Эффективное использование энергии , иногда просто называемое энергоэффективностью , является целью сокращения объема энергии, необходимой для предоставления продуктов и услуг. Например, изоляция дома позволяет зданию использовать меньше энергии нагрева и охлаждения для достижения и поддержания комфортной температуры.Установка люминесцентных ламп , светодиодных фонарей или естественных световых люков уменьшает количество энергии, необходимой для достижения такого же уровня освещенности, по сравнению с использованием традиционныхламп накаливания . Повышение эффективности использования энергии обычно достигается за счет принятия более эффективной технологии или производственного процесса или путем применения общепринятых методов снижения потерь энергии.
Есть много мотивов для повышения энергоэффективности. Сокращение использования энергии снижает затраты на электроэнергию и может привести к экономии финансовых затрат для потребителей, если экономия энергии компенсирует любые дополнительные затраты на внедрение энергоэффективной технологии. Сокращение использования энергии также рассматривается как решение проблемы сокращения выбросов парниковых газов. По данным Международного энергетического агентства , повышение энергоэффективности в зданиях , промышленных процессах и транспортировкеможет снизить потребности в энергии в мире в 2050 году на треть и помочь контролировать глобальные выбросы парниковых газов.
Энергоэффективность и возобновляемые источники энергии , как говорят, что два столпа из устойчивой энергетическойполитики и высокие приоритеты в устойчивой иерархии энергии . Во многих странах также отмечается, что эффективность использования энергии эффективна в плане национальной безопасности, поскольку ее можно использовать для снижения уровня импорта энергии из-за рубежа и может замедлить темпы сокращения внутренних энергоресурсов.
Здания являются важной областью для повышения энергоэффективности во всем мире из-за их роли крупного потребителя энергии. Однако вопрос использования энергии в зданиях не является прямым, поскольку внутренние условия, которые могут быть достигнуты при использовании энергии, сильно различаются. Меры, которые устраивают комфортные здания, освещение, отопление, охлаждение и вентиляцию, все потребляют энергию. Как правило, уровень энергоэффективности в здании измеряется путем деления энергии, потребляемой площадью пола здания, которая называется удельным энергопотреблением (SEC) или интенсивностью использования энергии.
Однако проблема сложнее, поскольку строительные материалы воплотили в них энергию . С другой стороны, энергия может быть извлечена из материалов, когда здание демонтируется путем повторного использования материалов или сжигания их для получения энергии. Кроме того, когда здание используется, внутренние условия могут меняться, что приводит к более высоким и более низким требованиям к качеству помещений. Наконец, общая эффективность зависит от использования здания: занимает ли здание большую часть времени и эффективно используется пространство — или здание в основном пустое? Было даже высказано предположение о том, что для более полного учета энергоэффективности в SEC должны быть внесены поправки, чтобы включить эти факторы.
Таким образом, сбалансированный подход к энергоэффективности в зданиях должен быть более всеобъемлющим, чем просто попытка минимизировать потребляемую энергию. Такие вопросы, как качество внутренней среды и эффективность использования пространства, должны учитываться. Таким образом, меры, используемые для повышения энергоэффективности, могут принимать разные формы. Часто они включают в себя пассивные меры, которые по своей сути уменьшают необходимость использования энергии, например, лучшую изоляцию. Многие из них выполняют различные функции, улучшая внутренние условия, а также уменьшая потребление энергии, например, увеличение использования естественного света.
Расположение и окружающая среда здания играют ключевую роль в регулировании ее температуры и освещения. Например, деревья, озеленение и холмы могут обеспечить тень и блокировать ветер. В более холодных климатах проектирование зданий северного полушария с окнами на южную сторону и зданиями южного полушария с окнами с северной стороны увеличивает количество солнца (в конечном счете тепловой энергии), входящего в здание, сводя к минимуму использование энергии, максимизируя пассивное солнечное отопление . Тесная конструкция здания, включая энергосберегающие окна, хорошо закрытые двери и дополнительную теплоизоляцию стен, подвальных плит и фундаментов, может снизить потери тепла на 25-50%. [15] [20]
Темные крыши могут стать до 39 ° C (70 ° F) более горячими, чем наиболее отражающие белые поверхности. Они передают часть этого дополнительного тепла внутри здания. Исследования в США показали, что светлые крыши используют на 40 процентов меньше энергии для охлаждения, чем здания с более темными крышами. Белые системы крыши экономят больше энергии в более солнечном климате. Современные электронные системы отопления и охлаждения могут снизить потребление энергии и улучшить комфорт людей в здании. [15]
Правильное размещение окон и световых люков, а также использование архитектурных особенностей, отражающих свет в здании, могут уменьшить потребность в искусственном освещении. Одним из исследований стало увеличение использования естественного и целевого освещения для повышения производительности в школах и офисах. [15] Компактные люминесцентные лампы используют на две трети меньше энергии и могут длиться в 6-10 раз дольше, чем лампы накаливания . Новые флуоресцентные лампы производят естественный свет, и в большинстве случаев они экономически эффективны, несмотря на их более высокую начальную стоимость, причем сроки окупаемости составляют всего несколько месяцев.
Эффективный энергоэффективный дизайн здания может включать использование недорогих пассивных инфракрасных (PIR) для отключения освещения, когда районы не заняты, такие как туалеты, коридоры или даже офисные помещения вне часов. Кроме того, уровни люкса можно контролировать с помощью датчиков дневного света, связанных с схемой освещения здания, для включения / выключения или уменьшения освещенности до заранее определенных уровней, чтобы учитывать естественный свет и, следовательно, снизить потребление. Системы управления зданием (BMS) связывают все это вместе в одном централизованном компьютере для управления освещением и потребностями всего здания. [21]
В анализе, который объединяет моделирование восходящего восходящего потока в жилых домах с экономической многосекторной моделью, было показано, что переменные тепловые коэффициенты, вызванные изоляцией и эффективностью кондиционирования воздуха, могут иметь эффекты сдвига нагрузки, которые неравномерны при нагрузке на электроэнергию. В исследовании также подчеркивалось влияние повышения эффективности домохозяйства на выбор мощности мощности, производимой энергетическим сектором. [22]
Выбор технологии использования пространства или охлаждения в зданиях может оказать существенное влияние на использование энергии и эффективность. Например, замена более старой 50% эффективной печи для природного газа с новым 95% -ным эффектом позволит значительно сократить потребление энергии, выбросы углекислого газа и зимние счета за природный газ. Наземные тепловые насосы могут быть еще более энергоэффективными и экономически эффективными. В этих системах используются насосы и компрессоры для перемещения охлаждающей жидкости вокруг термодинамического цикла, чтобы «накачать» тепло от естественного потока от горячего до холодного с целью переноса тепла в здание из большого теплового резервуара, содержащегося на близлежащем грунте. Конечным результатом является то, что тепловые насосы обычно используют в четыре раза меньше электрической энергии для обеспечения эквивалентного количества тепла, чем прямой электрический нагреватель. Другим преимуществом теплового насоса для наземного источника является то, что его можно переворачивать в летнее время и работать, чтобы охладить воздух, передавая тепло от здания к земле. Недостатком тепловых насосов наземного источника является их высокая начальная капитальная стоимость, но это обычно окупается в течение пяти-десяти лет в результате более низкого потребления энергии.