VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

В настоящее время с выходом Федерального закона № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности» поставлена задача радикального снижения энергоемкости систем инженерного обеспечения зданий.

Сточные воды, сбрасываемые в канализацию в течение всех суток, уносят с собой значительное количество тепловой энергии. Вопрос об эффективном использовании теплоты сточных вод заслуживает самого пристального внимания [1].

Количество тепловой энергии, используемой на нагрев воды для нужд горячего водоснабжения составляет 20…25% от общего потребления энергии в жилом многоквартирном доме. Большая часть нагрузки приходится на подогрев воды для принятия ванны или душа. Для гигиенических процедур человеку достаточно 1/10 части используемой в душе воды. Следовательно, около 90% теплой воды, подводимой к смесителю душа, сливается в канализацию неиспользованной [2]. Стоимость горячей воды, как правило, занимает второе место в графе расходов на услуги ЖКХ в многоквартирных жилых зданиях, уступая по стоимости только расходам, затрачиваемым на отопление помещений. Кроме горячей воды от душа и ванны, свой вклад также вносят раковины в ванной комнате и кухне, а также стиральные и посудомоечные машины, нагревающие воду с помощью электричества.

Существует не так много отработанных технологий, позволяющих использовать повторно теплоту сбросных канализационных стоков. Наиболее распространенной является система утилизации теплоты при помощи тепловых насосов на очистных сооружениях. Такая технология имеет ряд недостатков, среди которых:

1. Выработка теплоты тепловым насосом происходит с постоянным расходом электрической энергии, что снижает рентабельность данных проектов;

2. Данная технология получила широкое распространение только на очистных сооружениях, коллекторных станциях коммунальных предприятий, как правило, данные объекты находятся на большом удалении от жилых массивов, поэтому транспортировка горячей воды к ним связана с большими тепловыми потерями, что также оказывает влияние на общую рентабельность проекта.

В связи с этим, одним из перспективных направлений в области энергоэффективности является внедрение теплообменников, без использования дополнительного энергоносителя. Достоинством данных систем является их относительная компактность и возможность размещения в непосредственной близости от потребителя тепловой энергии. Данные системы применимы в зданиях, где осуществляется большой сброс горячей воды (многоквартирные жилые дома, гостиницы и пансионаты, общежития, медицинские учреждения, душевые бытовых корпусов промышленных предприятий, спортивные сооружения различного назначения). Примером такого теплообменника могут служить установки рекуперации теплоты стоков (РТС), производимые ООО «Завод инновационного промышленного оборудования», г. Липецк.

Вследствие того, что различные загрязняющие агенты постоянно поступают в систему канализации (мыло, песок и пр.) их наличие может стать причиной отказа работы рекуператоров теплоты в связи с загрязнением и "обрастанием" теплообменника. По этой причине, устройства РТС используют цикл грубой и тонкой очистки: сначала канализационные стоки попадают во внутреннюю емкость, где оседают все тяжелые включения, далее, в процессе переполнения этой емкости, вода проходит через фильтр тонкой очистки перед непосредственным поступлением в камеру с теплообменника. Автоматика устройства следит за степенью загрязнения фильтра и время от времени форсунка распыляет под напором холодную воду для его очистки. Также, автоматически отслеживается проток и включение функции регулярного сброса воды.

При слишком большом залповом сбросе канализационных стоков, если установка РТС не была на него рассчитана, происходит отвод воды через специальный байпас.

Традиционные решения системы канализации предусматривают отвод во внешние сети через квартирные (подъездные) стояки сбросов систем холодного и горячего водоснабжения (ванна, душевая кабина, умывальники, мойки), канализации (унитаз). Эти сбросы имеют ресурс теплоты, достаточный для его повторного эффективного использования с помощью рекуператора. Однако для повышения уровня рекуперации целесообразно учесть его специфику при проектировании и устройстве инженерных систем. Совместный отвод из систем водоснабжения и канализации понижает тепловой потенциал, за счет подмешивания к отводимой из умывальников, моек, душей и ванн горячей воде холодной воды из унитаза. В этой ситуации лучший уровень рекуперации будет обеспечивается при установке рекуператора теплоты на выходе отдельных отводов от моек, ванн, душевых кабин и умывальников, производя их смешивание с канализационными отходами после рекуперации. Следовательно, для повышения эффективности использования систем рекуперации теплоты стоков в многоквартирном жилом доме либо гостинице, необходимо разделить стояки фекальной и «серой» канализации (ванна, душевая кабина, умывальники, мойки). Исследования [3] показывают, что на унитазы приходится порядка 30% потребления холодной воды, то есть при использовании раздельной канализации данное количество холодной воды будет попадать в общую канализацию после теплоутилизатора, не понижая, при этом, теплового потенциала сточных вод из «серой» канализации. В подвале здания, где можно организовать установку РТС, проводится рекуперация тепла из стояка «серых» сточных вод, а далее, перед выпуском в общий канализационных коллектор, трубы вновь объединяются в один выпуск.

Расчет температуры сточных вод можно провести по формуле, из данных о потреблении горячей и холодной воды и их температурном режиме:

t_cм=, °С; (1)

где t_c - температура холодной воды, равная 5°С; t_h - температура горячей воды, °С; m_c - масса стоков холодной воды, кг; m_h - масса стоков горячей воды, кг.

Для проведения примерных расчетов взяты данные по расходу горячей и холодной воды для одноподъездного 6-ти этажного жилого дома. В таблице 1 приводятся результаты расчетов температуры стоков и массы стоков для данного здания.

Таблица 1

	Расход гор. воды Qh , м3ч	Расход хол. воды Qc , м3ч	Температура смеси tcм , °С	Масса смеси mcм, кг
Час наибольшего водопотребления (без отдельного стояка для фекальных стоков)	0,75	0,29 (0,42)	48,27 (43,46)	1040 (1170)
Средние сутки водопотребления (без отдельного стояка для фекальных стоков)	7,87	7,61 (10,87)	35,50 (30,20)	15480 (18877)

Расчеты показывают, что использование раздельных стояков для фекальной и «серой» канализации позволяют повысить температуру сточных вод на 11…17%.

Для предварительной оценки теплового потенциала сточных вод и целесообразности установки рекуператора теплоты стоков предлагается рассчитать, приблизительно, количество теплоты, которое можно полезно использовать на нагрев воды из водопровода, например перед I ступенью нагрева ГВС [4]:

Q = (m ⋅c ⋅Δt_ст ⋅η)/3600, кВт; (2)

где m - масса стоков, кг; c - теплоемкость стоков; Δt_ст – падение температуры стоков, °С; η – КПД рекуператора теплоты стоков.

Результаты примерных расчетов теплового потенциала стоков для данного здания приводятся в таблице 2.

Таблица 2

	Максимально часовой расход стоков	Среднесуточный расход стоков за час	Суточный расход стоков
Теплота, отнимаемая от стоков, кВт	12,99	9,16	219,81

Заключение. 1. Утилизация и повторное использование энергии сточных вод позволяет сэкономить тепловую энергию, снизить общую стоимость горячей воды и благоприятно повлиять на экологическое состояние окружающей среды, за счет снижения теплового загрязнения.

2. Использование раздельных стояков для фекальной и «серой» канализации позволяют повысить температуру сточных вод на 11…17%, что повышает тепловой потенциал стоков и, следовательно, эффект от утилизации теплоты.

Список литературы

1. А.в. Бежан. Оценка потенциала тепла сточных вод в многоквартирных жилых зданиях (на примере города Апатиты) // Труды Кольского научного центра РАН, 2013, вып. №2(15), с. 33…40.

2. Шонина Н.А. Утилизация тепла сточных вод // Сантехника, 2013, вып. №1.

3. А.Л. Наумов. Ресурсосбережение в системах водоснабжения и водоотведения / А.Л. Наумов, М.М. Бродач // Сантехника, 2012, вып. №1.

4. Зайцев О.Н. Использование тепла канализационных стоков на нужды отопления жилых зданий / Зайцев О.Н., Верламов А.М., Ангелюк И.П // Строительство и техногенная безопасность, 2011, вып. 40, с. 145…147.

Код для цитирования: Скопировать