Определение эффективности локальной утилизации теплоты сточных вод на основе теплообменного аппарата

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

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

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. 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. 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.

1. Королев 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. Кологривых А.С., Семиненко А.С. Тепловой потенциал канализационных стоков // Современные наукоемкие технологии. 2014. № 7. Ч. 2. С. 57-58.

8. Андрианов А.П., Грибков А.Н. Использование тепловой энергии сточных вод // Инженерный Вестник Дона. 2023. № 7.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.