Системы энерго водоснабжения способы экономии

Энергосбережение в системах водоснабжения и канализации

Энергосбережение в водоснабжении и канализации напрямую зависит от мероприятий, позволяющих уменьшить потребление электроэнергии для забора воды, ее очистки, обработки, подачи и распределения.Энергосберегающие мероприятия по затратам разделяют на беззатратные, мало-, средне- и высокозатратные.

Беззатратные и малозатратные энергосберегающие мероприятия

На осуществление малозатратных, а тем более беззатратных энергосберегающих мероприятий не требуется существенных вложений. Они окупаются в течение нескольких месяцев вследствие снижения эксплуатационных расходов. К числу беззатратных и малозатратных мероприятий по энергосбережению в водоснабжении и канализации относят:

1. Соблюдение правил эксплуатации систем водоснабжения и канализации и применяемого в них оборудования. Эти правила предусматривают своевременное проведение планово-предупредительных ремонтов, замену набивки и подтяжку уплотнений насосов, вентилей и задвижек, замену неисправной арматуры, устранение утечек и т.д.
2. Замена асбестографитовых уплотнений насосов уплотнениями на основе тефлона, обеспечивающих увеличение срока эксплуатации в среднем в 6 раз. Затраты окупаются в течение не более 6 месяцев.
3. Замена арматуры устаревших типов на современную (в рукомойниках, раковинах, смесителях, в сливных бачках унитазов и т.п.).

Среднезатратные энергосберегающие мероприятия

Это мероприятия, затраты на проведение которых окупаются за 2-3 года. К ним относят:

• Обеспечение экономичных режимов эксплуатации насосов.
• Изменение диаметра трубопроводов, применение труб из полимерных материалов изменение принципиальной схемы конструктивного исполнения систем водоснабжения и водоотведения.
• Экономия электроэнергии и воды при переходе к оборотным системам водоснабжения.
• Борьба с отложениями в системах водоснабжения и водоотведения.
• Устранение утечек воды.
• Организация учета водопотребления.
• Диспетчеризация и АСУ.
• Стимулирование заинтересованности населения и персонала предприятий в снижении перерасхода воды и тепла.
• Анализ режимов системы водоотведения (режимов работы насосного оборудования станций перекачки и очистных сооружений).
• Использования избыточной температуры стоков, химической энергии горючих веществ, загрязняющих стоки.

Расскажем о каждом из перечисленных выше способов энергосбережения в водоснабжении и канализации подробнее.

1. Обеспечение экономичных режимов эксплуатации насосов. Для реализации энергосберегающих мероприятий по обеспечению экономичных режимов эксплуатации насосов рекомендуется следующее:

• замена группы малопроизводительных насосов более производительными;
• замена насоса, гидравлическая характеристика сети которого не соответствует его паспортным данным;
• повышение КПД насосов до их паспортных значений путем установки новых уплотнений в сочетании с тщательной балансировкой рабочих колес;
• замена агрегатов, передача вращающего момента на вал которых от вала двигателя осуществляется через редуктор или клиноременную передачу. Замена осуществляется на насосы, у которых рабочее колесо находится непосредственно на валу двигателя (в результате чего устраняются потери энергии в передаче);
• осуществление автоматизированного управления работой насосного оборудования для достижения максимально возможной загрузки насосов,
• регулирование производительности насосов изменением частоты вращения рабочего колеса с помощью частотно-регулируемого электропривода;
• при отсутствии регулятора частоты регулирование производительности насосной установки или станции может выполняться не только с помощью дроссельных заслонок (задвижек или вентилей и т.п.), но и путем ступенчатого включения-выключения параллельно установленных насосов меньшей производительности;
• в системах водоснабжения с насосными агрегатами, рассчитанными на максимальное потребление воды при максимальном напоре, целесообразно устанавливать емкости-накопители (аккумуляторы) воды на высоте требуемого напора с устройством автоматического отключения насосного агрегата при заполнении емкости водой.

2. Изменение диаметра трубопроводов, применение труб из полимерных материалов, принципиальное изменение схемы конструктивного исполнения систем водоснабжения и водоотведения. При увеличении диаметра трубы на 50% потери от трения жидкости можно уменьшить на 75%. Аналогичного результата при решении задач энергосбережения в водоснабжении удается добиться заменой труб из традиционных материалов на трубы из полимеров, отличающихся значительно меньшей шероховатостью. В результате такой замены срок службы сетей увеличивается с 3-10 до 30 лет и более. Кроме этого, гидравлическое сопротивление и затраты мощности на привод насосов при том же диаметре трубопровода и неизменном расходе воды снижаются примерно на 25 %.

3. Экономия электроэнергии и воды при переходе к оборотным системам водоснабжения. Переход от прямоточного к оборотному водоснабжению в системах охлаждения энергетического и технологического оборудования снижает потребление воды от внешних источников, а также нагрузку на насосное оборудование системы водозабора и очистные сооружения.

4. Борьба с отложениями в системах водоснабжения и водоотведения проводится как механическим, так и химическим способами и требует остановки сетей на ремонт. В настоящее время созданы и начали широко внедряться в системах отопления, горячего и оборотного водоснабжения дешевые автономные автоматизированные установки для обработки воды присадками типа «комплексонов», которые после добавления их в малых дозах (около 0,6 г/м3) в подпитывающую воду, не меняя жесткости воды, препятствуют образованию отложений.

5. Устранение утечек воды. Локализация мест этих утечек трудоемка и требует применения специальных акустических течеискателей, улавливающих звуковые колебания струй в местах повреждения системы. Эффективным средством выявления утечек является оснащение вводов в здания счетчиками холодной воды.

6. Организация учета водопотребления. Проводится во избежание неконтролируемых технологических потерь воды. С этой целью рекомендуется составить водный баланс предприятия, проанализировать схемы водопользования и расходы воды, экономически оптимизировать систему водопользования.

7. Диспетчеризация и АСУ в сочетании с применением частотно регулируемых электроприводов, позволяет значительно повысить энергосбережение в водоснабжении и канализации за счет оптимизации режимов эксплуатации систем и более оперативного, точного определения утечек.

8. Стимулирование заинтересованности населения и персонала предприятий в энергосберегающих мероприятиях по экономии воды и тепла. Оснащение квартир узлами учета, введение оплаты за воду и тепло по фактическому расходу будет способствовать большей заинтересованности в энерго- и теплосбережении.

9. Анализ режимов системы водоотвода сводится в основном к анализу режимов работы насосного оборудования станций перекачки и очистных сооружений.

10. Использования избыточной температуры стоков, химической энергии горючих веществ, загрязняющих стоки. Использования избыточной температуры стоков, химической энергии горючих веществ, загрязняющих стоки. Дополнительные резервы энергосбережения в системах водоотведения связаны с возможностью использования избыточной температуры стоков, химической энергии горючих веществ, загрязняющих стоки. Примером энергосберегающей технологии обезвреживания стоков может служить огневое обезвреживание сточных вод с высоким (порядка 50%) содержанием горючих веществ (спиртов, бензина, керосина, ацетона, масел и др.). Такие стоки фактически являются топливом, и обезвредить их можно, подавая в топки котлов.

Высокозатратные энергосберегающие мероприятия

1. Энергосберегающие мероприятия в электрохозяйстве систем водоснабжения и водоотведения связаны с внедрением автоматической системы контроля и учета энергопотребления (АСКУЭ) с последующим переходом с двухставочного тарифа оплаты электроэнергии на одноставочный.

Ожидаемый эффект обеспечивается:

на первом этапе ее реализации — за счет снижения заявляемой мощности, что становится возможным вследствие более оперативного учета электропотребления;

на втором этапе — переходом на более выгодные одноставочные зонные тарифы, дифференцированные по времени суток (переход допускается только при наличии у предприятия АСКУЭ).

2. Основные резервы энергосбережения в системах горячего водоснабжения подразумевают:

замену секционных (кожухотрубчатых) водоподогревателей пластинчатыми, имеющими меньшие габаритные размеры и более низкие потери теплоты, а также упрощающими их обвязку трубопроводами. Это ведет к снижению затрат мощности насосов на циркуляцию греющей и нагреваемой воды в тепловом пункте;

оснащение циркуляционных и подпитывающих насосов в тепловых пунктах частотно-регулируемыми электроприводами (ЧРП), позволяющими изменять расход воды в системах, не прибегая к открытию или закрытию имеющихся задвижек или других дроссельных органов. Такие энергосберегающие мероприятия ведут к экономии 10÷30% электроэнергии;

оснащение вводов зданий подмешивающими насосами и балансировочными клапанами (типа «BALLOREX»), водосчетчиками, имеющими выходы для передачи информации в компьютерную сеть; создание на этой основе системы диспетчеризации потребления теплоты, холодной и горячей воды и переход к регулированию расхода тепловой энергии на горячее водоснабжение — по разбору горячей воды, к поддержанию давления воды в системах в пределах допустимых значений, снижению утечек воды вследствие разгерметизации систем при превышении допустимых давлений.

3. Строительство очистных сооружений, оборудованных утилизационным оборудованием. Экономическая эффективность определяется не только получением пара или воды для теплоснабжения, но и извлечением ряда веществ, используемых в дальнейшим в качестве вторичного сырья.

4. Значительные резервы энергосбережения имеются в оборотных системах водоснабжения, через которые сбрасывается в окружающую среду значительное количество теплоты энергоносителей на многих промышленных предприятиях. Проблема использования данного резерва с целью энергосбережения в водоснабжении принципиально решается с помощью тепловых насосов, которые дают возможность возврата теплоты в производственный цикл. Они нашли широкое применение в странах западной Европы, в США, Японии. В Украине их применение незначительно.

Источник — Энергосбережение в водоснабжении и канализации

Источник

Водосберегающие технологии современного санитарно-технического оборудования зданий

Water-Efficient Technologies in Modern Building Sanitary and Plumbing Equipment

L.I. Sokolov, Doctor of Engineering, Professor at Heat, Gas and Water Supply Department of Vologda State University; K. L. Sokolov, Vologda State University

Keywords: water conservation, mixing tap, shower, bath, toilet bowl, rainwater

The article presents modern design development in sanitary and plumbing equipment based on resource-saving technologies. It shows that the culture of water consumption relies upon the metering system. Article gives justification of the water conservation principles in households.

Представлены современные конструкторские разработки санитарно-технического оборудования, построенные на технологиях ресурсосбережения. Показано, что культура потребления воды опирается на систему учета. Обоснованы принципы водосбережения в домашнем хозяйстве.

Водосберегающие технологии современного санитарно-технического оборудования зданий

Л. И. Соколов, доктор техн. наук, профессор кафедры теплогазоводоснабжения Вологодского государственного университета

К. Л. Соколов, Вологодский государственный университет

Представлены современные конструкторские разработки санитарно-технического оборудования, построенные на технологиях ресурсосбережения. Показано, что культура потребления воды опирается на систему учета. Обоснованы принципы водосбережения в домашнем хозяйстве.

Инженерные системы зданий и сооружений должны быть не только надежными, но и энерго- и ресурсоэффективными. Мероприятия по энерго- и ресурсосбережению включают в себя: установку приборов учета количества потребленных воды и тепла; расчет и правильный выбор повысительных установок, сантехнического оборудования; применение систем повторного использования воды в зданиях и сооружениях; накопление и возврат в системы водоснабжения дождевых вод для технических и бытовых целей. Меры по сбережению ресурсов включают: лучшую теплоизоляцию домов, использование более эффективного насосного оборудования, применение комфортного санитарно-технического оборудования, труб из новых материалов, новой трубопроводной арматуры, аккумуляторов тепла. Культура потреб­ления воды опирается на систему учета. Для повышения эффективности водопользования в настоящее время используются как устройства для контроля за водопотреблением (общедомовые или индивидуальные счетчики), так и приборы для его снижения. Сантехническое оборудование, разработанное в настоящее время с целью сокращения расхода воды, можно объединить в две большие группы. К первой из них относятся санприборы и их модификации, уменьшающие поток воды через смесители, а ко второй – устройства, ограничивающие слив воды из бачка унитаза. Конструкторы разработали различные варианты оборудования, позволяющего на 15–70 % уменьшить водопотребление при мытье рук и посуды, а также при приеме душа или ванны, а именно:

— термостатические смесители, предназначенные для поддержания задаваемой пользователем температуры горячей воды;

— усовершенствованные картриджи смесителей с двухступенчатой регулировкой (системы Eco: экокнопка, экоклик; съемные и встроенные ограничители напора), ограничивающие максимальный расход воды;

— аэраторы (перляторы), подмешивающие к воде воздух, благодаря чему струя меньшего напора приобретает лучшие моющие качества и кажется более интенсивной и мягкой;

— водосберегающие насадки (клапаны) One Touch (стоп/пуск), устанавливаемые на любые краны вместо аэратора и поддерживающие фиксированный напор воды;

— автоматические клапаны, выключающие водопроводные краны, – металлические стержни, при надавливании на которые вода подается, а при отпускании – постепенно останавливается;

— приборы контроля подачи воды – устройства с инфракрасными датчиками или радарными системами, которые включают подачу воды при поднесении к ним рук и выключают после их отлучения.

Термостатические смесители Objekta. Фото: Kludi

Еще одна группа приборов повышенного водопотребления – унитазы, где фиксируется нерациональный расход воды при смыве. В настоящее время наиболее распространенными вариантами водосбережения при использовании смывного бачка, призванными не только экономить воду, но и обеспечивать необходимую гигиену, является система прерывания смыва «старт/стоп» и двухрежимная арматура сливного механизма, позволяющая сливать как весь объем воды в бачке (обычный режим), так и его половину (режим экономии). В таких бачках кнопка (клавиша) слива разделена на две части (реже устанавливаются две отдельные клавиши). Кроме того, в последние годы на рынке сантехники появились бачки с поворотной ручкой для регуляции объема смываемой воды.

Разработки сантехнических приборов большинства европейских производителей направлены на то, чтобы потребители могли экономить воду. Для этого в смесители, душевые лейки, в конструкции унитазов внедряются технологии водосбережения. Менее всего экономичны двухвентильные модели смесителей, в которых при пользовании более длительна «настройка» потока нужной температуры и интенсивности, поэтому в однорычажные системы заложено несколько способов экономии воды, в том числе и горячей. В традиционных смесителях значение расхода воды составляет примерно 12–13 л/мин (в душевых гарнитурах – до 17 л/мин), в то время как в смесителях с функцией Eco оно сокращается почти на 50–60 %, до 4–7 л/мин (в душе – до 9 л/мин). Почти каждый современный смеситель оснащен аэратором – устройством, встроенным в устье излива. Подмешивание на выходе в струю воздуха дает как минимум 10–15 % экономии воды (более 5 м3 воды в год). Конструкция аэратора представляет собой совокупность пластиковых и резиновых сеток с системой быстрой очистки аэратора от соли кальция с очень мелкими ячейками, сложенными одна за другой последовательно в цилиндрический стаканчик (производители QuickClean (Hansgrohe), SpeedClean (Grohe)). У других производителей сетки могут быть выполнены из металла. Принцип работы аэратора заключается в следующем. Вода, проходя через систему сеток, рассекается на отдельные струйки. Между ними образуются воздушные каналы, по которым за счет турбулентности в струйках, а также по кольцевой щели вокруг сеточек воздух втягивается вверх и частично растворяется, при этом вода аэрируется в пропорциях: на 1 л воды приходится 3 л воздуха. В итоге струя становится более мягкой и объемной, ее моющие способности улучшаются, а расход воды уменьшается. Ограничить предельный расход воды можно с помощью эластичного кольца или мембраны, встроенных в аэратор. Производители по-разному называют данную технологию экономии расхода воды через прибор (Eco-Save, Eco-Plus, зеленая эко­кнопка, Есо-Disk).

Конструкция W + W. Фото: Roca

Образцом водосбережения являются бесконтактные модели смесителей. Бесконтактные смесители оборудованы оптическим датчиком (инфракрасный сенсор) движения и электронным модулем, который активизирует расход воды. Магнитный клапан запирает или пускает в излив уже смешанную воду, температуру которой устанавливают заранее с помощью наружного регулятора-рычажка на корпусе или встроенного в смеситель винта регулировки. Питание смесителя производится от батареи (6 В) либо от сети переменного тока (220 В). Применение бесконтактных моделей смесителей исключает неэкономный расход воды и реализует функцию автоматического включения и выключения подачи воды.

Экономить воду также можно путем несложной перенастройки картриджа, однако эта функция заложена только в однорычажные модели. Обычно предус­тановка экономичного режима делается на заводе, но пользователь может произвести регулировку и самостоятельно при монтаже и в процессе эксплуатации.

Подсчитано, что за 10 минут мытья под душем расходуется около 120 л воды, но обычно на гигие­нический утренний душ тратится вдвое меньше времени и, соответственно, воды, в то время как на принятие ванны расходуется

140–200 л воды. В водосберегающих конструкциях душевых гарнитуров применяют те же технологии, что и в смесителях: подмес воздуха, встраивание в душевую головку устройств, регулирующих расход воды. Таким образом, удается экономить воду на 50–60 %.

Оптимальным способом обеспечения энерго- и водосбережения, а также комфорта следует признать термостатический смеситель (термостат, рис. 1). Внутри корпуса термостата расположен термоэлемент, регулирующий температуру смешанного потока. Существенное преимущество такого смесителя – возможность работы в экономном режиме, когда пользователь сам устанавливает оптимальный расход воды.

В новые модели и конструкции унитазов также внедрены водосберегающие технологии. На рис. 2 представлена конструкция унитаза с умывальником. Под умывальником расположен бак-накопитель «серой» воды, которая используется для смыва в унитазе.

Писсуар с широким сливным отверстием 7517 00 XX (коллекция Subway, бренд Villeroy & Boch, Германия). Материал – сантехнический фарфор с грязеотталкивающим покрытием ceramicplus. Благодаря особой конструкции сифона писсуар можно использовать без подключения воды. Размеры: 53,5×30,5×35 см

Еще одна водосберегающая технология реализуется в конструкциях унитазов с двойным смывом, широко применяемых не только в Европе, но и в России. Большинство моделей унитазов для полной очистки требуют за один смыв 6 л воды. Действующий стандарт в ЕС – 6/3 л воды (основной/половинчатый смыв). Новинки ведущих производителей унитазов ломают стереотипы. Например, в последних моделях некоторых производителей стандарт 4,5/3 л (с учетом одного литра чистой воды, обеспечивающей дополнительное усиление к смыву за пределы водяного затвора). При этом экономия воды составляет около 30 %.

Помимо моделей, использующих для смыва всего 2 л воды, появились писсуары, которым вода не требуется вовсе (рис. 3). Механизм состоит из сменного картриджа с гидравлическим затвором. Жидкость в нем легче, чем вода, поэтому стоки и запахи поглощаются полностью.

Принципы водосбережения в домашнем хозяйстве

На водоснабжение жилья в мире в целом требуется почти 8 % мирового расхода пресной воды, причем оно крайне неравномерно по странам. В России нормы и расходы (в среднем около 300 л/сут на человека) воды выше, чем в Европе. Исследования европейских ученых показали, что самые расточительные в плане потребления воды – итальянцы: в сутки они расходуют в среднем 220 л. Самыми же бережливыми оказались бельгийцы: у них на каждого человека приходится всего 108 л в день. Англичане, которые до сих пор моют руки в наполненной раковине, а не под проточной водой, за день используют 136 л, немцы – 146, французы – 159, финны – 151, а норвежцы – 175 л.

Водосберегающая душевая лейка Hansgrohe

К основным способам экономии воды в домашнем хозяйстве следует отнести:

— установку рассекателя струи с мелкими отверстиями;

— использование для ванны термостатических смесителей;

-замену двухвентильных (с двумя кранами) смесителей однорычажными. Они экономят 7–9 л воды в минуту при подборе нужной температуры. В однорычажные модели заложена функция перенастройки картриджа, которую можно осуществить при монтаже или в процессе эксплуатации смесителя. Однорычажные смесители с аэрацией, ограничителем потока и переустановкой картриджа могут обеспечить экономию расхода воды 40–60 %, а электронный смеситель с инфракрасным датчиком дает до 70 % экономии расхода воды;

— установку смесителей с аэраторами;

— использование водосберегающих душевых леек с подмесом воздуха в душевую сетку (рис. 4);

— использование душевых гарнитур с кнопкой «пауза», клавишей Eco, термостатом, аэрацией которое дает экономию расхода воды 40–50 %;

— установку унитаза с двойным смывом.

Счетчики воды в квартире

Основное назначение счетчика воды – стимулировать потребителя к более рациональному использованию. В среднем плата квартиросъемщика может сократиться в 1,5–2 раза, если она взимается не по общему счетчику воды всего многоквартирного дома, а по водомерам индивидуальным, установленным в квартире.

Расчеты показывают следующие ориентировочные расходы воды, используемой в хозяйстве семьей из четырех человек:

— кухня – 14–23 л/мин,

— ванна – 230 л/сут,

— слив в туалете – 23–32 л/ сут,

— мытье посуды – 68–90 л/сут,

— стирка (1 раз) – 159 л/ед.

— неисправный кран (капающий) – потери составляют до 500 л/год.

Используемая в хозяйстве вода может быть вторично применена, например, для полива насаждений вблизи дома.

Система двойного использования воды

Систему двойного использования воды можно настроить в частном секторе, когда смыв из раковины идет на полив газона и садовых растений, а в квартире можно установить систему, при которой вода из раковины сначала идет на смыв в унитазе, а потом в канализацию (см. рис. 2).

Использование дождевой воды

Использование дождевой, талой от снега и града воды является одним из источников экономии водоресурсов в условиях офисного и жилого зданий, коттеджа, загородного (дачного) дома или даже крупного промышленного предприятия. До 60 % питьевой воды можно сэкономить, используя дождевую воду. Это становится особенно актуально, учитывая, что тарифы на водопроводную воду, поставляемую централизованно, и электроэнергию постоянно возрастают. Кроме того, это и частичная независимость от предприятий (водоканалов), занятых подготовкой воды и доставкой потребителю в нужном количестве. Учитывая изношенность сетей водоснабжения в ряде городов, нестабильность подачи воды, снижение степени обеспечения водой из-за аварий, прорывов трубопроводов, возникает необходимость поиска новых альтернативных источников воды и способов экономии водоресурсов. Современные технологии использования дождевой воды позволяют применять ее не только для полива, но и для таких технических целей, как санитарная уборка помещений, смыв унитаза или даже стирка белья. Как показывают проведенные в Европе исследования, такая вода не содержит биологических загрязнений. В странах Европейского союза ее использование находит применение даже в детских учреждениях, например: детский лагерь христиан-евангелистов Ev. Waldheim Lindental в Штутгарте (Германия) оборудован системой использования дождевой воды для смыва в туалетах. Кроме того, в жилом комплексе с садом и школой для детей и подростков с особенностями развития Haus Tobias во Фрейбурге такая вода применяется для стиральных машин, которыми пользуются жильцы учреждения.

Примером практического применения систем дождевой воды в промышленности является крупная типография Sachsen Fahnen GmbH в Дрездене. Здесь дождевая вода используется в техпроцессе печати на текстиле и для изготовления рекламных баннеров [1]. Офисный центр Sony в Берлине оснащен системой водоподачи к туалетам и системой пожаротушения, подключенными к цистернам с дождевой водой. Ею же орошаются зеленые насаждения, окружающие здание. В случае переполнения резервуара во время ливня или длительного дождя дренажная система может принять до 34 м 3 /ч воды. В случае недостатка атмосферных осадков резервуар автоматически заполняется водой из системы хозяйственно-питьевого водопровода. Все это интегрировано в общую систему управления зданием [1].

Таким образом, современные модели сантехнического оборудования позволяют сократить расход воды на 30–60 %, а потому относятся к водосберегающему экооборудованию. Как было показано, для более экономной настройки температуры воды более всего подходят однорычажные модели смесителей. Благодаря внедренным в них экотехнологиям расход воды сокращается до 60 %, что никак не отражается на плотности и объемности струи. Образцом водосбережения (а также гигиеничности) являются бесконтактные модели с инфракрасным датчиком. Для повышения эффективности водопользования сегодня применяют как устройства для учета и контроля за водопотреблением (общедомовые или индивидуальные счетчики), так и приборы для его снижения, например устройства, ограничивающие слив воды из бачка унитаза. Перспективными следует признать разработку и применение систем повторного использования воды, накопление и возврат в системы водоснабжения зданий и сооружений дождевых вод для технических и бытовых целей.

Проблема экономии воды уже давно перешла в разряд глобальных мировых проблем. Вопрос экономии воды в масштабах планеты становится все более остро. Производители сантехнического оборудования оснащают свою продукцию современными устройствами и технологиями, помогающими пользователям экономить воду, а значит, беречь энерго- и водоресурсы и при этом значительно снижать собственные расходы потребителей по оплате коммунальных услуг.

Источник