Оценка потенциала тепла сточных вод в многоквартирных жилых зданиях

Нариков К.А., Игизова А.М.

 

Нариков Канат Амангельдиевич / Narikov Kanat Amangeldievich – кандидат технических наук, доцент,

кафедра строительства и строительных материалов, машиностроительный факультет

Игизова Азель Мукиткызы / Igizova Azel Mukitkyzy - магистрант

Западно-Казахстанский аграрно-технический университет, г. Уральск, Казахстан

 

Аннотация: в статье исследован вопрос о потенциале тепла сточных вод в многоквартирных жилых зданиях. Представлена динамика их поступления в зависимости от времени суток и дней недели, а также взаимосвязь температуры и расхода сточных вод с потреблением горячей и холодной воды.

 

Ключевые слова: утилизация тепла, канализационные стоки, тепловые насосы

 

Каждый крупный город ежедневно сливает в открытые водоемы просто космическое количество сточных вод, загрязняющих их. Может показаться, что отравленная нечистотами вода уже никому не нужна и пригодиться не может, но это не так — на ее основе, оказывается, можно создавать топливные элементы.

Канализационные стоки воды представляют собой источник тепловой энергии, который имеется во всех жилых зданиях, снабжённых системами централизованного холодного и горячего водоснабжения. Потоки сточных вод стекают по стоякам жилых квартир в общий трубопровод системы канализации и далее удаляются из жилых зданий, унося с собой большое количество тепловой энергии. Использование хотя бы части этой энергии может позволить снизить объёмы потребления тепла в системах горячего водо- и теплоснабжения. Вопросы оценки потенциала и использования тепла сточных вод заслуживают особого внимания. [1, с.176]

В данной работе делается попытка оценить потенциал тепла сточных вод многоквартирных жилых домов, выявить динамику их поступления в течение суток и дней недели, установить взаимосвязь температуры канализационных стоков с расходом и температурой горячей и холодной воды, а также определить количество тепловой энергии, содержащейся в канализационных стоках и безвозвратно уходящей в канализацию.

На рис.1 показана динамика изменения температуры сточных вод в течение суток для жилых домов, расположенных в г.Уральск. Видно, что пределы колебания температуры сточных вод довольно значительны. В ночное время, когда потребление горячей воды минимально, температура сточных вод снижается до 7-10ºС, а в утренние часы, когда её потребление возрастает (рис.3а), температура поднимается до 15-20ºС, достигая максимальных значений 25-35ºС в вечерние часы.

Рис.1 Часовые колебания температуры сточных вод многоквартирного жилого дома

Анализируя полученные выше графики, можно сделать вывод о том, что потенциал тепла сточных вод многоэтажных жилых зданий выше в утренние и вечерние часы, то есть как раз тогда, когда и потребность в горячей воде наибольшая (рис.2а).

а) б)

Рис.2 Типичные зависимости расходов горячей воды (а) и канализационных стоков (б) в течение суток.

Сравнивая график изменения температуры сточных вод с графиком расхода горячей воды, можно наблюдать синхронность в их поведении и совпадение температурного максимума канализационной воды с максимумом интенсивности потребления горячей воды. Это позволяет говорить о возможности использования тепла сточных вод для целей горячего водоснабжения в те моменты времени, когда это действительно необходимо. Достоинством такого варианта утилизации тепла сточных вод является то, что время выхода канализационных стоков (рис .2б) совпадает с потреблением горячей воды (рис.2а) жилого дома. То есть это время, в течение которого канализационные стоки успеют отдать большую часть тепла холодной воде и тем самым обеспечить существенный вклад в покрытие нагрузки горячего водоснабжения. [2, с.44]

Обратимся к рис.3, на котором изображены графики, позволяющие понять, какие объёмы тепловой энергии, соответствующие разнице ∆T между начальной Tê′.â и конечной Tê′.′â температурой канализационной воды, можно получить при расходе канализационной воды vê.â . Видно, что за 1 ч при расходе vê.â =1 м3/ч и ∆T = 10 ºС количество тепловой энергии составит 0.01 Гкал, а при ∆T = 20 ºС и vê.â . =5 м3/ч эта величина возрастёт до 0.1 Гкал. [3, с.11]

Рис.3 Зависимость тепловой энергии от расхода и разности температур сточных вод

Основным фактором, влияющим на температуру сточных вод жилых зданий, является характер потребления горячей и холодной воды. Утилизация и повторное использование большей части энергии сточной воды позволит сэкономить тепловую энергию и снизить общую стоимость горячей воды. [4, с.189]

Основная цель исследовательского проекта - использование сточных вод в качестве источника тепла. Рекуперацию тепла сточных вод непосредственно в здании можно рассматривать как перспективную технологию, которая позволяет увеличить энергетическую и ресурсную эффективность нагревательных приборов в зданиях.

Выводы

1.   Установлено, что сточные воды жилых зданий, сбрасываемые в канализацию в течение большей части времени суток, уносят с собой значительное количество тепловой энергии. Вопрос об эффективном использовании тепла сточных вод заслуживает самого пристального внимания.

2.    Основным фактором, влияющим на величину потенциала тепла сточных вод, является характер потребления горячей и холодной воды. Максимум потенциала тепла сточных вод достигается в моменты наибольшего расходования горячей воды.

3. Изменение температуры сточных вод жилых зданий не зависит от дня недели и имеет циклический характер, возрастая утром и вечером до 20-35 ºС, и понижаясь ночью и днём до 10-15 ºС.

4. Синхронность температурного максимума канализационных стоков с максимумом потребления горячей воды свидетельствует о реальной возможности утилизации тепла сточных вод для целей горячего водоснабжения именно в те моменты времени, когда это действительно необходимо.

 

Литература

 

1.                  Сибикин Ю.Д. Нетрадиционные и возобновляемые источники энер-гии: учеб.пособие/Ю.Д. Сибикин, М.Ю. Сибикин. – М.: Кнорус, 2010. 176 с.

2.                  Silberglitt R., Anton P., Howell D., Wong A. The Global Technology Revolution 2020: RAND Technical Report. SantaMonica – Arlington – Pittsburg, 2006. 44 с.

3.                  Данилович, Д.А. Энергосбережение и альтернативная энергетика на очистных сооружениях канализации / Д.А. Данилович // Водоснаб-жение и сан.техника. 2011. №1. С.9-16.

4.                 Козлов, В.Б. Энергосберегающие технологии в современном строи-тельстве / Пер. с англ. Ю.А. Матросова и В.А. Овчаренко; под. Ред. В.Б. Козлова. – М.: Стройиздат, 1990. 189 с.