Описание:

На фоне возрастающего спроса на энергоресурсы, роста тарифов на них и сокращения запасов традиционных источников энергии особое значение приобретает вопрос об энергосбережении. Использование утилизации тепла сточных вод с целью сокращения затрат на горячее водоснабжение может стать источником серьезной экономии энергоресурсов в современных зданиях.

Утилизация тепла сточных вод.
Читатели спрашивают

На фоне возрастающего спроса на энергоресурсы, роста тарифов на них и сокращения запасов традиционных источников энергии особое значение приобретает вопрос об энергосбережении. Использование утилизации тепла сточных вод с целью сокращения затрат на горячее водоснабжение может стать источником серьезной экономии энергоресурсов в современных зданиях. На вопрос читателя о системах утилизации тепла сточных вод отвечает Нина Анатольевна Шонина , старший преподаватель МАрхИ.

Добрый день, скажите, пожалуйста, существуют ли системы утилизации тепла сточных вод, которые можно использовать в уже существующей системе канализации в здании без существенной реконструкции системы?

Нагрев воды для нужд горячего водоснабжения составляет 20–25% от общего потребления энергии в стандартном доме, и большая часть нагрузки приходится на подогрев воды для принятия ванны или душа. Стоимость горячей воды, как правило, занимает второе место в графе расходов на услуги ЖКХ в многоквартирных жилых зданиях, уступая по стоимости только расходам, затрачиваемым на отопление помещений. Исследования показали, что для гигиенических процедур человеку достаточно 1/10 части используемой в душе воды. Значит около 90% теплой воды, подводимой к смесителю душа, сливается в канализацию неиспользованной.

Кроме теплой воды от душей, свой вклад также вносят стиральные и посудомоечные машины, нагревающие воду с помощью электричества.

Утилизация и повторное использование большей части энергии сточной воды позволит сэкономить тепловую энергию, снизить общую стоимость горячей воды и, за счет снижения выбросов парниковых газов, благоприятно скажется на экологическом состоянии окружающей среды.

Объем канализационных стоков, производимых в огромных количествах большими городами, практически не изменяется в течение года. Температура сточных вод ниже температуры наружного воздуха в летнее время и выше в зимнее. Это делает их идеальным источником низкопотенциального тепла для использования в тепловых насосах. Различные приспособления, позволяющие утилизировать тепло сточных вод, разрабатываются и применяются уже около 30 лет. Самой распространенной системой является применение тепловых насосов, устанавливаемых на очистных станциях. Подобные системы централизованно собирают тепло сточных вод, это позволяет экономить большое количество энергии. В то же время специалисты по энергоэффективности говорят, что значительное количество тепловой энергии сточных вод в буквальном смысле уходят в землю. При транспортировке канализационных вод от зданий до очистных сооружений температура вод значительно снижается из-за того, что коллекторы предназначены для транспортировки вод, а не для сохранения их тепла. В связи с этим специалисты считают целесообразным утилизировать тепло сточных вод не только на очистных станциях, но и непосредственно в самом здании.

Система утилизации тепла сточных вод с тепловым насосом требует значительных капитальных вложений, также необходимо место для установки этого оборудования. Следовательно, назрела необходимость в такой системе утилизации сточных вод, которая обладала бы следующими свойствами:

• невысокая первоначальная стоимость;
• быстрая окупаемость;
• возможность использования в уже существующей системе без кардинальной ее реконструкции;
• простота использования, не нуждается в службе эксплуатации.

В Канаде была разработана система, удовлетворяющая вышеперечисленным требованиям. Новинка получила название Power-Pipe® DWHRSystem. Она представляет собой медную центральную трубу большого диаметра, которую обматывают медные трубы меньшего диаметра. Данная конструкция устанавливается вместо вертикального участка внутридомовой канализации. По трубе большего диаметра будут транспортироваться сточные воды, по трубам меньшего диаметра – холодная вода от источника водоснабжения к водонагревателю горячей воды. Таким образом будет осуществляться предварительный подогрев воды, идущей на нужды горячего водоснабжения, с помощью тепла сточных вод. Витки трубы меньшего диаметра сконструированы таким образом, чтобы потери давления воды в них были минимальны, это необходимо для того, чтобы мощности уже существующего насоса водоснабжения хватило для транспортировки воды, и не потребовалась бы замена насоса на насос большей мощности. Это привело бы к снижению энергоэффективности системы и дополнительным расходам средств заказчика.

Производительность Power-Pipe была проверена Институтом природных ресурсов Канады, университетом Ватерлоо. Для проверки эффективности система была построена в жилом многоквартирном доме, а также в одном из зданий университета. Исследования показали, что система длиной 60’’, смонтированная на участке стандартной для Канады канализационной трубы, позволяет поднять температуру входящей холодной воды от 10 °C до целых 24 °C, при прочих равных условиях потока. Данная система позволяет снизить затраты на приготовление горячей воды на 20–40% в зависимости от типа здания и его режима водопотребления. Данная система может применяться не только в жилых домах, но и в гостиницах, многофункциональных зданиях, ресторанах, образовательных учреждениях, спортивных сооружениях.

Благодаря низкой начальной стоимости и способности к восстановлению до 40% тепловой энергии, срок окупаемости данной системы обычно составляет от 3 до 4 лет. В ряде стран, где правительство финансово стимулирует владельцев зданий на внедрение энергосберегающих технологий, срок окупаемости может быть значительно уменьшен.

Работа системы основана на физическом принципе, называемом «эффект падающей пленки». Он заключается в том, что падающая вертикально по трубе вода не будет находиться в центре трубы, а будет перемещаться тонкой пленкой по внутренней поверхности трубы, в которую она заключена. Это позволяет максимально собрать тепловую энергию от сточной воды и передать через медную поверхность, известную своим высоким коэффициентом теплопроводности, водопроводной воде.

Данная система может быть установлена одним из трех способов. Первый, рекомендуемый производителем, способ, который обеспечивает максимальную экономию энергию,– это пропуск через систему всего потока водопроводной воды, идущей на нужды и горячего, и холодного водоснабжения. Такой способ получил название «конфигурация с применением равного потока». При необходимости в холодной воде можно сделать отдельную линию холодной воды (не нагретой предварительно на Power-Pipe) и подвести ее к кухонной раковине.

Второй вариант заключается в предварительном нагреве только той части воды, которая идет затем к водонагревателю и используется на нужды горячего водоснабжения. Наконец, третий способ состоит в предварительном подогреве только той воды, которая затем используется в качестве холодной для душа. Любой из этих двух вариантов (известный как «неравный поток») уменьшит эффективность системы примерно на 25%.

Система обладает следующими свойствами:

• проста в применении и доступна среднестатистическому пользователю;
• экономит до 40% энергии, затрачиваемой на подогрев горячей воды в среднестатистическом доме;
• срок окупаемости составляет от 2 до 6 лет;
• снижает выброс парниковых газов газов почти на 1 т в год на семью из четырех человек;
• не требует технического обслуживания: пассивная система не имеет движущихся частей;
• является одним из технических решений, которое позволяет получить зданию, в котором оно применяется, сертификацию LEED.

Данный материал показывает, что не всегда энергоэффективные решения в сфере водоснабжения представляют собой сложные технические устройства. Данная система в настоящее время сертифицирована и применяется в Канаде и США. Будем надеятся, что и на нашем рынке в скором времени начнут появляться простые системы, позволяющие утилизировать тепло сточных вод.

Переносное устройство для подогрева и подачи воды относится к электробытовым нагревательным приборам погружного типа и может быть использовано с целью нагрева и подачи воды для бытовых нужд. Устройство содержит корпус (1), нагревательный элемент (2) и насос (3), патрубок (4) отвода горячей воды с гибкой подводкой (5). Нагревательный элемент (2) снабжен контрольно-регулирующими приборами и может иметь керамическую герметичную оболочку. Патрубок (4) отвода горячей воды соединен с выходом насоса (3) и снабжен соплом (6). Технический результат заключается в создании переносного устройства для подогрева и подачи воды, позволяющего расширить область его применения и обеспечить удобство при эксплуатации. 3 ил.

Полезная модель относится к электробытовым нагревательным приборам погружного типа и может быть использована с целью нагрева и подачи воды для бытовых нужд.

Известно устройство для подогрева жидкости, включающее емкость с магистралями подвода и отвода жидкости и размещенными в ней нагревательными элементами, насос для перекачивания нагреваемой жидкости, встроенный в магистраль подвода жидкости, и устройство для поддержания температуры жидкости в заданных пределах (патент РФ №28227, МПК 7 F24H 1/10, опубл. 10.03.2003).

Недостатком данного устройства является его ограниченное применение, связанное с необходимостью подключения насоса к магистрали подвода жидкости.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению является бытовой водонагреватель, содержащий теплоизолированный корпус, размещенный в декоративном корпусе, имеющие гибкие подводки патрубок подвода холодной воды и патрубок отвода горячей воды, снабженный установленным над ним автоматическим воздухоудалителем, нагревательный элемент, размещенный в нижней боковой части теплоизолированного корпуса и снабженный контрольно-регулирующими приборами, автоматическую насосную установку (патент РФ №2156409, MПK 7 F24H 1/20, опубл. 20.09.2000).

Недостатками известного технического решения являются его ограниченное применение, связанное с необходимостью подключения насоса к магистрали подвода жидкости, а также неудобство в эксплуатации, связанное с неравномерным прогревом воды.

Была поставлена задача расширить область применения и обеспечить удобство при эксплуатации.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для подогрева и подачи воды, содержащем, по крайней мере, один нагревательный элемент, размещенный в корпусе и снабженный контрольно-регулирующими приборами, патрубок отвода горячей воды с гибкой подводкой, насос, последний размещен в корпусе вместе с нагревательным элементом, а патрубок отвода горячей воды снабжен соплом, при этом нагревательный элемент и насос могут быть расположены в корпусе последовательно друг за другом или насос может быть расположен над нагревательным элементом, кроме того, нагревательный элемент может иметь керамическую герметичную оболочку.

Размещение насоса и нагревательного элемента в одном корпусе позволяет использовать его как устройство погружного типа без подсоединения к магистрали подвода жидкости, что значительно расширяет его область применения.

Кроме того, размещение насоса и нагревательного элемента в одном корпусе, а также наличие на патрубке отвода горячей воды сопла позволяет не только подавать жидкость, но и перемешивать ее, что способствует равномерному прогреву всего объема жидкости, обеспечивает удобство при эксплуатации.

Наличие у нагревательного элемента керамической герметичной оболочки предотвращает его повреждение от механических воздействий и позволяет эксплуатировать устройство без заземления.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного технического решения, не обнаружен. На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна».

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами:

фиг.1 - переносное устройство для подогрева и подачи воды, общий вид;

фиг.2 - то же, с размещением насоса над нагревательным элементом;

фиг.3 - то же, с выполнением корпуса в виде канистры.

Переносное устройство для подогрева и подачи воды содержит корпус 1, нагревательный элемент 2 и насос 3, расположенные в корпусе 1 последовательно друг за другом, патрубок 4 отвода горячей воды с гибкой подводкой 5. Корпус 1 выполнен в виде закрытого короба с множеством отверстий.

Нагревательный элемент снабжен контрольно-регулирующими приборами и может иметь керамическую герметичную оболочку.

Патрубок 4 отвода горячей воды соединен с выходом насоса 3 и снабжен соплом 6. Свободный конец гибкой подводки 5 может быть снабжен краном для перекрытия воды, устройством для распределения воды (душ), а так же приспособлениями для фиксации на стене, трубах, кранах и т.д.

Насос 3 может быть расположен над нагревательным элементом 2 (фиг.2).

Устройство размещают в любой емкости типа таз, ведро, кастрюля, или сам корпус выполняют таким образом, что он является емкостью для воды (типа канистры, фиг.3), в которой размещены насос 3 и нагревательный элемент 2.

Переносное устройство для подогрева и подачи воды работает следующим образом.

Устройство помещают в емкость с водой и подключают к электрической сети. В случае, когда свободный конец гибкой подводки 5 снабжен краном 7 для перекрытия воды, насос 3 и нагревательный элемент 2 включают одновременно. При этом при помощи нагревательного элемента 2 происходит процесс нагрева, а при помощи насоса 3 и сопла 6 происходит перемешивание жидкости, чем достигается ее равномерный прогрев. В

случае отсутствия крана для перекрытия воды сначала включают нагревательный элемент 2 и нагревают жидкость до нужной температуры. Затем включают насос и подают нагретую жидкость пользователю. Одновременно с подачей происходит перемешивание нагретой жидкости.

Наличие контрольно-регулирующих приборов позволяет поддерживать температуру жидкости в заданном диапазоне и защитить нагревательный элемент от перегрева.

Техническое решение позволило расширить область применения и обеспечить удобство при эксплуатации.

Заявляемое переносное устройство для подогрева и подачи воды соответствует требованию промышленной применимости и может быть выполнен на стандартном технологическом оборудовании с использованием современных материалов и технологий.

1. Переносное устройство для подогрева и подачи воды, содержащее, по крайней мере, один нагревательный элемент, размещенный в корпусе и снабженный контрольно-регулирующими приборами, патрубок отвода горячей воды с гибкой подводкой, насос, отличающееся тем, что насос размещен в одном корпусе с нагревательным элементом, а патрубок отвода горячей воды снабжен соплом.

2. Переносное устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде короба с множеством отверстий.

3. Переносное устройство по п.1, отличающееся тем, что нагревательный элемент и насос расположены в корпусе последовательно друг за другом.

4. Переносное устройство по п.1, отличающееся тем, что насос расположен над нагревательным элементом.

5. Переносное устройство по п.1, отличающееся тем, что нагревательный элемент имеет керамическую герметичную оболочку.

Пароводяной подогреватель используется для нагрева воды в системах отопления, насыщенных паром от паропроводов низкого давления или паровых котлов для тепловых сетей, систем горячего водоснабжения. Производится подогреватель пароводяной (ПП) по ГОСТ «Подогреватели пароводяные систем теплоснабжения» 28679-90.

Подогреватели ПП используются в основном в таких системах теплоснабжения, которые работают в определенных температурных режимах: 95-70, 150-70, 130-70. Служат эти подогреватели для нагрева воды в сети паром, при использовании нагретой воды в системах горячего водоснабжения и отопления зданий самого разного назначения. Подогреватель пароводяной представляет собой кожухотрубный теплообменник горизонтального типа, чаще всего имеющего название подогреватель ПП. Его основными составляющими узлами являются: трубная система, корпус подогревателя, передняя и плавающая задняя водяные камеры, крышка корпуса. Собираются основные узлы ПП подогревателя с помощью фланцевого разъемного соединения, которое позволяет осуществлять профилактический осмотр и текущий ремонт пароводяного подогревателя.

Греющий пар подогревателя ПП движется через специальный патрубок в верхней части корпуса в межтрубное пространство, нагревая воду, которая движется по трубкам подогревателя. В межтрубном пространстве стоят перегородки, которые делят его на сегменты, направляющие движение потока пара. Конденсат, который дает греющий пар в ПП подогревателе, стекает в нижнюю часть корпуса прибора и отводится наружу. Неконденсирующиеся газы, т.е. воздух, который накапливается в подогревателе пароводяном, отводится наружу через специальный патрубок на корпусе.Существует два типа подогревателей пароводяных: ПП1 с эллиптическими днищами и ПП2 с плоскими днищами.

Габаритные и присоединительные размеры пароводяных подогревателей

Двухходовый пароводяной подогреватель

Габаритные размеры

Присоединительные размеры

Четырехходовый пароводяной подогреватель

Габаритные размеры

Присоединительные размеры

Изобретение относится к стиральным машинам, которые осуществляют нагрев воды. Заявленное изобретение направлено на решение задачи снижения энергопотребления во время стирки, повышения безопасности окружающих людей и продления срока службы канализации. Поставленная задача возникает при разработке и создании экономичных и безопасных стиральных машин. Стиральная машина состоит из баков 1 i , i=1,3, электромагнитных клапанов 2 i , i=1,6, насосов 3 i , i=1,2. 1 ил.

Рисунки к патенту РФ 2544141

Изобретение относится к стиральным машинам, которые осуществляют нагрев воды.

Известны различные стиральные машины, осуществляющие стирку за счет вращения барабана и взаимодействия белья с моющим средством [С.Л. Корякин-Черняк. «Стиральные машины от А до Я» - М.: «Солон-Пресс»,. 2005 г. - 296 с.], [А.И. Лебедев. Анатомия стиральных машин. - М.: «Солон-Пресс»,. 2008 г. - 120 с.], состоящие из бака, электромагнитных клапанов, насоса, устройства управления и нагревателя. Стирка состоит из первой стирки (предварительной) и второй (основной).

Недостатком таких устройств являются:

Спуск использованной в процессе стирки нагретой воды в канализацию с высокой температурой, что приводит к преждевременному выходу из строя труб канализации и особенно уплотнителей;

Возможность возникновения ожогов людей, находящихся в ванной в момент стока нагретой воды, если сливной шланг закреплен на ванной.

Известно также устройство для предварительного подогрева воды, подогреваемой для душа с использованием свежей и хозяйственной воды, имеющее теплообменник, который соединен с опорной поверхностью душевого поддона. Теплообменник содержит замкнутый канал для прохождения жидкости, сообщенной с водой для душа. Через теплообменник проходит сток для хозяйственной воды. Для размещения теплообменника над основанием душевого поддона канал теплообменника приспособлен для размещения на верхней стороне основания душевого поддона. Сток, проходящий через теплообменник, также выполнен в виде канала, расположенного над основанием душевого поддона (DE, патент 3319638, кл. E03C 1/044, 1983).

Кроме этого, известно также душевое устройство с теплообменником и прямоточным подогревателем, которое содержит теплообменник между водой, вытекающей из душевого поддона, и свежей водой, поступающей в электрический прямоточный подогреватель и дополнительно подогреваемой в нем. Устройство имеет температурный датчик, который устанавливает фактическую температуру свежей воды, предварительно подогретой в теплообменнике. Необходимая электрическая мощность прямоточного подогревателя устанавливается в соответствии с разностью температур между фактической температурой и заданной температурой душевой воды, определяемой задатчиком, а также в соответствии с расходом свежей воды (DE, патент 3919543, E03C 1/044, 1990).

Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является устройство, использующее теплообменник, который обменивается теплом с двигателем и обеспечивает необходимую воду для любого из циклов программы стирки. Вода должна быть взята на более раннем цикле и нагрета с помощью тепла, сгенерированного двигателем. Теплообменник соединен с баком одним концом для передачи нагретой воды в бак в соответствующем цикле. Тепло, сгенерированное двигателем, который приводит в движение барабан, используется для того, чтобы нагреть воду внутри теплообменника [Патент № 2401346, Россия, 2007. Стиральная машина /ОЗЮРТ Бекир (TR), КАНДЕМИР Нихат (TR), ДОРА Мурат (TR)] Недостатком данного устройства является небольшое количество тепловой энергии, выделяемой на современном электродвигателе, и соответственно невозможность нагрева необходимого количества воды (имеющей достаточно большую теплоемкость) до нужной температуры.

Заявленное изобретение направлено на решение задачи снижения энергопотребления во время стирки, повышения безопасности окружающих людей и продления срока службы канализации.

Поставленная задача возникает при разработке и создании экономичных и безопасных стиральных машин.

Сущность изобретения состоит в том, что в устройство, содержащее первый бак, первый насос, введены второй и третий бак, шесть электромагнитных клапанов, второй насос, второй и третий баки расположены ниже первого бака, между вторым и третьим баком имеется теплопроводящая среда, труба водоснабжения через первый электромагнитный клапан соединена с первым баком, а через четвертый электромагнитный клапан соединена со вторым баком, первый бак через второй электромагнитный клапан соединен с первым насосом, а через третий электромагнитный клапан соединен с третьим баком, второй бак через пятый электромагнитный клапан соединен со вторым насосом, а второй насос соединен с первым баком, третий бак через шестой электромагнитный клапан соединен с первым насосом.

Функциональная схема устройства представлена на чертеже. Стиральная машина состоит из баков 1 i , i=1,3, электромагнитных клапанов 2 i , i=1,6, насосов 3 i , i=1,2.

Второй и третий баки 1 2 и 1 3 расположены ниже первого бака 1 1 для осуществления возможности спуска воды из первого бака 1 i в третий бак 1 3 . В первом баке 1 1 имеется нагревательный элемент для нагрева воды. Между вторым баком 1 2 и третьим баком 1 3 имеется теплопроводящая среда.

Труба водоснабжения через первый электромагнитный клапан 2 1 соединена с первым баком 1 1 , а через четвертый электромагнитный клапан 2 4 соединена со вторым баком 1 2 .

Первый бак 1 1 через второй электромагнитный клапан 2 2 соединен с первым насосом 3 1 , а через третий электромагнитный клапан 2 3 соединен с третьим баком 1 3 .

Второй бак 1 2 через пятый электромагнитный клапан 2 5 соединен со вторым насосом 3 2 , а второй насос 3 2 соединен с первым баком 1 1 .

Третий бак 1 3 через шестой электромагнитный клапан 2 6 соединен с первым насосом 3 1 .

Устройство работает следующим образом в соответствии с этапами стирки белья.

1. Водопроводная вода через первый электромагнитный клапан 2 1 поступает в первый бак 1 1 для первой стирки.

2. Водопроводная вода через четвертый электромагнитный клапан 2 4 поступает во второй бак 1 2 для предварительного нагрева.

3. В процессе стирки вода в первом баке 1 1 подогревается до необходимой температуры, осуществляется стирка и по ее окончании спуск воды из первого бака 1 1 через третий электромагнитный клапан 2 3 в третий бак 1 3 . Между вторым баком 1 2 и третьим баком 1 3 осуществляется тепловой обмен, приводящий к увеличению температуры во втором баке 1 2 и к уменьшению температуры в третьем баке 1 3 .

4. Водопроводная вода через первый электромагнитный клапан 2 1 поступает в первый бак 1 1 для полоскания.

5. По окончании цикла полоскания осуществляется спуск воды из первого бака 1 1 в канализацию через второй электромагнитный клапан 2 2 и первый насос 3 1 .

6. За время полоскания и отжима вода во втором баке 1 2 нагрелась (предварительный нагрев), а в третьем баке 1 3 остыла. Нагретая во втором баке 1 2 вода через пятый электромагнитный клапан 2 5 закачивается вторым насосом 3 2 в первый бак 1 1 и, если необходимо, дополнительно подогревается. Затем осуществляется вторая стирка.

7. Сливается вода из третьего бака 1 3 через шестой электромагнитный клапан 2 6 и первый насос 3 1 в канализацию. Температура сливаемой воды из третьего бака 1 3 уже меньше, чем была при поступлении из первого бака 1 1 сразу после окончания первой стирки.

8. По окончании стирки осуществляется слив воды из первого бака 1 1 , полоскание и отжим.

Таким образом, во втором баке 1 2 осуществляется предварительный подогрев воды для второй стирки и одновременное охлаждение воды в третьем баке 1 3 , использованной в первой стирке, что приводит к уменьшению энергопотребления в процессе стирки, продлению срока эксплуатации канализации и повышению безопасности при использовании стиральной машиной.

Простота предварительно подогрева воды на основе теплообмена двух баков делает предварительный подогрев воды перспективным при использовании в стиральных машинах.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Стиральная машина с предварительным нагревом, содержащая первый бак, первый насос, отличающаяся тем, что в него введены второй и третий бак, шесть электромагнитных клапанов, второй насос, второй и третий баки расположены ниже первого бака, между вторым и третьим баком имеется теплопроводящая среда, труба водоснабжения через первый электромагнитный клапан соединена с первым баком, а через четвертый электромагнитный клапан соединена со вторым баком, первый бак через второй электромагнитный клапан соединен с первым насосом, а через третий электромагнитный клапан соединен с третьим баком, второй бак через пятый электромагнитный клапан соединен со вторым насосом, а второй насос соединен с первым баком, третий бак через шестой электромагнитный клапан соединен с первым насосом.