Вацлав Смил – Цифры не лгут. 71 факт, важный для понимания всего на свете (страница 34)
Но смартфон бесполезен без сети, а стоимость электрификации сетей высока и постоянно растет. Разные прогнозы дают разную скорость будущего роста (или возможную стабилизацию из-за использования инновационных устройств), но в любом случае крошечные телефоны оставляют немалый совокупный след в энергетическом балансе – и в окружающей среде.
Кому теплее в холода?
Первое впечатление часто обманчиво. Я хорошо помню, как радушно меня встретили в резиденции европейского посла в Оттаве, – и я тут же услышал, что это превосходный дом для канадских зим. Дом из настоящего кирпича и камня – а не ваши хлипкие североамериканские постройки с пустотелыми стенами! Затем хозяева быстро перешли на другие темы, а мне просто духу не хватило умалить теплоизолирующие свойства их замечательного дома.
Их ошибку легко понять. Масса и плотность говорят скорее о прочности – но не о теплоизолирующих свойствах. Кирпичная стена выглядит более солидной и надежной, чем стена с каркасом из тонкого деревянного бруса, облицованная снаружи листами тонкой фанеры и алюминиевым сайдингом, а изнутри – хрупким гипсокартоном. Рассерженный европеец не проламывает кирпичные стены.
Несколько десятилетий тому назад, когда нефть стоила $ 2 за баррель, в большинстве американских домов, построенных до 1960 г., защитой от холода служила только воздушная прослойка между фанерой и гипсокартоном. Иногда пустое пространство заполняли стружкой или нарезанной бумагой. И все же, как ни поразительно, даже эта непрочная конструкция обеспечивала лучшую теплоизоляцию, чем сплошной кирпич.
Изоляционная способность, или тепловое сопротивление, измеряется в единицах коэффициента термического сопротивления (
После того как цены на энергоносители выросли и в Северной Америке были приняты более рациональные строительные нормы, обязательным стало применение пенопласта и плит из стекловолокна – валиков, похожих на подушки, которые можно укладывать между балками деревянного каркаса. Достичь более высоких общих значений коэффициента термического сопротивления легко удавалось при помощи более широких каркасов («два на шесть»), а еще лучше было применить двойной объемный каркас, когда строится сэндвич из двух несущих конструкций, каждая из которых заполнена теплоизоляционным материалом. (В Северной Америке брус «два на шесть» – это 1,5 × 5,5 дюйма, или 38 × 140 мм.) У качественной североамериканской стены в тепловое сопротивление вносят свой вклад гипсокартон (0,5), полиэтиленовая пароизоляция (0,8), прокладки из стекловолокна (20), фибролитовая облицовка (1,3), полимерная фасадная мембрана (Tyvek ThermaWrap, 5) и обшивка досками со скошенной кромкой (0,8). Прибавив изоляционную способность внутренней воздушной пленки, получаем суммарное значение коэффициента термического сопротивления порядка 29.
Теплоизоляция стены
Улучшилась и теплоизоляция кирпичных стен. Чтобы сохранить желаемый внешний вид цветного кирпича, старую стену можно модернизировать изнутри, установив деревянные батенсы (тонкие рейки, удерживающие теплоизоляцию на месте) на внутренней штукатурке и прикрепив гипсокартон с изолирующей прослойкой и пароизоляционной мембраной – для защиты от влаги. Гипсокартон с утеплителем толщиной 2 дюйма (около 5 см) в три раза увеличивает общий коэффициент термического сопротивления, однако утепленная кирпичная стена все равно на порядок хуже защищает от холода, чем американская каркасная стена 2 × 6. Даже люди, знакомые с коэффициентами термического сопротивления, не ожидают, что разница окажется столь большой.
И все же изоляция стен в полной мере реализует свой потенциал, только если тепло не уходит через окна (см. следующую главу).
Прозрачное энергетическое решение: тройной стеклопакет
Склонность к непроверенным техническим решениям – это проклятие политики энергосбережения. Выбирайте пример: беспилотные автомобили на солнечных батареях, изначально безопасные ядерные мини-реакторы, генетически усиленный фотосинтез…
Но почему бы не начать с проверенных средств? Почему бы просто не уменьшить спрос на энергию – начиная с жилых домов и коммерческой недвижимости?
И в Соединенных Штатах, и в Европейском союзе на здания приходится около 40 % общего потребления первичной энергии (вторым идет транспорт с 28 % в США и 22 % в ЕС). Отопление и кондиционирование воздуха – это половина энергопотребления домов, и поэтому лучшее, что мы можем сделать для энергетического баланса, – это удерживать тепло внутри (или снаружи), улучшив теплоизоляцию.
Наибольший эффект эти меры дадут в применении к окнам, где энергетические потери максимальны. Иными словами, у окон максимальный коэффициент теплопередачи. Он измеряется в ваттах на квадратный метр материала, разделенных на разницу температур в кельвинах по обе стороны. Коэффициент теплопередачи одного стекла составляет 5,7–6 Вт/(м²·К); двойной стеклопакет с промежутком 6 мм (воздух плохо проводит тепло) имеет коэффициент 3,3. Покрытие, не пропускающее ультрафиолетовое и инфракрасное излучение, снижает коэффициент до 1,8–2,2, а если заполнить пространство между стеклами аргоном – до 1,1. Тройной стеклопакет и аргон позволяют получить коэффициент теплопередачи порядка 0,6–0,7. Замена аргона криптоном уменьшит его до 0,5.
Таким образом, тепловые потери уменьшаются на 90 % – по сравнению с одним стеклом. В сфере экономии энергии нет другой меры с таким эффектом, применимой в масштабе миллиардов единиц. Бонус: она действительно работает.
Следует учитывать и фактор комфорта. При наружной температуре –18 ℃ (минимальная ночная температура в январе в Эдмонтоне, провинция Альберта, – или максимальная дневная в Новосибирске) и температуре в помещении 21 ℃ температура внутренней поверхности у окна с одним стеклом составляет около 1 ℃, у окон старой конструкции с двойным стеклопакетом – 11 ℃, а у лучшего окна с тройным стеклопакетом – 18 ℃. При такой температуре вы сможете сидеть рядом с ним, не испытывая дискомфорта.
Теплоизоляция окна
У тройного стеклопакета есть дополнительное преимущество: на внутреннем стекле устранена конденсация – благодаря тому, что его температура выше точки росы. Такие окна уже повсеместно применяются в Швеции и Норвегии, но в Канаде (где низкие цены на природный газ) они могут стать обязательными только к 2030 г., и здесь, как и в других странах с холодным климатом, действующий стандарт все еще эквивалентен двойному стеклопакету с одним слоем теплоотражающего покрытия.
У «холодных» стран было много времени, чтобы узнать о теплоизоляции. Другое дело – «теплые» регионы, которым это знание нужно сегодня, когда столь широкое распространение получило кондиционирование воздуха. Особенно это актуально для сельских районов Китая и Индии, где окна с одним стеклом по-прежнему считаются нормой. Конечно, разница температур при охлаждении не так велика, как в высоких широтах при обогреве. Например, у меня дома в канадской провинции Манитоба январскими ночами холодает до – 25 ℃ и разница температур достигает 40 ℃, даже когда термостат переключен на ночной режим. И вместе с тем кондиционирование воздуха во многих регионах с жарким и влажным климатом длится гораздо дольше, чем обогрев в Канаде или Швеции.
С физикой не поспоришь, но в данном случае на первый план выходит экономика. Несмотря на то что тройной стеклопакет может стоить всего на 15 % больше, чем двойной, время его окупаемости очевидно выше, и часто говорят, что переход от двойного стеклопакета к тройному не оправдает себя. Возможно, и так, но только если не учитывать комфорт, отсутствие конденсата и, самое главное, тот факт, что тройной стеклопакет уменьшит потребление энергии на десятилетия вперед.
Почему же мечтатели предпочитают вкладывать деньги в загадочные технологии преобразования энергии, которые даже могут не сработать, а если сработают, то, скорее всего, нанесут вред окружающей среде? Что плохого в простой теплоизоляции?
Отопление: повысим эффективность
Если наши климатические модели верны и если мы действительно должны ограничить глобальное потепление до 2 ℃ (а лучше до 1,5 ℃), чтобы избежать серьезных последствий из-за повышения температуры на планете, нам придется предпринять ряд беспрецедентных шагов для сокращения выбросов веществ, содержащих углерод. Обычно всех привлекают новые технологии, которые обеспечивают большую эффективность (светодиоды) или предлагают абсолютно новые методы преобразования энергии (электромобили). В принципе, более практичным было бы сохранять энергию, но, к сожалению, нам доступно не так много способов (за исключением, как мы видели, тройного стеклопакета) распространить эту политику на сферу, которая всегда была самой энергозатратной в холодном климате: отопление домов.