Огромный вклад в эту сферу знаний внесли представители Томской школы, работы которых известны в России и за рубежом: Адам А.М., Гныря А.И., Верещагин В.Н., Кудяков А.И., Ляхович Л.С., Недавний О.И., Ольховатенко В.Е., Рогов Г.М., Саркисов Ю.С., Цветков Н.А. и другие.

Вместе с тем оценка взаимодействия существующих и создаваемых технологий, конструкций и сооружений с природной средой не всегда учитывает их системные связи и особенности образования загрязняющих веществ при сжигании топлив в процессах потребления энергетических ресурсов для производства необходимых человеку товаров и компенсации климатических факторов.

В связи с этим для повышения эффективности природоохранной политики и механизмов ее реализации представляется необходимым среди большого разнообразия природно-технических систем выделить энергопотребляющие природно-те-хнические системы, определив их как совокупность инженерно-технических систем, закономерно взаимодействующих с природной средой в процессах потребления топливно-энергетических ресурсов для обеспечения жизнедеятельности человека и удовлетворения его потребностей в полезных товарах и услугах.

Актуальность работы состоит в том, что при защите и восстановлении таких систем не учитываются следующие основные факторы.

1. Инженерно-технические системы, взаимодействующие с природной средой в процессах потребления топливно-энергетических ресурсов для удовлетворения потребностей человека в полезных товарах и услугах, включая компенсацию климатических воздействий, не рассматриваются как разноуровневые энергопотребляющих природно-технических систем.

2. Существующие методы расчета образования загрязняющих веществ на энергоисточниках не принимают во внимание зависимость объемов сжигаемого топлива от эффективности потребления тепловой, электрической энергии и воды потребителями, подключенными к этим энергоисточникам.

3. При оценках экологической безопасности существующих и создаваемых технологий, конструкций и сооружений не учитываются данные конкретных энер-гоисточников, обеспечивающих эти объекты тепловой и электрической энергией (объемы, виды и характеристики топлив) и местные климатические условия (продолжительность и средняя температура отопительного и теплого периодов года).

4. Не находят отражения факторы, определяющие эффективность потребления топливно-энергетических ресурсов.

5. Не в полной мере используется системный подход к развитию существующих и формированию новых производств, к оценке их экологической безопасности, в результате чего фрагментарная модернизация сопровождается ростом сверхнормативных потерь энергоресурсов, увеличением потребления топлив для их компенсации и повышением образования ЗВ при их сжигании.

6. Недостаточно изучены вопросы взаимодействия подсистем в такой крупной энергопотребляющей природно-технической системе, как региональное ЖКХ, что не способствует преодолению ежегодных кризисных ситуаций в теплоснабжении, сопровождаемых перерасходом топлива.

7. Энергосберегающие принципы и методы недостаточно активно привлекаются к развитию существующих и созданию новых технологий, конструкций и сооружений.

Все это приводит к неоправданному росту материальных и финансовых затрат, увеличению потребления топлив и образования загрязняющих веществ при их сжигании, снижению эффективности защиты и восстановления энергопотребляющих природно-технических систем.

Цель работы – разработать методы оценки состояния и экологической безопасности существующих и создаваемых технологий, конструкций и сооружений, а также методы, технологии и технические средства защиты, восстановления и управления энергопотребляющими природно-техническими системами в строительном комплексе и ЖКХ.

Для достижения цели потребовалось решить ряд теоретических и практических задач.

1. Исследовать взаимодействие энергопотребляющих природно-технических систем различного уровня, связанных процессом энергоснабжения-энергопотреб-ления в составе региональной системы.

2. В системном подходе к реализации программы регионального развития исследовать и оценить получение полезных результатов в природоохранной, экономической и социальной сферах средствами энергосбережения.

3. Разработать теоретические методы, технологические и технические решения защиты, восстановления и управления энергопотребляющими природно-техничес-кими системами в строительном комплексе и ЖКХ.

4. Разработать теоретические и практические методы оценки состояния и обеспечения экологической безопасности существующих и создаваемых технологий, конструкций и сооружений.

5. Разработать методы управления энергопотребляющими природно-техничес-кими системами, обеспечивающие минимизацию негативного техногенного воздействия энергоисточников на природную среду.

6. Провести теоретические и экспериментальные исследования и разработать устройства и способы тепловой обработки железобетонных изделий с удельным теплопотреблением ниже установленных нормативов при увеличении выпуска строительных изделий с установленным уровнем качества бетона.

7. Провести производственную проверку методов оценки состояния, защиты и восстановления энергопотребляющих природно-технических систем, а также энергоэффективных устройств и способов тепловой обработки железобетонных изделий.

Научная новизна.

1. Предложена совокупность принципов и методов оценки состояния и повышения экологической безопасности существующих и создаваемых технологий, конструкций и сооружений за счет:

- организации мониторинга и диагностики, направленных на выявление доли участия неэффективного и нерационального использования топливно-энергетичес-ких ресурсов в загрязнении природной среды;

- системного подхода к защите и восстановлению энергопотребляющих природно-технических систем ЖКХ на основе усиления тепловой защиты и рационального управления энергопотреблением зданий жилого фонда, эффективных распределительных сетей и энергоисточников, использующих нетрадиционные и возобновляемые виды энергии;

- повышения эффективности управления на основе организации взаимодействия производителя и потребителей энергоресурсов как взаимодополняющих компонентов процесса энергоснабжения-энергопотребления в составе синергетических систем, эффективное функционирование которых невозможно без заинтересованности производителей энергоресурсов в благополучии потребителей, а потребителей – в работоспособности энергоисточников (synergetikos – совместный, согласованно действующий);

- создания стационарных воздушных тепловых рубашек для агрегатов тепловой обработки изделий из бетона и железобетона, позволяющих более эффективно (на 11,7-23,0%) использовать внутреннюю энергию системы «камера – изделия»;

- формирования новых производств для утилизации отходов техногенного происхождения и создания на их основе комбинированных альтернативных энергоисточников, совокупность которых позволяет существенно повысить экологическую безопасность энергопотребляющих природно-технических систем.

2. Впервые предложен алгоритм решения нестационарного уравнения теплового баланса системы «камера дозревания – изделия» кассетно-конвейерной линии, который:

- учитывает долю нестационарных потерь в тепловом балансе, зависящих от факторов, связанных с последовательностью операций разогрева и перемещения изделий по технологической линии и параметров окружающей среды;

- позволяет определять минимальное приведенное сопротивление теплопередаче строительных оболочек теплопотребляющих агрегатов, устройств и сооружений, выше которого не требуется привлечение внешних дополнительных источников тепловой энергии вследствие более полного и эффективного использования внутренней энергии системы. Для существующих кассетно-конвейерных линий нижняя граница приведенного сопротивления теплопередаче строительной оболочки камер дозревания соответствует критериальному значению 1,8 Rпр, где Rпр – проектное сопротивление теплопередаче, м2 оС/Вт. Создание стационарных тепловых рубашек, обеспечивших сопротивление теплопередаче камеры дозревания на критериальном уровне, позволило проводить тепловую обработку изделий без подачи теплоносителя извне при установленном качестве бетона и удельном теплопотреблении технологической линии в 1,7-2,0 раза ниже норматива (СН-513-79) для обычных кассет.

3. Выявлено наличие разноуровневых типов энергопотребляющих природно-технических систем и установлено их иерархическое соподчинение по производственно-территориальному признаку на принципе поглощения относительно простых и мелких более крупными и сложными с образованием на их основе региональных и межрегиональных систем.

На защиту выносятся.

1. Типизация энергопотребляющих природно-технических систем и их иерархическое взаимодействие, основанное на принципе поглощения относительно простых и мелких систем более крупными и сложными с образованием региональных и межрегиональных систем по производственно-территориальному признаку.

2. Совокупность теоретических и практических принципов и методов оценки состояния, защиты, восстановления и управления энергопотребляющих природно-технических систем в строительном комплексе и ЖКХ на основе повышения эффективности использования топливно-энергетических ресурсов в течение всего жизненного цикла таких систем.

3. Методологические и технологические принципы оценки экологической безопасности существующих и создаваемых технологий, конструкций и сооружений путем получения ретроспективных и прогнозных оценок предотвращения образования загрязняющих веществ от сжигания топлив на энергоисточниках с учетом местных условий (виды, качество и объемы потребления топлив, климат).

4. Алгоритм решения нестационарного уравнения теплового баланса, учитывающий долю нестационарных потерь в тепловом балансе, зависящих от постоянно меняющихся факторов окружающей среды и параметров технологического процесса, позволяющий определять минимальное приведенное сопротивление теплопередаче строительных оболочек теплопотребляющих агрегатов, устройств и сооружений, выше которого не требуется привлечение внешних дополнительных источников энергии вследствие более полного и эффективного использования внутренней энергии системы.

5. Оригинальные устройства, способы и технологии, минимизированные по потреблению энергоресурсов, обеспечивающие повышение экологической безопасности существующих и создаваемых технологий для тепловой обработки железобетонных изделий при установленном уровне качества бетона и для утилизации отходов птицеводства при выпуске сбалансированных органических удобрений.

Научная значимость работы.

Новые методы мониторинга и диагностики энергопотребляющих природно-технических систем позволяют получать оценки их состояния, защиты, восстановления и управления, а также получать ретроспективные и прогнозные оценки экологической безопасности существующих и создаваемых технологий, конструкций и сооружений сообразно с эффективностью использования топливно-энергетичес-ких ресурсов в течение всего их жизненного цикла.