Биомейлер - нагрев воды компостом

Доводилось ли Вам когда-нибудь видеть силосную яму зимой? Если да, то вы не могли не заметить избыток тепла исходящего от этой кучи (ямы) - они никогда не замерзают, хотя на дворе мороз. Более того - очень часто из них выходит пар укрывая их туманной пеленой, исходя из этого можно уверенно предположить, что внутри ощутимо горячо!

Метод получения тепла из компоста был разработан французом Жан Пейном в 1970 году, и эта технология не потеряла свою актуальность и сегодня. Данный способ активно используется в странах Европы и он имеет название Биомейлер (Biomeiler). Биомейлер это система получения тепла из специальной компостной кучи (биомассы).

Процесс ферментации целлюлозы аэробными бактериями сопровождается выделением углекислого газа и тепла, а также еще разных, мало нам интересных в рамках нашей темы веществ (подробнее о процессе). Нас на данном этапе интересует тепло. Сразу уточним, что если в компосте кроме целлюлозы (веток, листьев, ботвы и прочих растительных отходов) будут присутствовать компоненты, содержащие азотистые основания (например, помет животных, навоз, органические отходы), то в дело включатся и некоторые другие бактерии и наш новоиспеченный биореактор начнет выделять еще и метан, который можно будет использовать как для источник топлива для газовой плиты, так и, при достаточном его количестве, для отопления. Но пока поговорим о тепле, которое мы получим от растений.

Во время процесса компостирования аэробные бактерии превращают органическое вещество (например измельченные ветки и растительные остатки, ботва кукурузы и буряка) в тепло и углекислый газ. Этот процесс происходит вокруг нас постоянно и повсюду: на земле и в почве. Это тепло может быть использовано для отопления помещений и нагрева горячей воды, температура внутри компостной кучи достигает 60°С.

Биомейлер это очень простая система. Для нее нужно только трубы, вода и тепло компоста. Единственная подвижная часть системы это стандартный циркуляционный насос центрального отопления. Эта простая конструкция уменьшает стоимость обслуживания и риски поломки.

Биомейлер для своей работы требует кислород, поэтому помещать эту кучу органики в подземный бункер не следует - процесс ферментации не прекратится, но сильно замедлится, что скажется на количестве тепла, которое можно будет отобрать у кучи. Идея горячего водоснабжения "для ленивых", мне очень нравится - 3-4 дня работы и 6-8 месяцев можно мыть руки в теплой воде.

Компостная куча, в которую зарыто несколько «этажей» нагревающихся труб. Трубы горизонтальными рядами забирают больше тепла, но сложнее разбирать кучу после перегнивания. Трубы на сердечнике намного легче удаляются, но дают меньше тепла. С точки зрения длительности эксплуатации теплообменника воду стоит умягчать.

Для того, чтобы обеспечить свой дом горячей водой, понадобится много органических отходов (биомассы), чаще всего это скошенная трава, опавшие листья, мелкие ветки, опилки, солома, измельченная бумага и пищевые отходы. С первого взгляда ничего сложного, но как и всегда существует ложка дёгтя, - весь этот материал понадобится  в конкретное время, так сказать, "в один день" и это создает некоторую сложность. Но, в чем таких сложностей нет? Если изучить метод и заранее приготовиться, вполне возможно решить задачу. Чтобы полностью понять суть методики нагрева воды, необходимо осветить несколько деталей, которые стоит учитывать.

Аэрация компостной кучи.

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. 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 валежник — 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.

Исходя из вышеизложенного, нам заранее надо предусмотреть способы аэрации компостной массы, для получения устойчивого эффекта ферментации. Кроме формирования кучи в виде благоприятной формы, можно воспользоваться дополнительными средствами:

• вставить в компост аэрационные трубы;
• добавить к компосту бактерии для выгребных ям;
• разместить компост на воздушной подушке

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  — 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°С.
3. Третья стадия — максимальная температура. Значение — 65-70°С. 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°С — 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.

Вариантов конструирования биомайлеров может быть большое множество, всё зависит от сложности конструкции, которая в свою очередь может быть исполнена от примитивной кучи до высокотехнологичной установки. Исходя из вышеизложенного можно поговорить о конструктиве биомайлера. Конструирование этого объекта во многом зависит от наличия площади и более того, от наличия количества биомассы. Поэтому надо подумать о более высокотехнологичном способе изготовления биомайлера:

1. Очевидно требуется использование бойлера косвенного нагрева воды, где отдельным контуром будет отбираться тепло из теплообменника биомайлера;
2. Сам биомайлер можно сконструировать в виде нескольких компактных установок. Например, испоьзовать емкости из Еврокуба, вырезав в них вверху технологические отверстия для загрузки биомассы;
3. Обеспечить необходимую аэрацию и увлажнение биомассы, установив для этих целей трубы в компост;
4. Организовать теплоизоляцию биомайлера, например обвернуть мини-биомайлер минеральной ватой или другим утеплителем;

Ключевой вопрос: сколько горячей воды мы получаем от биомайлера? Вот ответ с немецкого сайта 

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.

Также нужно учитывать: куча более 50 тонн практически не реагирует на зимние морозы. Мини-биомайлеры «замерзают» на зиму, а весной снова начинают работать, если не предусмотреть теплоизоляцию биомайлера.

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

Вывод

В приведенных примерах и расчетах биомайлера, принято во внимание нагрев проточной воды, при входящей температуре +10°С и получении на выходе температуры +60°С, - это работа настоящего реактора, ибо поднять температуру надо на +70°С, при этом входящая вода будет постоянно остужать реактор. Но на самом деле реактор такой мощности нам не нужен. Достаточно, если биомайлер будет генерировать (беспрерывно) температуру 40-60°С, черз которую мы будем прокачивать теплоноситель из бойлера косвенного нагрева воды. Эта циркуляция будет постоянной и круглосуточной, в связи с этим на входе в биомайлер будет вода с плюсовой температурой, которую необходимо будет поднять на 10-20°С, а это не такая уже и сложная задача. Например, солнечный коллектор в пасмурную погоду нагревает теплоноситель всего до 40°С и этого достаточно для нагрева воды в бойлере косвенного нагрева до 80°С.

Эти факты наводят на мысль, что мини-биомайлер вполне возможно изготовить в домашних условиях, в любом индивидуальном хозяйстве и использовать его не только в теплое время года, но и зимой и не только для нагрева воды, но и для отопления дома системой водяного теплого пола.