГОСТ Р 58950–2020.
Содержащийся в ГОСТ метод позволяет оценить, в течение какого срока проверяемый материал будет сохранять заявленные свойства. Эксперты измеряют, как меняются теплофизические характеристики полимерной теплоизоляции (теплопроводность в сухом состоянии, эксплуатационная теплопроводность, термическое сопротивление) в ходе эксплуатации. Для этого они моделируют экстремальные условия, в которых применяется полимерная теплоизоляция.
Метод достаточно прост и прозрачен: образцы материала многократно проходят циклы, симулирующие климатические воздействия. Образцы опускают в воду. В увлажненном виде их сначала замораживают, а потом дают оттаять. Два таких цикла, включающих замораживание и оттаивание, приравниваются к году эксплуатации утеплителя.
Плиты Ц-XPS прошли испытания, имитирующие эксплуатацию на протяжении 15, 30 и 50 лет. Сэндвич-панели ТЕХНОНИКОЛЬ Ц-XPS сохранили свои теплофизические характеристики на заявленном уровне. Ученые НИИСФ РААСН подтвердили: срок эффективной эксплуатации материала составляет 50 лет.
В ТЕХНОНИКОЛЬ долговечность считается одним из главных показателей выпускаемых компанией материалов. «Для нас дело принципа, чтобы срок эксплуатации материалов соответствовал сроку «жизни» сооружений, в которых они используются, — объясняет Дмитрий Михайлиди, Директор по развитию направления «Полимерная Изоляция» ТЕХНОНИКОЛЬ. — Сэндвич-панели ТЕХНОНИКОЛЬ Ц-XPS используются в строительстве и капитальном ремонте, включая такие ответственные участки, как утепление крыш под наплавляемой рулонной гидроизоляцией, теплоизоляция парапетов и чердаков. Все эти участки не прощают промахов. Мы гордимся тем, что панели Ц-XPS заслуженно получили такую высокую оценку экспертов. В надежности и долговечности материала можно не сомневаться».