В общем балансе домашней энергии, которую используем на тепло, до 25% направляем для нагрева горячей воды, в частности, для ванн и душа. Горячее водоснабжение занимает второе место в расходах жителей домов после обогрева. Согласно гигиенических норм, человеку нужно только 10% горячей воды, которая пропускается в душевой кабине. А это означает, что бесцельно сливается в канализацию 90% уже нагретой воды.
Кроме теплой воды для душа, свой вклад в использование избыточной энергии, вносят стиральные и посудомоечные машины. Утилизация и повторное использование большой части энергии сточной воды позволяет сэкономить тепловую энергию и снижает общую стоимость горячей воды.
В Германии проведены исследования энергетического потенциала сточных вод в шести зданиях. Сточные воды имеют среднюю температуру около 21-26° С. Количество сточных вод находится в прямой пропорции от потребления воды для питья и для различных зданий, в будни составляет в среднем от 113 до 133 л/сутки на человека в жилых домах, 184 л/сутки на один номер для отеля и 327 л/сутки на одну койку для больницы. Теплота сточных вод может быть источником энергии для тепловых насосов, чтобы достичь высоких показателей экономии тепла.
Еще с 1980-х годов использовалась утилизация сточных вод в паре с тепловыми насосами в Германии, Швейцарии и в Скандинавских странах. Установки работали в канализационных коллекторах или на очистных сооружениях. Температура сточных вод находится в пределах 10-15° С, а летом доходит до 20° С – этого достаточно для непрерывной работы теплового насоса.
Температура сточных вод перед выпуском из дома выше — 23-26° С, что существенно больше чем в централизованных системах утилизации. Можно существенно увеличить эффективность и рентабельность системы утилизации, если использовать устройства внутри дома.
При исследовании 8-квартирного дома, где проживает 19 человек, замеры показали потребление в будни – 117 л/сутки на человека (2,2 м3/месяц). Средняя температура сточных вод составила 22,5° С, а средняя температура питьевой воды – 14,8° С. Начало потребления приходится на 4 час утра, а максимум 8,8 л/ч на человека между 7 и 8 часами. Температура сточных вод достигает максимума 24,3° С с 7 до 8 часов и 25,3° С с 20 по 21 час.
В студенческом общежитии, где проживало 244 жителя, исследование проведено с мая по февраль. В будни потребления воды 116,9 л/сутки на человека (в соответствии 28,53 м3/сутки), а средняя температура сточных вод — 24,9°С. средняя температура входящей воды – 11,8° С. Начало потребления приходится на 6 часов утра, а максимум 9 л/ч на человека между 8 и 10 часами. С 21 по 22 –второй пик потребления – 6,5 л/ч на человека.
Благодаря высокому уровню температуры сточные воды классифицируются как идеальный источник тепла для системы с тепловыми насосами. В системе должен быть бак-накопитель сточных вод для компенсации колебаний количества воды в течение дня. Здесь устанавливается односторонний теплообменник, который поглощает тепло из сточных вод. Тепловая помпа передает полученную тепловую энергию к теплообменнику, который нагревает воду. Система предусматривает два уровня: тепловая помпа проводит предварительный нагрев воды, а затем второй генератор тепла (котел) поднимает температуру предварительно нагретой воды до более высокой температуры – 60° С.
На примере общежития на 244 лица моделирование процессов дало возможность описать схему утилизации. Тепловая помпа изначально нагревает воду до 45° С, а тогда газовый котел догревает до 60° С. Объем водонагревателя – 5 кубометров, такой же как объем для хранения сточных вод. Мощность тепловой помпы – 24 кВт.
Сточная вода создает проблемы для работы теплообменника – образуются биопленки на стенках. В течение дня толщина пленки имеет толщину 1 мм и это ухудшает эффективность работы, ведь теплопроводность биопленки 0,5 Вт/м*К.
При реализации системы утилизации тепла получается, что половину необходимой энергии для горячей воды дает тепловая помпа, которая работает в режиме СОР=5,5. Температура сбросной воды не опускается ниже 18° С, чего достаточно для правильной работы канализации.
По теме: Отопление от канализации? Узнайте как
