 |
Анализ методов определения состояния форм энергии
|
|
|
|
энергосбережение энергоэффективность сложная система
Классическая механика (физика) и теплотехника, включая рассмотрение недеформируемого и деформируемого тела, предполагают одновременное удовлетворение 22 гипотезам и 13 принципам, которые ограниченно описывают состояния модели изолированной системы для равновесных процессов.
Механика сплошной среды и линейная термомеханика предполагают одновременное удовлетворение 9 гипотезам и 7 принципам.
Методы (CM and TM) позволяют рассматривать консервативные системы в замкнутом состоянии (закрытые системы) методами линейной термодинамики для равновесных и стационарных процессов.
Открытые системы и энергодинамика предполагают удовлетворение 2 гипотезам и 9 взаимосвязанным принципам.
Гипотеза - предполагаемое направление решения задачи (может быть заведомо ложной и/или истинной).
Принцип - основное полагающая истина, начало.
Полностью удовлетворить одновременно всем гипотезам в любом из методов не представляется возможным. В случае полного удовлетворения всем гипотезам, получаем пустое множество. При неполном удовлетворении получаем системные ошибки и неудовлетворительные решения.
Для эволюции системы число принципов должно быть больше числа гипотез.
В Природе изолированные и закрытые системы практически не встречаются и, поэтому, результаты расчетов методами классической механики и технической теплотехники (как и расчеты, методами механики сплошной среды и линейной термодинамики) всегда будут отличаться от фактических объемов энергии реальной системы.
Классическая механика представлена системой, в фундаменте которой находится закон сохранения импульса, остальные законы (например, закон динамики Ньютона) являются конкретизацией закона сохранения.
|
|
|
Системы, рассматриваемые классической физикой (механика Ньютона), относятся к простым системам,- отличаются однородностью, линейностью и устойчивостью протекающих процессов.
Эволюция простой системы позволяет иметь часть информации и по любому моментальному состоянию однозначно предсказать будущее и восстанавливать прошлое в условиях обратимости во времени. Рассмотрение простых систем не решает вопросов эволюции сложной системы.
Теория открытых систем рассматривает процессы неоднородные, нелинейные, неустойчивые, имеющие необратимый характер. OS характеризуются неопределенностью и непредсказуемостью.
Энергодинамический метод исследования состоит в рассмотрении энергетической стороны любого явления и приложении к ней общей теории процессов переноса и преобразования энергии.
Здания с источниками поставки отдельных форм энергии является частью системы, в основной состав которой входит среда. Поэтому для форм энергии необходимо рассматривать не здания, а систему в целом при действии стохастических интенсивных переменных состояния.
Основные принципы общей теории систем[13]:
целое есть нечто большее, чем сумма частей (тем более, одной части);
целое определяет природу частей;
части не могут быть познаны при рассмотрении их вне целого;
части находятся в постоянной связи и взаимодействии.
системная сложность не подлежит упрощению или исследованиям путем сведения целого к его составляющим;
формулировки, принятые в классической физике плохо подходят к изучению систем являющихся открытыми;
не следует противопоставлять содержание объекта его структуре, так как свойства, не отраженные в структурной модели, могут быть описаны как функции микроструктуры объекта.
В настоящее время принято считать, что для системы и среды является безразличным вид источника формы энергии. По определенному объему формы энергии считается, что можно заменять первичные источники локальными и или альтернаторами (например, солнечными батареями на поверхности здания или источниками ветроэнергетики).
|
|
|
Для системы в целом такие замены являются не безразличными, так как остаются вопросы распределения по видам (шестой уровень) энергии и проблемы, связанные с изменением диссипативной и связанной энергий неравновесного состояния.
С точки зрения энергодинамической системы физических величин и понятий (ЭСВП) [9-11] проблемы, рассматриваемые в части энергообеспечения зданий и сооружений, относятся к пятому уровню иерархической структурной схемы (по формам энергии системы). Рассматриваемые проблемы не являются системными и не исследуются связи с другими формами энергии и взаимодействия тела (здания) со средами. Не исследуются состояние видов энергии отдельных форм движения, перераспределения, которые происходят между видами энергии отдельных форм движения. Т.е. считается, достаточно в существующей системе на 5 иерархическом уровне добавить (заменить) источник одной или двух формы энергии (электрической и тепловой), то решится вопрос энергосбережения и энергоэффективности. Считается, что общая энергия открытой системы останется постоянной и не произойдет перераспределений форм движения энергии на шестом иерархическом уровне.
При подходе к решению проблемы методами классической механики и теплотехники:
не рассматривается система (среда плюс здание), а рассматривается отдельно не связанные со средами здания методами классической механики (в части прочности и деформативности) и методами теплотехники (линейной термодинамики с исключением из исследований среды).
Система в классической механике считается изолированной. Термодинамические (электромагнитные) процессы - линейные, стационарные. Процессы считаются обратимыми во времени. Нестационарные, необратимые процессы не рассматриваются.
Здания и сооружения взаимодействуют с детерминированными нагрузками (в Природе действуют нагрузки стохастические). Характеристики зданий, элементов и оборудования инженерного обеспечения определяются соответствующим видом формы энергии на основе принципов экстремума. Максимальная работа внутренних сил соответствует полной механической энергии, обеспечивающий соответствующий уровень характеристик здания в течение срока службы. Инженерные подсистемы здания по видам форм энергий (тепловая, электрическая) определяются, как и механическая энергия, как сумма максимальных значений (с коэффициентом запаса) по каждому виду энергии. Подход не учитывает возможность перераспределения между видами энергий и влияние перераспределения на общую энергию системы.
|
|
|
Отсюда можно сделать выводы:
содержание документов [2-7] не соответствует процессам эволюции сложных систем.
Документы предусматривают применение неэффективных конструкций зданий, развитие энергетического кризиса и развитие негативных антропогенных процессов.
Документами рассматриваются здания, т.е. выделенная часть подсистемы (простая система), вместо рассмотрения сложной системы (среды, в том числе люди, плюс объекты, включая оборудование функционального назначения и подсистемы инженерного обеспечения);
вопросы, поднимаемые в документах [1-7] не связаны с решением проблем энергетического кризиса;
вопросы по [1-7] относятся к декларации общих задач (уменьшение нагрузки на первичные энергетические сети, автоматизации процессов контроля и потребления энергии, улучшение качества материалов);
вопросы по [1-7] не решают проблемы энергосбережения и энергоэффективности, так как рассматривают простые консервативные системы или в большинстве случаев рассматривают тела в системах;
любой вид паспорта (в том числе, энергетический) относится к эксплуатационной документации (взаимодействия проектировщика и заказчика).
Вопросы требований к составу документации на сложную систему (а не объект в системе) отражаются:
тактико-техническими характеристиками системы;
общими техническими требованиями на систему.
использование в системах альтернаторов, или материалов с улучшенными характеристиками должно обосновываться исследованиями сложной системы (величины форм энергий объектов в простой системе определены теориями с большим числом гипотез, которые не выполняются по отдельности и вместе);
|
|
|
известно, что классическая физика (времен Аристотеля и Ньютона) неприменима для рассмотрения неравновесных термодинамических систем с необратимыми процессами, но на практике постоянно методами классической физики определяются функции состояния реальных систем, в которых:
нагрузки и воздействия принимаются по статистическим данным прошедших периодов (принцип обратимости во времени);
характеристики материалов и оборудования, феноменологические детерминированные, не изменяемые во времени (оценка работоспособности по выборочным статистическим материалам прошлых периодов);
определение характеристик прочности (полная механическая работа) и объема потребляемой энергии (теплотехника) в настоящее время определяются из состояния простой системы в место того, чтобы рассматривать общую энергию системы (сумма полной механической и внутренней энергий системы);
не учитываются процессы обмена веществом и химических превращений при использовании композиционных материалов в условиях антропогенного воздействия на внешнюю и внутреннюю среду здания (химических превращений веществ от переменного количества людей, рассеяния компонентов композиционных материалов с учетом изменения структуры);
состав энергетических паспортов (документами [7]) также является неполным, так как:
не учитывает необратимые процессы в системе;
не рассматривает набор условий медицинского характера, которым должны удовлетворять здания (здания возводятся для людей, а простое пребывание людей в помещениях с композитами и рассеивающимися характеристиками бывает опасно для здоровья).
Из так называемого «энергетического кризиса» есть единственный рациональный выход, - переход на рассмотрение состояний открытых систем в условиях энергодинамики состояний системы или для особо важных объектов с большим числом посетителей методами энергокинетики.
Литература
1. Государственная программа Российской Федерации «Энергосбережение и повышение энергоэффективности на период до 2020 года», http:// ruspromenergo. narod. ru / poryadoc.../
. С.П.Коваль. О планах повышения энергоэффективности зданий в Евросоюзе и России. http:// portal - energo. ru // 2012
. Закон РФ «Об энергосбережениях» №28-ФЗ от 03.04.96 г.;
. постановление Правительства РФ № 1087 от 02.11.95 г. «О неотложных мерах по энергосбережению»;
.Указ Президента РФ №472 от 07.05.95 г. «Основные направления энергетической политики Российской Федерации на период до 2010года»;
|
|
|
.Федеральная целевая программа «Энергосбережение России», принятая постановлением Правительства РФ №80 от 20.01.98 г;
.Указ Президента РФ №889 от 06.04.2008 г. «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики»;
. Федеральный закон РФ №261-ФЗ от 23.11.2009 г «Об энергосбережении и повышении …»;
. Федеральный закон РФ №197-ФЗ от 11.07.2011 г. «О внесении изменений в ФЗ №261-ФЗ…».
. Ограниченная номенклатура нормативных документов федерального значения: СНиП 10-01-94*; СНиП 23-01-99, СНиП 2.08.01-99, ГОСТ 30494-96 и нормативные документы предыдущих лет с пролонгированным сроком действия.
11. U.S. Department of Energy. 2005. «Building Technologies Program Research, Development, Regulatory and Market Introduction Plan: Planed Activities for 2006-2011.» www.eere.energy.gov/buildings/ <http://www.eere.energy.gov/buildings/>
12. Energy Information Administration.2006. Annual Energy Outlook 2006.
. AHRAE IESNA Standard 90.1-2004 (Energy Standard for building Except Low-Rise Residential Building).
14. Директивы Европейского парламента и Совета Европейского Союза, например, 2002/91/EС от 16.12.2002, 2010/31/ЕС от 10.05.2010.
. В.А. Эткин. Энергодинамика (синтез теорий переноса и преобразования энергии). СПБ. Наука, 2008.
. И.Ш. Коган. Систематизация и классификация определений и дополнений к понятию «энергия». Автоматизация и IT в энергетике (журнал АВИТЭ). 2-3.с.с. 56-63, 2009.
. И.Ш. Коган. Обобщение и систематизация физических величин и понятий. Хайфа. 207 с., 2006.
. В.А. Эткин. Термодинамика неравновесных процессов переноса и преобразования энергии. Саратов. СГУ, 1991
. Ю.Л. Климонтович. Статистическая теория открытых систем. Т1,Т3.М., Янус-К.,1995,2001
. L.Von Bertalanffy. General System Theory, General Systems, 1,2. 1956
|
|
|
