3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Биогазовая установка для частного дома: добываем энергоресурсы своими руками

Владельцам приусадебных хозяйств известно: сложив в кучу любое растительное сырье, птичий помет и навоз, через время можно получить ценное органическое удобрение. Но немногие из них знают, что биомасса разлагается не сама по себе, а под воздействием различных бактерий.

Перерабатывая биологический субстрат, эти крошечные микроорганизмы выделяют продукты жизнедеятельности, в том числе – газовую смесь. Большую часть ее (около 70%) составляет метан – тот самый газ, что горит в горелках бытовых плит и обогревательных котлов.

Идея использовать такое экотопливо для различных хозяйственных нужд не нова. Устройства по его добыче использовали еще в древнем Китае. Возможностью использовать биогаз занимались и советские новаторы в 60-х годах прошлого столетия. Но настоящее возрождение технология пережила в начале двухтысячных. На данный момент биогазовые установки активно используют в Европе и США для отопления домов и прочих нужд.

Biomeiler – отопление компостом

Продолжаем раздел “Коттедж” и подраздел “Инженерные системы” статьёй “Biomeiler – отопление компостом“. Где расскажем о старом, но малоизвестном, эффективном и недорогом способе нагреть воду вместо бойлера и отопить дом. Кстати, с обогревом компостом мы уже сталкивались в статье “Экостроителям – две оригинальные идеи“. Но сегодня – более продуманная идея почти с полувековым стажем.

Биомайлер – отопление компостом очень старо. Можно сказать, настолько старо, насколько стара цивилизация. Мало того, вполне вероятно, динозавры тоже использовали отопление компостом – прямо как современные кабаны. У нас на даче листья выносились за участок и складывались в огромные кучи – в ожидании поджига. Но пока не было времени на это, в кучах поутру всегда можно было найти несколько “кроватей” – лунок, где спали кабаны. Причина проста: при перегнивании компоста выделяется много тепла.

Но люди – не животные, и они смогли организовать даже интересное отопление компостом там, где компоста не было. Например – биомайлер, технология из Германии, которую мы опишем картинками и видео. Но сначала – немного теории про компостирование.

Компостирование (ком – приставка “с-“, пост – корень со значением “ложить” = “сложение”; однокоренное слово – компот) – процесс, когда органические вещества превращаются в гумус при помощи бактерий, воды и кислорода. При этом выделяется температура и углекислый газ.

Биомайлер – немецкое слово из био- (биологический) и майлер (раньше – печь для выжигания древесного угля; сейчас – Atommeiler – ядерный реактор).

Biomeiler – технология компостного отопления, состоящая из двух контуров:

Компостная куча, в которую зарыто несколько “этажей” нагревающихся труб (первый контур).

Второй вариант намотки труб – на сердечник в самой горячей зоне компостной кучи:

Трубы горизонтальными рядами забирают больше тепла, но сложнее разбирать кучу после перегнивания. Трубы на сердечнике намного легче удаляются, но дают меньше тепла.

Теплообменник, забирающий тепло от этих труб и передающий второму контуру.

Второй контур – отопление дома или горячая вода дома.

Принцип работы технологии биомайлер:

Всё очень просто:

  1. Компост перегнивает, греет первый контур.
  2. Теплообменник передаёт тепло на второй контур.
  3. Пользователь пользуется либо отоплением, либо горячей водой.

С точки зрения длительности эксплуатации теплообменника воду стоит умягчать.

Но есть несколько деталей, которые стоит учитывать.

Аэрация компостной кучи для обогрева дома

Компостная куча должна иметь достаточный размер для предотвращения быстрой потери тепла и влаги и обеспечения эффективной аэрации во всем объеме.

При компостировании материала в кучах в условиях естественной аэрации их не следует складывать больше 1,5м в высоту и 2,5м в ширину, в противном случае диффузия кислорода к центру кучи будет затруднена. При этом куча может быть вытянута в компостный ряд любой длины.

При большей кучи в центр кучи вставляется полый цилиндр, через который может проходить воздух. Это позволить аэрироваться куче и изнутри.

Читать еще:  Перетяжка панели своими руками

Именно поэтому это – компостная куча, а не яма. И именно поэтому каркас – сетка (или куча бескаркасна) – никаких стен, перегородок и т.д. – это ухудшает воздухообмен.

Также воздухообмен улучшается, если куча наваливается поверх пары слоёв поддонов или на толстый слой толстых веток и валежин – воздух может проходить и снизу.

Компостная куча регулярно “дырявится” ломом во всех направлениях – создаются каналы для проникновения воздуха. Но дырявится аккуратно, так как в куче зарыты трубы с теплоносителем.

Соотношение азота и углерода в компосте для нагрева воды

Также для компостирования важно соотношение азота и углерода. “Зелёная” часть компоста – травы, листья, яичная скорлупа, фруктовые и овощные отходы и т.д. – содержат намного больше азота. “Коричневая” часть – ветки, сучья, опилки и пр. содержат больше углерода. Если много азотистых компонентов, то температура нарастает быстрее. Однако выделяется много аммиака (азотсодержащее соединение), который губит бактерий. И куча может “сдохнуть”.

Оптимальная пропорция – примерно 25 % “зелёного” компоста и 75 % “коричневого”. Тщательно их перемешивайте, чтобы избежать зон гниения.

Именно поэтому ниже на видео вы заметите – куча составляется не из травы, а в основном из измельчённых веток.

Управление теплоотдачей в технологии Биомайлер

Температура компостирования зависит от стадии компостирования:

  1. Начальная стадия, когда работают низкотемпературные бактерии. Зависит от доступа воздуха и наличия воды.
  2. Вторая стадия – рост температуры. В дело вступают бактерии, выдерживающие большую температуру. Они размножаются, температура поднимается. От температуры окружающей среды до 45-50 градусов по Цельсию.
  3. Третья стадия – максимальная температура. Значение – 65-70 градусов. Работают только бактерии, выдерживающие эту температуру. На этой стадии происходит быстрое обезвоживание компоста. И одновременно – очень быстрое потребление органики. Чем активнее эта фаза, тем быстрее наступает следующая.
  4. Четвёртая стадия – температура снова около 40 градусов по Цельсию – когда пищи для бактерий и воды осталось мало.

Вопрос в том, сколько времени длится каждая стадия. Это зависит от множества факторов, и разброс может быть чуть ли не в 10 раз. Но на скорости можно влиять, и в первую очередь – водой. Самая критичная и высокотемпературная, которую неплохо было бы замедлить (ведь она длится иногда всего неделю) – третья стадия.

Оптимальная влажность компоста – 60-70%. Очевидно, чем ниже влажность, тем медленнее гниение (и тем меньше температура). И, наоборот – больше воды, больше температура, меньше времени прослужит компостное отопление.

Следовательно, нужно определиться

  • какая температура воды нужна
  • как долго

И соответственно реагировать поливом или его отсутствием на рост температуры.

Также на температуру компостирования можно воздействовать охлаждением.

Механизм прост: тепло из компостной кучи в технологии Биомайлер отбирается через теплообменник и идёт в дом. Следовательно, нужно интенсивно отбирать воду – теплообменник охлаждается, нагревающийся контур в куче перегноя остывает, остывает и компост.

Итак, всё просто – но не настолько, чтобы лечь пузом кверху, как на центральном отоплении. Но зато – независимость от внешних источников энергии, что в современных условиях актуально.

Но перейдём от теории к практике:

Как именно организована технология Биомайлер.

Об этом – видео (которое, в частности, поясняет первую картинку к статье; цистерна в центре – для образования биогаза, это бескислородный процесс, но в самом центре кучи – чтобы было теплее):

Ещё видео (длинное и очень, очень подробное):

И ещё видео про мини-биомайлер:

Ключевой вопрос: сколько горячей воды мы получаем от биомайлера? Вот ответ с немецкого сайта http://www.biomeiler.at/FAQs.html :

Biomeiler на 50 тонн и 120 м³ компоста (куча примерно 5 метров в диаметре и 2,5 м в высоту), с 200 метрами трубы внутри компоста производит постоянно 4 литра воды в минуту около 60 градусов Цельсия (при начальной температуре воды 10 градусов). Это равно 240 литрам воды в час = 10 кВт (примерно как с 1 л жидкого топлива). Куча на 50 тонн работает от 10 месяцев.

Кстати, нюанс: вы можете использовать 2 линии в компостной куче. Одна – из водопроводных труб, для нагрева воды. А вторая – воздуховод, для нагрева воздуха (организация воздушного отопления). В “воздушном” случае не нужен теплообменник; труба забирает холодный воздух с пола и возвращает горячий.

Читать еще:  Технология облицовки стен ванной комнаты

Также нужно учитывать: куча более 50 тонн практически не реагирует на зимние морозы. Мини-биомайлеры “замерзают” на зиму, а весной снова начинают работать.

Расчёт биомайлера (с сайта http://native-power.de/en/native-power/calculate-size-your-biomeiler):

Круглое основание
ДиаметрВысотаПлощадьСлоиОбъёмВыход энергии
ммм²штуким³кВт
42.1132201.1
52.8203402.6
62.8283604.2
73.53741007.9
83.550414511.3

Удачного воплощения отопления компостом Biomeiler!

Если у кого есть идеи, соображения или практика – обязательно пишите в комментарии!

Конструктивные особенности биореактора

Основные элементы биореактора для производства биогаза — непосредственно емкость для переработки навоза, бункер с люком под загрузку сырья, гидрозатвор, труба для выгрузки переработанной биомассы и трубопровод для отвода газовой смеси. Сооружение подобной конструкции на дачном участке требует решения целого ряда вопросов:

  • необходимо выбрать оптимальное место для бетонной емкости реактора;
  • в основании должны быть герметичные отверстия для удаления переработанных отходов;
  • размер реактора должен соответствовать желательным объемам выработки газа и соображениям безопасности. Интенсивная реакция в маленькой емкости станет причиной ее разрыва, тогда как выделение значительного пространства под небольшое количество сырья сделает работу конструкции малоэффективной.

Специалисты, занятые разработкой схем биореакторов, рекомендуют рассчитывать параметры модели из расчета ее оптимального заполнения — на две трети объема. Такое количество биомассы создаст необходимое давление для отвода газа и обеспечит переработку всего объема сырья. Практические опыты показывают: из тонны сырья можно получить до 100 кубометров биогаза.

Для более надежной установки емкость биореактора частично заглубляется в грунт, что позволяет снизить риск ее промерзания в зимнее время. Вместо железобетонной конструкции можно использовать металлическую бочку с прочными стенами достаточной толщины, изготовленную из химически стойкого сплава. Ниже приведена схема биореактора, сборка модели которого не составит труда даже для начинающих мастеров.

Специфика получения биогаза

Биогаз образуется в результате брожения биологического субстрата. Его разлагают гидролизные, кислото- и метанообразующие бактерии. Смесь вырабатываемых бактериями газов получается горючей, т.к. содержит большой процент метана.

По своим свойствам она практически не отличается от природного газа, который используется для промышленных и бытовых нужд.

Биогаз – экологически чистое топливо, а технология его получения не оказывает особого влияния на окружающую среду. Более того, в качестве сырья для биогаза используют отходы жизнедеятельности, которые нуждаются в утилизации.

Их помещают в биореактор, где происходит переработка:

  • в течение некоторого времени биомасса подвергается воздействию бактерий. Срок брожения зависит от объема сырья;
  • в результате деятельности анаэробных бактерий выделяется горючая смесь газов, в состав которой входят метан (60%), углекислый газ (35%) и некоторые другие газы (5%). Также при брожении в небольших количествах выделяется потенциально опасный сероводород. Он ядовит, поэтому крайне нежелательно, чтобы люди подвергались его воздействию;
  • смесь газов из биореактора очищается и поступает в газгольдер, где хранится до момента использования по назначению;
  • газ из газгольдера можно использовать точно так же, как природный. Он поступает к бытовым приборам – газовым печам, отопительным котлам и т.п.;
  • разложившуюся биомассу необходимо регулярно удалять из ферментатора. Это дополнительные трудозатраты, однако усилия окупаются. После брожения сырье превращается в высококачественное удобрение, которое используют на полях и огородах.

Биогазовая установка выгодна для владельца частного дома только в том случае, если у него есть постоянный доступ к отходам животноводческих ферм. В среднем из 1 м.куб. субстрата можно получить 70-80 м.куб. биогаза, но выработка газа идет неравномерно и зависит от многих факторов, в т.ч. температуры биомассы. Это осложняет расчеты.

Чтобы процесс получения газа был стабильным и непрерывным, лучше всего строить несколько биогазовых установок, а субстрат в ферментаторы закладывать с разницей во времени. Такие установки работают параллельно, а сырье в них загружают последовательно.

Это гарантирует постоянную выработку газа, благодаря чему можно добиться его непрерывного поступления к бытовым приборам.

Самодельное биогазовое оборудование, собранное из подручных материалов, обходится гораздо дешевле установок промышленного производства. Его эффективность ниже, но вполне соответствует вложенным средствам. Если есть доступ к навозу и желание приложить собственные усилия для сборки и обслуживания конструкции, это очень выгодно.

Серийно выпускаем биореакторы

В механическом биореакторе перемешивание осуществляется механической мешалкой, что приводит к недостаточно равномерному перемешиванию с одной стороны, и к гибели микроорганизмов с другой.

Читать еще:  Как построить туалет на даче

В аэрлифтном биореакторе перемешивание осуществляется за счёт продувки газовой фазы через жидкость (барботажное перемешивание), что не всегда обеспечивает достаточно интенсивное перемешивание и приводит к нежелательному пенообразованию.

В биореакторе газо-вихревого типа перемешивание осуществляется квазистационарным потоком с осевым противотоком, который создаётся аэрирующим газовым вихрем за счёт перепада давления над поверхностью и силы трения воздушного потока о поверхность суспензии.

С помощью биореактора создаются оптимальные условия для жизнедеятельности и развития разнообразных культуральных сред. Равномерно перемешивая содержащиеся внутри газовые или жидкие субстанции, биореактор обеспечивает культивируемым клеткам и микроорганизмам дыхание, подводит питание, отводит продукты метаболизма, исключая при этом тепловое, механическое или другое нежелательное стрессовое воздействие на содержимое

БиореакторБиореактор в пищевом исполненииБиореактор фармацевтичесийБиореактор аналог импортных

Биореактор может быть оснащен перемешиваюшим устройством нижнего расположения с магнитным приводом без торцевого уплотнения вала и соответственно и соответственно без выхода вала за пределы корпуса, что гарантирует герметичность и соблюдение санитарных требований данного узла.

Как работает биогазовая установка для получения газа?

Работа биогазовой установки основана на брожении субстрата, в качестве которого используется навоз. В результате воздействия на субстрат метанобразующих и гидролизных бактерий, образуется биогаз, который по своим характеристикам практически ничем не отличается от природного газа.

Самодельная биогазовая установка станет просто незаменимым помощником для владельцев небольших животноводческих ферм и частных хозяйств, там, где всегда есть отходы в больших количествах.

По предварительным подсчетам из одного 1 м³ отходов, можно получить свыше 50 кум. м. биогаза, который, как было сказано выше, можно использовать для решения самых различных задач.

Преимущества биогазовых установок по переработке отходов, просто неоценимы. Благодаря их работе, можно не только утилизировать продукты жизнедеятельности животных, но и получать с этого выгоду. Однако главное достоинство подобного рода установок, всё же заключается в том, что таким образом можно предотвратить загрязнение окружающей среды.

В России немало регионов, где отопительный сезон длится большую часть года. Поэтому важным фактором энергоэффективности в возведении домов является правильно выполненное утепление.

Этот параметр позволяет не только сохранить в доме тепло в холодный период, но и удержать в нём прохладу жаркими летними днями. Постоянное проживание в загородном доме требует особого внимания к соблюдению технологии. Например, в строительстве каркасных домов комплектации «Жилой дом» компания «Теремъ» использует экологически чистый утеплитель внешних стен и пола толщиной 200 мм от ведущих мировых производителей. Изнутри стены обшиваются листами ОСП по специальной пароизолирующей мембране. Все проекты разрабатываются в соответствии с требованиями СНиП. Окна имеют двойные стеклопакеты. Благодаря этому эксплуатация строений экономически выгодна:

  • Система отопления не требует значительных энергозатрат.
  • Предотвращается возникновение «мостов холода».
  • Дом быстро прогревается, долгое время «держит» тепло.
  • В здание не проникает посторонний шум.

Энергосберегающие свойства должны закладываться в строение ещё на стадии проекта. Переделка на уровне утепления технологически сложна и может существенно опустошить кошелёк домовладельца.

Твердотопливные котлы

Все описанные выше способы обеспечить жилье теплом могут испугать неподготовленного человека сложностью своей организации и высокими первоначальными финансовыми вложениями. Если вы не готовы смотреть в будущее так далеко, вполне реально использовать топливо, считающееся традиционным практически всю историю существования человечества.

Сжигание дров, торфа или угля вполне способно заменить газ или электричество в полной мере даже без снижения энергетического баланса. И для этого нет нужды коптить небо без меры: у современных твёрдотопливных котлов КПД достигает 80–85%. Для отопления утеплённого дома будет достаточно 2,5–3 тонн дров на сезон, при этом основные сложности, связанные с обслуживанием оборудования давно устранены. Вопрос регулировки мощности решён автоматикой контроля наддува, а необходимость постоянно пополнять закладку горючего — шахтными котлами долгого горения.

Наконец, не стоит забывать о наиболее технологичных типах твёрдого горючего. Брикеты и пеллеты достаточно дёшевы и широко распространены. При этом они обладают наиболее высокой теплоёмкостью среди остальных видов древесного топлива, зольность же, наоборот, минимальна. Наконец, крайне низкое содержание влаги не вызывает проблем конденсации и образования дёгтя, а для пеллет и вовсе возможна их автоматическая подача из бункера.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector