что такое энергоэффективность видеокарты

Энергоёмкость теплоаккумулятора

Теплоёмкость — количество теплоты, поглощаемой телом при нагревании его на 1 °С. В зависимости от того, к какой количественной единице относится теплоёмкость, различают массовую, объёмную и молярную теплоёмкость.

Массовая удельная теплоёмкость, также называемая просто удельной теплоёмкостью — это количество теплоты, которое необходимо подвести к единице массы вещества, чтобы нагреть его на единицу температуры. В СИ измеряется в джоулях, деленных на килограмм на кельвин (Дж·кг−1·К−1).

Объёмная теплоёмкость — это количество теплоты, которое необходимо подвести к единице объёма вещества, чтобы нагреть его на единицу температуры. В СИ измеряется в джоулях на кубический метр на кельвин (Дж·м−3·К−1).

Молярная теплоёмкость — это количество теплоты, которое необходимо подвести к 1 молю вещества, чтобы нагреть его на единицу температуры. В СИ измеряется в джоулях на моль на кельвин (Дж/(моль·К)).

Моль — единица измерения количества вещества в Международной системе единиц. Моль есть количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг.

На значение удельной теплоёмкости влияет температура вещества и другие термодинамические параметры. К примеру, измерение удельной теплоёмкости воды даст разные результаты при 20 °C и 60 °C. Кроме того, удельная теплоёмкость зависит от того, каким образом позволено изменяться термодинамическим параметрам вещества (давлению, объёму и т. ); например, удельная теплоёмкость при постоянном давлении (CP) и при постоянном объёме (CV), вообще говоря, различны.

Переход вещества из одного агрегатного состояния в другое сопровождается скачкообразным изменением теплоёмкости в конкретной для каждого вещества температурной точке превращения — температура плавления (переход твёрдого тела в жидкость), температура кипения (переход жидкости в газ) и, соответственно, температуры обратных превращений: замерзания и конденсации.

Удельные теплоёмкости многих веществ приведены в справочниках обычно для процесса при постоянном давлении. К примеру, удельная теплоёмкость жидкой воды при нормальных условиях — 4200 Дж/(кг·К); льда — 2100 Дж/(кг·К).

Исходя из приведенных данных можно попытаться оценить теплоемкость водяного теплоаккумулятора (абстрактного). Предположим, что масса воды в нем равна 1000 кг (литров). Нагреваем ее до 80 °C и пусть она отдает тепло, пока не остынет до 30 °C. Если не заморачиваться тем, что теплоемкость различна при разной температуре, можно считать, что теплоаккумулятор отдаст 4200 * 1000 * 50 Дж тепла. То есть энергетическая емкость такого теплоаккумулятора составляет 210 мегаджоулей или 58,333 киловатт-часов энергии.

Если сравнить эту величину с энергетическим зарядом обычного автомобильного аккумулятора (720 ватт-часов), то видим, что для энергетическая емкость рассматриваемого теплоаккумулятора равна энергетической емкости примерно 810 электрических аккумуляторов.

Удельная массовая энергоемкость такого теплоаккумулятора (даже без учета массы сосуда, в котором собственно будет храниться нагретая вода, и массы теплоизоляции) составит 58,3 кВт-ч/1000 кг = 58,3 Вт-ч/кг. Это уже получается поболее, чем массовая энергоемкость свинцово-цинкового аккумулятора, равная, как было подсчитано выше, 39 Вт-ч/кг.

По приблизительным подсчетам теплоаккумулятор сравним с обычным автомобильным аккумулятором и по объёмной удельной энергоёмкости, поскольку килограмм воды — это дециметр объема, следовательно его объемная удельная энергоемкость тоже равна 76,7 Вт-ч/кг. , что в точности совпадает с объемной удельной теплоемкостью свинцово-кислотного аккумулятора. Правда, в расчете для теплоаккумулятора мы учитывали только объем воды, хотя нужно было бы учесть еще объем бака и теплоизоляции. Но в любом случае проигрыш будет уже не так велик, как для граыитационного накопителя.

Накопители гравитационной энергии

В накопителях этого типа на этапе накопления энергии груз поднимается вверх, накапливая потенциальную энергию, а в нужный момент опускается обратно, возвращая эту энергию с пользой. Применение в качестве груза твёрдых тел или жидкостей вносит свои особенности в конструкции каждого типа. Промежуточное положение между ними занимает использование сыпучих веществ (песка, свинцовой дроби, мелких стальных шариков и т.

Гравитационные твердотельные накопители энергии

Суть гравитационных механических накопителей состоит в том, что некий груз поднимается на высоту и в нужное время отпускается, заставляя по ходу вращаться ось генератора. Примером реализации такого способа накопления энергии может служить устройство, предложенное калифорнийской компанией Advanced Rail Energy Storage (ARES). Идея проста: в то время, когда солнечные батареи и ветряки производят достаточно много энергии, специальные тяжелые вагоны при помощи электромоторов загоняются на гору. Ночью и вечером, когда источников энергии недостаточно для обеспечения потребителей, вагоны спускаются вниз, и моторы, работающие как генераторы, возвращают накопленную энергию обратно в сеть.

Практически все механические накопители этого класса имеют очень простую конструкцию, а следовательно высокую надёжность и большой срок службы. Время хранения однажды запасённой энергии практически не ограничено, если только груз и элементы конструкции с течением времени не рассыплются от старости или коррозии.

Энергию, запасённую при поднятии твёрдых тел, можно высвободить за очень короткое время. Ограничение на получаемую с таких устройств мощность накладывает только ускорение свободного падения, определяющее максимальный темп нарастания скорости падающего груза.

К сожалению, удельная энергоёмкость таких устройств невелика и определяется классической формулой  E = m · g · h. Таким образом, чтобы запасти энергию для нагрева 1 литра воды от 20°С до 100°С, надо поднять тонну груза как минимум на высоту 35 метров (или 10 тонн на 3. 5 метра). Поэтому, когда возникает необходимость запасти энергии побольше, то это сразу приводит к необходимости создания громоздких и, как неизбежное следствие, дорогих сооружений.

Недостатком таких систем является также то, что путь, по которому движется груз, должен быть свободным и достаточно прямым, а также необходимо исключить возможность случайного попадания в эту область вещей, людей и животных.

Гравитационные жидкостные накопители

В отличие от твердотельных грузов, при использовании жидкостей нет необходимости в создании прямых шахт большого сечения на всю высоту подъёма — жидкость отлично перемещается и по изогнутым трубам, сечение которых должно быть лишь достаточным для прохождения по ним максимального расчётного потока. Поэтому верхний и нижний резервуары необязательно должны размещаться друг под другом, а могут быть разнесены на достаточно большое расстояние.

Именно к этому классу относятся гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС).

ГАЭС TaumSauk в США. Несмотря на небольшую мощность известна всему миру благодаря верхнему бассейну в форме сердца.

Существуют и менее масштабные гидравлические накопители гравитационной энергии. Вначале перекачиваем 10 т воды из подземного резервуара (колодца) в емкость на вышке. Затем вода из емкости под действием силы тяжести перетекает обратно в резервуар, вращая турбину с электрогенератором. Срок службы такого накопителя может составлять 20 и более лет. Достоинства: при использовании ветродвигателя последний может непосредственно приводить в движение водяной насос, вода из емкости на вышке может использоваться для других нужд.

К сожалению, гидравлические системы труднее поддерживать в должном техническом состоянии, чем твердотельные, — прежде всего это касается герметичности резервуаров и трубопроводов и исправности запорного и перекачивающего оборудования. И ещё одно важное условие — в моменты накопления и использования энергии рабочее тело (по крайней мере, его достаточно большая часть) должно находиться в жидком агрегатном состоянии, а не пребывать в виде льда или пара. Зато иногда в подобных накопителях возможно получение дополнительной даровой энергии, — скажем, при пополнении верхнего резервуара талыми или дождевыми водами.

Другие виды накопителей энергии

В статье «Обзор накопителей (аккумуляторов) энергии» приведены расчеты удельных энергоемкостей еще некоторых накопителей энергии. Позаимствуем оттуда некоторые примеры

Конденсаторный накопитель

При емкости конденсатора 1 Ф и напряжении 250 В запасенная энергия составит: E = CU2 /2 = 1 ∙ 2502 /2 = 31. 25 кДж ~ 8. 69 Вт · час. Если использовать электролитические конденсаторы, то их масса может составить 120 кг. Удельная энергия накопителя при этом 0. 26 кДж/кг или 0,072 Вт/кг. При работе накопитель может в течение часа обеспечивать нагрузку не более 9 Вт. Срок службы электролитических конденсаторов может достигать 20 лет. Ионисторы по плотности запасаемой энергии приближаются к химическим аккумуляторным батареям. Достоинства: накопленная энергия может быть использована в течение короткого промежутка времени.

Гравитационные накопители копрового типа

Вначале поднимаем тело массой 2000 кг на высоту 5 м. Затем тело опускается под действием силы тяжести, вращая электрогенератор. E = mgh ~ 2000 ∙ 10 ∙ 5 = 100 кДж ~ 27. 8 Вт · час. Удельная энергетическая ёмкость 0. 0138 Вт · час/кг. При работе накопитель может в течение часа обеспечивать нагрузку не более 28 Вт. Срок службы накопителя может составлять 20 и более лет.

Маховик

Энергия, запасаемая в маховике, может быть найдена по формуле E = 0. 5 J w2 , где J — момент инерции вращающегося тела. Для цилиндра радиуса R и высотой H:

J = 0. 5 p r R4 H

где r — плотность материала, из которого изготовлен цилиндр.

Предельная линейная скорость на периферии маховика Vmax (составляет примерно 200 м/с для стали).

Vmax = wmax R или wmax = Vmax /R

Тогда Emax = 0. 5 J w2max = 0. 25 p r R2 H V2max = 0. 25 M V2max

Удельная энергия составит: Emax /M = 0. 25 V2max

Для стального цилиндрического маховика максимальная удельная энергоемкость составляет приблизительно 10 кДж/кг. Для маховика массой 100 кг (R = 0. 2 м, H = 0. 1 м) максимальная накопленная энергия может составлять 0. 25 ∙ 3. 14 ∙ 8000 ∙ 0. 22 ∙ 0. 1 ∙ 2002 ~ 1 МДж ~ 0. 278 кВт · час. При работе накопитель может в течение часа обеспечивать нагрузку не более 280 Вт. Срок службы маховика может составлять 20 и более лет. Достоинства: накопленная энергия может быть использована в течение короткого промежутка времени, характеристики могут быть существенно улучшены.

Супермаховик

Супермахови́к в отличие от обычных маховиков способен за счёт конструктивных особенностей теоретически хранить до 500 Вт·ч на килограмм веса. Однако разработки супермаховиков почему-то остановились.

Пневматический накопитель

В стальной резервуар емкостью 1 м3 закачивается воздух под давлением 50 атмосфер. Чтобы выдержать такое давление, стенки резервуара должны иметь толщину примерно 5 мм. Сжатый воздух используется для выполнения работы. При изотермическом процессе работа A, совершаемая идеальным газом при расширении в атмосферу, определяется формулой:

A = (M / m ) ∙ R ∙ T ∙ ln (V2 / V1 )

где M — масса газа, m — молярная масса газа, R — универсальная газовая постоянная, T — абсолютная температура, V1 — начальный объем газа, V2 — конечный объем газа. С учетом уравнения состояния для идеального газа (P1 ∙ V1 = P2 ∙  V2 ) для данной реализации накопителя V2 / V1 = 50, R = 8. 31 Дж/(моль · град), T = 293 0K, M / m ~ 50 : 0. 0224 ~ 2232, работа газа при расширении 2232 ∙ 8. 31 ∙ 293 ∙ ln 50 ~ 20 МДж ~ 5. 56 кВт · час за цикл. Масса накопителя примерно равна 250 кг. Удельная энергия составит 80 кДж/кг. При работе пневматический накопитель может в течение часа обеспечивать нагрузку не более 5. 5 кВт. Срок службы пневматического накопителя может составлять 20 и более лет.

Достоинства: накопительный резервуар может быть расположен под землей, в качестве резервуара могут использоваться стандартные газовые баллоны в требуемом количестве с соответствующим оборудованием, при использовании ветродвигателя последний может непосредственно приводить в действие насос компрессора, имеется достаточно большое количество устройств, напрямую использующих энергию сжатого воздуха.

Другие типы накопителей энергии

Помимо описанных выше, есть и другие типы накопителей энергии. Однако в настоящее время они весьма ограничены по плотности запасаемой энергии и времени её хранения при высокой удельной стоимости. Поэтому пока они больше применяются для развлечения, а их эксплуатация в сколько-нибудь серьёзных целях не рассматривается. Примером являются фосфорецирующие краски, запасающие энергию от яркого источника света и затем светящиеся в течение нескольких секунд, а то и долгих минут. Их современные модификации уже давно не содержат ядовитого фосфора и вполне безопасны даже для использования в детских игрушках.

Суперпроводящие накопители магнитной энергии хранят её в поле большой магнитной катушки с постоянным током. Она может быть преобразована в переменный электрический ток по мере необходимости. Низкотемпературные накопители охлаждаются жидким гелием и доступны для промышленных предприятий. Высокотемпературные накопители, охлаждаемые жидким водородом, всё ещё находятся в стадии разработки и могут стать доступны в будущем.

Суперпроводящие накопители магнитной энергии имеют значительные размеры и обычно используются в течение коротких периодов времени, например, во время переключений.

Скорее всего в этой статье отражены не все возможные способы накопления и сохранения энергии. Вы можете сообщить о других вариантах либо в комментариях, либо электронным письмом на адрес kos at altenergiya dot ru.

Удельная энергетическая емкость

Итак мы пришли к заключению, что энергетическую емкость целесообразно соотносить с массой или объемом накопителя, или собственно носителя, например, воды, залитой в цистерну. Можно рассмотреть два показателя этого рода.

Массовой удельной энергоемкостью будем называть энергетическую емкость накопителя, отнесенную к массе этого накопителя.

Объемной удельной энергоемкостью будем называть энергетическую емкость накопителя, отнесенную к объему этого накопителя.

Пример. Свинцово-кислотный аккумулятор Panasonic LC-X1265P, рассчитанный на напряжение 12 вольт, имеет заряд 65 ампер-часов, вес — 20 кг. и размеры (ДхШхВ) 350 · 166 · 175 мм. Срок его службы при t = 20 C — 10 лет. Таким образом его массовая удельная энергоёмкость составит 65 · 12 / 20 = 39 ватт-часов на килограмм, а объёмная удельная энергоёмкость — 65 · 12 / (3,5 · 1,66 · 1,75)  = 76,7 ватт-часов на кубический дециметр или 0,0767 кВт-часа на кубический метр.

Для рассмотренного в предыдущем разделе накопителя гравитационной энергии на основе цистерны с водой объемом 1000 литров удельная массовая энергоёмкость составит всего 28,583 ватт-часов/1000 кг = 0, 0286 Вт-ч/кг. , что в 1363 раза меньше, чем массовая энергоемкость свинцово-цинкового аккумулятора. И хотя срок службы гравитационного накопителя может оказаться существенно больше, все же с практической точки зрения цистерна кажется менее привлекательной, чем аккумуляторная батарея.

Рассмотрим еще несколько примеров накопителей энергии и оценим их удельные энергоемкости.

Свинцово-кислотные аккумуляторы

В заряженном состоянии анод (отрицательный электрод) такого аккумулятора состоит из свинца, а катод (положительный электрод) — из двуокиси свинца РbO2. Оба электрода изготовлены пористыми, чтобы площадь их соприкосновения с электролитом была как можно больше. Конструктивное исполнение электродов зависит от назначения и емкости аккумулятора и может быть весьма разнообразным.

Химические реакции при заряде и разряде аккумулятора представляются формулой

РbO2 + Рb + 2Н2SO4 <—> 2РbSO4 + Н2О

Для заряда аккумулятора теоретически требуется удельная энергия 167 Вт/кг. Этим же числом выражается, следовательно, и теоретический его предел удельной аккумулирующей способности. Однако фактическая аккумулирующая способность намного меньше, вследствие чего из аккумулятора при разряде обычно получается электрическая энергия приблизительно 30 Вт/кг. Факторы, обусловливающие снижение аккумулирующей способности, наглядно представлены на рис. Кпд аккумулятора (отношение энергии, получаемой при разряде, к энергии, расходуемой при заряде) обычно находится в пределах от 70 % до 80 %.

Рис. Теоретическая и фактическая удельная аккумулирующая способность свинцового аккумулятора

Различными специальными мерами (повышением концентрации кислоты до 39 %, использованием пластмассовых конструкционных частей и медных соединительных частей и др. ) в последнее время удалось повысить удельную аккумулирующую способность до 40 Вт•ч/кг и даже немногим выше.

Из вышеприведенных данных вытекает, что удельная аккумулирующая способность свинцового аккумулятора (а также, как будет показано в дальнейшем, и других типов аккумуляторов) существенно ниже, чем первичных гальванических элементов. Однако этот недостаток обычно компенсируется

• возможностью многократного заряда и, как результат, приблизительно десятикратным снижением стоимости получаемой из аккумулятора электроэнергии,
• возможностью составлять аккумуляторные батареи с очень большой энергоемкостью (при необходимости, например, до 100 МВт•ч).

Каждый цикл заряда-разряда сопровождается некоторыми необратимыми процессами на электродах, в том числе медленным накапливанием невосстанавливающегося сернокислого свинца в массе электродов. По этой причине через определенное число (обычно приблизительно 1000) циклов аккумулятор теряет способность нормально заряжаться. Это может случиться и при длительном неиспользовании аккумулятора, так как электрохимический разрядный процесс (медленный саморазряд) протекает в аккумуляторе и тогда, когда он не соединен с внешней электрической цепью. Свинцовый аккумулятор теряет из-за саморазряда обычно от 0,5 % до 1 % своего заряда в сутки. Для компенсации этого процесса в электроустановках используется постоянный подзаряд при достаточно стабильном напряжении (в зависимости от типа аккумулятора, при напряжении от 2,15 В до 2,20 В).

Другим необратимым процессом является электролиз воды («закипание» аккумулятора), возникающий в конце зарядного процесса. Потерю воды легко компенсировать путем доливки, но выделяющийся водород может вместе с воздухом привести к образованию взрывоопасной смеси в аккумуляторном помещении или отсеке. Во избежание опасности взрыва должна предусматриваться соответствующая надежная вентиляция.

Накопление тепловой энергии

В наших климатических условиях очень существенная (зачастую — основная) часть потребляемой энергии расходуется на обогрев. Поэтому было бы очень удобно аккумулировать в накопителе непосредственно тепло и затем получать его обратно. К сожалению, в большинстве случаев плотность запасённой энергии очень мала, а сроки её сохранения весьма ограничены.

Существуют тепловые аккумуляторы с твёрдым либо плавящимся теплоаккумулирующим материалом; жидкостные; паровые; термохимические; с электронагревательным элементом. Тепловые аккумуляторы могут подключаться в систему с твердотопливным котлом, в гелиосистему или комбинированную систему.

Накопление энергии за счёт теплоёмкости

В накопителях этого типа аккумулирование тепла  осуществляется за счет теплоемкости вещества, служащего рабочим телом. Классическим примером теплового аккумулятора может служить русская печь. Ее протапливали один раз в день и она потом обогревала дом в течение суток. В наше время под тепловым аккумулятором чаще всего подразумевают ёмкости для хранения горячей воды, обшитые материалом с высокими теплоизоляционными свойствами.

Водяной тепловой аккумулятор в системе отопления

Существуют теплоаккумуляторы и на основе твердых теплоносителей, например, в керамических кирпичах.

Различные вещества обладают разной теплоёмкостью. У большинства она находится в пределах от 0. 1 до 2 кДж/(кг·К). Аномально большой теплоёмкостью обладает вода — её теплоёмкость в жидкой фазе составляет примерно 4. 2 кДж/(кг·К). Более высокую теплоёмкость имеет только весьма экзотический литий — 4. 4 кДж/(кг·К).

Однако помимо удельной теплоёмкости (по массе) надо учитывать и объёмную теплоёмкость, позволяющую определить, сколько тепла нужно, чтобы изменить на одну и ту же величину температуру одного и того же объёма различных веществ. Она вычисляется из обычной удельной (массовой) теплоёмкости умножением её на удельную плотность соответствующего вещества. На объёмную теплоёмкость следует ориентироваться тогда, когда важнее объём теплоаккумулятора, чем его вес. Например, удельная теплоёмкость стали всего 0. 46 кДж/(кг·К), но плотность 7800 кг/куб. м, а, скажем, у полипропилена — 1. 9 кДж/(кг·К) — в 4 с лишним раза больше, однако плотность его составляет всего 900 кг/куб. Поэтому при одинаковом объёме сталь сможет запасти в 2. 1 раза больше тепла, чем полипропилен, хотя и будет тяжелее почти в 9 раз. Впрочем, благодаря аномально большой теплоёмкости воды ни один материал не может превзойти её и по объёмной теплоёмкости. Однако объёмная теплоемкость железа и его сплавов (сталь, чугун) отличается от воды менее, чем на 20% — в одном кубическом метре они могут запасти более 3. 5 МДж тепла на каждый градус изменения температуры, чуть-чуть меньше объёмная теплоёмкость у меди — 3. 48 МДж/(куб. м·К). Теплоёмкость воздуха в нормальных условиях составляет примерно 1 кДж/кг, или 1. 3 кДж/куб. м, поэтому чтобы нагреть кубометр воздуха на 1°, достаточно охладить на тот же градус чуть менее 1/3 литра воды (естественно, более горячей, чем воздух).

В силу простоты устройства (что может быть проще неподвижного сплошного куска твёрдого вещества либо закрытого резервуара с жидким теплоносителем?) подобные накопители энергии имеют практически неограниченное число циклов накопления-отдачи энергии и очень длительный срок службы — для жидких теплоносителей до высыхания жидкости либо до повреждения резервуара от коррозии или других причин, для твёрдотельных отсутствуют и эти ограничения. Но вот время хранения весьма ограничено и, как правило, составляет от нескольких часов до нескольких суток — на больший срок обычная теплоизоляция удержать тепло уже не способна, да и удельная плотность запасаемой энергии невелика.

Наконец, следует подчеркнуть ещё одно обстоятельство, — для эффективной работы важна не только теплоёмкость, но и теплопроводность вещества теплоаккумулятора. При высокой теплопроводности даже на достаточно быстрые изменения наружных условий теплоаккумулятор отреагирует всей своей массой, а следовательно и всей запасённой энергией — то есть максимально эффективно. В случае же плохой теплопроводности среагировать успеет только поверхностная часть теплоаккумулятора, а до глубинных слоёв кратковременные изменения внешних условий просто не успеют дойти, и существенная часть вещества такого теплоаккумулятора будет фактически исключена из работы. Полипропилен, упомянутый в рассмотренном чуть выше примере, имеет теплопроводность почти в 200 раз меньше, чем сталь, и потому, невзирая на достаточно большую удельную теплоёмкость, эффективным теплоаккумулятором быть не может. Впрочем, технически проблема легко решается организацией специальных каналов для циркуляции теплоносителя внутри теплоаккумулятора, но очевидно, что такое решение существенно усложняет конструкцию, снижает её надёжность и энергоёмкость и непременно будет требовать периодического техобслуживания, которое вряд ли нужно монолитному куску вещества.

Как это не покажется странным, иногда нужно бывает накапливать и хранить не тепло, а холод. В США уже более десяти лет работают компании, которые предлагают «аккумуляторы» на основе льда для установки в кондиционеры воздуха. В ночное время, когда электроэнергии в избытке и она продаётся по сниженным тарифам, кондиционер замораживает воду, то есть переходит в режим холодильника. В дневное время он потребляет в несколько раз меньше энергии, работая как вентилятор. Энергопрожорливый компрессор на это время отключается. Подробнее здесь.

Накопление энергии при смене фазового состояния вещества

Если внимательно посмотреть на тепловые параметры различных веществ, то можно увидеть, что при смене агрегатного состояния (плавлении-твердении, испарении-конденсации) происходит значительное поглощение или выделение энергии. Для большинства веществ тепловой энергии таких превращений достаточно, чтобы изменить температуру того же количества этого же вещества на многие десятки, а то и сотни градусов в тех диапазонах температур, где его агрегатное состояние не меняется. А ведь, как известно, пока агрегатное состояние всего объёма вещества не станет одним и тем же, его температура практически постоянна! Поэтому было бы очень заманчиво накапливать энергию за счёт смены агрегатного состояния — энергии накапливается много, а температура изменяется мало, так что в результате не потребуется решать проблемы, связанные с нагревом до высоких температур, и в то же время можно получить хорошую ёмкость такого теплоаккумулятора.

Плавление и кристаллизация

К сожалению, в настоящее время практически нет дешёвых, безопасных и устойчивых к разложению веществ с большой энергией фазового перехода, температура плавления которых лежала бы в наиболее актуальном диапазоне — примерно от +20°С до +50°С (максимум +70°С — это ещё относительно безопасная и легко достижимая температура). Как правило, в этом диапазоне температур плавятся сложные органические соединения, отнюдь не полезные для здоровья и зачастую быстро окисляющиеся на воздухе.

Пожалуй, наиболее подходящими веществами являются парафины, температура плавления большинства которых в зависимости от сорта лежит в диапазоне 40. 65°С (правда, существуют и «жидкие» парафины с температурой плавления 27°С и менее, а также родственный парафинам природный озокерит, температура плавления которого лежит в пределах 58. 100°С). И парафины, и озокерит вполне безопасны и используются в том числе и в медицинских целях для непосредственного прогрева больных мест на теле. Однако при хорошей теплоёмкости теплопроводность их весьма мала — мала настолько, что приложенный к телу парафин или озокерит, нагретый до 50-60°С, ощущается лишь приятно горячим, но не обжигающим, как это было бы с водой, нагретой до той же температуры, — для медицины это хорошо, но для теплоаккумулятора это безусловный минус. Кроме того, эти вещества не так уж дёшевы, скажем, оптовая цена на озокерит в сентябре 2009 г. составляла порядка 200 рублей за килограмм, а килограмм парафина стоил от 25 рублей (технический) до 50 и выше (высокоочищенный пищевой, т. пригодный для использования при упаковке продуктов). Это оптовые цены для партий в несколько тонн, в розницу всё дороже как минимум раза в полтора.

В результате экономическая эффективность парафинового теплоаккумулятора оказывается под большим вопросом, — ведь килограмм-другой парафина или озокерита годится лишь для медицинского прогрева заломившей поясницы в течении пары десятков минут, а для обеспечения стабильной температуры более-менее просторного жилища в течении хотя бы суток масса парафинового теплоаккумулятора должна измеряться тоннами, так что его стоимость сразу приближается к стоимости легкового автомобиля (правда, нижнего ценового сегмента)! Да и температура фазового перехода в идеале всё же должна точно соответствовать комфортному диапазону (20. 25°С) — иначе всё равно придётся организовывать какую-то систему регулирования теплообмена. Тем не менее, температура плавления в районе 50. 54°С, характерная для высокоочищенных парафинов, в сочетании с высокой теплотой фазового перехода (немногим более 200 кДж/кг) очень хорошо подходит для теплоаккумкулятора, рассчитанного на обеспечение горячего водоснабжения и водяного отопления, проблема лишь в невысокой теплопроводности и высокой цене парафина. Зато в случае форс-мажора сам парафин можно использовать в качестве топлива с хорошей теплотворной способностью (хотя сделать это не так просто — в отличии от бензина или керосина, жидкий и тем более твёрдый парафин на воздухе не горит, обязательно нужен фитиль или другое устройство для подачи в зону горения не самого парафина, а только его паров)!

Примером накопителя тепловой энергии на основе эффекта плавления и кристаллизации может служить система хранения тепловой энергии TESS на основе кремния , которую разработала австралийская компания Latent Heat Storage.

Испарение и конденсация

Теплота испарения-конденсации, как правило, в несколько раз превышает теплоту плавления-кристаллизации. И вроде бы есть не так уж мало веществ, испаряющихся в нужном диапазоне температур. Помимо откровенно ядовитых сероуглерода, ацетона, этилового эфира и т. , есть и этиловый спирт (его относительная безопасность ежедневно доказывается на личном примере миллионами алкоголиков по всему миру!). В нормальных условиях спирт кипит при 78°С, а его теплота испарения в 2. 5 раза больше теплоты плавления воды (льда) и эквивалентна нагреву того же количества жидкой воды на 200°. Однако в отличии от плавления, когда изменения объёма вещества редко превышают несколько процентов, при испарении пар занимает весь предоставленный ему объём. И если этот объём будет неограничен, то пар улетучится, безвозвратно унося с собой всю накопленную энергию. В замкнутом же объёме сразу начнёт расти давление, препятствуя испарению новых порций рабочего тела, как это имеет место в самой обычной скороварке, поэтому смену агрегатного состояния испытывает лишь небольшой процент рабочего вещества, остальное же продолжает нагреваться, находясь в жидкой фазе. Здесь открывается большое поле деятельности для изобретателей — создание эффективного теплоаккумулятора на основе испарения и конденсации с герметичным переменным рабочим объёмом.

Фазовые переходы второго рода

Помимо фазовых переходов, связанных с изменением агрегатного состояния, некоторые вещества и в рамках одного агрегатного состояния могут иметь несколько различных фазовых состояний. Смена таких фазовых состояний, как правило, также сопровождается заметным выделением или поглощением энергии, хотя обычно гораздо менее значительным, чем при изменении агрегатного состояния вещества. Кроме того, во многих случаях при подобных изменениях в отличии от смены агрегатного состояния имеет место температурный гистерезис — температуры прямого и обратного фазового перехода могут существенно различаться, иногда на десятки и даже на сотни градусов.

Характеристики аккумуляторов

Основной характеристикой аккумулятора является его электрическая ёмкость. Единицей измерения этой ёмкости является ампер-час (А·ч) — внесистемная единица измерения электрического заряда.

Исходя из физического смысла, 1 ампер-час — это электрический заряд, который проходит через поперечное сечение проводника в течение одного часа при наличии в нём тока силой в 1 ампер. Теоретически заряженный аккумулятор с заявленной ёмкостью в 1 А·ч способен обеспечить силу тока 1 ампер в течение одного часа (или, например, 0,1 А в течение 10 часов, или 10 А в течение 0,1 часа).

На практике же емкость аккумулятора рассчитывают исходя из 20-часового цикла разряда до конечного напряжения, которое для автомобильных аккумуляторов составляет 10,8 В. Например, надпись на маркировке аккумулятора «55 А·ч» означает, что он способен выдавать ток 2,75 ампер на протяжении 20 часов, и при этом напряжение на клеммах не опустится ниже 10,8 В.

Слишком большой ток разряда аккумулятора приводит к менее эффективной отдаче электроэнергии, что нелинейно уменьшает время его работы с таким током и может приводить к перегреву.

Производители аккумуляторов иногда в качестве емкости указывают в технических характеристиках запасаемую энергию в Вт·ч. Поскольку 1 Вт = 1 А * 1 В, то если запасаемая энергия равна 720 Вт·ч мы можем поделить это значение на величину напряжения (скажем 12 В) и получим емкость в ампер-часах (в нашем примере 720 Вт·ч / 12 В = 60 А·ч.

Типы аккумуляторов электрической энергии

Аккумуляторы являются неотъемлемой частью любой системы, ориентированной на получение альтернативных видов энергии.

Наибольшее распространение к настоящему времени получили электрохимические аккумуляторы электрической энергии, в которых преобразование химической энергии в электрическую при разряде аккумулятора происходит посредством химической реакции. При зарядке аккумулятора химическая реакция протекает в обратном направлении.

Кроме электрохимических аккумуляторов электроэнергию можно запасать в конденсаторах и соленоидах (катушках индуктивности).

В заряженном конденсаторе энергия хранится в виде энергии электрического поля диэлектрика. Ввиду того что удельная энергия, запасаемая конденсатором, очень невелика (практически от 10 до 400 Дж/кг), а длительность возможного хранения энергии вследствие имеющейся ее утечки небольшая, этот тип аккумулятора энергии применяется только в тех случаях, когда надо отдать электроэнергию потребителю за очень короткое время при кратком сроке ее хранения.

В соленоиде электрическая энергия аккумулируется в виде энергии магнитного поля. Поэтому этот тип накопителя именуется электромагнитным. Но время выдачи энергии электромагнитными аккумуляторами обычно измеряется даже не секундами, а долями секунды.

Для зарядки аккумулятора нужен внешний источник энергии, причем в процессе зарядки могут возникать потери энергии. После зарядки аккумулятор может оставаться в состоянии готовности (в заряженном состоянии), но и в этом состоянии часть энергии может теряться из-за произвольного рассеяния, утечки, саморазряда или других подобных явлений. При отдаче энергии из аккумулятора также могут возникать ее потери; кроме того, иногда невозможно получить обратно всю аккумулированную энергию. Некоторые аккумуляторы устроены так, что в них должна оставаться некоторая остаточная энергия.

Энергетические наклейки бытовой техники

Классы энергетической эффективности, информирующие потребителя о величине потребления энергии и других ресурсов бытовыми приборами, действуют на рынках европейских стран уже давно (см. Читаем этикетку энергоэффективности ). Данная система маркировки, впервые введенная Директивой 92/75/ЕЕС от 22 сентября 1992 г. , охватывает такие категории бытовой техники, как бытовые холодильники, стиральные, сушильные и посудомоечные машины, духовые шкафы, вытяжки, пылесосы, кондиционеры воздуха и телевизоры. К настоящему времени введены классы энергопотребления для ламп накаливания и флюоресцентных ламп (правда, лишь для тех, что имеют светимость менее 6500 люмен и мощность выше 4 Вт), обсуждаются проекты введения энергетической маркировки на кофеварки и кофемашины.

Вначале классы энергетической эффективности обозначались буквами от А до G, но впоследствии, по мере повышения экономичности приборов, в градацию были добавлены классы А+, А++ и даже А+++, а классы E, F и G ушли с наклеек – столь расточительных моделей уже не выпускают.

В 2010 — 2012 гг. произошел постепенный (вначале добровольный, а затем обязательный) переход на наклейки энергоэффективности нового образца. Образцы этих наклеек разрабатывает и утверждает Европейское объединение производителей бытовой техники CECED (аббревиатура французского названия этой организации – Conseil Europeen de la Construction d’appareils Domestiques). Переход на наклейки нового образца во многом перекликается с директивой Европейского Союза, направленной на достижение целей программы «20-20-20»: сокращение потребления первичных энергоносителей на 20%, увеличение производства энергии из возобновляемых источников на 20% и уменьшение выбросов углекислого газа на 20% к 2020 году.

Главное отличие новой европейской наклейки для стиральных машин – отсутствие класса эффективности стирки, который был в старой версии этой этикетки. Все дело в том, что по новым правилам CECED все стиральные машины с загрузкой белья свыше 3 кг обязаны иметь класс эффективности стирки А – в противном случае они просто не допускаются к продаже на европейском рынке. И поскольку для эффективности стирки классов А+, А++ и т. не предусмотрено, указание максимального (и единственно возможного) класса А становится излишним.

Наклейка единого образца, действующая в 28 государствах – членах Евросоюза, включает следующие данные:

— торговую марку и модель стиральной машины;

— класс энергоэффективности (от A+++ до D);

— годовое потребление энергии в кВт ч/год (а не за цикл стирки, как раньше);

— уровень шума при стирке (в дБ);

— уровень шума при отжиме (в дБ);

— класс эффективности отжима (от А до G);

— загрузку белья (в кг);

— годовое потребление воды (в литрах).

Приведенные на этикетке годовые уровни потребления электроэнергии и воды, а также класс эффективности отжима, подсчитываются на основе испытаний стиральной машины в следующих режимах:

— программа стирки хлопка при 60 °C (с полной и частичной загрузкой барабана);

— программа стирки хлопка при 40 °C (с частичной загрузкой барабана).

Учитывается также энергопотребление машины в режиме ожидания и в полностью выключенном состоянии.

Наклейка нового образца, разработанная CECED, имеет три варианта – для сушильных машин вентиляционного типа, для моделей конденсационного типа и для моделей, в которых источником тепла для нагрева воздуха является не электричество, а газ (бывают и такие — правда, они чаще встречаются не на европейском рынке, а на североамериканском).

В частности, наклейка для сушильных машин конденсационного типа содержит:

— торговую марку и модель сушильной машины;

— величину потребления энергии в кВт ч за год;

— уровень шума при работе машины (в дБ);

— полную загрузку белья (в кг) для стандартной программы «Хлопок»;

— время выполнения стандартной программы «Хлопок» при полной загрузке (в минутах);

— класс эффективности конденсации влаги (от А до G) для стандартной программы «Хлопок»;

— пиктограмму, указывающую на тип сушильной машины (конденсационный).

При вычислении годового расхода электроэнергии учитывается энергопотребление машины при выполнении стандартной программы «Хлопок» при полной и частичной загрузке, а также в режиме ожидания и в полностью выключенном состоянии.

Холодильники и морозильники

Наклейка нового образца содержит следующие данные о холодильнике:

— торговую марку и обозначение модели;

— класс энергопотребления от A+++ (наилучшая энергоэффективность) до G;

— годовое потребление энергии в кВт ч/год;

— внутренний объём холодильной камеры в литрах;

— внутренний объём морозильной камеры в литрах;

— уровень шума в дБ.

С 1 июля 2014 года таблица для определения класса энергопотребления холодильников выглядит так:

Здесь EEI (англ. Energy Efficiency Index) – индекс энергетической эффективности, который вычисляется по фактической величине потребления электроэнергии данной моделью, измеренной в условиях, строго регламентированных директивой ЕС № 1060/2010 от 28 сентября 2010 г. , с учетом таких параметров прибора, как число отделений и их объем, температура в отделении, наличие системы Frost Free, климатический класс, количество «звездочек» для низкотемпературных отделений, а также того, встраиваемый это прибор или свободно стоящий.

Наклейка энергоэффективности изначально была введена для только для электрических бытовых духовок, но в новой редакции она применяется и к газовым моделям, причем для духовок обоих типов теперь предусмотрены классы энергопотребления А+, А++ и А+++. Данная маркировка по-прежнему не распространяется на переносные духовые шкафы весом менее 18 кг, модели с функцией микроволн и паровые духовки.

Европейская этикетка энергоэффективности электрических духовых шкафов включает:

— наименование или товарный знак изготовителя;

— название модели;

— значок, указывающий на то, что это электрическая духовка;

— класс энергетической эффективности прибора (отА+++ до D);

— потребление электроэнергии за цикл в режиме статического нагрева, кВтч

— потребление электроэнергии за цикл в режиме конвекции, кВтч

— полезный объем в литрах

Наклейка для газовых духовок отличается, во-первых, значком – он указывает на то, что источником энергии для данного прибора является газ. Кроме того, энергопотребление за цикл указывается не только в кВт ч, но и в мегаджоулях.

Система энергетической маркировки для вытяжек была принята в 2014 году. В энергетической наклейке отражаются следующие их характеристики:

— производитель или торговая марка;

— класс энергоэффективности (от A до G);

— годовое энергопотребление при типовой нагрузке (кВт ч/год);

— класс эффективности отвода испарений от варочной поверхности (от A до G);

— класс эффективности освещения (от A до G);

— класс эффективности улавливания жира (от A до G);

— уровень шума при типовой нагрузке.

Наклейка энергетической эффективности посудомоечной машины наряду со значениями расхода электроэнергии и воды содержит также данные по таким потребительским свойствам прибора, как загрузка посуды и качество сушки. Для определения класса энергетической эффективности используется не абсолютное значение, а так называемый индекс энергетической эффективности «I», который представляет собой отношение фактического потребления электроэнергии Ефакт к стандартному потреблению электроэнергии Естанд посудомоечной машины, зависящему от количества загруженных в нее стандартных столовых комплектов.

В новой редакции европейская этикетка энергоэффективности посудомоечных машин стала включать классы энергопотребления не от А до G, как было принято изначально в 1995 году, а от А+++ до D. На ней указываются:

— класс энергетической эффективности;

— годовое потребление электроэнергии в кВт/год (а не потребление электроэнергии за стандартный  цикл, как ранее);

— годовой расход воды в л/год (а не расход за цикл в стандартной программе, как ранее);

— класс качества сушки от А до G);

— номинальная загрузка (количество стандартных столовых комплектов);

— уровень звуковой мощности, дБА (ранее этот показатель был факультативным).

Как и в случае стиральных машин, где больше не указывается класс эффективности стирки, в новой этикетке посудомоечных машин теперь не указывается класс эффективности мойки: он не может быть иным, кроме А.

Энергетическая наклейка для пылесосов введена в 2014 году, причем сразу в обязательном порядке, без этапа добровольного использования. Эти наклейки бывают трех типов – на приборы, предназначенные для уборки твердых поверхностей, на приборы для уборки ковровых покрытий и на пылесосы общего назначения (как правило, именно такие мы и приобретаем).

В число данных, указываемых на наклейке, входят:

— класс энергоэффективности (градация от A до G);

— годовое энергопотребление (кВт ч/год);

— класс повторного выброса пыли в помещение (градация от A до G), отражающий то, насколько чистым является выхлоп, измеренный по количеству частиц пыли в воздухе, выходящем из пылесоса;

— уровень звуковой мощности (дБ);

— класс эффективности уборки для твердого пола и для коврового покрытия (градация от A до G).

Класс эффективности уборки для ковров измеряется в процентах от собранной пыли из тестового стандартизированного ковра, а для твердого пола – в процентах собранной пыли при чистке заполненной пылью трещины в тестовой деревянной поверхности.

Кроме того, мощность, потребляемая пылесосом, с сентября 2014 года должна быть не более 1 600 Вт, а с 2017 года – не более 900 Вт. Изменится и градация классов энергопотребления – с 2017 года она будет включать классы от А+++ до D, а классов E, F и G не станет.

В случае, если пылесос предназначен только для уборки ковровых покрытий или, наоборот, только твердых поверхностей, на этикетке указывается соответствующий класс эффективности уборки, а ненужное поле закрывается символом, похожим на дорожный запрещающий знак.

Еще в 2002 году Директивой 2002/31/ЕС была введена этикетка энергоэффективности для бытовых кондиционеров воздуха. Энергетические классы были определены для категорий кондиционеров, различающихся:

— набором рабочих режимов (работающие только на охлаждение или также на обогрев);

— типом охлаждения (воздушное или водяное);

— конфигурацией (сплит- и мультисплит системы, двухканальные и одноканальные системы с приточной вентиляцией).

Для кондиционеров, имеющих только режим охлаждения, класс энергопотребления определялся значением EER (англ. Energy Efficiency Rating – коэффициент энергетической эффективности), представляющим собой отношение мощности по холоду (холодопроизводительности) в БТЕ/ч (британская тепловая единица в час) к потребляемой мощности в ваттах. Чем выше EER кондиционера, тем эффективнее это устройство с точки зрения энергозатрат.

На этикетке для сплит-системы, имеющей также режим обогрева, дополнительно указывались также производительность по теплу (кВт) и класс энергопотребления при обогреве, который определяется величиной СОР (англ. Coefficient of Performance – коэффициент производительности по теплу). Показатель СОР идентичен коэффициенту EER и отличается от него только тем, что обе входящие в расчет величины (холодопроизводительность и потребляемая мощность) измеряются в одних и тех же единицах – ваттах, а поскольку 1 Вт = 3,412 БТЕ/ч, то EER = 3,412 COP.

Данный вид энергетической наклейки действовал до 2013 года, после чего он был заменен на новый – теперь в качестве критериев энергоэффективности стали использоваться сезонные коэффициенты SEER и SCOP (буква S в начале этих аббревиатур как раз и означает Seasonal, то есть сезонный). Новые требования были обусловлены директивой Европейского Союза, направленной на достижение целей программы «20-20-20»: сокращение потребления первичных энергоносителей на 20%, увеличение производства энергии из возобновляемых источников на 20% и уменьшение выбросов углекислого газа на 20% к 2020 году.

Сезонные коэффициенты SEER и SCOP во-первых, позволяют сравнивать энергоэффективность различных моделей кондиционеров в реальных, а не лабораторных условиях, а во-вторых, позволяют раскрыть преимущества моделей с инверторным управлением компрессора, способных работать с частичной производительностью. Измерения эффективности кондиционера производятся при четырех различных температурах наружного воздуха (+20 °С, +25 °С, +30 °С, +35 °С). Для режима нагрева принимается во внимание климатическая зона, в которой предполагается эксплуатировать оборудование. Для Европы введено три такие зоны: в наиболее теплой зоне (Афины) набирается около 3590 ч/год работы сплит-системы на обогрев, в средней зоне (Страсбург) кондиционер работает на обогрев 4910 ч/год, и в наиболее холодной зоне, принятой в Евросоюзе (Хельсинки) сплит-системы работают на обогрев около 6446 ч/год. Обязательным пока является указание класса энергоэффективности только для средней зоны, привязанной к климату Страсбурга.

Дополнительно учитывается повышение эффективности системы с инверторным управлением компрессора при работе с частичной нагрузкой, а также электропотребление в неосновных режимах: «температура в помещении достигнута», «система выключена, но находится в режиме готовности» и др.

На основе сезонных коэффициентов разработана новая шкала энергоэффективности кондиционеров от D (SEER < 3,6; SCOP<2,5) до A+++ (SEER > 8,5; SCOP>5,1).

В новой наклейке энергоэффективности кондиционеров указываются:

— торговая марка и модель кондиционера;

— сезонный коэффициент энергоэффективности SEER в режиме охлаждения;

— сезонный коэффициент производительности SCOP в режиме нагрева;

— классы энергоэффективности от A+++ до D;

— номинальная холодопроизводительность;

— годовое электропотребление в режиме охлаждения;

— уровень шума наружного и внутреннего блоков.

Наклейка энергоэффективности для телевизоров была введена в Евросоюзе в 2010 году. Она включает:

— торговую марку и модель телевизора;

— класс энергоэффективности от A до G;

— годовое потребление электроэнергии во включенном состоянии (кВт ч/год);

— энергопотребление во включено состоянии (кВт)

— диагональ экрана в дюймах и сантиметрах;

— значок, указывающий на наличие выключателя для полного обесточивания прибора.

Забота об экономном расходовании электроэнергии в наши дни становится актуальной не только в Евросоюзе, но и в других регионах мира, где действуют свои национальные системы маркировки. На этом рисунке приведены наклейки энергоэффективности: A – Евросоюз, B – Китай, C – Австралия, D – Япония, E – США, F – Канада.

Что же касается Европы, то здесь принята так называемая концепция Экодизайна, направленная на сокращение потребления энергии не только бытовыми электроприборами, но и газорасходными установками, котлами на твердом топливе и прочими устройствами. Их производители обязаны наносить на упаковку или само изделие информацию, которая касается экологических характеристик продукта и энергоэффективности, что позволяет потребителям сравнить различные модели перед покупкой.

Европейская наклейка энерго-эффективности

Классы энергетической эффективности, впервые введенные Директивой 92/75/ЕЕС от 22 сентября 1992 г. , информируют потребителя о величине потребления энергии или других ресурсов бытовыми приборами. Данная система маркировки охватывает такие категории бытовой техники, как бытовые холодильники, холодильники для вина, стиральные, сушильные и посудомоечные машины, электрические духовые шкафы, кондиционеры и телевизоры. Вначале эти классы энергетической эффективности обозначались буквами от А до G, но впоследствии, по мере повышения общего уровня энергоэффективности, в градацию были добавлены классы А+, А++ и даже А+++.

И вот еще одно новшество: Европейское объединение производителей бытовой техники CECED (аббревиатура французского названия этой организации – Conseil Européen de la Construction d’appareils Domestiques) поместило на своем сайте образцы наклеек энергоэффективности для бытовых пылесосов. Сообщается о сроке их введения – 1 сентября 2014 г. (причем сразу в обязательном порядке, без этапа добровольного использования). Приводятся наклейки трех типов – на приборы, предназначенные для уборки твердых поверхностей, на приборы для уборки ковровых покрытий и на пылесосы общего назначения.

Энергетическая наклейка на пылесосы общего назначения

Энергетическая наклейка на пылесосы для уборки твердых поверхностей

Энергетическая наклейка на пылесосы для уборки ковровых покрытий

В число данных, указываемых на наклейке для каждого типа пылесоса входят:

— годовое энергопотребление (кВт ч);

— степень повторного выброса пыли в помещение (градация от A до G);

— класс эффективности уборки для твердого пола и/или для коврового покрытия (градация от A до G).

Кроме того, мощность, потребляемая пылесосом, с сентября 2014 года должна быть не более 1 600 Вт, а с 2017 года – не более 900 Вт (в настоящее время производители выпускают на европейский рынок модели, потребляющие из электрической сети в среднем 1 800 Вт, а для отдельных моделей эта величина достигает 2 200 Вт).

Нововведение встретило противоречивые отклики у специалистов отрасли. Британская The Telegraph сообщает о том, по мнению известного изобретателя и предпринимателя Джеймса Дайсона новые директивы Евросоюза содержат элемент дискриминации по отношению к его компании, выпускающей безмешковые пылесосы инновационной конструкции. Дайсон считает, что в контрольных испытаниях на соответствие новым европейским требованиям не учитывается то, насколько сохраняется эффективность работы пылесоса с течением времени: ведь в традиционных приборах с мешками для сбора пыли эффективность уборки со временем падает вследствие засорения фильтров, которые улавливают пыль.

Сэр Джеймс заявил: «Энергетическая наклейка должна была бы обратить внимание потребителей на наиболее эффективные и энергосберегающие пылесосы. Но вместо этого она вводит их в заблуждение, делая излишний акцент на показателях энергопотребления приборов, в которых используются устаревшие технологии, а характеристики ухудшаются по мере их использования в вашем доме».

Кстати, на том же сайте CECED в разделе F. можно прочесть разъяснение о том, что, например, для стиральных машин класс энергопотребления А-30% не идентичен классу А+++. Подчеркивается, что столь популярная у производителей маркировка А-10%, А-20%, А-30% и т. не является официальной системой классов: в Евросоюзе действуют только классы с «плюсами». И класс А-30% вовсе не соответствует классу А+++.

Энергетическая емкость накопителей гравитационной энергии

В любом учебнике физики вы можете прочитать, что работа A, совершаемая некоторой силой F при подъеме тела массы m на высоту h вычисляется по формуле A = m · g · h, где g — ускорение свободного падения. Эта формула имеет место в том случае, когда движение тела происходит медленно и силами трения можно пренебречь. Работа против силы тяжести не зависит от того, как мы поднимаем тело: по вертикали (как гирю в часах), по наклонной плоскости (как при втаскивании санок в гору) или еще каким-либо способом. Во всех случаях работа A = m · g · h. При опускании тела на первоначальный уровень сила тяжести произведет такую же работу, какая была затрачена силой F на подъем тела. Значит, поднимая тело, мы запасли работу, равную m · g · h, т. поднятое тело обладает энергией, равной произведению силы тяжести, действующей на это тело, и высоты, на которую оно поднято. Эта энергия не зависит от того, по какому пути происходил подъем, а определяется лишь положением тела (высотой на которую оно поднято или разностью высот между первоначальным и окончательным положением тела) и называется потенциальной энергией.

Оценим по этой формуле энергетическую емкость массы воды, закачанной в цистерну емкостью 1000 литров, поднятую на 10 метров над уровнем земли (или уровнем турбины гидрогенератора). Будем считать, что цистерна имеет форму куба с длиной ребра 1 м. Тогда, согласно формуле в учебнике Ландсберга, A = 1000 кг · (9,8 м/с2) · 10,5 м = 102900 кг · м2/с2. Но 1 кг · м2/с2 равен 1 джоулю, а переводя в ватт-часы, получим всего 28,583 ватт-часов. То есть, чтобы получить энергетическую емкость, равную емкости обычного электроаккумулятора 720 ватт-часов, нужно увеличить объем воды в цистерне в 25,2 раза. Цистерна должна будет иметь длину ребра примерно 3 метра. При этом ее энергетическая емкость будет равна 845 ватт-часам. Это больше емкости одного аккумулятора, но зато и объем установки существенно больше, чем размер обычного свинцово-цинкового автомобильного аккумулятора. Это сравнение подсказывает, что имеет смысл рассматривать не запасенную энергию в некоторой системе энергию саму по себе, а по отношению к массе или объему рассматриваемой системы.