Версия для печати

Оценка энергетических, экономических и экологических характеристик

Пятница, 26 июля 2019 12:39 | Автор
Оцените материал
(4 голосов)

 

Тесты, перспективы, развитие, необходимость.

Данная статья предназначена для информирования профессионалов отросли.

Частично раскрыты вопросы:

Безопасность электроснабжения и будущая роль возобновляемых источников энергии.

Обзор непромышленных систем теплообмена «серой воды»

Переход от ископаемого топлива к возобновляемым источникам энергии в системах отопления жилых домов: эмпирическое исследование решений.

Возобновляемая энергия как недоиспользуемый ресурс в городах.

Децентрализованная рекуперация тепла сточных вод: взаимодействие между сточными водами и потоками отопления в одном масштабе жилого помещения

В последние годы заметен рост интереса к использованию возобновляемых источников энергии в качестве замены ископаемого топлива. Однако потенциал отходящего тепла, который можно использовать в качестве дополнительного источника энергии для нагрева воды в зданиях, не учитывается. Источниками этого тепла могут быть сточные воды, сбрасываемые из таких санузлов, как душевые или стиральные машины. В ответ на эту проблему мы взяли на себя задачу определить и проанализировать ключевые факторы, влияющие на развитие систем рекуперации сточной воды (рекуперация тепла дренажной воды), используя анализ PESTLE (политический, экономический, социальный, технологический, правовой и экологический). Также были определены сильные и слабые стороны этих систем. Исследования были основаны на инструментах моделирования CFD (вычислительная гидродинамика). В программной среде Autodesk Simulation CFD был сделан блок рекуперации сточной воды, который затем был проанализирован на эффективность теплообмена. Полученные результаты легли в основу разработки стратегии развития систем рекуперации тепла дренажной воды. Это было сделано с использованием метода SWOT / TOWS (сильные и слабые стороны, возможности и угрозы / угрозы, возможности, слабые и сильные стороны), который точно упорядочивает информацию и позволяет представить характеристики проекта в удобочитаемой для получателя форме. Результаты проведенного анализа указали на неприятие со стороны потенциальных пользователей и, как следствие, необходимость в продвижении использования систем рекуперации тепла дренажной воды на бытовом уровне.

исследуется потенциал рекуперации тепла дренажной воды в масштабах одного жилого помещения, демонстрируется ее взаимодействие с системой отопления помещений и горячего водоснабжения. выполняется моделирование методом Монте-Карло на основе измеренных характеристик сточных вод и данных о потреблении тепла, предоставленных базой данных. Это показывает необходимость в резервной системе отопления, в среднем от 8 до 42% потребности может быть удовлетворено за счет рекуперативного тепла. Это будет означать сокращение выбросов парниковых газов в диапазоне от 7,6 до 22%, но увеличит затраты на величину от 120 до 130%. Использование резервуара для горячей воды увеличивает долю рекуперированного тепла в смеси, снижая выбросы парниковых газов и затраты. Однако при нынешних традиционных ценах на отопление

возможностей и угроз / угроз, возможностей, слабых и сильных сторон), который точно упорядочивает информацию и позволяет представить характеристики проекта в удобочитаемой для получателя форме. Результаты проведенного анализа указали на неприятие со стороны потенциальных пользователей и, как следствие, необходимость в продвижении использования систем рекуперации тепла дренажной воды на бытовом уровне. возможностей и угроз / угроз, возможностей, слабых и сильных сторон), который точно упорядочивает информацию и позволяет представить характеристики проекта в удобочитаемой для получателя форме. Результаты проведенного анализа указали на неприятие со стороны потенциальных пользователей и, как следствие, необходимость в продвижении использования систем рекуперации тепла дренажной воды на бытовом уровне.

Ключевые слова: CFD (вычислительная гидродинамика) ; рекуперация тепла дренажной воды ; Теплообменник рекуперации сточной воды (рекуперация тепла дренажной воды) ; PESTLE (политический, экономический, социальный, технологический, правовой и экологический) анализ ; душевая вода ; SWOT / TOWS (сильные и слабые стороны, возможности и угрозы / угрозы, возможности, слабые и сильные стороны) анализ

  1. Введение

Растущий интерес к использованию нетрадиционных источников энергии, который наблюдается в последние годы, является естественным следствием как повышенного спроса на энергию, так и развития экологической осведомленности с точки зрения защиты экологических ресурсов. Исследования, проведенные в Германии, показали, что высокий уровень знаний о возможности использования тепловых пунктов, использующих возобновляемые источники энергии, является одним из ключевых факторов, определяющих их применение в жилых домах . Теория о значительном влиянии экологической осведомленности жителей на их восприятие энергоэффективности зданий также подтверждается результатами исследований, проведенных в Англии . В свою очередь указали, что недостаток осведомленности является одним из основных препятствий на пути развития децентрализованных систем, основанных на возобновляемых источниках энергии. Преимущества систематического образования и продвижения устойчивых решений в области энергосбережения среди жителей нашей планеты очевидны, особенно с учетом того, что увеличение доли возобновляемых источников энергии и отходов в общем балансе энергии может способствовать повышению энергетической безопасности страны , сокращению выбросов вредных веществ в атмосферу  и снижению риска заболеваний в результате загрязнения окружающей среды и изменения климата .

Несмотря на растущую осведомленность и осведомленность общественности о вопросах, связанных с устойчивой энергетикой, многие страны по-прежнему основывают свою энергетическую экономику на ископаемом сырье. Польша является примером такой страны, где традиционные источники энергии, в основном уголь и лигнит, покрывают более 80% общего спроса на энергию . Следствием такого подхода является ухудшение геологических условий, связанных с добычей ископаемого топлива, и чрезмерные выбросы в атмосферу продуктов сгорания топлива, в частности двуокиси углерода.

В статье анализируются годовые эксплуатационные затраты на несколько систем подготовки горячей воды и их влияние на окружающую среду; также оценка выбросов загрязняющих веществ, в основном двуокиси углерода CO 2, который попадает в атмосферу в результате использования отопительных установок. В статье также исследовалось влияние установки теплообменника рекуператора в канализационную систему, слива сточных вод из душа на годовые эксплуатационные расходы, понесенные пользователями установок горячего водоснабжения. Для каждого источника тепла был принят альтернативный вариант, в котором установка дополнительно оснащалась теплообменником. Была определена сумма годовой экономии от установки вертикального теплообменника рекуператора в зависимости от источника тепла для системы подготовки горячей воды и продолжительности приема душевой ванны на одного жителя. По тем же зависимостям также определен уровень снижения выбросов углекислого газа в атмосферу, как положительный эффект от использования установки с теплообменником.

Здания особенно зависят от наличия природных ресурсов, Согласно ранее опубликованным данным , считается, что общее потребление энергии в жилых и коммерческих зданиях составляет более 20% мирового спроса. Для Польши это участие намного выше, чем в среднем в мире, поскольку сами домохозяйства несут ответственность за потребление примерно 30% конечной энергии . Таким образом, важным вопросом является обеспечение возможности внедрения экологически безопасных энергетических систем, предназначенных для использования отдельными потребителями, и содействие их дальнейшему развитию.

Создание сбалансированного подхода к проблеме выбора системы энергоснабжения в здании требует всестороннего знания возможностей альтернативных источников тепла . По этой причине внимание сосредоточено на возобновляемых источниках энергии, к которым, помимо прочего, относятся солнечная энергия , энергия ветра  и геотермальная энергия.  Однако значение отходящего тепла сводится к минимуму, что означает, что большая часть его непроизводительно сбрасывается в окружающую среду и теряется навсегда.

Источником преобразования отходов в энергию, который может успешно использоваться в зданиях, являются сточные воды  Современные технологии позволяют утилизировать тепло, выделяемое в сточных водах, как во время транспортировки и утилизации, так и непосредственно у источника.  Сточные воды, сбрасываемые из санитарных узлов, имеют относительно высокую температуру, которая в случае принятия душа колеблется в пределах 35–40 ° C. Это позволяет утилизировать накопленное в них тепло как с помощью устройств рекуперации тепла дренажной воды,  так и с помощью теплового насоса Выбор первого из представленных методов рекуперации тепла особенно рекомендуется, если источником энергии является сливная вода из душа, поскольку для этого санитарного сооружения характерно одновременное поступление воды и сброс сточных вод. Это позволяет использовать тепло, содержащееся в дренажной воде, для подогрева воды, используемой одновременно, без подачи дополнительной энергии, приводящей в действие блок рекуперации сточной воды.  Следует также отметить, что потребление энергии для принятия душа в жилых домах может даже превышать 60% от потребления энергии, связанной с водой  В результате при использовании подходящего теплообменника уменьшается как количество энергии, используемой для приготовления горячей воды, так и затраты на эту энергию

Разнообразие устройств, предназначенных для рекуперации энергии, содержащейся в сточных водах, позволяет использовать их практически в любой ситуации. Однако нет проектов, продвигающих эту форму энергосбережения, что делает блоки рекуперации сточной воды непопулярными среди потенциальных пользователей и инвесторов. Между тем повышение осведомленности имеет решающее значение для лучшего определения возможностей использования сточных вод в энергетических целях. Более того, во многих случаях предложения этих устройств на рынке недостаточно, что еще больше препятствует расширению систем рекуперации тепла стоков.

Вышеупомянутые проблемы возникают и в Польше, поэтому системы рекуперации тепла сточных вод применяются очень редко. Также отсутствует подробный анализ рациональности использования агрегатов рекуперации сточной воды в жилых домах, а объем опубликованных работ ограничен финансовым анализом .

С целью повышения степени приемлемости для рекуперации тепла сточных вод, сбрасываемых из душа, а также степени их реализации в жилых домах, в статье представлены сильные и слабые стороны такого решения. Эти факторы определяются на основе модели вычислительной гидродинамики (CFD) теплообменника рекуперации сточной воды, которая позволяет визуализировать тепловой поток в устройстве. Созданная модель является основой для оценки эффективности теплообмена в первой фазе стока из душа. Кроме того, мы описываем потенциальные возможности и угрозы, возникающие при эксплуатации систем рекуперации тепла из сточных вод в жилых домах, и определяем стратегию их развития. Как инструмент политический, экономический, социальный, технологический,

  1. Материалы и методы

2.1. Идентификация ключевых факторов с помощью анализа рекуперации

В ходе исследования были выявлены факторы, имеющие ключевое значение для развития систем рекуперации сточной воды. С этой целью был использован анализ, который классифицируется как исследование предвидения и позволяет сформировать контекст для дальнейших исследований .Рекуператор облегчает идентификацию и классификацию внешних факторов, влияющих на предмет исследования, на политические, экономические, социальные, технологические, правовые и экологические проблемы. Применяется во многих отраслях, в том числе в энергетике. Например, в некоторых статьях представлены результаты исследований, касающихся устойчивого роста возобновляемых источников энергии , в то время как некоторые анализы касаются сжигания отходов для производства энергии.

Первый этап анализа заключался в выявлении факторов, влияющих на развитие систем рекуперации сточной воды, и в классификации этих факторов на шесть категорий. Этап основывался на методе мозгового штурма после анализа и обобщения знаний в группе экспертов. Впоследствии, на основе руководящих принципов, указанных в ссылке , в каждой группе были определены три фактора, имеющих наибольшее значение для развития анализируемых систем. Обследования были разработаны для оценки воздействия и неопределенности каждого из этих факторов группой экспертов, в которую вошли представители академического персонала, подрядчиков и эксплуатантов санитарных установок в здании. Опросы проводились по 7-балльной шкале Лайкерта. Сетка "влияние / неопределенность"  был построен по результатам опроса. Анализ сети помог выявить факторы, которые имеют наибольшее значение для разработки систем рекуперации тепла дренажной воды, а также ключевые области неопределенности.

наиболее важные факторы, которые присутствуют в среде системы. Политические факторы, влияющие на распространение систем рекуперации сточной воды, включают стратегию реализации принципа устойчивого развития, поскольку надлежащее управление энергопотреблением явно выходит за рамки заботы о запасах ископаемых энергоресурсов. Системы утилизации энергии из отходов, разработанные в соответствии с этими принципами, считаются одним из важнейших инструментов борьбы с последствиями изменения климата . Подходящая стратегия поддержки систем рекуператоров стоков также может способствовать их росту, поскольку политические решения и повышение осведомленности соответствующих органов могут значительно изменить подход к вопросу ответственности за окружающую среду . Существенное значение имеет также содействие использованию систем рекуперации тепла дренажной воды на различных административных уровнях в стране. Однако особое внимание следует уделять местным органам власти, поскольку именно на городском уровне существует возможность применять наибольшее количество программ, направленных на продвижение устойчивых решений, таких как финансовые субсидии.

Группа экономических факторов, с другой стороны, включает капитальные затраты, понесенные при применении систем рекуператоров стоков. При выборе источника энергии очень важен ценовой критерий . На расширение этих систем также влияет возможность получения финансовой выгоды, которая, как показывают исследования, зависит от ряда параметров, связанных с типом используемого теплообменника и производительностью установки. Кроме того, использование нетрадиционных источников энергии также может поддерживаться соответствующими субсидиями. В случае Польши упор делается на возобновляемые источники энергии; однако в условиях маргинализации управления отходами энергии системы рекуперации тепла сточных вод по-прежнему не используются широко.

Еще одна группа факторов, принимаемых во внимание при анализе, - это социальные факторы. К ним относятся уровень общественного признания нестандартных решений, который, как отметили Шумахер и др.  - в зависимости от типа источника энергии, предыдущего опыта и т. Д. Также важна склонность общества к использованию инновационных решений при установке внутри зданий. Их успех зависит от готовности общества участвовать в процессе их реализации. Также следует учитывать уровень безопасности и комфорта пользователя системы подготовки теплой воды. Roux et al. отметили, что, независимо от необходимости снижения затрат на нагрев воды, потребители хотят иметь гарантированный стабильный доступ к теплой воде. Cholewa et al. , с другой стороны, подчеркнул необходимость поиска решений, которые не только позволяют снизить потребление энергии, но и быстро монтируются.

К технологическим факторам относится поставка систем, предназначенных для рекуперации тепла из сточных вод. Ограниченное количество моделей рекуператоров стоков, доступных на польском рынке, вызывает необходимость поиска подходящих объектов за пределами нашей страны, что не способствует их покупке. Возможность чрезмерного загрязнения поверхности теплообменника также имеет существенное значение. Создание тонкого слоя биопленки на поверхности внутренней трубы приводит к интенсификации теплоотдачи от сточной воды к отопительной воде , но слишком много примесей на этих устройствах может снизить их эффективность. Дополнительным препятствием для расширения систем рекуператоров стоков является потенциальное отсутствие опыта в их эксплуатации. Хотя идея использования тепла, накопленного в сточных водах, становится все более распространенной среди эксплуатантов канализационных систем, среди индивидуальных потребителей энергии способ ее получения все еще вызывает много споров. Следствием критического подхода к использованию сточных вод для предварительного нагрева воды является отсутствие интереса к системам рекуператоров стоков, что приводит к тому, что традиционные виды топлива являются доминирующим способом подготовки горячей воды для бытового использования.

Ситуацию не улучшает отсутствие норм и правил по использованию систем утилизации тепла из сточных вод. Упор делается на использование возобновляемых источников энергии, в то время как потенциал отходов энергии игнорируется, особенно на уровне отдельных домашних хозяйств. Как следствие, действующие правовые нормы в Польше не обеспечивают полной защиты от опасностей, возникающих в результате неправильного управления энергопотреблением. Эта проблема усугубляется тем, что необходимость рекуперации энергии из сточных вод не рассматривается на уровне государственных закупок. Эта система является важным элементом государственной политики в области охраны окружающей среды из-за значительной роли, которую государственные средства играют в экономике.

Последняя группа состоит из факторов окружающей среды, которые включают запасы ископаемого топлива и качество атмосферного воздуха. Как известно, запасы ископаемого топлива не безграничны, и их сжигание приводит к материальной деградации окружающей среды. По этой причине необходимо использовать технологии, позволяющие сократить этот процесс, в том числе технологию рекуперации тепла сточных вод.

2.2. SWOT -анализ систем рекуператоров стоков

SWOT-анализ (сильные и слабые стороны, возможности и угрозы) считается одним из методов стратегического планирования. Он обычно используется для определения стратегий развития организаций и компаний, но иногда он также используется для оценки людей или инвестиционных проектов . Его также можно использовать для оценки инвестиций в энергетику. Например, Иглински и др.  использовали его для оценки возможностей развития ветроэнергетического сектора в Польше. С другой стороны, Кордана сосредоточился на системах рекуперации энергии из дренажных вод, транспортируемых по канализационным коллекторам.

Метод SWOT систематизирует информацию по предмету исследования в четырех конкретных группах и определяет отношения между элементами, присвоенными каждой группе. Сильные и слабые стороны оцениваемого проекта классифицируются как внутренние факторы, а возможности и угрозы - как внешние. Сильные стороны (преимущества) позволяют использовать новые возможности и преодолевать потенциальные угрозы. В свою очередь, слабые стороны (недостатки) увеличивают риски и препятствуют достижению выгод от благоприятных возможностей развития .

С другой стороны, анализ TOWS является развитием и дополнением SWOT-анализа. В отличие от основного метода, который включает изучение взаимодействия в направлении изнутри наружу, анализ TOWS может оценить, способны ли выявленные возможности увеличить выгоды и уменьшить недостатки, а также могут ли потенциальные угрозы усугубить недостатки и ослабляют преимущества .

SWOT / TOWS-анализ, который проводился в этом исследовании, проводился в соответствии с процедурой. Особенно важным шагом было выявление факторов, которые больше основаны на результатах анализа PESTLE, а также на анализе и синтезе знаний, но также были дополнены собственными выводами из исследований функционирования теплообменника. Эти исследования были выполнены с использованием программного обеспечения CFD.

CFD-моделирование (вычислительная гидродинамика) - это компьютерный метод, который помогает анализировать и решать проблемы, связанные с течением жидкостей и газов. Его возможности расчета используют уравнения потока жидкости и тепла и требуют дискретизации модельных объектов исследования, так как он основан на методе конечных элементов .

CFD-анализ был успешно использован для моделирования промышленных процессов, поскольку он позволяет отображать явления, происходящие во время потока и теплопередачи . Процедура CFD-анализа строится на следующих этапах:

Предоставление упрощенной геометрической модели анализируемого объекта, связанной с потоком тепла или жидкости,

Оцифровка геометрической модели,

Определение начальных и граничных условий,

Решение уравнений модели, и

Визуализация, проверка и проверка результатов.

Существенным препятствием на пути широкого использования этого инструмента была необходимость избавиться от вычислительных инструментов для обеспечения высокой производительности вычислений. Рост доступности, наблюдаемый в последние годы, привел к росту интереса к использованию методов CFD. После этого был разработан ряд компьютерных программ, позволяющих полностью рассчитать динамику потока жидкости.

Для целей данного исследования был использован Autodesk CFD. Геометрическая модель теплообменника рекуператора стоков с параметрами, выше конкурентов , была реализована в программной среде. В исследуемом объекте было выделено два пространства для объема жидкости. Первый - это поток серой воды, а второй - поток воды. Два пространства разделены структурной частью (сплошной) в виде медной трубы. Внешний кожух теплообменника, позволивший получить водяную рубашку для воды, представляет собой трубу из ПВХ

Геометрическая модель была подвергнута дискретизации с помощью встроенных программных средств определения размеров сетки, которые по умолчанию создают тетраэдрическую сетку. Модель разделена на 1 154 043 элемента.

Следующим шагом было определение начальных и граничных условий . При анализе, с точки зрения граничных условий, скорость притока серой воды составляла 40 ° C при 9 л / мин, и такой же объемный расход холодной воды составлял 10 ° C. Отток серой воды из теплообменника обеспечивался установкой давления на выходе 0 Па.

Исходя из начальных условий принято, что температура холодной воды в водяной рубашке теплообменника составляет 10 ° C.

Для анализа применялся решатель, позволяющий проводить расчеты для свободной поверхности. Анализ позволил визуализировать и проверить эффективность теплообмена на первом этапе работы теплообменника.

  1. Результаты и их обсуждение

3.1. Возможное влияние и неопределенность систем рекуператоров стоков

В целях повышения экологической осведомленности общественности о возможности использования систем рекуперации тепла из дренажных вод, сбрасываемых из душа, были определены средние значения потенциального воздействия и неопределенности факторов, присвоенных отдельным группам  Как показано в исследовании, по оценке группы экспертов, экономические факторы сыграли ключевую роль в развитии систем рекуператоров стоков. Потенциальное влияние этих факторов оценивается в Социальные факторы и факторы окружающей среды также были выше среднего значения. Наименьшее значение придавалось правовым факторам . Различия наблюдались также в отношении неопределенности элементов . Наивысшие оценки были приписаны политическим  и социальным факторам . Технологические факторы были признаны наиболее достоверными, о чем свидетельствует оценка неопределенности 3,0 при среднемировом уровне .

Результаты исследований относительно потенциального воздействия отдельных факторов на развитие систем рекуператоров стоков и их неопределенности в течение ближайших 30 лет. Серые горизонтальные линии показывают диапазоны ответов, полученных для факторов, а зеленые и красные точки обозначают среднее арифметическое. Красные точки используются для факторов с наивысшими баллами в определенных категориях. Вертикальные оранжевые линии показывают глобальные средние значения для всех элементов, включенных в исследование.

Наибольшее потенциальное воздействие было приписано: (уровни капитальных затрат), (уровень государственного финансирования и наличие других средств для создания систем рекуператоров стоков), (способность сокращать потребление ископаемого топлива и выбросы парниковых газов). Средний балл этих факторов был выше и никто из экспертов не посчитал их незначительными. Наименьшие баллы получили факторы (предпочтения в отношении использования устойчивых технологий в государственных закупках) и (стратегия внедрения принципов устойчивого развития). Последний, однако, характеризовался самой высокой оценкой неопределенности . Такой же балл был присвоен и социальному фактору (уровень социальной приемлемости систем рекуператоров стоков). Наибольшая уверенность, в свою очередь, была приписана технологическому фактору (поставка систем, предназначенных для рекуперации тепла из дренажной воды), что отражает широкий спектр доступных решений для систем душевой рекуператор. Такое разнообразие позволило нам выбрать оптимальное решение с учетом размеров установки, эффективности устройств и их цены, а также наличия места для разработки системы.

Результаты исследований воздействия и неопределенности были помещены в сетку воздействия / неопределенности.. Факторы, отмеченные красным, в том числе (уровень государственного финансирования и наличие других средств для строительства систем душевой рекуператор), (уровень финансовых выгод от использования систем душевой рекуператор), (способность сокращать использование ископаемого топлива потребления и выбросов парниковых газов), (опыт эксплуатации систем душевой рекуператор) и (уровень социального принятия систем душевой рекуперации), являются критическими неопределенностями. Остальные элементы, расположенные над горизонтальной линией, соответствующей среднему глобальному влиянию факторов, могут считаться заранее определенными элементами, как определено в . Факторы, расположенные ниже горизонтальной линии, являются второстепенными элементами .

Анализ показал, что факторы, которые часто игнорируются или полностью игнорируются, имеют ключевое значение для развития систем рекуперации тепла дренажной воды. Хотя важность экономических факторов известна давно, важность таких факторов, как уровень общественного признания систем душевой рекуперации или опыт их эксплуатации, обычно не принимается во внимание. Эти факторы рассматриваются на более позднем этапе исследования.

3.2. Результаты SWOT / TOWS-анализа систем душевой рекуперации

В целях повышения экологической осведомленности общественности о возможности использования систем рекуперации тепла из сточных вод, сбрасываемых из душа, был проведен SWOT-анализ такого решения. В таблице 3 перечислены три наиболее важных фактора, описывающих сильные и слабые стороны рассматриваемых систем, а также потенциальные возможности и угрозы, связанные с их внедрением. На основании заключения той же экспертной группы были присвоены следующие веса. Они включены в дальнейшую часть анализа, результаты которого описаны в данной статье.

Сильные стороны систем рекуперации тепла из сточных вод заключаются в способности значительно снизить потребление ископаемого топлива по сравнению с ситуацией, когда установки работают в обычном режиме. Применение установок душевой рекуперации воды позволяет утилизировать от 30% до более 60% энергии, переносимой сточными водами . Наибольшие преимущества заметны в случае вертикальных теплообменников, которые имеют наибольшую площадь поверхности теплообмена между сбросами сточных вод из душа и нагретой водой. Это связано с тем, что сточные воды, вводимые в вертикальную трубу, не заполняют все сечение, а стекают по стенкам. Это было подтверждено путем моделирования потока жидкости в установке душевой рекуперации воды с использованием программного обеспечения для моделирования гидродинамики Autodesk Simulation CFD 2016. Результаты моделирования где пространство, занимаемое протекающими сточными водами, выделено красным.

Анализ CFD указывает на значительный энергетический потенциал серой воды, протекающей через теплообменник. В рамках проведенных исследований определялась температура на внешней плоскости медной трубы на высоте присоединительного выхода нагретой воды. Температуры, полученные на начальном этапе работы устройства,.

При анализе работы теплообменника душевой рекуперации воды было замечено, что повышение температуры на стенке нержавеющей трубы в месте контакта с водой происходило в первые секунды работы устройства. Через ~ 4 секунды эта температура превысила 30 ° C, а в дальнейшем моделировании последовала ее стабилизация.

Еще одной сильной стороной проекта является тот факт, что, в отличие от возобновляемых источников энергии, наличие серой воды полностью отделено от преобладающих погодных условий. Предпочтения по температуре смешанной воды не меняются в течение всего года. В результате колебания температуры сточных вод, сбрасываемых в канализацию, незначительны, что обеспечивает стабильную работу системы.

Последней сильной стороной рассматриваемых систем, которая была включена в анализ, является возможность интеграции системы рекуперации тепла из дренажной воды с установкой, использующей возобновляемые источники энергии. Например, в было описано взаимодействие теплообменника душевой рекуперации воды с солнечными коллекторами. Также следует отметить, что рекуперация тепловой энергии, содержащейся в серой воде, может осуществляться вместе с ее повторным использованием

Слабые стороны систем душевой рекуперации воды включают зависимость эффективности системы и, следовательно, стоимости достигнутой экономии от рабочих параметров установки, таких как расход смешанной воды из крана и время использования воды определенной температуры. Между тем отток сточных вод из зданий (особенно из частных домов) непредсказуем и неравномерен. Кроме того, конфигурация системы рекуперации тепла имеет большое значение, поскольку она определяет долю воды, протекающей через теплообменник, в ее общем потреблении энергии. Соответственно, четкое определение экономической эффективности такой системы невозможно, что приводит к необходимости соответствующего подробного анализа технических и финансовых потенциальных решений.

Критическим параметром для процесса теплообмена в теплообменнике является скорость воды в водяной рубашке. Следствием невозможности получить скорость воды, обеспечивающую турбулентный поток, является уменьшение возможности утилизации ненужной энергии. Эта слабость проекта также была проанализирована с помощью программного обеспечения для моделирования CFD. При наблюдении за гидравлическими параметрами модели теплообменника было отмечено, что эта скорость коррелирует с толщиной водяной рубашки. Чем больше толщина слоя воды вокруг внутренней вертикали, тем меньше скорость воды.

Для полученных гидравлических условий потока воды и серой воды был построен график, показывающий изменение температуры нагретой воды в выходном патрубке. Зарегистрированное изменение температуры во времени.

Холодная вода за анализируемый период нагревалась с 10 ° C до 17,13 ° C. Повышение температуры на 7 ° C, полученное за 49 с, незначительно, что связано с низкой скоростью воды в водяной рубашке, равной примерно 0,3 м / с. В данном случае было бы целесообразно заменить теплообменник на другой, который отличается меньшей площадью поперечного сечения водяной рубашки. Это привело бы к увеличению скорости воды и, следовательно, к большей степени рекуперации энергии.

Рекуперация тепла из сточных вод имеет большое значение для энергосбережения и защиты окружающей среды. Однако все типы сточных вод содержат взвешенные загрязнители. Это приводит к загрязнению поверхностей теплообменника, что снижает эффективность теплопередачи и блокирует теплообменник. Поэтому использование теплового насоса источника сточных вод значительно ограничено. Чтобы избежать засорения теплообменника сточных вод  для достижения лучшей производительности, была предложена новая система рекуперации. Подробная структура и экспериментальная оценка рабочих характеристик новой системы рекуперации описаны в этой статье. Ядром этой новой системы рекуперации была башня для сточных вод, в которой циркулирующий воздух извлекал тепло из сточных вод за счет испарения воды, в то время как загрязняющие вещества в сточных водах оставались. Была создана экспериментальная установка для нового рекуперации и организовано пять экспериментальных случаев. В первых четырех случаях экспериментально исследовалось влияние изменений основных рабочих параметров системы на рабочие характеристики новой системы рекуперации. В пятом случае были экспериментально исследованы общие рабочие характеристики экспериментальной установки при рекуперации тепла из воды сточной ванны при 29 ° C и заданной температуре горячей воды 45 ° C. В градирне для сточных вод основной процесс теплопередачи происходил за счет скрытой теплоты за счет испарения воды, что составляло 72,1% от общего теплообмена. Результаты случаев 1–4 показали, что с повышением температуры сточных вод процентная доля скрытого теплообмена также увеличивалась. Тем не мение, Увеличение как расхода сточных вод, так и расхода циркулирующего воздуха мало повлияло на процент скрытого теплообмена в общем теплопередаче градирни для сточных вод. Новая система рекуперации с градирней для сточных вод хорошо зарекомендовала себя при температуре сточных вод 8 ° C.КС Блок 2,97 и через КС SYS 2,0 для нагрева воды. Увеличение расхода сточных вод от 1,29 м 3 / ч до 1,77 м 3 / ч может помочь улучшить скорость передачи тепла башни сточных вод на 4,4% и КС SYS на 2,5%, соответственно. С другой стороны, экспериментальные результаты для случая 5 предположили , что при температуре сточных вод от 29 ° C и заданной температуры горячей воды 45 ° С, средняя КС единицей была 4,99 , а средняя КС SYS была 3,43, и выше , чем те , обычных ОПВТ.

Однако стоит отметить, что для достижения требуемой скорости часто требуется использование водяной рубашки толщиной 2 мм или меньше, а изготовление устройства с такой высокой точностью значительно увеличивает производственные затраты.

Кроме того, следует обратить внимание на то, что длина душа не совпадает с продолжительностью рекуперации тепла из сточной воды. Хотя рекуперация тепла из серой воды происходит в первые секунды работы устройства, следует отметить, что температура воды на выходе из теплообменника достигает желаемого уровня только через 60–90 минут. Очень часто это явление не учитывается при анализе рентабельности использования этих устройств.

Возражения со стороны потенциальных пользователей усиливаются из-за относительно высоких инвестиционных затрат, которые необходимо понести для покупки и установки подходящего устройства. В зависимости от конструкции и эффективности, стоимость покупки теплообменника, предназначенного для использования в частных домах, может варьироваться от менее 250 евро до более 700 евро. Во многих случаях в цену устройства, помимо стоимости установки, не входит стоимость транспортировки из другой страны.

Помимо внутренних факторов, в статье также рассматриваются внешние факторы использования рекуперации тепла из сточных вод, сбрасываемых из душа. Возможности систем душевой рекуперации воды включают возможность улучшения условий окружающей среды, связанных с сокращением спроса на обычное топливо. В результате сокращения потребления ископаемого топлива снижается и выброс продуктов сгорания в атмосферу. Использование систем рекуперации тепла дренажной воды не решит проблему разрушительного воздействия энергетического сектора на окружающую среду в глобальном масштабе, однако может стать небольшим строительным блоком в построении устойчивой энергетической политики.

Возможность правильно спроектированной и сконструированной системы рекуперации тепла дренажной воды также является ее безопасной и удобной эксплуатацией, так как установки душевой рекуперации воды работают без присмотра, а их конструкция предотвращает контакт сточных вод и нагретой воды. Кроме того, уменьшение разницы температур воды на входе и выходе проточного водонагревателя, с которым работает теплообменник, может повысить эффективность нагрева воды.

Снижение энергии, используемой для приготовления горячей воды, также сопровождается явным сокращением затрат на энергоснабжение в здании. Достигнутая экономия тем больше, чем выше цена на энергию, поэтому использование системы душевой рекуперации воды защитит семейный бюджет в случае значительного увеличения. Однако это недостаточный стимул для граждан. Поэтому жизненно важно получить дополнительный источник финансирования, который позволил бы увеличить получаемые финансовые выгоды.

Факторы, угрожающие внедрению систем душевой рекуперации воды, включают, в свою очередь, невозможность четко определить период возврата инвестиций, потому что он зависит от нескольких факторов, таких как характеристики использования душевой установки или типа используемого топлива. Например, неожиданная замена работающего водонагревателя с электрического на газовый приведет к значительному снижению достигнутой финансовой выгоды по сравнению с ожидаемыми значениями.

Другой угрозой для анализируемых систем является неприятие со стороны потенциальных пользователей, что является естественным следствием недостаточных знаний о рациональности использования блоков душевой рекуперации воды и незначительного опыта их использования. Кроме того, к негативным внешним факторам можно отнести отсутствие опыта эксплуатации систем душевой рекуперации воды и руководящих принципов их использования.

В дальнейших исследованиях проанализировано возникновение взаимодействия между элементами, отнесенными к группам внутренних и внешних факторов. Чтобы обеспечить полноту и достоверность исследования, наличие взаимодействий было проверено как с помощью SWOT-анализа, так и TOWS-анализа. На основании рекомендаций, описанных в было разработано восемь дополнительных таблиц, в которых определялось общее количество взаимодействий и продукты взаимодействий, а также веса, присвоенные каждому фактору. Комбинация квадрантов, по которым была получена наибольшая сумма продуктов, определяет стратегию развития систем рекуператор стой воды. Продукты весов и взаимодействия, которые были установлены для отдельных элементов секторов, также позволили выявить факторы с наибольшей важностью.

Результаты SWOT-анализа («изнутри наружу») показали значительное преимущество взаимодействия, происходящего между внутренними и внешними положительными факторами. Это говорит о том, что системы рекуператор стой воды обладают значительным потенциалом роста, и важно стремиться к максимальному использованию благоприятных возможностей с акциями, которыми владеют сильные стороны этих систем. Однако количество взаимодействий между внутренними и внешними негативными факторами одинаково. Более того, результаты анализа TOWS («снаружи внутрь») предполагают, что потенциальные угрозы для систем рекуперации тепла «серой воды» существенно усиливают слабые стороны этих систем. Следовательно, следует попытаться уменьшить влияние слабых сторон и угроз, влияние которых может помешать расширению систем рекуперации сточной воды.

Продукты весов и взаимодействий, обозначенные в следующих комбинациях, которые были установлены для отдельных элементов квадранта, также помогли выявить факторы, которые имеют наибольшее влияние на анализируемые системы. В случае негативных внешних факторов наивысшие баллы в каждом из четырех списков были получены за угрозу, связанную с неприятием со стороны потенциальных пользователей. Это подтверждает необходимость содействия рациональному использованию энергии, депонированной в дренажных водах, поскольку устранение негативного отношения жителей является ключом к увеличению использования систем рекуперации сточной воды. Систематическое обучение и продвижение устойчивых технологий среди жителей может привести к большему признанию нестандартных решений. Особенно важно в этом отношении умение использовать компьютерные инструменты, которые, на основе соответствующего алгоритма расчета, помогают отразить процессы миграции тепла. Кроме того, они позволяют реализовать параметры, с которыми будет работать конкретное устройство, что может значительно повысить доверие среди потенциальных получателей, которые сами могут оценить работу устройства. Описанные результаты могут быть достигнуты, среди прочего, с помощью программного обеспечения для моделирования CFD.

  1. Выводы

Результаты анализа указывают на высокую восприимчивость систем к угрозам из внешней среды, среди которых доминирующую роль играет неприятие со стороны потенциальных пользователей. Немаловажны и слабые стороны агрегатов рекуперации сточной воды. Они включают, среди прочего, зависимость эффективности системы от параметров установки.

Анализ CFD показывает, что выбор точной модели теплообменника очень важен. Самым важным вопросом в этой области была толщина водяной рубашки, которая влияет на скорость воды в теплообменнике. Использование неподходящих устройств приводит к значительному ухудшению процесса теплообмена. Кроме того, исследования показывают, что полезно выполнять численный анализ, например, с помощью инструментов CFD, чтобы проверить работу выбранного устройства. Это позволяет анализировать скорость жидкости и распределение температуры в полном цикле работы теплообменника.

Полученные результаты указывают на необходимость дальнейшего анализа, целью которого является оценка эффективности систем рекуперации тепла дренажной воды. Важным вопросом также является необходимость продвижения использования устойчивых энергетических систем и просвещения населения, поскольку только такой подход обеспечит диверсифицированное развитие рассматриваемых систем и повышение степени их внедрения в жилых зданиях.

Кроме того, следует обратить внимание на то, что полученные результаты испытаний относятся только к системам рекуперации сточной воды и рациональности их использования в жилых домах. В случае других систем утилизации тепла сточных вод, а также зданий различного назначения, например промышленных объектов, результаты исследований, описанные в статье, не будут применяться. В такой ситуации анализ PESTLE / SWOT может использоваться как инструмент для оценки системы.

 
 

  • Стоимость рекуператоров 

    Модель  /  Размер              Розничная стоимость
    RVA-2560    Длинна: 250см. 

                   STANDART    18 900 руб.  

    RVA-2060    Длинна: 200см.

                   STANDART    16 900 руб.

    RVA-2550    Длинна: 250см.

                   STANDART    15 300 руб.

    RVA-2050    Длинна: 200см.

                   STANDART   13 400 руб.

       
    Монтаж системы 5 000-10 000 руб (зависит от тех. условий, места, квалификации мастера)
     
  • Фотогалерея 

  • Часто задаваемые вопросы

     

    Этот раздел позволяет клиентам найти ответы на вопросы самостоятельно, без ожидания отклика со стороны службы поддержки, такие как:

    1. Что это за прибор, назначение, зачем мне это нужно?
    2. У меня частный дом, когда вернуться деньги, затраченные на приобретение рекуператора?
    3. В Спортивном клубе, когда вернуться деньги, затраченные на приобретение рекуператора?
    4. Сколько электроэнергии расходует рекуператор Вашего производства?
    5. Как часто нужно обслуживать, какие расходные комплектующие мне нужны?
    6. Насколько надежен рекуператор, Какой срок его работы?
    7. Могу ли использовать рекуператор у себя дома?

    Ответы на вопросы (FAQ) 

Прочитано 97 раз

Похожие материалы (по тегу)