В предишната ми публикация споменах, че ми се иска да обърна повече внимание на темата за енергийната ефективност. За да можем да си говорим на тази тема е необходимо да разбираме някои основни понятия. Естествено, на първо място това е понятието за енергия.

За съжаление напоследък в ежедневния език думата ‘енергия’ се използва най-често в изказа на разни шарлатани, парапсихолози и други подобни. Затова искам изрично да уточня, че тук ще става въпрос само и единствено за физичната величина.

Вътрешната енергията на една затворена¹ система е показател за способността ѝ да извърши работа. При извършването на работа определено количество енергия се прехвърля от нея в системата върху която се извършва работата. Тук под „извършване на работа“ отново имаме предвид само и единствено понятието от физиката, а не седенето по цял ден пред компютъра в офиса :).  Например, ако вие бутнете количката с продуктите в супермаркета и тя се задвижи, то вие сте извършили механична работа (преместване на тяло, под действие на сила) върху количката. В резултата енергията на количката се е увеличила, а вашата е намаляла.

Мерната единица за енергия и работа (тъй като работата се изразява в обмен на енергия) в системата SI e джаулът. 1 J е работата, извършена от сила 1 N при преместване на тяло на разстояние 1 m по направление на силата или пък под действието на мощност от 1 W  в продължение на 1 s.

Освен в джаули енергията може да бъде измерване в kWh (киловатчасове), калории, BTU (британски термални единици) и др. Различните мерни единици се ползват за удобство или по традиция в различни ситуации. 1 калория например е енергията необходима за повишаване на температурата на 1 грам вода с 1 градус Целзий и е равна на около (има доста видове калории!) 4.2 джаула. Киловатчасът е доста по-голяма единица и е равен на 3.6 мегаджаула (MJ) или 3 600 000 джаула и се ползва за измерване на потребената електрическа енергия. Британската термална единица е равна на 1055 джаула и все още се използва често при климатичните системи. Преобразуването от една мерна единица в друга става лесно чрез умножаването с подходящия коефициент.

За извършването на дадено количество работа е необходимо определено количество енергия. В много случаи обаче е важно не само дадена работа да бъде свършена, а това да стане бързо. Величината мощност  показва скоростта на извършване на работа, или също така консумираната енергия за единица реме. Мощността се измерва във ватове (W), като един ват отговаря на един джаул за една секунда. Други популярни мерни единици за мощност са конската сила (равна на около 0.75kW) и BTU/h² (британска термална единица на час). Ако например бутате количката с покупки от предния пример, зяпайки витрините, ще изминете разстоянието до касите за 10 минути. Ако обаче закъснявате за работа и се позабързате ще изминете същото разстояние за 1 минута. И в двата случая ще извърщите едно и също количество работа, но във втория ще работите с 10 пъти по-голяма мощност!

Поздравления за търпението да прочетете всичко до тук! Знам, че за много хора горните редове са безинтересни и скучни, и само им напонмят за часовете по физика в 7-ми клас. Ако искате обаче да знаете защо имате големи разходи за електричество или отопление и най-вече как да ги намалите,  ви гарантирам, че времето прекарано в малко самообучение по темата ще ви се изплати многократно.

Очаквайте скоро „Енергийна ефективност, част 2: ТЕМПЕРАТУРА, ТОПЛИННА ЕНЕРГИЯ, ТОПЛИНА“

Тази година на FOSDEM посетих много впечатляваща лекция за FreeCAD и от тогава си търсех някакво оправдание малко да го разцъкам.

Аз живея в малка къща с много приятна веранда на югоизточната стена, със страхотен изглед към целия град. Единственият ѝ кусур е, че навесът над нея почти изцяло засенчва прозорците на тези стена. Реших, че искам да изрежа отвор в навеса и в него да заменя керемидите с нещо прозрачно, така че слънчевите лъчи да могат да проникват през прозорците.

Целта ми е да се възползвам максимално от слънчевата радиация за отопление през периода от 1-ви октомври до 30-ти април, като евентуално засенчването остане за останалата част на годината. Тази сметка по принцип може да се направи лесно (има и много уеб калкулатори) ако стената е ориентирана точно на юг, но при мен ориентацията е по-скоро югозапад.

Трябва да призная, че ми отне известно време докато успея да начертая нещата във FreeCad. Кривата на учене определено е леко стръмна, особено за такъв като мен, който няма опит с никаква друга CAD система (ако изключим разни за електронни схеми и платки). Все още много от концепциите са ми мътни и вероятно ще отнеме доста време докато нещата започнат да се проясняват. В крайна сметка, след няколко итерации на четене, проби и грешки успях да направи прост схематичен 3Д модел на стената, прозорците и навеса.

Използвах Sketcher модула за да начертая стената и прозорците в равнината YZ и им добавих ограничение (constraints), за да ги позиционирам и оразмеря в мащаб с реалността. После в равнината XZ начетах една наклонена линия, която екструдирах по оста Y, за да направя повърхността на навеса. Не знам дали това е най-добрият и „правилен“ начин да се направят нещата, но аз това можах да измисля.

Една от най-яките възможности на FreeCAD e, че всичко може да се скриптира на Питон. Използвах библиотеката PySolar за да изчисля точната позиция на слънцето в небосклона през интервали от 5 минути за датите 1-ви октомври, 30-ти април и 21-ви декември за локацията на моята къща. След това, със съвсем малко свързващ код начертах линии започващи от горния ляв  ъгъл на единия от прозорците в посока слънцето. Жълтите линии са за април, сините за октомври, а червените за 21-ви декември (когато слънцето е най-ниско).

Тази визуализация потвърди по доста по-точен и сигурен метод това, което предполагах (базирано на клонящите ми към нула познания по астрономия и емпирични наблюдения на движението на слънцето, проведени на верандата, с бира в ръка). Ако искам да се възползвам от максималната възможна слънчева радиация за отопление през прозорците ще трябва да направя целия навес прозрачен. Питонския ми код е много кратък и с твърдо зададени стойности на координати и положения на прозорците, та надали би бил полезен на някой друг. Все пак, този малък експеримент ме кара да смятам, че FreeCAD би бил една много добра основа за свободна платформа за енергиен анализ на сгради. Не става въпрос само за засенчването – може примерно директно да се смята добивът в kWh на енергия от даден прозорец, загубите през стени, под, таван, вентилация и т.н.

Ако вече сте грабнали теслите и трионите и сте се насочили към разрушаването на вашия собствен навес – спрете! Преди това трябва да имате много добра изолация на стените, тавана, пода, дограмите и чак тогава евентуално да помислите за добавянето на някой и друг ват час от слънцето през прозорците. По принцип темета за енергийната ефективност ми е много интересна и се надявам скоро да започна да пиша малко по-систематизирано по нея.

Всякакви предложения с какъв прозрачен материал и начин на монтаж може да бъдат заменени керемидите и дървенета ламперия са добре дошли в коментарите – поликарбонат, закалено стъкло, триплекс?