ЛЕКЦИЯ (12.05 2020 (1пара9.00-10.30)
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИРОДНО-ПРОМЫШЛЕННЫХ систем
учебная дисциплина
Тема: «Ресурсосбережение в системах водоснабжения и водоотведения»
Для повышения энергоэффективности зданий и сооружений за последние годы в России удалось внедрить достаточно много инновационных технологий в области усиления теплозащиты оболочки зданий, повышения эффективности систем отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха, электропотребления. Сфера горячего водоснабжения (ГВС), пожалуй, наиболее консервативная в части энергосбережения среди прочих инженерных систем, хотя в структуре теплопотребления жилых и общественных зданий горячее водоснабжение занимает значительное место (до 50% – в жилых зданиях, до 15–20% – в общественных).
Вода для жизни
Россия является одним из лидеров по запасу водных ресурсов (только озеро Байкал объемом 23 тыс. км3 составляет 20% мировых ресурсов пресной воды), однако в стране большое количество регионов с дефицитом воды: прикаспийские территории, Северный Кавказ, отдельные регионы Урала, Алтая, Нечерноземья. Распределение доступных водных ресурсов для хозяйственной деятельности в стране характеризуется значительной неравномерностью. Так, материковые стоки пресной воды, выносимые в Северный Ледовитый и Тихий океаны, составляют более 90%, а на долю бассейнов Каспийского и Азовского морей, где проживает 80% населения, приходится менее 9% стоков рек. Волжский бассейн испытывает большую техногенную нагрузку. Из-за 18%-ного водозабора на хозяйственную деятельность естественный годовой сток Волги сократился более, чем на 10%. Еще хуже ситуация обстоит в бассейнах Дона, Кубани, Терека, Урала, где водозабор достигает 30–40% ресурса рек.
Но даже в благополучных регионах наметилась тенденция прогрессирующего роста цен как на саму воду, так и на тепловую энергию для ее подогрева. На рис. 1 приведена динамика роста тарифов на холодную и горячую воду на примере г. Москвы.
|
| Рисунок 1. Рост тарифов на холодную и горячую воду в Москве |
За три последних года цена на эти ресурсы удвоилась.
Среди технически развитых стран мы являемся рекордсменами по душевому водопотреблению (рис. 2).
|
| Рисунок 2. Расход холодной воды на 1 жителя в сутки и ее стоимость |
Уже сейчас цена за 1 м3 воды в нашей стране достигла $0,8 (Москва) в то время, как еще 10 лет назад она составляла $0,1.
По оптимистичным оценкам, полезное водопотребление в наших домохозяйствах составляет 75%, на утечки приходится 7%, а на нерациональное водопользование – 18% (рис. 3).
|
| Рисунок 3. Структура водопотребления |
Вместе с тем активный переход жителей на приборный учет потребления воды показал снижение фактического водопотребления по отношению к расчетному в 1,5–2 раза. Что в этом показателе относится к «бережливости» жителей, а что к «припискам» водоснабжающих организаций, судить трудно. По данным руководства Мосводоканала, за последние два года средняя температура канализационных стоков в Москве повысилась на 1,5–2 °C, что по их мнению свидетельствует о повышении «бережливости» жителей.
Температура канализационных стоков формируется смешением горячей воды (норматив +65 °C) и холодной воды (5–7 °C зимой и 12–15 °C летом). Если основываться на этих данных, то среднее соотношение потребляемой горячей и холодной воды в стоках составляет соответственно 40–45% и 55–60%.
Это соотношение достаточно приближенное, т.к. не учитывает ряд факторов, таких как подогрев холодной воды в стиральных машинах, специфику водопотребления производственных и коммунальных предприятий. Тем не менее оно дает представление о соотношении расходов холодной и горячей воды.
В работе приводится усредненное соотношение водопотребления в российском домохозяйстве (рис. 4).
|
| Рисунок 4. Структура водопотребления российского домохозяйства |
Анализ водоразбора по отдельным потребителям (рис. 4) показывает близкое соотношение стоков горячей и холодной воды – 42% и 58% соответственно.
|
| Рисунок 5. Характер суточного водопотребления в расчете на одного жителя |
Динамика режимов водопотребления в жилых и общественных зданиях характеризуется резко выраженной неравномерностью в течение суток, которая в свою очередь зависит от числа потребителей, объединенных общей сетью.
На рис. 5 показан примерный суточный график водопотребления для 10 и 100 водоразборных точек. Обе кривые имеют утренний и вечерний максимумы. Увеличение числа потребителей сглаживает график водопотребления от случайных характеристик к вероятностному распределению.
| Несмотря на то, что планета Земля на 70% покрыта водой, объем пригодной для водоснабжения населения воды составляет всего 0,003% (97% – соленая вода мирового океана, 2% – ледники, 0,99% – вода глубокого залегания). Уже сегодня дефицит воды испытывает более половины населения планеты и с каждым годом растет не удовлетворенная потребность в этом важнейшем ресурсе жизни. Прогнозируется, что уже к 2025 году потребность в воде увеличится в 6,5 раз, а ее стоимость в засушливых районах многократно возрастет. Рациональное водопользование стало одним из основных экологических приоритетов в мире. В частности, мероприятия по очистке «серых» стоков для повторного использования в качестве технической воды предусмотрены «зелеными» стандартами США (LEED), Великобритании (BREEAM), Германии (DGNB). |
Рациональное водопользование
В стандарте СТО НОСТРОЙ 2.35.4–2011 «“Зеленое строительство”. Здания жилые и общественные. Рейтинговая система оценки устойчивости среды обитания» особое внимание уделено экономии ресурсов в системах горячего и холодного водоснабжения. В категории «Рациональное водопользование» содержатся критерии, оценивающие водосбережение, заложенное в проекте здания. Например, критерий «водосберегающая арматура» имеет уже сегодня реализованные энерго- и ресурсосберегающие решения в системах горячего и холодного водоснабжения. К ним можно отнести:
· меры по сокращению водопотребления за счет установки счетчиков воды, контроля давления перед водоразборной арматурой, применения водосберегающей арматуры, устранения утечек;
· меры по сокращению энергопотребления в ГВС за счет использования систем солнечных коллекторов для горячего водоснабжения в южных регионах.
Критерий «Утилизация стоков» пока не имеет в России решений широкого применения. Однако «серые» стоки являются большим потенциальным источником сбережения воды и энергии. Под «серыми» стоками принято понимать стоки от умывальников, ванных, душей. К мероприятиям по их использованию относятся:
· теплонасосные системы утилизации тепла для систем ГВС, которые, к сожалению, не получили распространения в нашей стране по экономическим соображениям;
· кожухотрубные теплообменники для утилизации теплоты канализационных стоков. Попытки использовать такие решения оказались неудачными из-за их быстрого загрязнения;
· системы очистки «серых» стоков для повторного использования в качестве технической воды для смыва унитазов, мойки автомобилей, мойки тротуаров, полива зеленых насаждений. Такие системы в последние годы получили широкое распространение за рубежом.
Иногда к «серым» стокам причисляют стоки от стиральных и посудомоечных машин, моек. В первой группе «серых» стоков уровень загрязнения сравнительно не велик и определяется, помимо бытовых загрязнений, слабой концентрацией мыла, шампуней, гелей для душа. Очистка «серых» стоков первой группы достаточно хорошо отработана и не требует больших затрат. Вторая группа «серых» стоков требует более сложных технологий чистки и фильтрации, т.к. содержит большое количество органических отходов (мойки и посудомоечные машины) и ПАВ (поверхностно активные вещества) стиральных порошков и эмульсий. Включение в состав утилизируемых «серых» стоков тех или иных компонентов определяется технико-экономическим обоснованием (располагаемые водные ресурсы, их стоимость, стоимость технологий очистки). В большинстве регионов экономически целесообразна утилизация «серых» стоков первой группы.