Как эффективно использовать тепло от разложения органики

Получение и использование тепла из разлагающейся органики применяется с древнейших времён. Достаточно вспомнить, например, устройство обычного хлева для зимовки скота, где самодостаточным источником тепла является навоз. Такой же эффект используется и в устройстве тёплых грядок, что позволяет высевать и высаживать огородные растения раньше обычного. А сколько мелких зверьков и насекомых обустраивают свои зимние жилища в опавших листьях и благополучно переживают холодную пору.

Для отопления помещений и нагрева воды можно использовать различные источники тепла. В статье мы разберём как получить и использовать тепло из органики. Вернее, оно уже давно используется, причём по всему миру. Причём отапливаются не только дома, но и теплицы, производственные помещения, склады и т. д. В северной Европе компостная система отопления известна под названием «биомайлер». В северной Америке её называют «курган Пейна». Разница только в названиях, принцип же одинаков.

Плюсы и минусы компостной системы

При всей своей известности, широкого применения технология не получила, Получением и использованием тепла из органики занимаются, в основном, энтузиасты. Поэтому начнём с минусов:

• Не везде и не у всех есть возможность собрать необходимый объём древесных отходов.
• Для размещение кучи требуется постоянная площадка.
• Работы по устройству компостной кучи довольно трудоёмкие.
• Необходимо наличие довольно мощной дробилки для веток деревьев. Как минимум, дробилка для минитрактора.
• Процесс регулирования температуры в компостной куче медленный, что тоже многим не нравится.
• Немалую роль в современном мире играет и широкий выбор других, более «удобных» источников тепла, что тоже оказывает большое влияние на принятие решения.

Положительных моментов в организации использования тепла компостной кучи тоже немало:

• Возможность использовать любые виды древесных отходов. Все ветки, собранные после обрезки плодовых деревьев и живой изгороди, можно пустить в дело. Не менее 75% объёма компостной кучи должно быть именно древесного происхождения.
• Возможность использовать в компостной куче сено и листовой опад в объёме до 25% от общего.
• На выходе получаем первоклассный компост. Поскольку в куче нет условий для гниения, полученный компост имеет щелочную среду и может сразу использоваться как удобрение.
• Отсутствие неприятных запахов.
• Работает компостная куча 8 - 9 месяцев, что вполне сопоставимо по времени с отопительным сезоном в средних широтах, и даже с запасом. Причём максимальный разогрев приходится на середину зимы.
• Полученное тепло можно использовать для нарева воды в бойлере, устройства тёплых водяных полов, организации воздушного отопления. А при наличии большой компостной кучи, можно иметь всё одновременно.
• Расход электроэнергии для работы минимален, достаточно одного циркуляционного насоса на каждый вторичный контур. Бойлеру потребуется электроэнергия только на догрев до требуемой температуры.

Компостная куча в работе.

Принцип работы компостной системы отопления.

Система состоит из двух контуров:

1. Бактерии перерабатывают органику, выделяют тепло и греют теплоноситель первого контура. Первый контур через теплообменник передаёт тепло на второй контур.
2. Второй контур отдаёт необходимое количество тепла отопительным приборам и (или) выступает в качестве источника горячей воды.

В качестве теплообменника будет очень уместен электрический многоконтурный бойлер. В этом случае мы всегда будем иметь во втором контуре постоянную, нужную нам температуру воды. Поскольку электроэнергия будет использоваться только для подогрева воды, её расход будет незначительным. Многоконтурный бойлер хорош ещё и тем, что в течении полугода его можно подогревать другим «первым контуром» — от солнечной батареи. Таким образом горячая вода будет в доме круглый год.

Температура в компостной куче в первую очередь зависит от того, на какой стадии проходит процесс компостирования:

1. В начале процесса работают низкотемпературные бактерии. Для запуска процесса им нужно достаточно воздуха и влаги. На этой стадии температура поднимается медленно. Лучшее время для запуска процесса - первая половина сентября. Потребуется умеренное увлажнение всей кучи.
2. На второй стадии в дело вступают бактерии, предпочитающие более высокую температуру. Они начинают быстро размножаться и поднимают температуру в куче до 45 — 50 градусов. На этой стадии требуется значительное увлажнение сырья
3. На третьей стадии температура достигает 65 — 70 градусов и происходит максимально быстрое потребление органики бактериями. Самая короткая стадия, её длительность около 10 дней.
4. На четвёртой стадии температура падает до 40 — 45 градусов, так как пищи для бактерий становится меньше.

Продолжительность каждой из стадий всегда нестабильна и зависит от многих факторов. Самый главный фактор, это уровень влажности сырья. Оптимальная влажность содержимого кучи от 65 до 70%. С помощью влажности можно регулировать температуру процессов. При недостатке влаги температура начинает падать, при избытке влаги температура растёт. Также температуру в компостной куче можно регулировать скоростью отбора тепла.

Витки теплообменника, полиэтиленовая труба в пол-дюйма.

Размер компостной кучи и её состав

Для правильного устройства компостной кучи нужно соблюсти некоторые правила:

• Размер кучи должен быть достаточным, чтобы она не замерзала даже в сильные морозы и выдавала необходимое количество тепловой энергии. Компостная куча объёмом 120 м³ (50 тонн влажного сырья) не реагирует даже на продолжительные морозы. Такая куча способна выдавать при помощи пластиковой 200 метровой трубы около 4 литров горячей воды в минуту, при стабильной температуре 60 градусов по Цельсию. Это означает, что производительность компостной кучи такого объёма около 10 кВт/час тепловой энергии. Диаметр такой кучи 5 метров, высота 2.5 метра.
• Во всём объёме компостной кучи должна быть хорошая аэрация, чтобы не допускать процессов гниения и гибели аэробных бактерий. Если требуется соорудить большую кучу, устраивать её нужно на помосте из жердей или деревянных поддонов, что обеспечит приток воздуха снизу. Если куча круглой формы, в центре можно установить цилиндр из сетки и таким образом обеспечить поступление воздуха в центр кучи. Также рекомендуется время от времени аккуратно протыкать кучу длинным тупым ломиком или арматурой.
• Углеродного сырья (древесных отходов) должно быть не менее 75% от объёма кучи. Азотного сырья (сено и листовой опад) должно быть не более 25% объёма компостной кучи. Эти два вида сырья нужно смешивать, чтобы избежать появления очагов гниения и выделения большого количества аммиака, губительного для бактерий. Или использовать азотосодержащее сырьё только по периметру кучи, для её утепления.

Закладка труб и отвод тепла

• Первым делом нужно выбрать место для устройства кучи. Лучше всего расположить её как можно ближе к теплообменнику (бойлеру). Это позволит сэкономить на материалах и минимизировать потери тепла.
• Затем выкопать траншею между центром кучи и местом ввода трубы в здание, глубиной ниже уровня промерзания грунта.
• На дно траншеи укладывается пластиковая канализационная труба. Она будет служить защитным футляром для трубы с теплоносителем. Также она позволит при необходимости легко помещать и извлекать трубу первого контура.
• В центре площадки для кучи, на выходе трубы из «футляра», желательно предусмотреть возможность рассоединения трубы. Это позволит в конце отопительного сезона убирать заложенные в кучу витки трубы, что облегчит процесс уборки площадки от компоста.
• Витки трубы укладываются слоями. Первый виток труб укладывается на 40 сантиметровый слой компоста. Последующие — через каждые 20 см. Расстояние между трубами одного уровня тоже 20 см. Все крайние трубы должны располагаться не ближе 40 см от внешних поверхностей кучи.
• Для эффективного отвода тепла из кучи в 120 м³ вполне достаточно 250 — 280 метров пластиковой трубы в пол-дюйма.