Рациональное использование светового дня — резервы энергосбережения для России

Начнем рассмотрение с очень частного случая

После выхода на пенсию мне пришлось задуматься о том, как распределить те небольшие деньги, которые государство выдает нам для поддержания существования, «на дожитие», как говорят. Мысли на эту тему занимают меня частенько. Вот и сегодня еще раз задумался о своем, наболевшем. Вчера лег спать я поздно, ближе к полуночи. А проснулся что-то очень рано, бывает, сон с годами становится не очень крепким. Лежу в постели, гляжу в окно на голубое небо ясного осеннего утра. Вставать не охота, да и нужды нет подниматься так рано. И снова мысли вернулись к проблеме энергосбережения.

Вот уже в комнате светло, мог бы встать и что-то там делать при дневном свете. А вчера до полуночи сидел при искусственном освещении. Темнеет то сейчас часов 6 вечера, так что по крайней мере 5 часов у нас с женой горели пара лампочек. Да нет, какая там пара — в люстре как минимум 3 лампочки, так что горели все 6, поскольку мы с ней были в разных комнатах. Если принять что каждая лампочка мощностью 75 ватт, то сожгли мы 75 х 6 х 5 = 2,25 киловатт-часа. Это означает, что при нынешней цене 3 рубля 18 копеек за киловатт-час мы потратили за вечер 7 рублей 15 копеек. Умножать эту цифру на 31, чтоб посчитать расход на освещение в месяц, было бы неправильно, потому что длительность светового дня не одинакова и в декабре мы будем тратить на освещение еще больше.

Более корректный подсчет можно осуществить только используя таблицы восхода и захода солнца в конкретной местности. Для Москвы такая таблица легко нашлась в Интернет. Приводить ее здесь целиком не имеет смысла — очень уж она велика, если смотреть данные за целый год. В этой таблице приведены данные не только о времени восхода и захода солнца, но еще и времена наступления сумерек. Для дальнейшего нам может понадобиться понимать, что такое сумерки, тем более, что различают три разных вида сумерек.

Хотя солнце и скрылось за горизонтом, за счет рассеяния его света в атмосфере все еще довольно светло. Начинается период времени, называемый сумерками. Сумерки делятся на три этапа, и конец каждого из этапов тоже можно взять за точку заката солнца.

Первый этап называется гражданскими сумерками. Это время, когда еще достаточно светло, чтобы работать вне помещения без искусственного освещения. Концу гражданских сумерек соответствует зенитный угол в 96 градусов, после чего начинаются навигационные сумерки.

Навигационные сумерки — это время, когда на воде все еще заметна линия горизонта. Концу навигационных сумерек соответствует зенитный угол в 102 градуса, после чего начинаются астрономические сумерки.

Астрономические сумерки — это время, когда Солнце все еще является источником света и мешает видимости самых слабых звезд. Для обычного наблюдателя это время неотличимо от ночи. Концу астрономических сумерек соответствует момент, когда Солнце полностью прекращает быть источником света, и это зенитный угол в 108 градусов.

Для нас интереснее всего так называемые гражданские сумерки. Может быть в течение времени этих сумерек не всегда придется зажигать искусственное освещение.

Чтобы не пришлось здесь воспроизводить громадную таблицу времени восхода и захода солнца, я попытался нарисовать наглядный график, отображающий этот процесс (рис.1).

Время восхода и захода солнца в Москве

Рис.1. Время восхода и захода солнца в Москве

Красные линии на этом рисунке показывают (приближенно) время восхода и захода солнца, а серая полоса отображает гражданские сумерки. Теперь давайте отобразим на этом графике то время, в течение которого я вынужден использовать искусственное освещение, исходя из того, что я встаю в 8 часов утра и ложусь спать за полночь (пусть это будет 24 часа). На рисунке 2 это время обозначено желтой заливкой. При этом я пренебрегаю временем гражданских сумерек и считаю, что сразу после захода солнца вечером и до его восхода утром я включаю лампочки.

Рис.2. Использование искусственного освещения в случае подъема в 8 часов утра

Рис.2. Использование искусственного освещения в случае подъема в 8 часов утра

Можно приблизительно посчитать площадь фигуры, образованной желтой заливкой, пользуясь координатной сеткой на рисунке. Я дал себе труд посчитать эту площадь и у меня получились следующие результаты. В область желтой заливки попали 1090 полных клеточек и 162 неполных. Масштаб сетки выбран таким образом, что по вертикальной оси клетка покрывает получасовой интервал, а по горизонтальной оси — 3 дня, то есть одна клетка соответствует полутора часам горения лампочек. Следовательно, область желтой заливки соответствует примерно (1090 +162/2) х 1,5 = 1756,5 часам горения лампочек.

Теперь посмотрим, что будет если вставать в половине шестого, а ложиться в половине десятого вечера. Время выбрано из тех соображений, что на сон отводятся те же самые 8 часов, что и в предыдущем случае, а интервал бодрствования выбирается так, чтобы максимально использовалось светлое время суток. При этом время подъема выбирается с шагом в полчаса.

Использование искусственного освещения в случае подъема в 5:30 утра

Рис.3. Использование искусственного освещения в случае подъема в 5:30 утра

Проведенные мной подсчеты дали следующий результат: область желтой заливки на рисунке 3 содержит 810 полных клеточек и 190 неполных. Итого (810 + 190/2) х 1,5 = 1357,5 часа. То есть такой перенос времени сна дает экономию в 399 часов — более 16 суток непрерывного горения электролампочек!

Если подсчитать экономию в рублях, как это было сделано ранее для одного дня, получим экономию энергии в 75 х 6 х 399 = 179,55 киловатт-часов, а в деньгах это составит 570,97 рубля. И это только для одной маленькой семьи!

А в масштабе страны?

Итак, даже наша небольшая ячейка общества, состоящая всего из 2 человек, может экономить на электроэнергии 570 рублей в год. Для семейного бюджета это не такая уж значительная величина. К тому же я рассчитывал экономию в предположении, что используются лампы накаливания. Фактически для нашей семьи экономия будет значительно меньше, поскольку я заменил все лампочки в своей квартире на светодиодные, максимальная мощность которых равна 7 ваттам. Так что я смогу сэкономить на освещении раз в десять меньше — примерно 53 рубля в год. Но ведь далеко не все жители нашей страны перешли на энергосберегающие лампочки. Я давно уже удивляюсь, видя что в магазинах до сих пор продают лампочки накаливания, и что люди все еще покупают их. Понимаю, что цена на светодиодные лампы пока существенно выше и далеко не все понимают, что замена ламп на светодиодные окупится за год, а потом вы будете иметь чистую экономию.

Но даже если все жители перейдут на светодиодные лампы, экономия все же имеет место. Тем более, если рассматривать проблему не с точки зрения личной экономии в рамках одной семьи, а с точки зрения экономии в масштабе страны. Ведь в России на освещение тратится около 14 % общего объема энергопотребления. Пусть приведенные выше рассуждения не касаются всех 140 миллионов жителей России, но по крайней мере половина жителей мегаполисов не привыкли вставать с рассветом. По моим наблюдениям, многие москвичи, например, привыкли вставать поздно и ложиться за полночь. А это уже миллионы людей и миллиардная экономия на освещении.

Тут я не могу привести сколь-нибудь точных цифр, чтобы мои рассуждения выглядели более весомо. Впрочем, и приведенные выше вычисления носят весьма приближенный характер. Чтобы получить точные цифры, нужно применить математический аппарат, апроксимировать графики восхода и захода солнца какими-то функциями, а затем проинтегрировать их чтобы вычислить конечные значения. Для профессионального математика все это сделать, думается, не сложно. Потом надо оценить количество лампочек, которые горят в течение времени, подсчитанного по графикам, и оценить, какую экономию энергии можно получить в результате. Но конечный вывод от этого, полагаю, не изменится.

Нужно еще учесть и косвенные выгоды, связанные с тем, что снизится потребность в обеспечении суммарной мощности энергосистемы страны. Тут уж я вообще привести даже приближенные оценки не берусь, требуется подключение профессионалов.

Почему мы поздно ложимся и поздно встаем?

Таким образом, мы пришли к простому и вообще-то очевидному выводу: если постараться максимально использовать световой день, в масштабах страны можно получить существенную экономию на освещении. Для этого нужно вставать с солнышком и ложиться спать пораньше, ну не с заходом солнца, но все же меньше захватывать темное вечернее время. Почему же мы так не делаем?

Во-первых, распорядок дня для всего трудоспособного населения (а вслед за ним и для остальных категорий) определяется временем рабочего дня. Я думаю, что для сельского жителя подъем в 8 утра не характерен. Животных с утра нужно накормить-напоить, волей-неволей приходится подниматься раньше. А в городе рабочий день начинается в 9-10 часов, тут можно и встать попозже, особенно если до работы не далеко. Вернитесь и посмотрите еще раз на рисунок 2: если рабочий день имеет продолжительность 8 часов и начинается в 9 утра, то естественно, что народ просыпается не ранее 7 часов, быстренько завтракает и бежит-едет на работу. Рабочий день  заканчивается в 18 часов, после чего надо и в магазины зайти, продукты и что там еще купить. Возвращается человек домой — его ждут домашние дела, занятия с детьми и так далее. Все это делается не с утра, а после работы. Кроме того, театры, кино, выставки, развлечения, телевизор в конце концов. Самые интересные передачи по ТВ — после 21, а музеи вообще придумали акцию «Ночь в музее». А значит по крайней мере осенью-зимой основная часть нашей частной жизни уже требует искусственного освещения.

Вывод простой: если хотим экономить на освещении, нужно переносить начало рабочего дня на более ранние часы. Это позволит экономить на освещении, в то время как остальные потребности в электроэнергии (работа станков, например) от такого смещения рабочего времени никак не изменятся.

Свистопляска с переходами на летнее/зимнее время

Эксперименты со временем с целью получить какую-то экономию, уже неоднократно проводились как в нашей стране, так и в остальном мире. Краткий обзор этих экспериментов можно найти в Википедии. Все мы еще помним, как дважды в год переходили с летнего времени на зимнее и обратно. Обосновывалось это тоже соображениями экономии. Вот и недавно калининградские депутаты снова выступили с инициативой ввести «летнее» время.

Но давайте внимательно рассмотрим следующий рисунок, иллюстрирующий переходы на летнее-зимнее время.

Летнее время

Весь предполагаемый выигрыш в использовании светлого времени суток здесь достигается только за счет того, что летом рабочий день начинается на час раньше, не в 7, а в 6 часов утра. Но легко видеть, что «зимние» периоды мы тоже не прогадали бы, сдвинув время подъема на час раньше, потому что пропала бы необходимость пользоваться искусственным освещением поздно вечером.

То есть ту экономию, которую дает переход на «летнее» время, можно было бы так же получить и даже приумножить. Причем в этом варианте не потребуется дважды в год «дергать» наши биологические часы», что сильно раздражает большинство жителей нашей страны. Чтобы убедиться, что эти переходы не нравятся очень многим, достаточно посмотреть, что выдают поисковые системы по запросу «переход на летнее время». Большинство публикаций будут посвящены тому, что так делать не надо.

Вопрос о том, на сколько нужно сдвинуть время начала рабочего дня, чтобы получить максимальную экономию, требует проведения более точных расчетов, чем те, которые я сделал в начале этой статьи. Но, полагаю, что в результате все равно получится, что начинать рабочий день нужно в 7 часов 30 минут или около того. Это просто следует из рисунка 3, на котором очень наглядно показано, что в этом случае будет максимально использоваться светлое время суток.

Несуразности с часовыми поясами

Нужно заметить, что все значения времени, встречающиеся в приведенных выше рассуждениях, надо воспринимать как значения для астрономического или истинного солнечного времени, а не того времени, которое показывают наши часы. Потому что то, что показывают наши часы, требует отдельного рассмотрения. И начнем это рассмотрение снова с одного частного случая.

Я прожил большую часть своей жизни (начиная с поступления в университет) в Казани. Казань в частности и вся Республика Татарстан живут по московскому времени. Между тем истинное солнечное время отличается от московского примерно на 46 минут.

Расчет этой разницы получается следующим образом (значения географической долготы взяты с сайта geonames.org).

Долгота Москвы — 37 градусов 36 минут 56 секунд или 135416 секунд долготы. Долгота Казани — 49 градусов 7 минут 19 секунд или 176839 секунд долготы. Разница в географической долготе составляет  11 градусов 30 минут 23 секунды или 41423 секунд долготы. Земля делает полный оборот (360 градусов=1296000 секунд долготы) за 24 часа или 86400 секунд времени. То есть одна секунда времени соответствует 15 секундам долготы. Полученную разницу в географической долготе делим на 15 и получаем 2761,53 секунд времени, то есть около 46 минут.

А между тем Казань живет по московскому времени, а это означает, что происходит сдвиг в «темную часть суток» и дополнительно теряется 46 минут светлого времени. Можно было бы проиллюстрировать это рисунком, подобным рисунку 2, но, думаю, что это и без дополнительного рисунка понятно.

И такая картина имеет место не только в Казани, но и во множестве других регионов, городов и населенных пунктов России. Ситуация еще усугубилась после того, как наше правительство уменьшило число часовых поясов. Посмотрите на следующую карту, где разными цветами выделены теперешние часовые пояса (щелкните для увеличения):

Карта часовых поясов России

На карте ясно видно, что Татарстан, Чувашия, Марий-эл, Коми, Кировская, Ульяновская и ряд других областей теперешнего московского часового пояса должны иметь разницу в 1 час от Москвы.  В других часовых поясах ситуация аналогичная.

Между прочим, в пору моей юности (в 60-е годы прошлого века) так и было (не могу с уверенностью утверждать это для всех перечисленных регионов, но в Кировской области, где я тогда жил, время на час отличалось от московского).  Вот карта часовых поясов в России в советское время (с 1925 по 1991 год):

Карта часовых поясов в СССР

Гораздо более равномерное и (на мой взгляд) рациональное разделение страны по часовым поясам.

Между прочим, более рациональное разбиение страны на часовые пояса (или часовые зоны, как сейчас это принято называть) может снизить и пики энергопотребления, поскольку такие широкие как сейчас часовые зоны ведут к тому, что пиковое потребление приходится на одно и то же время в большом количестве регионов.

Как мне кажется, выводы из вышеприведенных рассуждений очевидны: если хотим сэкономить электроэнергию за счет более рационального использования светлого времени суток, необходимо

  1. по утрам подниматься часа на полтора раньше (и этого можно добиться, если соответственно перенести начало рабочего дня в учреждениях, организациях и на производстве);
  2. более рационально организовать разделение страны на часовые пояса.

Первое условие правительство может выполнить, перенеся начало рабочего дня в государственных учреждениях, вслед за которыми подтянутся волей-неволей и коммерческие фирмы. Ну а второе вообще в полной воле законодателей. И если этого не сделать, то снова разворачивать дискуссию о введении в стране летнего-зимнего времени могут только люди, которые преследуют цели, не имеющие ничего общего с целями энергосбережения!

В.Костромин

Наверх