Оценка энергоэффективности санитарно-технических приборов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оценка энергоэффективности санитарно-технических приборов

М.И. Бандурин, А.А. Баранников, А.В. Путько

ДВГУПС, Хабаровск, Россия

Абстракт

Исследование посвящено оценке энергоэффективности санитарно-технических приборов. Повышение энергосбережения унитаза позволит снизить потребление воды и уменьшит денежные расходы потребителей на водоснабжение, что является актуальным на сегодняшний день. В исследовании для определения энергоэффективности используется уравнение энергетического баланса, примененное для унитазов. Приводится классификация унитазов и с помощью нее систематизируются опытные образцы. Для оценки качества смыва выделяется рабочая поверхность. Также в работе приводится порядок измерения необходимых параметров для оценки энергоэффективности и результаты этих испытаний. В итоге были сделаны выводы о наилучшей конструкции и оптимальном объеме бачка.

Ключевые слова: унитаз, смывной бачок, рабочая поверхность, прямой смыв, круговой смыв, козырьковая чаша, тарельчатая чаша, воронкообразная чаша, КПД, энергетический баланс, энергоэффективность.

Abstract

Assessment of the energy efficiency of sanitary appliances

M. I. Bandurin, A. A. Barannikov, A. V. Putko

FESTU, Khabarovsk, Russia

This research focuses on the assessment of the energy efficiency of sanitary appliances. One of the most important tasks of a water supply specialist is the development of a rational construction of sanitary appliances, regarding water-distribution fittings, the optimal mode of their exploitation and reduction of total water consumption. It is clear that nowadays improvement of the energy efficiency of a lavatory is relevant. It will reduce water consumption and explicit costs of consumers on water supply. The proposed research is based on the energy balance equation, which is used for lavatories. The research presents the classification of lavatories and tested samples. These samples are systematized according to the classification, which has been mentioned. In the research 4 lavatories were used. They have dish-shaped, funnelshaped and forehead bowls with two types of flush. In order to make quality assessment of water purification on the surface of a bowl, a working surface is emitted. A working (cleaning) surface - is a part of a surface of a lavatory bowl, which mostly is subjected to contamination due to exploitation. Finally the conclusion was made. The best energy efficient appliance is a funnel-shaped lavatory with a straight flush.

Key words: a lavatory, a water tank, a working surface, a straight flush, a circular flush, a forehead bowl, a dish-shaped bowl, a funnel-shaped bowl, efficiency, energy balance, energy efficiency.

Введение

Ресурсосбережение в системах водоснабжения зданий. Вода для человечества является одним из важнейших природных ресурсов. Подготовка качественной воды и подача её к местам использования требует огромных затрат энергии. Одной из важнейших задач, стоящих перед специалистом водоснабжения, является разработка рациональной конструкции санитарно-технических приборов, водоразборной арматуры, оптимального режима их эксплуатации и снижение общих расходов воды.

Из стандартного комплекта санитарных приборов наиболее значимый расход воды осуществляется через унитаз. Согласно исследованиям [1, табл. 9], через унитаз расходуется 34 литра воды на одного человека, или 27% от общего потребления в жилом здании. По этим показателям данный прибор занимает второе место, уступая лишь приборам личной гигиены (ванна, душ). Улучшение энергоэффективности унитаза позволит снизить потребление воды и уменьшить расходы потребителей на водоснабжение.

Вода для смыва унитаза подается из смывного бачка емкостью от 6,5 до 12 литров со смывными устройствами различных конструкций или непосредственно из водопроводной сети через смывной кран. Очистка рабочей поверхности унитаза осуществляется за счет высокой скорости струи воды и продолжительности смыва. Рабочая (очищаемая) поверхность - это часть поверхности чаши унитаза, которая чаще всего подвергается загрязнению в результате эксплуатации прибора и должна быть очищена во время смыва воды из бачка унитаза.

Технические характеристики смывных устройств. Унитазы классифицируют по следующим признакам [2]:

1. По конструкции чаши (рис. 1): тарельчатая; козырьковая; воронкообразная.

2. По виду смыва (рис. 2): горизонтальный; круговой.

3. По типу смывного устройства: со смывным краном - смыв осуществляется за счет давления воды в точке присоединения унитаза к водопроводной сети здания. Технические характеристики [3]: расчетный секундный расход воды qc0=1,4 л / с, максимальный секундный расход стоков q °=1,4 л / с, свободный напор Hf = 4 м. Средний расход воды, подаваемый из бачка через спускную арматуру на смыв, должен составлять (1,8±0,2) л/с. Диаметр кранов для промывки унитазов Dy=20 мм, минимальный расход воды при смыве 1,0 л/с, максимальный - 1,7 л/с, количество воды, поступающий на смыв за один цикл от 4,0 до 7,0 л [4]; со смывным бачком - смыв осуществляется за счет более или менее высокого расположения бачка. Технические характеристики [3]: расчетный секундный расход воды при наполнении бачка q0=0,1 л /с, максимальный секундный расход стоков q°=1,6 л/с, свободный напор Hf = 2 м. Полезный объем бачка - не менее 6 л. Средний расход воды, подаваемый на смыв, должен составлять 1,8 л/с [4].Пло- щадь входного отверстия унитаза должна быть от 14 до 15 см2.

В научном исследовании были испытаны следующие унитазы (таблица 1)

Таблица 1 - Испытанные унитазы

1. Энергетический баланс при смыве унитазов. При каждом цикле смыва в унитазе расходуется запас потенциальной энергии Аполож, обусловленный высотой положения запаса воды в бачке над центром омываемой поверхности,

где W- объем смывного бачка, м3, Y - объемный вес воды, 9810 Н/м3, H - высота центра смывного бачка над центром очищаемой поверхности, м.

Потенциальная энергия расходуется на смыв загрязнений с поверхности унитаза, то есть переходит в кинетическую энергию движения воды Асмыв,

где V- средняя скорость при смыве на рабочей поверхности, м/с, g - ускорение свободного падения, 9,81 м/ с2.

Следует отметить, что в унитазах современной конструкции лишь часть потока с максимальной скоростью подается на рабочую поверхность и может быть зафиксирована опытным путем, а другая часть потока поступает в боковые желоба через щели или дырчатые отверстия, ополаскивая внутреннюю, не являющуюся рабочей, поверхность стенок унитаза.

С учетом потерь энергии Апотери в подводящих устройствах можно составить уравнение энергетического баланса и выразить коэффициент полезного действия п.

Анализ энергетического баланса разных санитарных приборов позволит выбрать с точки зрения энергоэффективности оптимальную конструкцию чаши и объем бачка.

Методика испытаний унитазов

Для оценки энергоэффективности унитаза используется методика нахождения коэффициента полезного действия (КПД) и потерь энергии. Эти два параметра необходимы, потому что КПД показывает лишь эффективность очистки рабочей поверхности и не зависит от объема бачка. Напротив, энергия потерь учитывает затрачиваемый объем воды.

Рис. 3 - Схема опыта на тарельчатой (а) и козырьковой (воронкообразной) чашах (б): 1 - место установки видеокамеры, 2 - направление съемки (перпендикулярно потоку движения воды), 3 - рабочая поверхность.

смыв санитарный технический

Замер необходимых характеристик унитаза производятся следующим образом:

1. Определяется фактическая вместимость смывного бачка объемным способом: отмечается уровень воды в наполненном бачке, сбрасывается вода, мерным стаканом наполняется до отмеченного уровня и фиксируется объем;

2. Экспериментальным путем находится рабочая поверхность, фиксируются ее контуры и производится разметка;

3. Замеряется высота центра смывного бачка над очищаемой поверхностью;

4. Устанавливается маячок на разметку;

5. Производится запись смыва унитаза на видеокамеру. Для точности измерения опыт с маячком повторить несколько раз.

С помощью специальных программ из записи видеокамеры фиксируется скорость движения маячка и, следовательно, скорость потока воды.

Полученные данные обрабатываются с помощью формул 1-4.

Схема опыта приведена на рис. 3.

1. Результаты испытаний

Результаты испытаний на различных унитазах и результаты расчета представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Результаты испытаний и расчета

Заключение

Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что самым энергоэффективным прибором среди испытанных является унитаз с воронкообразной конструкцией чаши и прямым смывом, так как он имеет малые потери энергии при качественной очистке рабочей поверхности.

С другой стороны, унитаз с тарельчатой чашей и прямым смывом имеет низкий показатель КПД при больших потерях энергии. Поэтому в настоящее время такие конструкции чаши применяются на практике все реже и реже.

Унитазы с козырьковой конструкцией чаши обладают средними показателями КПД. Однако их энергоэффективность также зависит от вида смыва. Так, например, в исследовании прямой смыв имеет больший КПД, чем круговой. Но показатели потерь энергии у испытуемых унитазов различны, вследствие разных объемов воды в бачке.

Существуют также конструкции с высоким наполнением воды в чаше. Такие унитазы не имеют рабочей поверхности, поэтому оценивать их с помощью приведенной в исследовании методики невозможно.

Таким образом, рекомендуется для бытовых нужд подбирать воронкообразную конструкцию чаши с оптимальным с точки зрения расхода воды бачком объемом около 8 литров.

Библиографические ссылки

1. Исследования суточных расходов воды унитаза [Электронный ресурс]. URL.: https://www.abok.ru/for_spec/articles/12/2596/tb.htm (Дата обращения -18.10.2018);

2. Классификация унитазов [Электронный ресурс]. URL.: https://srbu.ru/san- tekhnika-i-vodosnabzhenie/216-vidy-unitazov.html#u6 (Дата обращения -18.10.2018);

3. СП 30.13330.2016 Внутренний водопровод и канализация зданий. Актуализированная редакция СНиП 2.04.01-85* (с Поправкой). СП 30.13330.2016 Внутренний водопровод и канализация зданий. Актуализированная редакция СНиП 2.04.01-85* (с Поправкой). М 2016;

4. ГОСТ 21485. Бачки смывные и арматура к ним. Общие технические условия. М 1995.

Размещено на Allbest.ru