УСТРОЙСТВО УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОТЫ СТОЧНЫХ ВОД ЖИЛОГО ДОМА

Использование вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) является на сегодня актуальной задачей в теплоснабжении зданий и сооружений, создаваемых по концепции «зеленого строительства».
Одним из существенных ресурсов ВЭР в жилых зданиях является теплота сточных вод.
Наиболее рационально использовать этот ресурс для подогрева холодной воды, направляемой на водоснабжение. Температура холодной водопроводной воды в течение года изменяется от +5°C зимой до +20°C летом.
Температурный потенциал сточных вод составляет от +30 до +40°C, а тепловой ресурс при подогреве холодной воды в многоэтажном жилом доме превышает 5 МВтч в сутки.
Известны технические решения, предусматривающие утилизацию теплоты сточных вод (Например, GB Патент № GB 2440151 «Устройство для утилизации тепловой энергии из сточных вод», CN Патент № CN 200962004 «Теплообменное устройство для утилизации тепловой энергии сточных вод ванной»). Эти устройства имеют накопительные емкости для сточных вод и предназначены для индивидуальных домов. В многоэтажном жилом доме затруднительно поместить емкость большого объема и обеспечить ее санитарную безопасность (отсутствие вредных испарений и неприятных запахов).
Известно устройство канадской фирмы «Ватерлоо», представляющее собой теплообменник-утилизатор, состоящий из медной трубы - канала-стояка сточных вод и канала для нагреваемой сточными водами среды (например, водопроводной воды), выполненного в виде многозаходной спирали из медных трубок, навитой вокруг медной трубы и припаянной к ней.
Эта конструкция не требует создания накопительной емкости, имеет достаточно высокие теплотехнические показатели, а применение медных сплавов, обладающих бактерицидными свойствами, препятствует появлению биопленки на теплообменных поверхностях, ухудшающей теплотехнические характеристики. Однако эта конструкция имеет следующие недостатки:
- эффективность теплоотдачи от потока сточных вод к стенке мала из-за низких скоростей потока и неполного заполнения сечения трубы-стояка в периоды неполного водоразбора (и, соответственно, слива), что ограничивает теплотехнические показатели;
- высокая стоимость устройства из-за применения дорогостоящих медных сплавов.
Предлагаемое устройство состоит из перекачивающей сточные воды установки 1 (см. рис.1), содержащей фекальный насос 2 и резервуар 3, обеспечивающий бесперебойную подачу сточных вод к насосу, и теплообменника-утилизатора 4 с каналами для протекания сточных вод и нагреваемой среды. Перекачивающая установка 1 (аналог установки, выпускаемой фирмой Grundfos под торговой маркой «Multilift») размещается под стояком 5 системы канализации здания в месте перехода последнего в выпуск 6 и связана напорным трубопроводом 7 с теплообменником-утилизатором 4, который, в свою очередь, связан сбросным трубопроводом 8 с выпуском 6.
Устройство работает следующим образом. При поступлении сточных вод по стояку 5 в резервуар 3 установки 1 и заполнения его до определенного уровня автоматически включается насос 2 и подает сточные воды в канал для сточных вод теплообменника-утилизатора 4, где их теплота передается нагреваемой среде (холодной водопроводной воде или промежуточному теплоносителю, например, теплонасосной установки), протекающей в соответствующем канале теплообменника-утилизатора 4, после чего сточные воды из теплообменника-утилизатора сливаются в выпуск 6 и далее в самотечную канализацию. После опорожнения резервуара 3 насос 2 автоматически выключается до последующего наполнения резервуара 3.
Для более полного использования теплового ресурса сточных вод в период, когда насос 2 выключен, устройство на выходе может быть снабжено гидрозатвором 9, препятствующим самопроизвольному опорожнению канала сточных вод теплообменника-утилизатора 4, как показано на рисунке 2. При этом при выключенной установке 1 канал остается заполненными сточными водами, отдающими свое тепло нагреваемой среде. В итоге теплопередача от сточных вод к нагреваемой среде не прекращается и при выключении установки, перекачивающей сточные воды.
Устройство может быть выполнено с объемом резервуара 3, аккумулирующего сточные воды, равным или большем суммарного объема канала теплообменника-утилизатора 4 для протекания сточных вод, В этом случае при периодическом включении перекачивающей установки 1 происходит полное заполнение сточными водами соответствующего канала теплообменника-утилизатора 4, что обеспечивает использование всей теплообменной поверхности и максимальный температурный напор между сточными водами и нагреваемой средой в течение всего периода эксплуатации устройства.
На рис.3 приведен общий вид устройства.
Устройство позволяет существенно повысить тепловую эффективность теплообменных процессов за счет интенсификации потока в теплообменнике-утилизаторе путем увеличения скорости до значений, обеспечивающих устойчивый турбулентный режим течения. Кроме того, при определенных скоростях (см. свидетельство на полезную модель №20575) обеспечивается самоочищение теплообменных поверхностей за счет содержащихся в неочищенных сточных водах взвесей, что позволяет применить в конструкции теплообменника-утилизатора обычные конструкционные стали, значительно уступающие в цене медным сплавам.
Предлагаемое устройство адаптировано к применяемым в настоящее время внутридомовым системам канализации сточных вод и не требует их существенной переделки.