Использование тепла канализационных стоков на нужды отопления жилых зданий Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Конструкцп будинкiв i споруд.ТЕПЛОВА 1ЗОЛЯЦ1Я БУДЮЕЛЬ.ДБН В.2.6-31:2006. МБАЖКГ Украни, 2006, с.87.

2. СНиП 2.04.05-91. Отопление, вентиляция и кондиционирование. - М.: Стройиздат, 1991.

3. Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические устройства. Ч1. Отопление. /В.Н. Богословский, Б. А. Крупнов, А.Н. Сканави. -М. : Стройиздат,1990. -344с.

УДК 697.317.42

Зайцев О.Н. д.т.н., профессор, Верламов А.М., ст. н.с., Ангелюк И.П. аспирант

Национальная академия природоохранного и курортного строительства

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛА КАНАЛИЗАЦИОННЫХ СТОКОВ НА НУЖДЫ ОТОПЛЕНИЯ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ

Использование тепла канализационных стоков может сократить расход топливо-энергетических ресурсов и уменьшить количество выбросов загрязняющих веществ.

Канализационный стоки, расход, тепло, отопление, тепловой насос, экономия.

ВВЕДЕНИЕ

Стоки в жилых зданиях - это секундно-отработавшая вода от душей рукомойников, унитазов и т.д. Количество и температура (около 20°С) стоков остаются постоянными в течении года, это делает их удобными для использования в качестве низкотемпературного теплоисточника для теплового насоса.

Использование тепла канализационных стоков - ещё один шаг реализации программы энергосбережния зданий и повышения их энергонезависимости.

АНАЛИЗ ПУБЛИКАЦИЙ

На данный момент в технической литературе нет методики расчета количества тепла, которое можно получить от канализационных стоков в жилых зданиях. В статье [1] описана установка с тепловым насосом, использующим в качестве теплоисточника тепло канализационных стоков и грунта, и получены опытным путем некоторые физические характеристики этой установки, в частности тепло отнимаемое от стоков. В технической литературе ведущих мировых фирм, выпускающих теплонасосное оборудование, также нет методики подбора данного оборудования для утилизации тепла канализационных стоков.

ЦЕЛЬ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Цель данной статьи - рассчитать количество тепла, которое можно получить от канализационных стоков. Задачей является определение эффективности использования теплонасосного оборудования, работающего от тепла стоков для компенсации теплопотребности системы отопления.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Методика исследований заключается в определении с помощью нормативной, технической литературы, количества стоков, их температуры, сравнении количества тепла, производимого ТН с теплопотребностью системы отопления.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ АНАЛИЗ

Исследование проводим для одноподъездного 10-и этажного 38-и квартирного жилого дома с числом жителей - 80 человек, расположенного в Симферополе. Согласно

расчету, теплопотребность системы отопления при расчетных условиях составляет 130 кВт, теплопотребность за отопительный период равна 244858 кВт. В каждой квартире установлены ванна с душем, умывальник, раковина, унитаз со смывным бочком. Данные по расходу воды жителями принимаем согласно СНиП 2.04.01-85* «Внутренний водопровод и канализация зданий» [2].

Согласно пп.3.12 [2] суточный расход стоков необходимо принимать равным водопотреблению без учета расхода воды на поливку:

^ = Чш , (1)

где - суточный расход стоков; чы - суммарное водопотребление горячей и холодной воды.

Для определения количества и температуры сточных вод необходимо определить расход отдельно холодной и горячей воды.

По данным прил.3 [2] определяем два показателя водопотребления: первый - для максимально нагруженных часов водоразбора (утро, вечер), второй - среднее водопотребление за сутки:

-час наибольшего водопотребления, [ л / ч ]:

Онг.и = Чпг.и • и , (2)

где Чиги - норма расхода воды в час наибольшего водопотребления на одного человека, ч\ги = 10 л/ч ■ чел - горячей, чскги = 5,6 л/ч ■ чел - холодной, определяемая

согласно приложению 3[2]; и - количество потребителей, [чел]; -средние сутки водопотребления, [ л / сут ]:

(и,т = Чи,т ■ и , (3)

где Чит - норма расхода воды в средние сутки водопотребления на одного человека, Ч^т = 105 л сут ■ чел - горячей, чСт = 145 л/сут ■ чел - холодной, определяемая согласно

приложению 3[2]; и - количество потребителей, [чел];

Рассчитываем температуру стоков отдельно для двух этих показателей по формуле:

t ■ т +1, ■ т,

Км = с с к к , (4)

т + т,

с п

где tсм - результирующая температура смеси, [°С]; t с - температура холодной воды, равная 5°С; th - температура горячей воды, равная 55°С; тс - масса стоков холодной воды, [кг]; тп - масса стоков горячей воды, [кг].

Результаты расчета сводим в таблицу 1.

Таблица 1

Расход гор. воды О11, м 3/ч Расход хол. воды , м3/ч Температура смеси см 5 ^ Масса смеси тсм , кг

Час наибольшего водопотребления 0,8 0,448 36,9 1241,6

Средние сутки водопотребления 8,4 16 22,1 24332,8

Периоды с 6.00 до 9.00 и с 18.00 до 22.00 наиболее нагруженные, достигается максимальный часовой расход стоков ((2 = 1,248 м3/ч ). Периоды с 9.00 до 18.00 и с 22.00

до 6.00 расход стоков среднесуточный ( ( = 0,92 м3/ч ).

Для повышения потенциала теплоносителя отбор тепла будем осуществлять тепловым насосом. Согласно данным [3], оптимальное понижение температуры

теплоисточника 5-7°С. Исходя из этого определим количество тепла, которое можно отобрать от стоков:

2 = т ■ с ■At, (5)

где т - масса стоков, [кг]; с - теплоемкость стоков, сст = 4,18 кДж/кг ■ К; At -

понижение температуры теплоисточника, [°С].

Результаты расчета сводим в таблицу 2. _Таблица 2

Максимально часовой расход стоков Среднесуточный расход стоков за час Суточный расход стоков Расход стоков за отопительный период

Тепло, отнимаемое от стоков, кВт 7,2 5,3 141,6 22089

По технической литературе подбираем тепловой насос Logatherm WPS 9 K фирмы Buderus, тепловой мощностью 9 кВт, потребляемая мощность компрессора - 2 кВт [4].

Согласно данным таблицы строим сравнительную диаграмму компенсации теплопотребности системы отопления традиционным теплоисточником и ТН.

6% 9%

94% 51%

а) б)

Рис. 1. Диаграмма компенсации теплопотребности системы отопления. а - при расчетной мощности системы отопления (130 кВт) 6% тепловым насосом; б - за отопительный период (244858 кВт) 9% тепловым насосом.

По данным диаграммы рассчитываем экономию от использования теплового насоса, работающего от тепла стоков, по сравнению с вариантом отопления газовым котлом.

Согласно тарифу на газ потребитель попадает в категорию свыше 12 тыс. м3 в год и стоимость 1 м природного газа для него равна 268,56 грн. Для отопления за отопительный период израсходуется 23773 м3 газа, стоимостью С] = 6384477 грн. По данным диаграммы, ТН компенсирует 9% теплопотребности системы отопления за отопительный период, т.е. израсходуется 21633 м3 газа, стоимостью С2 = 5809759 грн. На привод компрессора ТН расходуется 2 кВт/ч , предположим, что он работает беспрерывно в течении отопительного сезона, значит израсходуется 7488 кВт электроэнергии, при тарифе 0,24 грн/кВт стоимость составит С3 = 1797 грн. Тогда экономия от использования теплового насоса составит:

С = С - С2 - С3 = 56384477 - 5809759 -1797 = 572921 грн .

ВЫВОДЫ

1. Для жилого дома на 80 человек расход стоков равен: Q = 1,248 м3/ч - в час наибольшего водопотребления (температура стоков tcw = 36,9oС); Q = 0,92 м3/ч

- в среднесуточный час водопотребелния (температура стоков tcw = 22,1o С ).

2. При расчетной нагрузке тепловой насос, работающий от тепла стоков, компенсирует 5% теплопотребности системы отопления.

3. За отопительный период тепловой насос покроет 9% теплопотребности.

4. За отопительный период экономия от использования ТН, работающего от тепла канализационных стоков, составит 572921 грн.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. В.Ф. Гершкович. Исследование работы теплового насоса, использующего теплоту грунта и канализационных стоков, в системе горячего водоснабжения. Энергосбережение в зданиях №3-2007 (№34).

2. СНиП 2.04.01-85* «Внутренний водопровод и канализация зданий».

3. Рей Д., Макмайкл Д. Тепловые насосы: Пер. с англ. — М.: Энергоиздат, 1982. — 224 с, ил.

4. Католог продукции Buderus. Рассольно-водяной отопительный тепловой насос Logatherm. Каталог отопительной техники 2009г.

УДК 662.612—428.4

Зайцев О.Н., Кимаковский К.Н.

Национальная академия природоохранного и курортного строительства. Борисенко К.И., Шмоняк В.И.,

Одесская государственная академия строительства и архитектуры.

ЗАВИСИМОСТЬ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РЕЖИМА РАБОТЫ АККУМУЛЯТОРОВ ОТ ВИДА ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ

В результате теоретического моделирования тепло-гидравлических процессов в аккумуляторах при использовании в системе отопления различных теплоносителей выявлено, что данной конструкции существует значительная неравномерность скорости в объеме бака-аккумулятора. Предложена конструкция аккумулирующей емкости, за основу которой взята конфигурация профиля линий тока при движении твердого теплоносителя. Аккумулятор, теплоноситель, система водяного отопления.

АНАЛИЗ ПУБЛИКАЦИЙ

Рассмотрение существующих аккумуляционных устройств, применяющихся в современных системах отопления показало, что в подавляющем большинстве устройством аккумулирования тепла является жидкостные теплоаккумуляторы, как правило с одним корпусов цилиндрической формы, заполненной в начале процесса горячим теплоносителем [1].

В процессе работы горячий теплоноситель забирается из верхней части аккумулятора, а отработанный подается в нижнюю его часть. Такой тип жидкостного аккумулятора называется вытеснительным. Наиболее эффективно использование бака-аккумулятора, если вследствие разности плотностей горячей и холодной жидкостей может обеспечиваться малое перемешивание жидкости, эффективность использования