Ресурсосберегающие технологии: подход к экологически рациональному проектированию

«Я заядлый инженер. Я живу, чтобы изобретать, конструировать и давать жизнь механизмам». Джеймс Дайсон

«На планете с ограниченными ресурсами инженерные изобретения, безусловно, играют важную роль. Мы по своей натуре всегда стремимся решать существующие проблемы и делать вещи лучше, чем они есть. Грамотное и бережное использование энергии и материалов — необходимое условие нашей работы. Именно ресурсоэффективный подход в проектировании и привлек меня. Когда я обнаружил, что мешки-пылесборники имеют ряд недостатков (засоряются и снижают мощность всасывания), я не стал изобретать заново другой мешок, а решил придумать новое, более эффективное решение.

Инженеры, с которыми я сегодня работаю в компании Dyson, решают проблемы, на которые другие не обращают внимания. Тяжелые двигатели, которые быстро сгорают. Громоздкие, не слишком элегантные беспроводные пылесосы. Сушилки для рук, которые оставляют руки мокрыми. Кто-то может считать наши устройства «экологически чистыми». Но для меня само понятие экологичности напоминает маркетинговый ход. Устройство с незначительно улучшенными экологическими показателями поступает в продажу в зеленой упаковке и украшается значком с изображением растения.

Так преувеличиваются преимущества и недооцениваются проблемы, стоящие перед планетой Земля.

Давайте будем откровенны: экопылесос не спасает тропические леса Амазонки. Мы не занимаемся манипуляцией и не называем свою продукцию экологически чистой. Тем не менее сейчас мы впервые рассказываем о наших ресурсосберегающих технологиях. Почему? Говоря об экологически рациональном проектировании, я призываю талантливых и идеалистически настроенных молодых людей, работающих со мной в наших научно-исследовательских лабораториях, добиваться большего. С меньшими затратами.

Проблема с использованием мешков проста: отверстия в них быстро забиваются пылью, поэтому мощность всасывания пылесоса падает. Вследствие этого мешки требуют частой замены. Пыль забивает отверстия мешков, а мешки из бумаги или не поддающегося биоразложению полипропилена засоряют свалки. А предварительно эти мешки должны быть изготовлены, упакованы и разосланы по всему миру».

В Москве состоялась презентация продукции  компании Dyson, на которой с большим и интересным рассказом выступил инженер-разработчик компании Мэтт Келли. Он не просто представил последние разработки компании, но и описал стратегию Dyson по конструированию механизмов, работающих на удовлетворение потребностей покупателей.

Когда Джеймс Дайсон размышлял над тем, как индустриальный циклонный сепаратор сработал бы в пылесосе, он не ставил перед собой задачу избавить мир от миллиардов тонн отходов. Он думал о повышении эффективности, о создании устройства, не теряющего мощности всасывания. Вот тут-то свою роль сыграло ресурсоэффективное проектирование.

В пылесосах Dyson нет расходных материалов. Пыль собирается в контейнер и высыпается прямо в мусорное ведро. Фильтры нужно лишь промывать, а в новых моделях пылесосов они и вовсе не требуют промывания и замены.

На сегодняшний день продано более 50 миллионов пылесосов Dyson. Если бы во всех этих устройствах использовались расходные материалы, свалки были бы завалены миллиардами мешков.

Циклонные сепараторы используются в промышленности. На лесопильных заводах циклоны улавливают опилки из воздуха, а на нефтеперерабатывающих заводах они используются для отделения масел и газов.

Это обычная практика

Ресурсосберегающие технологии создаются талантливыми молодыми людьми, которые работают в компании Dyson. Команда из 1600 инженеров и ученых, включая Джеймса Дайсона, трудятся в лабораториях Малмсбери, Малайзии и Сингапура, создавая и испытывая новые изобретения. Доступ по отпечаткам пальцев помогает избежать проникновения посторонних в помещения, а также служит защитой от утечки служебной информации.

Хотя многое из того, что делают сотрудники компании Dyson окутано тайной, принципы их работы ни для кого не остаются секретом... Где бы вы ни работали (в Центре исследований и разработок или в Сервисной службе), важно не только освоиться на новом месте, но и вникнуть в самую суть дела. Чтобы глубже понять технологию и заняться решением сложных задач, в первый же день работы каждый сотрудник разбирает и собирает пылесос Dyson.

Решая технологические задачи, можно наткнуться на каменную стену. Вот почему экспериментальный подход так важен: обязательно нужно что-то попробовать, потерпеть неудачу, затем скорректировать подход и повторить попытку. Именно так решаются проблемы и так в нашу жизнь приходят ресурсосберегающие технологии.

Циклонный велодром

Перед изобретателем была поставлена задача поразить жителей Токио преимуществами циклонной технологии Dyson. Увлеченному человеку с высшим инженерным образованием пришла в голову идея прозрачного велодрома, демонстрирующего влияние центробежных сил на способность улавливать пыль из воздуха.

В компании Dyson понимали, что одних концепций мало, поэтому выпускника усадили за работу. Для воплощения своей идеи он использовал листы поликарбоната и свой гоночный велосипед. Через несколько недель автор идеи неистово накручивал круги на своем мини-велодроме в Роппонги Хиллз, Токио. Дело сделано.

Тончайшие стенки

Джеймс Дайсон понимал, что людям нужны более компактные и легкие устройства. Вот почему он поставил перед инженерами задачу уменьшить толщину стенок до минимума. С замиранием сердца они наблюдали, как на хрупких прототипах появлялись трещины, но путем наращивания материала только в этих уязвимых местах было создано новое поколение легких устройств.

Разрезать автомобиль Mini пополам

Инженеров-проектировщиков Dyson волнует в первую очередь не форма, а функциональность. Эту философию стремится донести Фонд Джеймса Дайсона (James Dyson Foundation) до начинающих Брюнелей в рамках своей программы в школах и университетах.

Именно поэтому Хелен, недавняя выпускница, работающая в Фонде, получила скромную сумму денег, чтобы сначала раздобыть автомобиль Mark 1 Mini, а затем разрезать его пополам и увидеть его внутреннее устройство. Эксперименты, а не опыт При приеме на работу в Dyson длинные резюме не имеют особого значения: компании нужны находчивые и увлеченные выпускники и стажеры — начинающие инженеры.

С самого начала на них возлагается ответственность. Творческая смелость и свобода — вот чего мы хотим: именно на этом базируются революционные идеи.

Двигатель располагается в центре устройства Dyson.

Он выполняет важную функцию преобразования электрической энергии в механическую. Чтобы хорошо выполнять свою работу, он должен быть эффективным, легким и прочным. Обычные двигатели далеки от идеала. Они представляют собой множество громоздких компонентов: крыльчатки, медные обмотки и угольные щетки, которые изнашиваются и нуждаются в замене. Они создают массу искр, тепла и теряют энергию. Поэтому инженеры Dyson разработали совершенно новый двигатель.

Двигатель Dyson V6 с цифровым управлением. Это компактное экономичное устройство использует цифровую импульсную технологию, обеспечивающую вращение со скоростью до 110 000 оборотов в минуту. Двигатель небольшой, энергоэффективный и намного легче обычных; при весе всего 218 грамм он генерирует энергию 425 Вт. Его максимальная производительность соответствует показателям полноразмерных двигателей, требующих мощного питания.

Революция требует времени и инвестиций. На создание запатентованного двигателя Dyson V6 с цифровым управлением ушло семь лет.

Начиная с 1999 года компания Dyson инвестировала более £150 млн. в исследования и разработку своих двигателей с цифровым управлением.

90% воздействия на окружающую среду в течение срока службы пылесоса Dyson приходится на время, когда он подключен к сети и работает.

С 2008 года эффективные двигатели уменьшили на 40% снизили потребление энергии при уборке пола в расчете на единицу техники.

Роботы, собирайте!

Компактный двигатель Dyson V6 с цифровым управлением буквально напичкан высокотехнологичными компонентами. Для обеспечения высоких показателей производительности и качества двигатель должен собираться с абсолютной точностью. Даже человеческим рукам с их невероятной ловкостью не по силам такая филигранная работа. Поэтому в сборке задействованы высокоскоростные и высокоэффективные роботы — 50, если быть точным.

С точностью до микрона Во время работы по установке шарикоподшипников необходимо нанести микроскопическое количество адгезива. Слишком большое его количество может привести к смещению шарикоподшипников и нарушить бесперебойную работу.

Роботы используют микрокапли для точного нанесения чрезвычайно тонкого слоя клея. Это снижает количество отходов и помогает предотвратить отказ в работе двигателя Благодаря огромному количеству экономичных устройств, с высокой скоростью выполняющих такие точные операции, наша полностью автоматизированная линия сборки в Сингапуре теперь может производить в год шесть миллионов двигателей Dyson с цифровым управлением: каждые шесть секунд — новый двигатель.

Завод Dyson Westpark, производящий двигатели с цифровым управлением, прошел сертификацию по стандарту экологического менеджмента ISO 14001. Инженеры постоянно изыскивают новые способы повышения эффективности.

Например, каждая наша печатная плата обычно упаковывалась в отдельный антистатический чехол, что неизбежно приводило к увеличению количества отходов. Инженеры Dyson создали многоразовые антистатические лотки, вмещающие больше печатных плат, в результате объемы мусора на полигонах для отходов сократились.

Трата энергии. Трата бумаги.

На протяжении многих лет сушилки для рук на стенах туалетов привычно подают дорогой горячий воздух, который фактически не высушивает руки. Это происходит потому, что обычные сушилки для рук используют эффект испарения: нагревая воздух, содержащий грязь и бактерии, и выдувая его на влажные руки, сушилки постепенно превращают влагу в пар. Это слишком медленный процесс: обычно он занимает 43 секунды. А как насчет бумажных полотенец? Они дорогие и ресурсоемкие.

Требуется вырубка деревьев, мульчирование, отбеливание и транспортировка, затем пополнение запасов, утилизация и расширение свалок. Даже бумажные полотенца из переработанной бумаги, несмотря на заявления об их экологической чистоте, вряд ли улучшают ситуацию, ведь их переработка и перераспределение требуют затрат энергии.

Сушилка для рук Dyson Airblade «срезает» влагу с рук с помощью плоских потоков холодного воздуха, движущегося со скоростью 692 км/час благодаря двигателю Dyson с цифровым управлением, в результате чего руки высушиваются всего за 10 секунд. Высушивание рук за 10 секунд и использование ненагретого воздуха означает меньшие затраты энергии.

Расходуется 1/6 часть энергии, потребляемой сушилками с горячим воздухом, с использованием технологий, предшествующих технологии Airblade.

Инженеры Dyson сотрудничали с компанией Carbon Trust при разработке метода оценки реального воздействия продуктов на окружающую среду в течение всего их жизненного цикла: от материалов и производства до логистики, использования и утилизации. Эта надежная методика помогает инженерам сосредоточиться на способах уменьшения воздействия на окружающую среду.

Важность материалов

Потребление энергии во время работы устройств — это, пожалуй, самое серьезное воздействие на окружающую среду, которое могут оказать продукты Dyson. Но материалы тоже важны. Чем меньше сырья мы используем, тем меньше растрачивается ресурсов и тем значительнее сокращается энергоемкий процесс. Это также обусловливает малый вес устройства и удобство в его использовании. Когда поставщики комплектующих сказали нам, что наши пластиковые детали должны иметь определенную толщину, мы подошли к этому вопросу со всей ответственностью: испытания начались с минимальной толщины пластиковой детали. Затем постепенно укрепляли материал до необходимой прочности. Нельзя жертвовать надежностью. Мы соблюдаем строжайшие нормы тестирования и проводим бескомпромиссную проверку на прочность.

Революция и эволюция беспроводных устройств Беспроводные пылесосы Dyson — воплощение нашей философии экологически рационального проектирования. Они ресурсоэффективны благодаря двигателям Dyson, циклонам и аккумуляторам, выполненным по ультрасовременной технологии. Наши последние модели беспроводных пылесосов превосходят многие проводные полноразмерные устройства: они расходуют только малую часть материалов и энергии. Они также демонстрируют снижение веса и количества выбросов углерода на 9% по сравнению с их беспроводными предшественниками.

Сила геометрии

Отказавшись от увеличения количества материала для усиления прочности, инженеры Dyson сделали ставку на конструкцию и геометрию. Например, блок циклонов из 15 конусов дал инженерам возможность уменьшить поперечное сечение стенки циклона с 2 мм до 0,7 мм.

Сужая границы

Алюминий — прочный, легкий материал, но процесс его добычи отличается энергоемкостью.

Поэтому инженеры Dyson сделали алюминиевую трубку на 0,3 мм тоньше. Они компенсировали снижение прочности, создав внутреннюю пластиковую трубу с двойными стенками, что свело к минимуму количество используемого материала. В итоге наши инженеры сэкономили более 20 г первичного алюминия на каждом устройстве.

Это позволило сократить выбросы CO2 в атмосферу на 1 769 818 кг по сравнению с 2007 годом, когда был выпущен наш первый беспроводной пылесос.

Инженеры Dyson установили на беспроводных устройствах кнопку-курок для экономии энергии: она расходуется только во время нажатия курка, что сводит к минимуму количество потребляемого электричества.

Добиваться большего с меньшими затратами.

Во-первых, меньше материалов Инженеры Dyson полностью поменяли привычную конструкцию вентилятора. Они отказались от вращающихся лопастей, «разрубающих» воздух, увеличили скорость потока, поступающего через щелевое отверстие, расположенное по окружности, и задействовали явление, известное как эффект Коанда. Окружающий воздух втягивается вентилятором, и далее равномерный, мощный поток на высокой скорости устремляется в нужном направлении. Ввиду отсутствия лопастей и решеток, производится меньше деталей и меньше материалов рассылается по всему миру.

Во-вторых, меньше энергии.

У последнего поколения вентиляторов Air Multiplier для значительного снижения турбулентности были выпрямлены траектории движения потока воздуха. Двигателю больше не нужно так много работать, чтобы создать аналогичный эффект охлаждения. В результате этого выбросы углерода сокращаются на 18%, а уровень шума — на 75%.

В-третьих, уничтожение 99,9% бактерий.

Увлажнитель Dyson использует запатентованную технологию Ultraviolet Cleanse. Трехминутный цикл обеспечивает устранение 99,9% бактерий в воде до того, как влага попадает в воздух.

Мы не просто пытаемся извлечь максимум из ресурсов и энергии, мы ищем пути применения наших новых технологий для решения проблем, на которые другие не обращают внимания. Инженеры и микробиологи Dyson обнаружили, что существующие увлажнители далеки от совершенства: они либо не работают, либо в воздух из них вместе с влагой поступают бактерии.

Робот, который пылесосит

Технология, которой не обладает ни один другой робот-пылесос

Новый стандарт ресурсосберегающих технологий: робот, который работает за вас. Но только если он работает эффективно.

Работы над созданием робота-пылесоса велись с 1999 года, но дело не только в привязке циклона к компьютеру. Сделать устройство, создающее видимость работы, легко. Заставить устройство по-настоящему выполнять работу — совсем другое дело. Начали появляться другие роботы-пылесосы. Они блуждают по комнате с целеустремленным видом. Но когда дело доходит до основного назначения пылесоса — собирать грязь и пыль, некоторые роботы- пылесосы оказываются совсем неэффективными: всему виной слабая мощность всасывания. А многие из них не распознают пространство и хаотично двигаются в разные стороны, очищая одно и то же место по нескольку раз.