probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2024-26-4-136-149probener-3109Research ArticleТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ПРИКЛАДНАЯ ТЕПЛОТЕХНИКАTHEORETICAL AND APPLIED HEAT ENGINEERINGОпределение эффективности локальной утилизации теплоты сточных вод на основе теплообменного аппаратаDetermining the efficiency of local heat recycling wastewater based on a heat exchangerКуницкийВ. А.KunitskiyV. A.

Куницкий Вячеслав Андреевич – старший преподаватель и аспирант кафедры теплогазоводоснабжения

г. Вологда

Vyacheslav A. Kunitskiy

Vologda

globee@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3002-1078ЛукинС. В.LukinS. V.

Лукин Сергей Владимирович – докт. техн. наук, профессор кафедры теплогазоводоснабжения

г. Вологда

Sergey V. Lukin

Vologda

s.v.luk@yandex.ruФГБОУ ВО Вологодский государственный университетРоссияVologda State UniversityRussian Federation202423092024264136149Copyright © Куницкий В.А., Лукин С.В., 20242024Куницкий В.А., Лукин С.В.Kunitskiy V.A., Lukin S.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/3109

Авторами исследуется потенциальный энергетический, экономический и экологический эффект от использования локальной утилизации теплоты стоков, образующихся в душевых.

АКТУАЛЬНОСТЬ

АКТУАЛЬНОСТЬ. На данный момент в России практически все хозяйственно-бытовые сточные воды удаляются в канализационные сети без полезного использования теплоты, которой они обладают. Важно определить эффект от реализации такого способа утилизации теплоты, выявить и проанализировать проблемы, мешающие это сделать.

ЦЕЛЬ

ЦЕЛЬ. Цель работы заключается в определении потенциального эффекта от использования локальной утилизации теплоты стоков, образующихся в душевых.

МЕТОДЫ

МЕТОДЫ. На основе верифицированной математической модели теплообменника определяется энергетический эффект от отдельного использования душевой. К структуре теплопотребления отдельного здания применяется ряд допущений и на основе имеющихся данных о среднегодовом теплопотреблении жилых зданий в г. Москве рассчитывается экономический и экологический эффект от энергосберегающего мероприятия.

РЕЗУЛЬТАТЫ

РЕЗУЛЬТАТЫ. Относительная экономия в рамках годового теплопотребления здания с децентрализованной и централизованной системой горячего водоснабжения (ГВС) составила 5,3 % и 3,1 % соответственно (64 и 37 Гкал). Экономия топлива составила: 9145 тонн условного топлива (т.у.т.) и 5227 т.у.т для здания с децентрализованной и централизованной системой ГВС соответственно (14,5 и 8,5 тыс. тонн CO2-эквивалента). Срок окупаемости энергосберегающего мероприятия для случая с децентрализованной системой ГВС на основе проточного электрического водонагревателя составил 1,5 года.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Локальная утилизации теплоты стоков дает возможность получить существенный энергетический и экологический эффект в рамках любого населенного пункта, но на данный момент отсутствуют меры поддержки потребителей, реализующих энергосберегающие мероприятия. В настоящее время подобный способ утилизации теплоты интересен только тем потребителям, у которых источником тепловой энергии для нужд ГВС является электричество.

RELEVANCE

RELEVANCE. The authors research the potential energy, economic and environmental effects of using local heat recovery from wastewater generated in showers. At the moment in Russia, almost all household wastewater is disposed of in sewer networks without the beneficial use of the heat that they possess. It is important to determine the effect of implementing this method of heat recovery, to identify and analyze the problems that prevent this from being done.

THE PURPOSE

THE PURPOSE. The purpose of the work is to determine the potential effect of using local heat recovery from wastewater generated in showers.

METHODS

METHODS. Based on a verified mathematical model of the heat exchanger, the energy effect from the individual use of the shower room is determined. A number of assumptions are applied to the heat consumption structure of an individual building and, based on available data on the average annual heat consumption of residential buildings in Moscow, the economic and environmental effect of energy-saving measures is calculated.

RESULTS

RESULTS. Relative savings within the annual heat consumption of a building with a decentralized and centralized hot water supply system were 5,3% and 3,1%, respectively (64 and 37 GCal). Fuel economy amounted to: 9145 toe and 5227 toe for a building with a decentralized and centralized hot water supply system, respectively (14,5 and 8,5 thousand tons of CO2-eq). The payback period for energy-saving measures for the case of a decentralized hot water system based on an instantaneous electric water heater was 1,5 years.

CONCLUSION

CONCLUSION. Local waste heat recovery makes it possible to obtain a significant energy and environmental effect within any locality, but at the moment there are no measures to support consumers implementing energy-saving measures. Currently, this method of heat recovery is of interest only to those consumers whose source of thermal energy for the needs of hot water supply is electricity.

утилизационный теплообменник для сточных водутилизация теплоты водыэнергоэффективность систем ГВСэкспериментальное испытание теплообменного аппаратаutilization heat exchanger for wastewaterutilization of water heatenergy efficiency of hot water systemsexperimental testing of a heat exchangerАвторы благодарны Департаменту экономического развития Вологодской области за поддержку и содействие развитию научно-исследовательской деятельности в регионе.The authors are grateful to the Department of Economic Development of the Vologda region for supporting and promoting the development of scientific research activities in the region.ReferencesКоролев В.И., Зверева Э.Р. Российский опыт применения отходов химводоподготовки в хозяйственной деятельности: перспективы использования при обработке осадков сточных вод (обзорная статья) // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2022. Т. 24. № 6. С. 47-62.Korolev VI, Zvereva ER. Russian experience in the use of chemical water treatment waste in economic activity: prospects for use in the treatment of sewage sludge (review article). Power engineering: research, equipment, technology. 2022; 24(6):47-62. (In Russ.) https://doi.org/10.30724/1998-9903-2022-24-6-47-62.Куницкий В.А., Лукин С.В. Исследование нестационарных режимов работы утилизационного теплообменного устройства на основе математического моделирования // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2022. Т. 14. № 4(56). С. 69-79.Kunitskiy VA, Lukin SV. Research of non-stationary operation modes of utilization heat exchanger on the basis of mathematical modeling. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2022; 14(55):69-79. (In Russ.)Куницкий В.А., Лукин С.В. Устройство для утилизации теплоты сточных вод, образующихся при использовании душевой. Патент РФ на полезную модель № 223347. 14.02.2024. Бюл. № 5. Доступно по: https://new.fips.ru/registers-docview/fips_servlet?DB=RUPM&DocNumber=223347&TypeFile=html. Ссылка активна на 9 апреля 2024.Kunitskiy VA, Lukin SV. Ustroystvo dlya utilizatsii teploty stochnykh vod, obrazuyushchikhsya pri ispol'zovanii dushevoy. Patent RUS № 223347. 14.02.2024. Byul. № 5. Available at: https://new.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPM&DocNumber=223347&TypeFile=html. Accessed: 08 Apr 2024. (In Russ).Куницкий В.А., Лукин С.В. Верификация нестационарной математической модели тепловой работы утилизационного теплообменного аппарата на основе экспериментального испытания // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2023. Т. 15. № 3(59). С. 57-69.Kunitskii VA, Lukin SV. Verification of the non-stationary mathematical model of the utilization heat exchanger thermal operation by experimental testing. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2023; 15; 3(59). 57-69. (In Russ).Soloveva O., Solovev S., Kunitsky V. et al. Determination of the optimal heat exchanger configuration for wastewater heat recovery // E3S Web of Conferences. International Scientific Conference Energy Management of Municipal Facilities and Environmental Technologies (EMMFT-2023); 9-13 October 2023; Voronezh, Russia. Vol. 458.Soloveva O, Solovev S, Kunitsky V, et al. Determination of the optimal heat exchanger configuration for wastewater heat recovery // E3S Web of Conferences. International Scientific Conference Energy Management of Municipal Facilities and Environmental Technologies (EMMFT-2023); 9-13 October 2023; Voronezh, Russia. (458). https://doi.org/10.1051/e3sconf/202345801024.Бежан А.В. Оценка потенциала тепла сточных вод в многоквартирных жилых зданиях (на примере города Апатиты) // Труды Кольского научного центра РАН. 2013. № 2(15). С. 33-40.Bezhan AV. Assessing the potential of sewage heat in apartment buildings (for example Apatity). Transactions Kola Science Centre. 2013; 2(15):33-40. (In Russ.)Кологривых А.С., Семиненко А.С. Тепловой потенциал канализационных стоков // Современные наукоемкие технологии. 2014. № 7. Ч. 2. С. 57-58.Kologrivykh AS, Seminenko AS. Teplovoy potentsial kanalizatsionnykh stokov // Sovremennye naukoemkie tekhnologii. 2014;7 (Pt 2):57-58. (In Russ).Андрианов А.П., Грибков А.Н. Использование тепловой энергии сточных вод // Инженерный Вестник Дона. 2023. № 7.Andrianov AP, Gribkov AN. Ispol'zovanie teplovoy energii stochnykh vod // Inzhenernyy Vestnik Dona. 2023; 7. (In Russ).Васильев Г.П., Дмитриев А.Н., Абуев И.М. и др. Утилизация теплоты сточных вод многоквартирных жилых домов // ЭНЕРГИЯ: ЭКОНОМИКА, ТЕХНИКА, ЭКОЛОГИЯ. 2013. № 8. С. 44-48.Vasilev GP, Dmitriev AN, Abuev IM, et al. Utilizatsiya teploty stochnykh vod mnogokvartirnykh zhilykh domov // ENERGIYA: EKONOMIKA, TEKHNIKA, EKOLOGIYA. 2013; 8:44-48. (In Russ).Юсупов Р.Д., Зиганшин Ш.Г., Политова Т.О. и др. Применение солнечной энергии для нужд горячего водоснабжения в городе Казань // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2022. Т. 14. № 2(54). С. 48-58.Yusupov RD, Ziganshin SG, Politova TO, et al. Application of solar energy for the needs of hot water supply in the city of Kazan. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2022; 14; 2(54):48-58. (In Russ.).Shahmohammadi S., Steinmann Z., King H. et al. The influence of consumer behavior on energy, greenhouse gas and water footprints of showering // Journal of Industrial Ecology. 2019. Vol. 23, N 5. pp. 1186-1195.Shahmohammadi S, Steinmann Z, King H, et al. The influence of consumer behavior on energy, greenhouse gas and water footprints of showering. Journal of Industrial Ecology. 2019. 23(5):1186-1195. https://doi.org/10.1111/jiec.12858.Meireles I., Sousa V., Bleys B. et al. Domestic hot water consumption pattern: Relation with total water consumption and air temperature // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2022. Vol. 157.Meireles I, Sousa V, Bleys B, et al. Domestic hot water consumption pattern: Relation with total water consumption and air temperature. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2022; 157. https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.112035.Binks A.N., Kenway S.J., Lant P.A. The effect of water demand management in showers on household energy use // Journal of Cleaner Production. 2017. Vol. 157. pp. 177-189.Binks AN, Kenway SJ, Lant PA. The effect of water demand management in showers on household energy use. Journal of Cleaner Production. 2017; 157:177-189. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.04.128.Sousa V., Silva C.M., Meireles I. Performance of water efficiency measures in commercial buildings // Resources, Conservation and Recycling. 2019. Vol. 143. pp. 251-259.Sousa V, Silva CM, Meireles I. Performance of water efficiency measures in commercial buildings. Resources, Conservation and Recycling. 2019; 143:251-259. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2019.01.013.Edwards S., Beausoleil-Morrison I., Laperriere A. Representative hot water draw profiles at high temporal resolution for simulating the performance of solar thermal systems // Solar Energy. 2015. Vol. 111. pp. 43-52.Edwards S, Beausoleil-Morrison I, Laperriere A. Representative hot water draw profiles at high temporal resolution for simulating the performance of solar thermal systems. Solar Energy. 2015; 111:43-52. https://doi.org/10.1016/j.solener.2014.10.026.Garcia M.A., Diaz R.J.A., Morillo G.J. et al. Energy Recovery Potential in Industrial and Municipal Wastewater Networks Using Micro-Hydropower in Spain // Water. 2021. Vol. 13, N 5.Garcia MA, Diaz RJA, Morillo GJ et al. Energy Recovery Potential in Industrial and Municipal Wastewater Networks Using Micro-Hydropower in Spain. Water. 2021; 13(5). https://doi.org/10.3390/w13050691.Mitrovic D., Chacon M.C., Garcia A.M. et al. Multi-Country Scale Assessment of Available Energy Recovery Potential Using Micro-Hydropower in Drinking, Pressurised Irrigation and Wastewater Networks, Covering Part of the EU // Water. 2021. Vol. 13, N 7.Mitrovic D, Chacon MC, Garcia AM et al. Multi-Country Scale Assessment of Available Energy Recovery Potential Using Micro-Hydropower in Drinking, Pressurised Irrigation and Wastewater Networks, Covering Part of the EU. Water. 2021; 13(7). https://doi.org/10.3390/w13070899.Liu Z., Huang Q., He C. et al. Water-energy nexus within urban agglomeration: An assessment framework combining the multiregional input-output model, virtual water, and embodied energy // Resources, Conservation and Recycling. 2021. Vol. 164.Liu Z, Huang Q, He C et al. Water-energy nexus within urban agglomeration: An assessment framework combining the multiregional input-output model, virtual water, and embodied energy. Resources, Conservation and Recycling. 2021; 164. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2020.105113.Pomianowski M.Z., Johra H., Marszal-Pomianowska A. et al Sustainable and energy-efficient domestic hot water systems: A review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2020. Vol. 128.Pomianowski MZ, Johra H, Marszal-Pomianowska A et al. Sustainable and energy-efficient domestic hot water systems: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2020; (128). https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.109900.Анализ потребления тепловой энергии на отопление многоквартирных домов, как способ повышения энергоэффективности в сфере ЖКХ [Электр. текст]. Аналитический центр при Правительстве РФ. Режим доступа: https://ac.gov.ru/files/content/1290/16-12-13-analitika-zkh-3-pdf.pdf. Дата обращения: 09.04.2024.Analiz potrebleniya teplovoy energii na otoplenie mnogokvartirnykh domov, kak sposob povysheniya energoeffektivnosti v sfere ZhKKh [Electronic resource]. Аnalytical center for the government of the Russian Federation. Available at: https://ac.gov.ru/files/content/1290/16-12-13-analitika-zkh-3-pdf.pdf. Accessed: 09 Apr 2024. (In Russ).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.