Основы экологии и энергосбережения

Министерство образования Республики Беларусь
Учебно-методическое объединение вузов Республики Беларусь
по естественнонаучному образованию
УТВЕРЖДАЮ
Первый заместитель Министра образования
Республики Беларусь
________________
________________
А.И. Жук
Регистрационный № ТД-______/тип.
ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ
Типовая учебная программа
для высших учебных заведений по специальности
1-31 04 01 Физика (по направлениям)
СОГЛАСОВАНО
Председатель Учебно-методического
объединения вузов Республики Беларусь по естественнонаучному образованию
________________ В.В. Самохвал
________________
СОГЛАСОВАНО
Начальник управления высшего и
среднего специального образования
Министерства образования Республики Беларусь
________________ Ю.И. Миксюк
________________
Ректор Государственного учреждения
образования «Республиканский
институт высшей школы»
________________ М.И. Демчук
________________
Эксперт-нормоконтролер
________________ С.М. Артемьева
________________
Минск 2009
СОСТАВИТЕЛИ:
Л.К. Герасимова – доцент кафедры биофизики Белорусского государственного университета, кандидат биологических наук, доцент;
Н.А.Дроздов – доцент кафедры энергофизики Белорусского государственного университета, кандидат физико-математических наук, доцент.
РЕЦЕНЗЕНТЫ:
Кафедра ЮНЕСКО «Энергосбережение и возобновляемые источники
энергии» Белорусского национального технического университета.
А.В. Игнатенко – доцент кафедры биотехнологии и биоэкологии Учреждения образования "Белорусский государственный технологический университет", кандидат биологических наук.
РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ В КАЧЕСТВЕ ТИПОВОЙ:
Кафедрой биофизики физического факультета Белорусского государственного университета
(протокол № 16 от 22 июня 2009г.);
Кафедрой энергофизики физического факультета Белорусского государственного университета
(протокол № 12 от 5 июня 2009 г.);
Научно-методическим советом Белорусского государственного университета
(протокол № ___ от ____________);
Научно-методическим советом по физике учебно-методического объединения
вузов Республики Беларусь по естественнонаучному образованию
(протокол № ___ от ____________).
Ответственный за выпуск: Н.А.Дроздов
2
1. Пояснительная записка
Учебная дисциплина «Основы экологии и энергосбережения» является
обязательной для студентов специальности 1-31 04 01 «Физика» (по направлениям) и включается в учебный план в блок дисциплин всех специальностей. Она состоит из двух разделов «Основы экологии» и «Энергосбережение».
Характерной особенностью первого раздела данной дисциплины является изучение современных проблем экологии вообще и физической экологии в частности.
Основная цель дисциплины: формирование у студентов экологического
императива, изучение принципов защиты в условиях антропогенного загрязнения окружающей среды. Характер и методика изложения вопросов программы определяется спецификой подготовки студентов различных специализаций.
Задачи дисциплины:
- ознакомление с элементами и основными понятиями общей экологии;
- рассмотрение понятия «биосфера» и ее эволюции, места и роли человека
в биосфере;
- изучение важнейших антропогенных факторов окружающей среды и влияния научно-технической деятельности человека на биосферу
- характеристика основных экологических проблем на современном этапе;
- рассмотрение системы мониторинга загрязнений окружающей среды на
современном этапе, включая Национальную систему мониторинга Республики Беларусь, и возможности использования в ней физикохимических методов.
Второй раздел дисциплины ставит своей целью познакомить будущих
выпускников университета с наиболее важными аспектами энергетической
проблемы, дать представление о необходимой практической, научной, организационной и информационной деятельности, направленной на повышение
эффективности использования и экономию энергии, заложить основу общего
методологического подхода к смягчению и, по возможности, решению энергетической проблемы, наметить перспективные пути поиска новых источников энергии.
Достижение поставленной цели возможно путем решения следующих
основных задач:
 познакомить студентов с наиболее важными аспектами энергетической
проблемы и связанных с нею экономической и экологической проблем;
 изложить основы эффективного преобразования энергии, дать понятие
методов (термодинамического и эксергетического) анализа совершенства
энергетических установок;
3
 познакомить с нетрадиционными и возобновляемыми источниками энергии, их потенциалом, физико-техническими и экологическими основами
использования, проблемами, сопутствующими освоению;
 дать представление об экономических и финансовых аспектах проблемы
повышения эффективности использования энергии;
 дать знания и привить навыки пропаганды идей энергосбережения и повышения эффективности использования энергии на всех уровнях управления и в различных слоях населения.
Часть материала физического и инженерно-физического профиля
предназначена для самостоятельного изучения. По результатам этой работы
студенты готовят реферат.
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать:
- основные понятия и положения современной энергоэффективности,
экологии, их взаимосвязи;
уметь:
- характеризовать физическую природу актуальных энергетических и
экологических проблем, в том числе, обусловленных антропогенным загрязнением окружающей среды.
Общее количество часов, отводимых на дисциплину в соответствии с
типовым учебным планом 54: аудиторное количество часов 38; из них: лекции 32 часа, КСР в форме семинарских занятий 6 часов. Форма отчетности –
2 зачета.
2. Примерный тематический план
№
п/п
1
1
2
3
4
Название темы
Лекции
2
Раздел «Основы экологии»
Основные понятия, термины,
объекты экологии.
Устойчивость и динамика экосистем. Энергия в экосистемах.
Методы исследований и моделирование в экологии. Мониторинг.
Актуальные вопросы прикладной экологии.
3
Практ.
Лаб.
занятия занятия
4
5
Всего
6
2
2
4
4
4
4
6
4
10
4
1
5
6
7
8
9
2
Раздел «Энергосбережение»
Понятия и определения
Основные принципы рационального использования энергии
Анализ эффективности процесса производства энергии
Экономические аспекты рационального использования топливно-энергетических ресурсов
Нормативно-правовые аспекты
энергосбережения
Итого
3
2
6
4
2
5
6
2
8
4
4
2
2
30
2
2
8
38
3. Содержание учебного материала
Раздел «Основы экологии»
1. Основные понятия, термины, объекты экологии. Структура современной экологии, ее связь с физикой, математикой и другими естественнонаучными дисциплинами. Экологическая система, биосфера, ноосфера,
техносфера. Среда обитания, условия существования, экологическая ниша.
Биотические, абиотические и антропогенные факторы окружающей среды.
Характеристика экологических факторов физической природы.
2. Устойчивость и динамика экосистем. Энергия в экосистемах.
Связи и взаимоотношения в экосистемах. Общая характеристика физических
процессов, обуславливающих взаимодействие компонентов экосистемы
между собой и окружающей средой. Круговорот веществ и энергии. Трофическая структура и экологические пирамиды. Энергия в экосистемах и их
классификация. Регулирующая роль факторов внешней среды. Правило оптимума, принцип лимитирующих факторов, эффект компенсации. Законы
экологии Коммонера.
3. Методы исследований и моделирование в экологии. Мониторинг. Основные принципы физико-математического моделирования в экологии. Классификация методов исследований, применяемых в экологии. Понятие мониторинга загрязнений окружающей среды. Глобальный, региональный и импактный уровни мониторинга. Мониторинг физических факторов.
Национальная система мониторинга в Республике Беларусь на современном
5
этапе. Возможности и ограничения использования физико-химических методов для определения загрязнений окружающей среды.
4. Актуальные вопросы прикладной экологии. Основные принципы
классификации загрязнений окружающей среды. Источники загрязнений физической природы. Источники электромагнитного, шумового и теплового
загрязнения окружающей среды. Совместное действие загрязнителей.
Общая характеристика физико-химических процессов в атмосфере. Источники загрязнения атмосферы и последствия их воздействия. Физическая
природа важнейших экологических проблем: парниковый эффект, разрушение озонового слоя, кислотные дожди, фотохимический смог. Источники загрязнения гидросферы и последствия их воздействия. Источники загрязнения
литосферы и последствия их воздействия. Биоресурсы на современном этапе.
Экологические проблемы сельского хозяйства. Пестициды и нитраты, тяжелые металлы в почвах. Актуальные проблемы экологии человека в условиях
урбанизации и индустриализации общества. Автомобильный транспорт и
окружающая среда. Загрязнение воздуха жилых и административных зданий,
бытовые отходы и другие проблемы экологии человека. Приоритетные загрязнители и меры предосторожности при контакте с ними.
Раздел «Основы энергосбережения»
5. Понятия и определения. Уровень потребления энергии и его роль в
развитии человеческого общества. Традиционные (современные), возобновляемые и нетрадиционные источники энергии. Экономические и экологические проблемы энергетики. Энергетика и топливно-энергетические ресурсы
мира и Беларуси. Основные энергетические характеристики: потребление
энергии на душу населения, установленная мощность энергетических источников на душу населения, потребление топлива на выработку единицы электрической и тепловой энергии.
6. Основные принципы рационального использования энергии. Законы и основные уравнения термодинамики, их применимость к процессам
энергопроизводства. Общие методы (термодинамические и эксергетические)
анализа эффективности энергоустановок. Уровни потребления энергии и эффективность ее использования в различных странах мира и в Республике Беларусь. Энергоемкость валового внутреннего продукта и продукции по отраслям экономики. Потенциал энергосбережения. Планирование энергообеспечения по методу наименьших затрат (least-cost planning). Основные
направления повышения энергоэффективности в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве, на транспорте и в быту. Физические аспекты
энергоэффективности в области электроосвещения, электропривода, электроники, современной бытоввой техники и др.
7. Анализ эффективности процесса производства энергии. Традиционные способы получения тепловой и электрической энергии. Теплосиловые
6
газовые и паровые циклы. Теплосиловые циклы прямого преобразования
тепла в электроэнергию (термоэлектрические установки, термоэлектронный
преобразователь, МГД-генератор). Тепловые (ТЭС, ГРЭС, КЭС, ТЭЦ), гидрои атомные станции. Термодинамический и эксергетический анализ эффективности их работы. Пути повышения эффективности.
Малая энергетика. Теплосиловые циклы установок малой энергетики.
Перспективы ее развития в Беларуси. Нетрадиционные и возобновляемые
источники энергии (энергия солнца, ветра, волн, приливов и отливов, электростанции на основе реконверсии тепловой энергии океана, геотермальная
энергия, энергия биомассы, малая гидроэнергетика, горючие промышленные
отходы, использование бытовых отходов и т.д., водородная энергетика). Физико-технические основы их использования. Энергетический потенциал нетрадиционных и возобновляемых источников энергии Беларуси.
8. Экономические аспекты рационального использования топливно-энергетических ресурсов. Основы технико-экономических расчетов
энергоэффективности (оценка эффективности инвестиций в энергосбережение, сравнительная эффективность капитальных вложений). Цены и тарифы
на энергетические услуги; их влияние на повышение энергоэффективности.
Формы финансирования проектов по повышению энергоэффективности
(бюджетные средства, спецфонды, банковские кредиты, финансирование
"третьей стороной" и т.д.). Экономические механизмы стимулирования рационального использования топливно-энергетических ресурсов.
9. Нормативно-правовые аспекты энергосбережения. Государственное управление и регулирование процесса повышения эффективности энергоиспользования. Закон об энергосбережении и нормативные акты, регулирующие производство, распределение и потребление топливноэнергетических ресурсов в Республике Беларусь. Законодательные механизмы, стимулирующие повышение энергоэффективности и использование возобновляемых источников энергии в мировой практике.
ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Рекомендуемые формы контроля знаний
Раздел 1 «Основы экологии». Контрольные работы по темам:
1. Основные понятия, термины, объекты экологии.
2. Актуальные вопросы прикладной экологии.
Раздел 2 «Основы энергосбережения». Рекомендуемые темы рефератов
Атомная и водородная энергетика
Беларусь и современная политика энергосбережения
Биоэнергетика
Веломобиль – транспорт нового поколения
7
Ветровая энергетика: состояние проблемы
Ветроустановки и их влияние на окружающую среду
Виды световых ламп
Водородная энергетика
Воздействие электростанций на окружающую среду
Возобновляемые источники энергии: прошлое, настоящее, будущее
Гидроэнергетика Республики Беларусь
Градостроительный взгляд на энергетическую безопасность городов и
территорий
Использование биотоплива для энергетических целей
Использование геотермальной энергии для теплоснабжения жилых и
промышленных зданий
Использование и применение сверхпроводимости и высокотемпературной сверхпроводимости в энергетике и энергосбережении будущего
Концепция энергоэффективного освещения
Лампы накаливания и люминесцентные лампы. Сравнительные характеристики
Организация энергосбережения на предприятиях
Перспективы развития малой энергетики
Перспективы развития нетрадиционной энергетики в Республике Беларусь
Преобразование тепловой энергии океана
Приливные электростанции
Проблемы энергосбережения в законодательстве и стандартах
Ресурсо- и энергосбережение в строительной отрасли
Современные теории получения экологически чистой энергии
Современные технологии использования биомассы
Солнечное теплоснабжение и его использование в энергетике
Солнечные батареи
Счетчики электроэнергии, воды, тепла и газа в быту
Способы сохранения энергии в доме
Тепловой режим земной коры. Источники геотермального тепла
Термоэлектричество
Термоядерная энергетика. Статус и роль в долгосрочной перспективе
Технология энергоснабжения и энергосбережения в жилищнокоммунальном хозяйстве
Топливно-энергетический комплекс Беларуси
Топливные элементы
Транспорт энергоносителей
Учет и регулирование потребления энергоресурсов
Физические основы преобразования солнечной энергии
Экономически эффективное использование вторичных теплоэнергетических ресурсов
Экономия электроэнергии в быту
8
Электроэнергетика и экология
Энергетика XXI века – эффективность и безопасность
Энергетические ресурсы Мирового океана
Энергия ветра и ее использование
Энергобезопасность Республики Беларусь
Энергосбережение – приоритет государства
Энергосбережение и экология
Ядерная энергетика будущего
Рекомендуемая литература
Основная
Раздел 1 «Основы экологии».
1. Одум, Ю. Экология. М.:Мир, 1986. Т.1. 325с.
2. Одум, Ю. Экология. М.:Мир, 1986. Т.2. 373с.
3. Небел, Б. Наука об окружающей среде. М.:Мир, 1993. Т.1. 424с.
4. Небел, Б. Наука об окружающей среде. М.:Мир, 1993.Т.2. 336с.
5. Акимова, Т. Экология. М.:ЮНИТИ-ДАНА, 2000. 566с.
6. Войткевич, Г. Основы учения о биосфере. Ростов-на-Дону:Феникс, 1996.
478с.
7. Вронский, В. Прикладная экология. Ростов-на-Дону:Феникс, 1996. 509с.
8. Калыгин, В. Промышленная экология. М.:МНЭПУ, 2000. 240с.
9. Коробкин, В. Экология. Ростов-на-Дону: Феникс, 2000. 576с.
10. Стадницкий, Г. Экология. СПб.:Химия,1999. 287с.
11. Челноков, А. Основы промышленной экологии. Мн.:Вышэйшая школа,
2001. 343с.
12. Куклев, Ю. Физическая экология. М.:Высшая школа, 2001. 358с.
13. Петросян Л. Математические модели в экологии. С-Пб.:С-Пб. Университет, 1997. 254с.
14. Научно-методические основы организации и ведения национальной системы мониторинга окружающей среды Республики Беларусь. Мн.:БелНИЦ
Экология, 2000. 229с.
15. Мазур, И. Инженерная экология. М.:Высшая школа, 1996. Т.2. 655с.
16. Гарин, В. Экология для технических вузов/В.Гарин, И.Кленова. Ростовна-Дону: Феникс, 2003. 383с.
Раздел 2 «Основы энергосбережения»
17. Республиканская программа энергосбережения на 2001-2005 годы. Минск, Государственный комитет по энергосбережению и энергетическому
надзору Республики Беларусь, 2001 г.
18. Закон Республики Беларусь «Об энергосбережении» // Энергоэффективность, 1998. – .№ 7. – С. 2-5.
9
19. Михалевич А.А. Введение в энергоэффективные технологии и энергетический менеджмент. – Мн.:БГТУ, 2002, 267 с.
20. Основы энергосбережения. Курс лекций / Под ред. Н.Г.Хутской. –
Мн.:Технология. 1999. – 100 с.
21. Поспелова Т.Г. Основы энергосбережения. – Мн.: Технопринт, 2000. –
353 с.
22. Володин В.И. Энергосбережение. – Мн.: БГТУ, 2001. – 182 с.
23. Основы эффективного использования энергетических ресурсов. Учебное
пособие для студентов гуманитарных факультетов БГУ. / Мн.: БГУ, 2005.
24. Самойлов М.В., Паневчик В.В., Ковалев А.Н. Основы энергосбережения.
– Мн.: БГЭУ, 2003. – 198 с.
25. Твайдел Дж., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии. - М.: Энергоатомиздат,1990.
26. Кириллин В.А. Энергетика сегодня и завтра. – М.: Педагогика, 1983.
27. Энергосберегающие технологии в СССР и за рубежом. / Под общ. ред.
С.Н.Ятрова. М., 1990.
27. Теплотехника / Под ред.А.П.Баскакова. М., Энергоатомиздат.1991.
28. Основные методические положения по планированию использования
вторичных энергетических ресурсов. М., Энергоатомиздат. 1987.
29. Вторичные теплоэнергетические ресурсы и охрана окружающей среды./
В.В.Харитонов и др., Мн., Вышэйшая школа. 1988.
30. Менеджмент организации. Учебное пособие. М., Инфро-М. 1997.
Дополнительная
Раздел 1 «Основы экологии».
1. Болбас, М. Основы промышленной экологии. Мн.:Вышэйшая школа, 1993.
235с.
2. Реймерс, Н. Экология: теории, законы, правила, принципы и гипотезы.
М.:Журнал «Россия Молодая», 1994. 367с.
3. Андерсон, Дж. Экология и науки об окружающей среде: биосфера,
экосистемы, человечество. Л.:Гидрометеоиздат, 1985. 165с.
4. Ваганов, П. Экологический риск. С-Пб.:Изд-во С.-Пб. Университета, 1999.
116с.
5. Экология и безопасность жизнедеятельности./Л.Муравей. М.:ЮНИТИДАНА, 2000. 447с.
6. Экологический энциклопедический словарь. М.:Ноосфера, 1999. 930с.
Раздел 2 «Основы энергосбережения»
7. Энергосбережение в системах теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха (учебное пособие). / Под ред.Л.Б.Богуславского. М., 1990.
8. А.Е.Аракелов, А.И.Крамер. Методические вопросы экономии энергоресурсов.М. 1990.
9. Н.М.Валеваха и др. Нетрадиционные источники энергии. Киев. 1988.
10
10. В.Л.Ганжа. Мост в энергетическое Эльдорадо. Мн., Вышэйшая.1987.
11. В.Л.Драгун, С.В.Конев. Тепловые насосы. В мире тепла. Мн., Наука и
техника. 1991.
12. Системы солнечного тепло-и холодоснабжения. М., Стройиздат. 1990.
11