МЕТОДОЛОГИЯ ОСВОЕНИЯ АРКТИКИ


МЕТОДОЛОГИЯ ОСВОЕНИЯ АРКТИКИ

Автор: Владимир Швецов

Дата публикации: 01.13.20

Эта зона может быть преобразована только  на основе базовых экологических, неразрушающих принципов природы

Развития России должно опираться на природоподобные технологии, основанные на базовых  природных законах,  действующих одновременно в  материальном и социальном мирах.

Взаимосвязь человека и природы, стала еще более актуальной в начале третьего тысячелетия нашей эры. Многие современные ученые приходят к выводу, что у человечества нет будущего, если оно будет нарушать законы Природы.

Уточним, что под словом «природа» следует понимать:  
1. В широком смысле — всё сущее, весь мир в многообразии его форм; понятие «природа» в этом значении стоит в одном ряду с понятиями материи, универсума, Вселенной;
2. В более узком смысле — объект науки, а точнее — совокупный объект естествознания («наук о природе»).
Основными законами Природы, могут считаться лишь те, которые остаются неизменными, в любой системе отсчёта, в любых науках.
Такому требованию отвечают  экстремальные или вариационные принципы, которые суще-ствуют во всем многообразии наук и являются базовыми основами Мироздания.
Их общая суть сводится к тому, что любая система  в природе ведёт себя таким образом, чтобы некоторая универсальная величина принимала минимальное (реже: максимальное) возможное значение.

Экстремальный принцип в классической механике носит названия принципа наименьшего действия.  Он предписывает телу двигаться таким образом, чтобы величина действия оказалась минимальной (при заданных начальных и конечных условиях).

Термодинамика, как наука об наиболее общих свойствах макроскопических систем, находящих-ся в состоянии термодинамического равновесия,   построена на основании экстремального принципа минимума диссипации (рассеивания) энергии.  
Он  был  сформулирован Пьером Луи де Мопертюи в 1746 году и далее развивался математи-ками Эйлером, Лагранжем и Гамильтоном.
Мопертюи пришёл к выводу, что совершенство Вселенной требует определенной экономии в природе и противоречит любым бесполезным расходам энергии. Естественное движение должно быть таким, чтобы сделать некоторую величину минимальной, следовательно: «Приро-да, производя действия, всегда пользуется наиболее простыми средствами», «количество действия всегда является наименьшим».

И так, все общность экстремальных или вариационных принципов материальной Природы сводится к двум основным: принципа наименьшего действия и минимума диссипации (рассеивания) энергии.
А теперь пора обратиться к швейцарскому философу Рихарду Авенариусу (1843-1896 гг.)
Он трактует жизнь как "биологическую экономику", которая есть взаимодействие противопо-ложно направленных процессов, стремящихся уравновесить друг друга. Оптимум жизни, по Авенариусу, - это "жизненный максимум сохранения", а жизненную активность можно предста-вить в виде шкалы, где колебания "в сторону потребления" и "в сторону расходов" (работы) должны быть уравновешены.
Поскольку действия по выполнению работы ведут к сокращению потребности в нужной для этого энергии, то стабилизация живой системы оборачивается ее экспансией: чтобы сохранить уровень расходования энергии, организму или системе приходится расширять сферу дей-ствия (соотнесите с термином «глобализация»).
 
В качестве критерия жизнеспособности организма Авенариус использует принцип наименьшей меры силы: организм, который более экономно расходует энергетические запасы, имеет больше шансов выжить. Важно, чтобы в процессе жизненной активности был соблюден баланс между приобретаемыми энергетическими запасами и их расходованием.  Если выводы Авенариуса справедливы  по отношению к отдельному организму, то они не менее справедливы в отношении социальных систем, состоящих из сумм  организмов.

Правда, следует сделать одну существенную оговорку, что механическая сумма социальных индивидуумов создает иное качество - общество, в котором начинают действовать еще один экстремальный принцип -  мораль.
Еще недавно понятие морали трактовалось как искусственные поведенческие нормы, вырабо-танные в ходе исторического развития человечества. Сегодня начинает преобладать тока зрения, что моральные принципы в живой природе действуют также  фундаментально и неизбежно, как законы физического мира. Уже  давно все мировые религии включают в себя практически оди-наковые моральные принципы. О влиянии морали на все общественные процессы с научной точки зрения начал говорить академик Н.Н.Моисеев (1917-2000 гг.)  Сегодня это же  старательно доказывал  чилийский философ Дарио Салас Соммер в книге «Мораль XXI века».
 Под словом «действие» будем рассматривать структурную единицу деятельности, акт человече-ской деятельности, для которого характерны направленность на достижение осознаваемой цели, преднамеренность индивидуальной активности.
Под словом «энергия» следует понимать физическую величину, являющуюся единой мерой раз-личных форм движения и взаимодействия материи, мерой перехода движения материи из одних форм в другие.
Оставим зарубку на память о том, что единицами измерения энергии являются джоуль, кило-ватт- час, а не деньги, которых не существует в Природе.
Вспомним Сергея Андреевича Подолинского (1850-1891 гг.), который опубликовал в 1880 году «Труд человека и его отношение к распределению энергии». Двигателем прогресса, по Подолинскому, становится не борьба классов и разрушения созданного трудом, как расхищение накопленной энергии, а положительная организованная сознательная трудовая деятельность, направленная на накопление энергии (созидание нового) для удовлетворения растущих потребностей общества.
В дальнейшем Побиск Георгиевич Кузнецов (1922-2000 гг.) продолжил развивать теорию, имеющую сегодня названия «энергетическая экономика». Он справедливо заметил, что вся история человечества - это история управления энергетическими потоками.

Заявленное выше определение  не является полным пока в нем отсутствует понятие ЦЕЛИ, то есть того к чему система стремится, какую задачу она решает. А если НЕТ РАЗУМНОЙ ЦЕЛИ - НЕТ СОЦИАЛЬНОГО РЕЗУЛЬТАТА для большинства членов системы. Но цель или целепола-гание - это идеология или национальная идея. С этим предметом в России возникли сложно-сти…
 
В нашем случае за цель мы примет сам РАСХОД ЭНЕРГИИ. Иначе невозможно решение ни одной серьезной задачи, крупной проблемы государства.

НАПРИМЕР - ЖКХ

Жилищно-коммунальное хозяйство - это совокупность отраслей  экономики, обеспечивающих работу инженерной инфраструктуры зданий населённых пунктов.  В ЖКХ входят жилищное хозяйство (капитальный и текущий ремонт зданий), теплоснабжение, водоснабжение, электро-снабжение, ремонт инженерных коммуникаций, а также благоустройство территорий, утилиза-ция мусора и уборка.
ЖКХ России занимает огромное место в экономике страны. Доля основных фондов составляет более 26 процентов от общего объёма основных фондов экономики. Природно-климатические условия нашей страны таковы, что на жизнеобеспечение приходится тратить огромные ресурсы (материальные,  человеческие, что можно объединить одним словом - «энергия»).
 
Из иерархии человеческих потребностей Маслоу вытекает, что  жизнеобеспечение (жилье)  займет в этом списке четвертое место, после воздуха, воды, пищи. Нужда в жилище является од-ной из основных потребностей человека, предоставляющей возможности для приготовления пищи, обогрева, освещения, транспорта, связи и т.д. Но само жилье одновременно является сис-темой, которая должна обеспечить жильцу качественный воздух, воду и пищу…  И на все нуж-на энергия.

Энергия расходуется на строительство и эксплуатацию зданий. Анализ показывает, что при производстве строительных конструкций тратится энергии 8%, при транспортировке и строи-тельстве — 2%, при эксплуатации зданий — 90 процентов.
Это происходит в действующей экономике. Напомним, что слово «экономика» означает «правила ведения хозяйства».

ПРИНЦИПЫ МИНИМУМА В СОЦИАЛЬНОЙ СИСТЕМЕ

Исходя из вышеизложенного,  следует заявить следующий вывод: «Любая социальная систе-ма, выполняя условия поставленной задачи, стремиться найти простое и легкое решение, совершить наименьшее действие, соответствующее   морали и минимальному расходу энергии и  оценочным критериям, действующим в данной системе».

И начнем  со строительства.  Ведь эта отрасль также является социальной системой.
Просто для этой системы сам заявленный принцип должен стал идеологией – новыми строи-тельными нормами и правилами (СНиП).

Поэтому следует  уточнить цель (или идеологию)   промышленного гражданского строительст-ва (ПГС) - это создание инженерных конструкций и сооружений,  дающих преимущество выживания той цивилизации, которая,  в соответствии с принципом наименьшего дейст-вия,   минимума диссипации и морали тратит меньшее количество энергия для удовлетво-рения основных человеческих потребностей.

Следуя  этой идеологии,  в конце 2014 году А.Ю. Лебедевым и В.А. Швецовым была предложена «КОНЦЕПЦИЯ ЭФФЕКТИВНОГО ОСВОЕНИЯ АРКТИЧЕСКИХ ЗОН  С  ИНВЕРСИЕЙ  ПРИРОДНЫХ ФАКТОРОВ И    ПРИНЦИПА МИНИМУМА ДИССИПАЦИИ»
 
В концепции использованы российские разработки и патенты, частично реализованные в Ямало-Ненецком автономном округе.

КАК ВЕСТИ СЕБЯ В АРКТИКЕ? 

Российской Федерации требуется  совершение технического и технологического прорывов для решения первоочередных проблем общества и развития экономического потенциала.
К таковым, с нашей точки зрения,  относятся:

1. Создание новых методов промышленно-гражданского строительства с минимизацией затрат по всей  спецификации строительно-монтажных  работ.

2. Снижение эксплуатационных расходов вводимых зданий и сооружений ниже требований, действующего законодательство о реформе ЖКХ.

3. Решение транспортных проблем  в Арктической зоне Российской Федерации путем соз-дания инновационных технологий дорожного строительства.

4. Использование природных факторов Арктики для освоения шельфовых месторождений углеводородов (ледяные острова, пирсы, дамбы).

В  концепции  использован принцип  «минимума диссипации».  Суть его заключается в том, что если допустимо не единственное состояние системы, а целая совокупность состояний, со-гласных с законами сохранения, то реализуется  состояние, которому соответствует минималь-ное рассеивание энергии, или -  минимальный рост энтропии.  Если убывание энтропии возможно  за счет поглощения внешней энергии, то реализуются те   формы организации, которые способны в максимальной форме поглощать энергию внешней среды.

Создание любого объекта (в том числе промышленно-гражданского строительства) - есть энергоинформационное взаимодействие, связанное с энергетическими затратами в виде произ-водства строительных материалов, трудовых  ресурсов, машин и механизмов, процессов управ-ления. Возведение объектов в Арктике    требует инверсии негативных природных факторов,  использование отрицательных температур и вечной мерзлоты (в качестве внешнего источника энергии)  для повышения прочностных показателей и снижения материалоемкости  подстилаю-щей основы (фундаментов) строительных конструкций  (включая дороги).  

Практическое   использование  «принципа минимума диссипации»  основано на снижении энергетических затрат на всех  этапах строительства, в том числе строительных материалов,  со-кращении длинны коммуникаций инженерных сетей, трудовых ресурсов и так далее.
Обозначенный принцип позволяет кратно сократить себестоимость и  сроки строительства, эксплуатационные затраты, уменьшить техногенное влияние на окружающую среду.   
    
МЕТОДОЛОГИЯ ИСПОЛНЕНИЯ КОНЦЕПЦИИ

1. Методы промышленно-гражданского строительства с минимизацией затрат по всей  спецификации строительно-монтажных работ

1.1. В построечных условиях задействован  принцип индустриализации. На строительной площадке происходит сборка конструктивных элементов высокой заводской готовности и уни-версальности без мокрых процессов и сварки.

1.2. Снижение материалоемкости каркасных зданий за счет корабельных методик расчета прочности и выноса ограждений за пределы периметра.  Расчеты и вынос ограждений за пределы периметра позволяют сократить материалоемкость до 48 кг металла на один квадратный метр (последние расчеты дали -25 кг на квадратный метр).  
 
1.3. Строительство нулевого цикла ведется с использованием природной энергетики (аккуму-ляции холода в зимний период через разработанные  термо - аккумуляторы), что повышает прочностные характеристики подосновы до уровня скальных пород и сокращает  стоимость фундаментов до 2-4 процентов от сметной стоимости объекта (по действующим СНиП-30-40 процентов).

1.4. Формирование стеновых ограждений производится  методом примыкания к периметру каркасу объекта,  что исключает образование свищей, теплопотерь и сводит к минимуму строи-тельный брак.

2. Снижение эксплуатационных расходов вводимых зданий и сооружений ниже требований, действующего законодательства о реформе ЖКХ.

2.1. В основу сокращения затрат положен принцип создание нескольких производственных циклов в одном тепловом процессе, что позволяет повысить КПД теплового процесса  в 2-3 раза (зависит  от числа производств). Проще говоря, при сжигании единицы энергоносителя необхо-димо  получать одновременно тепло и электроэнергию (когенерация). Если производить  строи-тельные материалы (из диатомитов, например) с применением высоких температур, то это создает три производства в одном тепловом.


Децентрализация или сокращение протяженности инженерных коммуникаций. Чем короче рас-стояние от источника  производства воды, тепла, электроэнергии до потребителя, тем меньше материалоемкость инженерных сетей, затраты энергии на перемещение, потери в сетях. В арктических условиях принципиально важно создание внутрирайонных систем производства тепла, электроэнергии и воды из артезианских скважин.
Расчеты показывают, что при оптимальной децентрализации вероятно снижение себе-стоимости  эксплуатационных расходов  зданий и сооружений (затрат ЖКХ)   3,86 раза!!!

2.2. Использование  инновационных установок  - паровых турбина насыщенного и влажного пара для производства тепла и электроэнергии.   Разработана и испытана конструкция, проведе-ны математические расчеты ее действия.

Сравнение характеристик инновационной турбины  с одной из лучших серийных установ-кой ПТГ-500-25-13/3.

3. Решение транспортных проблем  в Арктической зоне Российской Федерации путем создания инновационных технологий дорожного строительства.
3.1. Принципы и методы аккумуляции холода,  используемые для фундаментов  зда-ний и сооружений, применимы  при создании автомобильных и железных дорог

Таблица расчетов сравнения традиционной (действующие СНиП) и инновационной дороги:

ОТНОСИТЕЛЬНАЯ СТОИМОСТЬ ИННОВАЦИОННОЙ ДОРОГИ  ПРИНЯТА ЗА ЕДИНИЦУ!!!

4. Использование природных факторов Арктики для освоения шельфовых месторождений углеводородов (ледяные острова, пирсы, дамбы).
4.1.Принципы и методы аккумуляции холода,  используемые для фундаментов  зда-ний и сооружений (российский патент), применимы  для строительства ледяных островов для буровых (на глубине до 150 метров), пирсов и дамб.
4.2. Создание ледяных островов вместо передвижных платформ позволяют снизить за-траты в  десятки раз на разработку шельфовых месторождений углеводородов.

ИТОГИ И ВЫВОДЫ

Коротко подведем итоги в строительстве только жилья:
1.    Производительность труда повышается в 4-6 раз;
2.    Транспортные издержки  снижаются  в 10 раз;
3.    Энергоэффективность  вырастает более чем в 3 раза (26 ватт на 1 кв. м вместо 90 ватт на кв. м.);
4.    Себестоимость квадратного метра снижается на 40 процентов.
5.    Срок строительства (сдача под ключ)  здания площадью 1800 квадратных метра составля-ет три месяца.
Массовое внедрение инновационных технологий позволить сберечь триллионы бюджетных рублей на строительство и эксплуатацию жилых и социальных объектов, транспортных коммуникаций.

09-02-2021

Новые публикации в Нашей Билиотечке

Читайте по ссылке.


06-02-2021

Проект «Сталитек»

Представляем проект отраслевой программы в сфере строительства зданий и сооружений в арктических зонах и труднодоступных территориях по технологии «Сталитек» в блочно-модульной комплектации и процесс производства домокомплектов на специализированном предприятии в г.Новороссийск. Подробности.

 


13-01-2020

Запуск портала

Начал работу портал МИР ЯНАО и АРКТИКИ, где  мы будем рассказывать о модернизации и развитии ЯНАО и Арктики.