В поисках энергии. Ресурсные войны, новые технологии и будущее энергетики - Дэниел Ергин

Традиционно здания строились так, чтобы удовлетворять потребность человека в крыше над головой, отоплении, защите от жары и освещении. На юго-западе страны, в таких фортах, как Аламо, стены зданий возводили из самана – кирпича воздушной сушки, чтобы в жаркие дни в помещениях было прохладно, а в холодные ночи – тепло. В городах каменные здания проектировались с утопленными окнами, чтобы в помещения попадало поменьше солнца, и с центральным внутренним двориком, чтобы внутренние помещения получали достаточно света и свежего воздуха. Но по мере того, как численность населения в городах возрастала и здания росли в высоту, а также по мере накопления знаний использовались все более сложные способы организации отопления, охлаждения, освещения и электроснабжения.

Сегодня в США жилой и коммерческий секторы (в том числе системы электроснабжения зданий) потребляют около 40 % всей производимой энергии и три четверти электроэнергии, а также выделяют значительные объемы углекислого газа. В Великобритании на жилые и коммерческие здания приходится 50 % всей потребляемой энергии. В Китае доля зданий в потреблении энергии значительно меньше, но ситуация быстро меняется, поскольку в стране ежегодно возводится не менее 10 млн новых жилищных единиц. Теперь задача не только в том, чтобы строить пригодные для жилья здания, но и в том, чтобы использовать всю поступающую в них энергию более эффективно. Это требует изучения конструкции, свойств и разницы между потенциальной эффективностью и реальностью – того, что называют разрывом в энергосбережении2.

Искусственно создаваемая погода

В течение XIX в. изобретатели и бизнесмены пытались найти способ регулирования температуры и влажности – факторов, которые могут оказывать негативное воздействие на промышленные процессы. В 1890-х гг. появились первые холодильные установки, призванные улучшить санитарные условия в индустрии переработки мяса в Чикаго. После продолжительного периода жары летом 1901 г. руководство Нью-Йоркской фондовой биржи осознало, что необходимо сделать нечто большее, чем просто разрешить биржевым трейдерам снимать пиджак. Была установлена система охлаждения воздуха, но она функционировала не очень хорошо, а воздух был влажным и некомфортным. Одного охлаждения было недостаточно, нужно было также регулировать влажность. Но как?3

Уиллис Кэрриер, 25-летний инженер из Анголы, штат Нью-Йорк, обладал неплохими познаниями в области машиностроения, математическим даром и умением мысленно представлять решения. Работая в компании Buffalo Forge Company, он помог издателю журналов найти способ регулировки влажности, из-за которой на страницах время от времени появлялись пятна типографской краски.

Но самого Кэрриера это решение не устраивало. Влажность (точнее, обеспечение определенного содержания водяного пара в воздухе) по-прежнему занимала его мысли. Как-то вечером, ожидая поезд на окутанной туманом платформе станции в Питтсбурге, он сделал открытие. Прохаживаясь по платформе, Кэрриер заметил, что, несмотря на туман, воздух довольно сухой. Он стал размышлять о природе тумана, и его, что называется, осенило.

Озарение привело к получению патента № 808897 на «устройство для обработки воздуха», которое нагревало или охлаждало воду в целях регулирования температуры и влажности воздуха, а также его очистки. Но идею «искусственного создания погоды» подняли на смех4.

Патент № 808897, однако, нашел практическое применение. Он стал основой современного кондиционера и позволил решить одну из самых трудноразрешимых бытовых проблем человечества. В 1911 г. Кэрриер представил на суд общественности формулу, которая стала «Великой хартией вольности» для индустрии кондиционирования воздуха. В 1922 г. Кэрриер установил систему кондиционирования воздуха в театре Grauman’s Metropolitan в Лос-Анджелесе. В 1924 г. система кондиционирования воздуха появилась в одном из универмагов Детройта, где в дни распродаж, когда начиналось столпотворение, некоторые падали в обморок от духоты. Первое офисное здание, оснащенное системой кондиционирования воздуха, было возведено в Сан-Антонио, штат Техас, в конце 1920-х гг. Идея кондиционирования воздуха постепенно распространилась по всему миру. В 1937 г. между Дамаском и Багдадом начал курсировать автобус с кондиционером. После Второй мировой войны Хьюстон, где лето очень жаркое и влажное, благодаря кондиционированию воздуха стал «нефтяной столицей мира» и четвертым по величине городом США. В 1950-е гг. кондиционеры стали частью стандартного набора электроприборов в домах в более теплых штатах США5.

Небоскребы, возведенные по всему миру в послевоенные десятилетия, без систем кондиционирования воздуха и центрального отопления были бы непригодными для жизнедеятельности.

Благодаря распространению кондиционирования воздуха изменилось направление развития мировой экономики и стало возможным ее расширение. Ли Куан Ю, основатель и бывший премьер-министр современного Сингапура, как-то назвал систему кондиционирования воздуха «самым важным изобретением XX в.», поскольку она позволила людям в тропических широтах работать с высокой производительностью. Министр окружающей среды Сингапура высказался более выразительно, заявив, что если бы не кондиционирование воздуха, «в Сингапуре сегодня не работали бы на высокотехнологичных заводах, а сидели бы под кокосовыми пальмами»6.

Энергия и электричество обеспечили комфорт в жилом и коммерческом секторах. Все было хорошо, пока никто не задумывался о стоимости и доступности энергии, а также о парниковых газах. Но ситуация изменилась.

По одним оценкам, потенциал повышения эффективности использования энергии в зданиях составляет 15–20 %. По другим, он намного больше – 25 % в среднем по сектору и до 50 % в новых зданиях. Но реализовать этот потенциал непросто.

«Многие считают, что все самое простое уже сделано, – сказал профессор Леон Гликсман, который основал кафедру строительных технологий MIT. – Некоторые полагают, что все проблемы уже решены и делать что-то еще нет необходимости. Это одна из самых консервативных отраслей, с которыми я когда-либо сталкивался. Исследований и разработок здесь почти нет. Индустрия сильно фрагментирована, собрать людей очень сложно – все заняты своими делами. И к тому же многие не понимают, что единственного верного решения не существует»7.

Вместе с тем сегодня в этом секторе многое меняется, изменения затрагивают и строительство здания, и его эксплуатацию, и то, как в нем живут люди.

Приоритетное направление

Изменения начались в 1970-е гг., когда возникли перебои в поставках энергоресурсов и резко выросли цены энергоносителей. Результат роста цен на энергоресурсы был ожидаемым. Зимой в отопительный период терморегуляторы устанавливались на более низкую температуру, а летом в период кондиционирования – на более высокую. Домовладельцы устанавливали окна с двойным переплетом. Государственная политика, как на федеральном уровне, так и на уровне штата, стала нацеливать людей на энергоэффективность при помощи налоговых льгот, регулирования и предписаний. Была начата «война с нерациональным использованием энергии»8.