10912

топлива.

Одним из путей решения указанной проблемы является повышение энергоэффективности потребляемых ресурсов, использование возобновляемых источников энергии, разработка и внедрение энерго- и ресурсосберегающих технологий.

Вмире возрастает интерес к альтернативным источникам энергии, в частности к биоэнергетике на основе возобновляемых биологических ресурсов. Одним из перспективных направлений является получение и утилизация биогаза, образующегося в процессе анаэробной ферментации органических отходов, включая анаэробное сбраживание отходов животноводческих комплексов, органической фракции ТКО, а также биогаза, образующегося в процессе анаэробной очистки сточных вод.

Приоритетным методом обезвреживания ТКО в России продолжает оставаться захоронение на полигонах. На полигоны складируется 97% всего объема образуемых в России ТКО, 2% сжигается и 1% компостируется. Площадь, занятая полигонами ТКО на территории России, превышает 40 тыс. га и ежегодно увеличивается на 2,5–4%.

Общий объем накопления ТКО в городах и поселках России составляет порядка 150 млн м3, или 30 млн т в год. Для городских ТКО характерно высокое содержание органических компонентов – до 50–60% от общей массы отходов. Около половины из них представлены биоразлагаемыми отходами. В настоящее время не менее 97% ТКО утилизируется в России путем захоронения на специальных полигонах без предварительной сортировки.

Вклад полигонов ТКО в глобальную эмиссию метана оценивается в 12–15%, в тоже время это практически единственный источник атмосферного метана, который подлежит контролю и может быть уменьшен за счет утилизации образующегося на полигоне биогаза. Основными недостатками метода захоронения отходов на полигонах ТКО являются: долгосрочное негативное воздействие на окружающую среду и здоровье населения; глобально значимая эмиссия в атмосферу парниковых газов – диоксида углерода и, особенно, наиболее опасного парникового газа – метана, который может быть использован как сырье для производства энергии; отчуждение больших территорий под полигоны; потеря органического вещества, которое может быть использовано как органоминеральное удобрение для улучшения качества нарушенных земель.

Альтернативой утилизации ТКО на полигонах является анаэробная ферментация органических отходов в биореакторах, изолированных от окружающей среды и поэтому не наносящих ей вреда.

ВРоссии технология анаэробной обработки органической фракции ТКО (ОФ-ТКО) в биореакторах не используется и аналогов не имеет, хотя за рубежом она активно развивается и внедряется на практике.

310

Для утилизации ОФ-ТКО в мировой практике чаще всего используется твердофазная анаэробная ферментация с содержанием сухого вещества (СВ) 15–40%, для которой требуется менее тщательная сортировка и измельчение сбраживаемого субстрата. При анаэробном сбраживании ОФ-ТКО в термофильном режиме, обеспечивающем обеззараживание субстрата, образуется биогаз с содержанием метана в нем не менее 60%, который может быть использован непосредственно в качестве топлива, а также для получения электроэнергии в когенерационной установке с утилизацией теплоты сброженной массы.

С 1 га полигона ТКО в течение года можно получить около 1 млн м3 биогаза, если произвести пересчет на площади, занятые под полигоны в РФ, получается внушительная цифра — 15 млрд м3 в год.

Биогаз состоит преимущественно из СН4 и СО2 (суммарно до 9899%) и примесей (0-2%). В зависимости от вида сбраживаемых субстратов

иприменяемой технологии состав биогаза может существенно отличаться, что во многом предопределяет технологию его очистки при производстве биометана.

Биогаз с содержанием метана не менее 60% чаще всего сжигают, а образующееся тепло используют для обогрева помещений и различных технологических целей. Для получения топлива, идентичного по составу природному газу, необходима его дополнительная очистка. При разделении исходной газовой смеси на специализированных газоочистительных установках и мембранных модулях концентрация метана повышается до 95 %, в результате чего биометан может быть использован для получения электроэнергии, а также в двигателях внутреннего сгорания. В зависимости от содержания метана теплотворная способность биогаза составляет 4700–6000 ккал м–3. Биометан, полученный из биогаза, имеет ряд преимуществ перед другими видами альтернативного топлива: он образует значительно меньше вредных выбросов при сгорании, чем бензин или дизель, энергия, заключенная в метане, примерно в 3 раза выше, чем у водородного топлива. Кроме того, при образовании биогаза из биомассы нет необходимости в специальном выращивании для его производства сельскохозяйственных растений, как это делается при получении биодизеля и биоэтанола. Другим полезным продуктом анаэробной ферментации является обогащенная азотом сброженная масса, которая может быть использована в качестве удобрения для городского озеленения

ивосстановления нарушенных земель. Технология анаэробной микробной ферментации подходит для переработки практически всех типов органических отходов.

Органические компоненты сбраживаемых субстратов различаются друг от друга в энергетическом отношении, которое определяется содержанием в них белков, жиров и углеводов. В табл. 1 представлены теоретические количества биогаза и содержания в нем метана, которые

311

могут быть получены при разложении углеводов, белков и жиров.

Таблица 1 - Теоретическое количество и состав биогаза, образуемого при анаэробном разложении органического вещества

Например, при анаэробной ферментации 1 т пищевых отходов, содержащих 33% СВ и 19% жиров, 20% белков, 61% углеводов в составе органического СВ, составляющего 90% СВ, может быть получено 156 м3 биогаза с содержанием метана в нем 92 м3.

Основные ограничения процесса анаэробной ферментации связаны с длительным временем пребывания (HRT) и с необходимостью инокулировать свежее сырье сброженной массой и/или личатами из предыдущего запуска.

Тем не менее процесс анаэробной ферментации доказал свою способность эффективно преобразовывать твердые органические отходы в энергию.

Для развития и внедрения эффективных экологически целесообразных и экономически выгодных технологий переработки городских органических отходов в полезные продукты необходима тщательная многосторонняя оценка затрат и возможных выгод. Анаэробные реакторы могут дополнять уже существующие сооружения по переработке ТКО, или может быть организовано отдельное производство по утилизации ОФ-ТКО путем твердофазной анаэробной ферментации в биореакторах. Это будет определять объёмы требуемых капиталовложений.

Экономическая и экологическая оценка систем анаэробной ферментации ОФ-ТКО в биореакторах должна включать, в первую очередь, экономические факторы, связанные с сокращением площадей под полигоны ТКО и энергетическими преимуществами новых объектов, и экологические факторы, как снижение негативного воздействия на окружающую среду и здоровье населения, а затем сравнение с капитальными и эксплуатационными затратами при технико- экономическом обосновании строительства сооружений.

Таким образом, анаэробная обработка ОФ-ТКО в биореакторах путем твердофазной анаэробной ферментации, предотвращающая дальнейшее загрязнение окружающей среды, является насущной общественной потребностью, ее актуальность очевидна. Данная технология позволяет значительно уменьшить антропогенную нагрузку на

312

окружающую среду и эмиссию парниковых газов, а также получить энергоноситель-метан и биоудобрения.

Однако в России эти экологические преимущества не учитываются, а уровень знаний о современных технологиях обращения с отходами довольно низкий. Кроме того, энергетический рынок и механизмы регуляции внедрения новых биотехнологий не разработаны должным образом, чтобы интегрировать данные технологии в коммерческую систему.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Аналитическая записка БАУ № 11 «Перспективы производства и использования биометана в Украине» / Гелетуха Г.Г., Кучерук П.П., Матвеев Ю.Б. - 2014 г.

2.Биогазовые установки: практическое пособие / Барбара Эдер Хайнц Шульц, 1996 г. Перевод с немецкого выполнен компанией Zorg Biogas в 2011 г. Под научной редакцией И. А. Реддих.

3.Биотехнология и микробиология анаэробной переработки органических коммунальных отходов: коллективная монография / общая ред. и составл. А.Н. Ножевниковой, А.Ю. Каллистова, Ю.В. Литти, М.В. Кевбрина; . – М.: Университетская книга, 2016. – 320 с., ил.

КРАЙНОВ Д. В., доцент, кандидат техн. наук; ГАРИФУЛЛИНА Д. Р., студент

«Казанский государственный архитектурно-строительный университет», г. Казань, Россия,

dilyarag215@gmail.com.

СРАВНЕНИЕ ОКОННЫХ БЛОКОВ ПО СВЕТОТЕХНИЧЕСКИМ И ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИМ ПАРАМЕТРАМ

Строительство современных зданий с повышенными требованиями к энергосбережению соответствует приоритетам научно-технической по- литики. Важным при этом является обеспечение помещений зданий есте- ственным освещением при снижении теплопотерь через заполнения свето- проемов [3-4].

С целью сокращения тепловых потерь через окна применяются стекла с низкоэмиссионными покрытиями, обладающие пониженным ко- эффициентом светопропускания [1]. Поэтому при использовании окон со стеклами с низкоэмиссионными покрытиями взамен традиционных для со- хранения уровня естественной освещенности необходимо увеличивать площадь светопроемов, что, в свою очередь, приводит к некоторому уве-

313

личению тепловых потерь здания. Поэтому представляется целесообраз- ным найти выражение, включающее светотехнические и теплотехнические параметры для общей оценки оконных блоков.

Оценка блоков по светотехническим и теплофизическим парамет- рам была предложена в [2], где дано выражение для критерия равноэффек-

Для примера примем схему светопрозрачной конструкции (СПК), состоящей из двух створок (рис.1). Левая - глухая, неоткрывающаяся. Пра- вая - открывающаяся. Приняты следующие размеры СПК: 1800х1800 мм.

Рисунок 1 - Стеклопакет (СП) с алюминиевой дистанционной рамкой.

Проанализируем различные оконные проемы, находящиеся в одина- ковых условиях, найдем для них коэффициент Р и выберем оптимальный.

314

Таблица 1 - Характеристики оконных проемов

315

Таблица 2 - Удельные потери теплоты, ψ, Вт/(м*оС) для алюминиевых профилей

MASTECH

Удельные потери теплоты, ψ, Вт/(м*оС) при различных Rо по центру стеклопа- Тип кета

профиля

Зная все необходимые значения, можем подставить их в формулу (1) и просчитать значение Р для каждого типа стеклопакета, для наглядности и последующего анализа представим расчеты в таблицу 3. Приведенное со- противление теплопередаче участка стены принято равным Rст =3,3 м2°С/Вт.

Таблица 3 - Значения критерия равноэффективности оконного блока Р для основных

316

Чем больше значение P, тем эффективнее будет оконный блок при установке его в систему стена – окно. Таким образом, наиболее эффектив- ным по светотехническим и теплотехническим параметрам будет однока- мерный и двухкамерный стеклопакеты с энергосберегающим И-стеклом и аргоном, но заполнение оконного блока аргоном сильно удорожает его, поэтому, в целях экономии, можно использовать стеклопакеты с энерго- сберегающим И-стеклом, у которого показатель критерия равноэффектив- ности оконного блока Р по своим значениям уступает не сильно.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Борискина И.В. Проектирование современных оконных систем гражданских зданий/ И. В. Борискина, А.А. Плотников, А. В. Захаров -

СПб.: Выбор, 2008. 360 с.

2.Коркина Е. В. Комплексное сравнение оконных блоков по све- тотехническими теплотехническим параметрам/ Е. В. Коркина. – М.: Жи- лищное строительство, 2015, 60-62 с.

3.Carmody J., Selkowitz S., Heschong L. Residential Windows. A guide to new technologies and energy performance. New York, London. 1996. 214 с.

4.Smith N., Isaacs N., Burgess J., Cox-Smith I. Thermal performance of secondary glazing as a retrofit alternative for single-glazed windows // Energy and Buildings. 2012. Vol. 54, 47–51 с.

5.СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» Актуа- ли-зированная редакция СНиП 23-02-2003. – М.: Минрегион, 2013. – 96 с.

КУЗИН В.Ю., канд. техн. наук, доцент кафедры отопления и вентиляции; КУЗИН Д.Ю. магистрант; МОСАЛЁВА А.С. магистрант; ФРОЛОВА Е.Н. магистрант

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно- строительный университет», г. Нижний Новгород, Россия, kuzin04@ya.ru

К ВОПРОСУ О ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ЕСТЕСТВЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ КВАРТИР-СТУДИИ

Распространенным решением при строительстве современных мно- гоквартирных жилых домов является устройство в них квартир-студий, со- стоящих из совмещенного санузла и комнаты-кухни. Каждое помещение обслуживается индивидуальными вентиляционными каналами. В соответ- ствии с действующими нормами проектирования для подачи воздуха в них должен быть организован приток воздуха через регулируемое устройство. Однако в практике проектирования, монтажных и пусконаладочных работ

317

обслуживаемые помещения и удаляется через канал комнаты-кухни. Дан- ный режим возможен при удалении оголовков каналов друг от друга и наличии на них разных аэродинамических коэффициентов c = свх – свых ≠

0.

В результате были получены:

-значения фактических воздухообменов L = G/ρ, м3/ч, в помещениях квартир-студий, расположенных на 1…14 этажах многоквартирного дома,

при наличии ветрового потока скоростью vветр = 1 м/с, температуре наруж- ного воздуха t = +5 °С в расчетном режиме эксплуатации, аэродинамиче- ских коэффициентах в точках выброса для вентиляционных каналов сануз-

ла и комнаты-кухни свых = –0,5 и –0,1 и забора на боковом фасаде – свх = – 0,5;

-то же, в нерасчетном режиме эксплуатации при разности аэродина- мических коэффициентов c в точках забора и выброса воздуха на кровле здания c = 0,1…0,5.

Фактический воздухообмен в помещениях квартир-студий в целом соответствует расчетным значения 25 м3/ч в санузлах и 60 м3/ч в комнатах- кухнях на нижних этажах (рис. 1 в), однако на средних и верхних этажах он в 1,5…2 раза меньше нормируемых значений. Приведенные сочетания аэродинамических коэффициентов характерны для помещений, располо- женных на боковых по отношению к направлению движения ветрового по- тока фасадах здания, и будут наблюдаться попеременно на каждом из них при изменении направления движения ветра.

В том случае если жильцы закроют форточки вентиляционные кана- лы перейдут в нерасчетный режим работы. Фактическая производитель- ность систем вентиляции квартир студий составит 0,75…7 м3/ч (менее 10

%от расчетного воздухообмена). Приведенных расходов холодного возду- ха вполне достаточно для выпадения конденсата на щелевых решетках и приведения в негодность отделочных покрытий (рис. 2).

319