Вопросы утилизации теплоты «серых» стоков относятся к классу задач теплообмена через стенку в системе «вода – вода». Аналогом этой задачи могут служить исследования процессов теплопередачи в емкостных аккумуляторах горячей воды с трубчатыми теплообменниками. Такое оборудование выпускается рядом предприятий и в расчетах используются экспериментально установленные коэффициенты теплопередачи.
Для расчетов теплообмена в баках-аккумуляторах горячей воды используют значения коэффициентов теплопередачи для теплообменников из стальных труб – 290 Вт/м2·°C и для медных или латунных – 350 Вт/м2·°C. Эти сравнительно низкие значения коэффициентов теплопередачи приводят к необходимости развивать поверхность теплообмена и увеличивать массогабаритные характеристики аппаратов.
В рамках научно-исследовательской работы, выполняемой по заказу Минобрнауки РФ, ООО «НПО ТЕРМЭК» разработаны технические решения энергосберегающей системы горячего водоснабжения (ЭСГВ). Канализация осуществляется самотечной последовательно от всех приборов и централизованно выводится в систему наружной канализации. На рис. 6 приведена принципиальная схема ЭСГВ индивидуального дома.
|
| Рисунок 6. Принципиальная схема ЭСГВ индивидуального дома (вариант 1) УН – унитаз; СМ – стиральная машина; М – мойка; У – умывальник; Д – душ (ванная) |
Схемное решение предполагает разделение стоков. Стоки фекальные объединяют унитаз, стиральную машину и мойку. «Серые» стоки – умывальник и душ (ванну). Такое деление обусловлено следующими соображениями:
· стоки от умывальника и душа имеют незначительные загрязнения и могут быть очищены до качества технической воды сравнительно простыми устройствами очистки (промывной фильтр с песчаной и угольной насадкой);
|
|
· объем стоков от умывальника и душа практически соответствуют потребности в воде смывных бачков унитазов (превышение объема стоков на 10–15% над расходом воды для унитазов);
· теплосодержание «серых» стоков соответствует возможности утилизации теплоты для нагрева горячей воды на 25–30%.
Принцип работы ЭСГВ состоит в утилизации теплоты «серых» стоков для нагрева холод-ной воды в теплообменнике первой ступени и повторного использования «серых» стоков для водоснабжения смывных бачков.
Стоки от душа и умывальника поступают в теплоизолированный контейнер, проходя предварительную очистку в фильтре 1, улавливающем все механические примеси. В контейнере размещен змеевик теплообменника, по которому поступает холодная вода для подогрева первой ступени ГВС, далее она догревается до 50–65 °C в теплообменнике второго подогрева в индивидуальном тепловом пункте (ИТП).
Под змеевиком теплообменника располагаются барботажные трубки, через которые в «серые» стоки поступают мелки пузырьки воздуха (0,1–0,5 мм).
Система барботажа выполняет три функции:
· аэрации и флотации «серых» стоков с поглощением загрязняющих веществ;
· предотвращения осаждения на змеевике теплообменника механических загрязнений;
· обеспечение циркуляции воды в межтрубном пространстве теплообменника для интенсификации процесса теплопередачи.
Недостатком использования скоростных теплообменников (кожухотрубных, пластинчатых) для утилизации теплоты «серых» стоков является их быстрое засорение и загрязнение. Это связано не только с трудностями технологической очистки, но и с нестационарностью процессов водоотведения, когда периодически скорость движения жидкости падает до нуля и происходит осаждение частиц. Кроме того, характер циркуляции жидкости в межтрубном пространстве кожухотрубных теплообменников предполагает изменение скорости локальных течений, отличающихся в 3–5 раз.
|
|
Из контейнера загрязненная часть «серых» стоков отводится в канализацию, а очищенные через бактерицидный фильтр поступают в смывные бачки унитазов. Контейнер снабжается вентиляционной трубой, отводящей загрязненный воздух за пределы здания.
Глубина очистки «серых» стоков определяется технико-экономическими критериями, главным образом, стоимостью воды и очистных систем.
В зарубежной практике в состав утилизируемых «серых» стоков в ряде случае включают стоки от мойки и от стиральных машин. Эти два источника существенно повышают нагрузку на очистные устройства, т.к. содержат достаточно большой объем органических соединений и моющих веществ, включая поверхностно активные вещества (ПАВ).
На рис. 7 приведена принципиальная схема энергосберегающей системы горячего водоснабжения с включением в «серые» стоки стоков от мойки и стиральной машины.
|
| Рисунок 7. Принципиальная схема ЭСГВ индивидуального дома (вариант 2) УН – унитаз; СМ – стиральная машина; М – мойка; У – умывальник; Д – душ (ванная) |
Принцип работы схемы такой же, как и в первом случае. На потенциал утилизации тепла включение этих стоков существенного влияния не оказывает, т.к. средняя температура стоков от стиральной машины 35–40 °C, от мойки – 20–25 °C.
|
|
Надо отметить, что в этом случае объем очищаемых «серых» стоков примерно на 60–80% больше, чем в первом случае. Это намного больше потребности в водоснабжении унитазов. В данном случае техническая воды может быть дополнительно направлена на уборку территории, полив зеленых насаждений или на автомобильную мойку.
| LEED (США) Руководство по энергетическому и экологическому проектированию LEED (The Leadership in Energy and Enviromental Design), разработчиком которого являются ASHRAE и Совет по архитектуре и строительству «зеленых зданий» (The U.S. Green Building Council – USGBC, США), основанный в 1993 году. ASHRAE разрабатывает нормативные документы, проводит обучение и выдает сертификат LEED Professional. Руководство LEED содействует глобальному внедрению эффективных технологий строительства экологически чистых и устойчивых зданий благодаря разработке и внедрению универсальных инструментов и критериев энергоэффективности. Сертификация LEED охватывает пять направлений: планирование территории, рациональное водоиспользование, энергопотребление, применение строительных материалов и качество внутреннего микроклимата. BREEAM (Великобритания) Метод экологической экспертизы (BREEAM), разработанный Исследовательским центром по вопросам строительства зданий (The Building Research Establishment – BRE, Великобритания),– это метод добровольной оценки устойчивости для экологически чистых зданий. Первая версия BREEAM была разработана для офисов и принята в 1990 году. BREEAM затрагивает девять направлений: вредные выбросы в атмосферу, землепользование и экология, отходы, материалы, водопользование, транспорт, энергетика, здоровье и благоустройство, менеджмент. DGNB (Германия) Немецкий сертификат устойчивого строительства (German Sustainable Building Certificate) был создан Немецким советом по экологически чистым и устойчивым зданиям DGNB совместно с Федеральным министерством транспорта, строительства и городского развития (BMVBS) как инструмент для всестороннего планирования и оценки качества зданий. На оценку зданий влияют шесть критериев: экологический, экономический, социокультурный и функциональный, технологический, эксплуатационный и по местоположению. |
Выводы
Природная вода является необходимым условием обеспечения комфорта среды обитания человека, а также стратегическим национальным продуктом, принадлежащим не только настоящим, но и будущим поколениям. Для сохранения, защиты и эффективного использования природной воды необходимо быстро разработать соответствующую национальную систему нормативного обеспечения, технических рекомендаций по проектированию сберегающих систем водоснабжения и водоотведения, а также разработать пособие по проектированию зданий с эффективным водопользованием, имея ввиду конечную цель – здание с нулевым потреблением воды. Важнейшим представляется строительство демонстрационных объектов с эффективным водопользованием и с нулевым потреблением воды.
Литература
1. СТО НОСТРОЙ 2.35.4–2011 «”Зеленое строительство”. Здания жилые и общественные. Рейтинговая система оценки устойчивости среды обитания».
2. Ю.А. Табунщиков, А. Л. Наумов, Ю.В. Миллер. Критерии энергоэффективности в «зеленом» строительстве // Энергосбережение. 2012. № 1.
3. Ю.А. Табунщиков, В.В. Гранев, А. Л. Наумов, Р.С. Акиев. Национальная рейтинговая система оценки качества здания // AВОК. 2011. № 3.
4. Табунщиков Ю.А., Гранев В.В., Наумов А.Л. Рейтинговая система оценки качества зданий // АВОК. 2010. № 6.
5. М. М. Бродач. От водосбережения к зданию с нулевым водопотреблением // Сантехника. 2010. № 6.
6. М. М. Бродач. Зеленое водоснабжение и водоотведение // Сантехника. 2009. № 4.
7. М. М. Бродач. Вода – источник жизни и движущая сила для устойчивого развития // Сантехника. 2009. № 5.
8. Ю.А. Табунщиков. «Зеленые здания» – нужны ли архитектору и инженеру новые знания // AВОК. 2009. № 7.
9. М. М. Бродач. Водоснабжение жилых зданий – проблема учета и расчетов // Сантехника. 2004. № 1.