Опалення і гаряче водопостачання. опалення і гаряче водопостачання.

1 – свердловина; 1 – свердловина;

2 – система опалення; 2 – система опалення;

3 – насос; 3 – пристрій пікового догрівання;

4 – система гарячого водопостачання; 4 – система гарячого водопостачання;

5 – бак –акумулятор. 5 – насос;

6 – бак гарячої води.

Мінімальну витрату води на одиницю розрахункового опалювального навантаження забезпечує беззливна система геотермального теплопостачання.

Заслуговує на увагу система геотермального теплопостачання із застосуванням теплових насосів. Влітку установка може бути використана для охолодження повітря.

Для підвищення ступеня використання теплоти термальних вод застосовують схему послідовного обігріву різних елементів теплиці. Вода, що надходить у теплицю, спочатку проходить через систему трубного обігріву шатра. Далі частина цієї води надходить у труби підґрунтового обігріву, друга частина спрямовується у регістри, призначені для осушування і обігріву повітря, що подається у верхню зону теплиці.

До енергозберігаючих заходів у сільському господарстві відносять також використання петрогеотермальних систем для опалення і вентиляції приміщень.

Один із варіантів такої системи полягає у наступному.

У землі на глибині приблизно 3 м укладають трубопроводи, через які вентилятори прокачують повітря. Взимку повітря, нагріваючись, надходить у приміщення. Влітку тепле повітря із навколишнього середовища, проходячи через підземні трубопроводи, охолоджується. Це сприяє підтриманню потрібного мікроклімату у приміщенні як взимку, так і влітку.

4. БІОЕНЕРГЕТИЧНІ УСТАНОВКИ

4.1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ.

Біомасою називають все те, з чого складаються рослини та тварини, а також відходи їх життєдіяльності. Біомаса рослин на суші нашої планети становить 2,4-10¹² т. В океані щорічно утворюється 0,6хІ0¹⁰ т рослинної маси. Шляхом фотосинтезу виробляється 173 млрд. т речовин (на суху масу), що приблизно у 20 разів перевищує енергію корисних копалин, що видобуваються у світі.

За даними ООН, від різних злакових рослин, вирощуваних на планеті, щорічно утворюється 1700 млн. т соломи, велика частина якої не використовується. Не використовується, як правило, 120 млн. т відходів після обробки цукрової тростини. Аналогічна картина із стеблиною бавовнику.

Великі відходи тваринництва та птахівництва.

Із загальної кількості біомаси тільки 0,5% використовується людиною для їжі.

Біомаса як акумулятор значної енергії може її віддавати при використанні відповідних біохімічних процесів.

За типом енергетичних процесів, пов'язаних із переробкою біомаси, розрізняють такі способи:

пряме спалювання для безпосереднього одержання тепла. Основні вимоги до біопалива: висока теплотворна здатність, низька вологість та зональність;

піроліз. Відбувається нагрівання до значних температур біомаси при повній або частковій відсутності кисню. Якщо піроліз провадиться з єдиною метою — отримати горючий газ, то процес ще називають газифікацією біомаси. Горючий газ (в основному Н₂ і СО із малими домішками СН₄), одержуваний при цьому, має теплоту згоряння 4...8 МДж/м³;

спиртова ферментація. Етиловий спирт або етанол — летке, рідке паливо, яке можна використовувати замість бензину. Його можна одержати як за допомогою хімічного синтезу, так і при спиртовому бродінні;

анаеробна переробка. Біомаса під впливом певних груп мікроорганізмів при відсутності кисню може розкладатися на метан (СН₄), вуглекислий газ (СО₂) та попутні гази.

Ця суміш одержала назву біогаз, який має високу теплотворну здатність. При виробництві біогазу, крім біомаси рослинного походження, широко застосовують відходи тваринництва, фізіологічні відходи людини, промислові та міські відходи органічного походження.

4.2. МЕТОДИ ОДЕРЖАННЯ БІОГАЗУ

У природних умовах розкладання біомаси відбувається під дією багатьох бактерій, що називають аеробними. При цьому мають бути наявні волога і теплота та відсутнє світло. У присутності атмосферного кисню вуглець біомаси розкладається (згоряє) до вуглекислого газу. Якщо біомаса перебуває в обмеженому об'ємі із недостатнім надходженням кисню із зовнішнього середовища, то за певних умов розвиваються анаеробні бактерії. Під впливом цих бактерій вуглець біомаси розподіляється між повністю відновленим — СН₄ і повністю окисленим — СО₂.

Існує ряд умов, що забезпечують ефективність дії анаеробних бактерій. До найбільш значних відноситься підтримання постійної температури. Як правило, виділяють три характерні рівні температур, що відповідають певному виду анаеробних бактерій.

Нижчий рівень температур, за якого відбувається псикрофілічне бродіння, становить до 20 °С. Ця група бактерій діє при температурі навколишнього середовища у теплий період року. За рахунок бродіння відбувається розкладання біомаси у трясовині боліт і утворення «болотного» газу, який є біогазом.

При середньому рівні температур, що становить 30...40°С (оцінка значення температур наводиться приблизно) розвивається зоофільна група бактерій. При цьому оптимальним вважається значення температури 32...34 °С.

Вищий рівень визначається значенням температур 45...85 °С. При цьому відбувається термофільне бродіння. Оптимальним вважають значення температури у межах 52...55°С.

Термофільне та мезофільне бродіння не може відбуватися без додаткових затрат енергії на підтримання заданої температури процесу. Причому анаеробні бактерії дуже хворобливо реагують не тільки на величину, а й на різні зміни температури. Збільшення температури процесу призводить до збільшення виходу біогазу, а отже, і до зменшення повного часу розкладання біомаси. Вважається, що збільшення температури процесу на 5°С веде до подвоєння виходу біогазу.

Більшість метаноутворюючих бактерій добре розвивається у нейтральному середовищі із рН=6,5...7,5. Потрібний певний вміст азоту і фосфору: близько 10 % та 2 % маси сухого зброджувального матеріалу відповідно. При повному зброджуванні біомаси утворюється 50...75 % СН₄, 45...20 % СО₂, 1 % Н₂S і незначні кількості азоту, кисню, водню та закису вуглецю.

У середньому вважають, що 1 м³ біогазу при згорянні може дати 20...25 МДж енергії, або енергія, що міститься у 1 м³ біогазу, еквівалентна енергії 0,6 м³ природного газу, 0,74 л нафти або 0,66 л дизельного палива.

Тривалість зброджування гною залежить від виду біомаси і температури зброджування. Для гною великої рогатої худоби та курячого посліду тривалість становить приблизно 20 діб, для свинячого гною— 10 діб. Активність мікробної реакції значною мірою визначається співвідношенням вуглецю та азоту. Найбільш сприятливі умови створюються при співвідношенні С/N=10...16.

За добу від однієї тварини можна одержати таку кількість біогазу: велика рогата худоба (масою 500—600 кг) — 1,5 м³; свиня (масою 80...100 кг) —0,2 м³, курка, кріль— 0,015 м³.

Для одержання біогазу можуть бути використані силос, солома, харчові відходи та ін. У середньому 1 м³ біогазу може дати 21...29 МДж енергії, яку можна використовувати для різних потреб сільського господарства. Від 1 м³ біогазу за допомогою електричного генератора, що приводиться у дію газовим двигуном, можна отримати 1,6 кВт·год електроенергії.

Біогаз можна спалювати як паливо у пальниках опалювальних установок, водогрійних котлів, газових плит, в автотракторних двигунах, агрегатах інфрачервоного випромінювання.

У тваринництві для підігріву води потреба у біогазі на одну тварину становить: дійної корови— 21...30 м³, свині—1,4...5 м³. Великі значення цифр відносяться до малих ферм, менші — до середніх.

Потреба у біогазі для опалення доїльних приміщень дорівнює: при кількості корів 40— 160/330 м³/рік, при кількості корів 60—120/140 м³/рік; при кількості корів 80—260/530 м³/рік (у числівнику вказані дані при температурі зовнішнього повітря до —10 °С, у знаменнику—при температурі нижче —10 °С).

Для опалення пташників при зовнішній температурі —10 °С і внутрішній 18 °С потрібно приблизно 1,2 м³/год біогазу на 1000 голів.

Залишок (метанову бражку) можна використовувати як добриво.

4.3. БІОГАЗОВІ УСТАНОВКИ

Залежно від особливостей технологічної схеми розрізняють три типи біогазових установок (БГУ): безперервні, періодичні та акумулятивні.

При безперервній (протоковій) схемі (рис. 9.24) свіжий субстрат завантажують у камеру зброджування безперервно або через певні проміжки часу (від 2 до 10 разів за добу), видаляючи при цьому зброджену масу. Ця система дає можливість одержати максимальну кількість біогазу, але вимагає більших матеріальних витрат.

Рисунок 9.24. Схема біогазової Рисунок 9.25. Схема періодичного