Дэвисе (Калифорния) разработала «белый капюшон» — мелкий пруд на крыше под слоем изоляции из белого пеноматериала. В течение дня тепло здания переносится в воду. Ночью небольшой насос разбрызгивает воду в воздух, так что она охлаждается — две трети путем излучения и только одна треть путем испарения. Холодная вода стекает затем обратно тонкими струйками через трещины между изолирующими панелями и остается прохладной под ними. Электропитание насоса составляет лишь несколько процентов от сэкономленной энергии, идущей на охлаждение. Дополнительные капитальные затраты равны нулю, отчасти потому, что оболочка крыши служит в несколько раз дольше, будучи защищенной сверху слоем воды от озона, ультрафиолетового излучения, температурных колебаний, хождения по крыше и других неблагоприятных воздействий. Сочетание «белого капюшона» с использованием дневного света могло бы сэкономить более 90 % всей энергии в многочисленных одно- и двухэтажных зданиях с плоской крышей в западной части США при повышенном комфорте и без каких-либо дополнительных строительных затрат.
Другой пример пассивных методов — ледяные бассейны, сохраняющие зимнюю прохладу на протяжении всего лета. Это может быть просто холодный талый снег под слоем соломы. Талая вода при температуре замерзания просто прокачивается насосом по зданию. Для этого нужны лишь несколько процентов энергии, которая иначе потребовалась бы для охлаждения здания. В местах, где есть свободные участки, данный метод может обеспечить экономию даже в такой климатической зоне, где мороз зимой стоит только неделю или две.
Альтернативное охлаждение
Остальную работу в любой части света могут обеспечить три основных альтернативных метода охлаждения. Абсорбционное охлаждение и осушение, связанные с проблемой влажности, достигаются не вращающимся валом, а теплом от сжигания топлива, электрическим генератором, технологическим процессом или коллектором солнечного излучения. Испарительное охлаждение может подавать прохладный влажный или сухой воздух в помещение при довольно низких температурах. Хорошо рассчитанное охлаждение, обеспечиваемое небольшим вентилятором, потребляет скромные количества воды и совсем мало энергии.
Особенно эффективно сочетание методов. Например, осушитель сначала высушивает и нагревает воздух (даже во влажном климате), затем испарительный охладитель прямого действия охлаждает воздух путем испарения в него воды, после чего в теплообменнике прохладный влажный воздух преобразуется в прохладный сухой. Если сухость воздуха достаточно высока, можно испарить немного больше воды, он будет еще более холодным, но не настолько влажным, чтобы вызвать дискомфорт. В другой комбинации отработанное тепло работающего на газе абсорбционного охладителя используется для осушителя, который делает процесс продуктивнее и эффективнее.
В первом эксперименте ACT2 был переоборудован участок научно-исследовательских отделений Тихоокеанской газовой и электрической компании в Сан-Рамоне (Калифорния). Площадь участка — 1900 квадратных метров, он оснащен эффективными лампами, усовершенствованной оргтехникой и окнами с несколько улучшенной изоляцией, устраняющей сквозняки. Все это сократило необходимость охлаждения наполовину. Затем система охлаждения была заменена испарительным охладителем косвенного действия, в дополнение к которому лишь на 5—10 % времени включался очень маленький, специально сконструированный, весьма эффективный охлаждающий аппарат. Коэффициент полезного действия конструкции, вероятно, поставил мировой рекорд: только 0,14 кВт/т, или 25 единиц охлаждения, даваемых за каждую единицу потребленного электричества. Австралийский инженер, сконструировавший систему, уверен, что в следующий раз он сделает ее еще лучше. Данные по текущему контролю пока не поступали, но комфорт стал намного ощутимее. Переход от первоначально установленных на крыше блоков с расходом 2,0 кВт/т к 0,14 кВт/т сократил потребление энергии на единицу охлаждения на 93 %. Поскольку необходимый объем охлаждения также был уменьшен вдвое, общее сокращение идущей на охлаждение энергии, предназначенной для здания с поэтическим названием «Закат Солнца», достигает 97 %. По мере того, как старая оргтехника постепенно будет заменяться более эффективным оборудованием, нынешнее двукратное сокращение охлаждающих нагрузок составит две трети. Это увеличит сбережение энергии на охлаждение с 97 до 98 % — в климатической зоне, где столбик термометра поднимается до 38 °C.
Сверхэффективное охлаждающее кондиционирование воздуха
После первых четырех этапов традиционное кондиционирование для создания комфорта больше не понадобится. А если оно где-то все же будет использоваться, его можно сделать в несколько раз более эффективным при уменьшенных капитальных затратах.
По проекту ACT21992 г. Калифорнийская государственная автомобильная ассоциация построила в Антиохии новый офис, сэкономив три четверти всей энергии, разрешенной самым строгим энергетическим стандартом страны. В то же время комфорт и благоустройство здесь просто исключительны, и это самый дешевый офис, который когда-либо построила ассоциация. Кондиционер на 40 % более эффективен, чем обычный агрегат, устанавливаемый на крыше, а при частичной нагрузке работает даже лучше. Тепловая нагрузка также уменьшена примерно вдвое благодаря использованию дневного света, суперокон, более эффективных осветительных приборов и офисного оборудования. Проектировщики не захотели избрать самый эффективный вариант («белый капюшон» плюс застекленная крыша), который вероятно, сэкономил бы более 90 % при еще меньшей стоимости. Но и достигнутые 72 % экономии — неплохой результат.
Органы управления и запасы
Какая бы ни использовалась конструкция, если она не является полностью пассивной, ею нужно управлять. Более совершенные регуляторы и программное обеспечение обычно экономят еще 10–30 % остающегося энергопотребления, сбережения за счет управления могут даже возрасти примерно до 50 %. Обязательное условие при этом — тщательная подготовка обслуживающих здание операторов на компьютерном тренажере, аналогичном тем, на которых обучают авиапилотов. Без такой помощи в больших зданиях одной интуицией операторов не обойтись.
Иногда сэкономить энергию могут также запасы охлажденной воды или льда. Это определенно сберегает электроэнергию в периоды пиковой нагрузки, когда коммунальные службы повышают плату за электроэнергию.
Приумножение сбережений
Последовательные сбережения не складываются, они умножаются. Каждое сбережение оставляет меньше энергии, которую можно сэкономить дальнейшими мероприятиями. Но сбережения на самом деле быстро накапливаются. Предположим, например, что вы экономите:
• 70 % объема требуемого охлаждения путем установки лучшей изоляции, усовершенствованных окон, осветительных ламп и т. д. (примерно две трети, что находится в пределах между реальной и заниженной величиной);
• 20 % потребности в охлаждении путем расширения условий, в которых люди чувствуют себя комфортно (разумная и часто заниженная оценка);
