СТІЧНІ ВОДИ ЯК ДЖЕРЕЛО ТЕПЛОВОЇ ЕНЕРГІЇ ДЛЯ ПОТРЕБ ФЕРМЕРСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА

29 квітня 2020 р.
 

Кожушко Олексій

Стічні води – недооцінене джерело теплової енергії. Вони можуть розглядатися як альтернатива не лише традиційним, а й таким альтернативним видам енергії, як енергії землі, води та повітря. Вони мають значний енергетичний потенціал, який на території України становить 69781 МВт·год/рік. У разі використання цієї енергії для опалення будівель її достатньо було б для забезпечення теплом до 400000 м2 житлової площі протягом всього опалювального періоду.

Для потреб фермерського господарства теплова енергія необхідна для опалення та гарячого водопостачання. Також, одним з ключових застосувань теплової енергії у землеробстві, може стати обігрів ґрунту. Тепловий режим суттєво впливає на ґрунт та процеси, що здійснюються в ньому: розчинність солей і газів, швидкість хімічних реакцій та інтенсивність фізичних процесів. Ці показники збільшуються при підвищенні температури. Також температура впливає на вологість ґрунту та перенесення повітря, швидкість надходження води та поживних речовин до рослин, що, в свою чергу, впливає на врожайність.

Підтримання оптимальної температури для росту рослин дозволяє отримати прогнозований врожай незалежно від погодних умов за межами теплиці. Слід зазначити, що системи обігріву ґрунту дозволяють отримати більш ранній врожай. Швидкість проростання культур збільшується пропорційно температурі.

Зважаючи на викладене, для того, щоб задовольнити потреби землеробства в тепловій енергії, необхідна система, яка здатна забезпечувати та підтримувати оптимальні теплові умови ґрунту. Цього можна досягти, використовуючи тепло стічних вод. Згідно проведених досліджень, температура стічних вод у міських мережах каналізації становить близько 12 °C взимку та 20 °C влітку. Зважаючи на те, що стічні води міських мереж мають малі коливання температури та незмінну витрату протягом року, їх можна розглядати як надійне джерело низькопотенційної енергії для теплових насосів.

Теплові насоси – це обладнання для опалення та кондиціювання, яке можна використовувати для створення та підтримки необхідних теплових умов. Іншими словами: тепловий насос – це холодильник, який працює за тим же принципом у зворотному напрямі. На сьогоднішній день теплові насоси є найефективнішим опалювальним обладнанням за рахунок ефективного використання енергії. Також, теплові насоси здатні генерувати енергію для потреб охолодження при роботі в зворотному циклі.

Ефективність роботи теплового насоса прийнято характеризувати коефіцієнтом перетворення, який показує у скільки разів кількість виробленої теплової енергії перевищує кількість витраченої ним електроенергії. Коефіцієнт перетворення теплового насосу вищий, коли різниця температури між середовищем, яке нагрівається, та джерелом тепла менша. Відповідно до проведених досліджень та згідно з даними виробників обладнання, середнє значення коефіцієнта перетворення для теплових насосів, які використовують тепло повітря, знаходиться в межах від 3 до 4. Дещо вищим і більш постійним є значення коефіцієнта перетворення геотермальних теплових насосів. При використанні тепла стічних вод коефіцієнт перетворення становить в середньому близько 5. Таким чином, при споживанні 1 кВт·год електроенергії, отримується 5 кВт теплової енергії. При відсутності можливості забезпечення необхідної електричної потужності від електромережі, можна здійснити локальну генерацію електроенергії за рахунок використання сонячних панелей.

Теплові насоси є хорошою альтернативою котлам, які споживають викопне паливо. Завдяки використанню теплових насосів отримується “чиста” теплова енергія без викидів парникових газів та будь-якого іншого негативного впливу на навколишнє середовище.

Поряд з тим, отримувати тепло від стічних вод можна за рахунок встановлення теплообмінників на трубопроводах каналізації без використання теплових насосів. Цей спосіб є дешевшим, проте менш ефективним, у порівнянні з використанням теплових насосів. При використанні теплообмінників температура підігрітої води не може перевищувати температуру стічних вод, тому для подальшого використання потребує додаткового підігріву. При використанні ж теплового насосу можливо отримати воду з температурою, достатньою для використання в сучасних системах опалення, гарячого водопостачання та системах обігріву ґрунту.

З метою вилучення теплоти зі стічних вод в каналізаційній мережі встановлюються трубки, заповнені водою або гліколем, які виконують роль теплообмінника для відбору теплоти. Такі трубки можуть встановлюватися всередині колектора у його нижній частині, в стінках та зовні. Перший спосіб може бути застосований, як при будівництві нової системи, так і при реконструкції існуючого трубопроводу без його заміни. В решті випадків використовуються каналізаційні труби заводського виготовлення із вбудованими трубками-теплообмінниками.

Для того, щоб теплоту стічних вод можна було використовувати для потреб фермерського господарства, поблизу повинен бути трубопровід системи каналізації, по якому переміщується достатній об’єм стічних вод. Це може бути, як міський каналізаційний колектор, так і каналізаційний трубопровід від промислового підприємства. Всільській місцевості такі умови можуть бути забезпечені досить рідко, проте без проблем в місті. Для міського фермерства тепло стічних вод може бути використане для дахових теплиць та вертикальних ферм. При відсутності поблизу каналізаційного колектора можливе транспортування отриманої енергії на відстань, проте, в цьому випадку, ефективність системи буде нижчою через втрати енергії при транспортуванні.

Таким чином, розглянута технологія використання теплоти стічних вод дозволить суттєво оптимізувати тепловий режим ґрунту і позитивно вплинути на ріст і розвиток рослин та зменшити споживання енергії, що сприятиме сталому розвитку фермерського господарства.

Коментарі

Дивись також
 
Популярні