Vertikal suyuqlik oqimlari asosida binolarda energiya ishlab chiqarishning yangi yondashuvi

Kirish. So‘nggi yillarda shahar infratuzilmasida energiya ishlab chiqarishning samarali va ekologik xavfsiz usullarini izlash dolzarb ilmiy muammo sifatida namoyon bo‘lmoqda. Ayniqsa, binolar va ularning energiya tizimlarida qo‘shimcha yoqilg‘i tashish xarajatlari bo‘lmagan, ekologik toza elektr energiya manbalarini joriy etishning ahamiyati ortib bormoqda. Iqlim o‘zgarishi, havoning ifloslanishi va barqaror energiya ta’minoti kabi omillar zamonaviy energiya texnologiyalarida innovatsion yondashuvlarni talab qilmoqda. Shu kontekstda, ilmiy va texnologik salohiyatdan unumli foydalanib, binolarda ixcham va samarali energiya tizimlarini ishlab chiqish va amaliyotga tadbiq etish muhimdir. An’anaviy elektr stansiyalari, xususan, ko‘mir, neft yoki atom yoqilg‘ilariga tayanadigan issiqlik va atom stansiyalari, nafaqat yuqori iqtisodiy xarajatlar bilan ajralib turadi, balki atmosfera va mahalliy ekotizimlarga salbiy ta’sir ko‘rsatadi. Masalan, qazilma yoqilg‘ilarni yoqish natijasida SO₂, CO₂ va boshqa issiqxona gazlari hosil bo‘ladi [1]. Аtom stansiyalari esa radioaktiv chiqindilarni xavfsiz utilizatsiya qilish muammosini yuzaga keltiradi. Shuningdek, yirik gidroelektr stansiyalarining qurilishi mahalliy ekologik muvozanatni buzadi, shamol energiyasi esa faqat doimiy shamol oqimiga ega hududlarda samarali bo‘lishi mumkin. Bunday sharoitda, binolarda energiya ishlab chiqarishning barqaror va iqtisodiy jihatdan maqbul yangi usullarini izlash ilmiy izlanishlarning ustuvor yo‘nalishiga aylangan. Shu nuqtayi nazardan, vertikal suyuqlik oqimlari asosida energiya ishlab chiqarish yangi yondashuv sifatida e’tiborni tortmoqda, chunki u binolarda kichik maydonlarda yuqori samaradorlik bilan elektr energiya hosil qilish imkoniyatini yaratadi [2]. Ushbu texnologiya, ayniqsa, transport xarajatlarini kamaytirish va ekologik yukni minimallashtirishni ta’minlaydi. Maqsad. Ushbu tadqiqotning asosiy maqsadi - ko‘p qavatli turar joy binolarida vertikal suyuqlik oqimlaridan energiya olish imkoniyatlarini aniqlash va baholashdir. Tadqiqot jarayonida kanalizatsiya tizimlarida harakatlanayotgan suyuqlik oqimining mexanik energiyasini generator orqali elektr energiyasiga aylantirishning samaradorligi va ekologik jihatdan xavfsizligi o‘rganiladi. Shu orqali binolarda ixcham va barqaror energiya ishlab chiqarishning yangi texnologik yondashuvlari ishlab chiqilishi va amaliyotga tatbiq etilishi ko‘zda tutilgan. Vazifalar 1. Binolarning kanalizatsiya tizimlarida vertikal suyuqlik oqimlarining hajmi va tezlik xususiyatlarini aniqlash. “Fan va texnologiyalar taraqqiyoti” Ilmiy-texnikaviy jurnal №2/2026 177 Mechanical engineering and energy 2. Mikro-gidro turbina va unga ulangan generator tizimining ishlash mexanizmi va energetik asoslarini konseptual ravishda ishlab chiqish. 3. Tajribaviy ma’lumotlar asosida oqimdan olinadigan elektr quvvatining miqdorini aniqlash va hisob-kitob qilish. 4. Qurilmaning energiya samaradorligini baholab, amaliy qo‘llanilishi mumkin bo‘lgan sohalarni aniqlash. 5. Tizimning energiya tejash va ekologik barqarorlik imkoniyatlarini tahlil qilib, afzalliklarini ko‘rsatish. Tadqiqot usullari. Aholi zich joylashgan yirik shaharlar va ularning atroflaridagi kanalizatsiya tizimlarida doimiy ravishda suyuqlik oqimi kuzatiladi. Ushbu oqimdan foydalanib, chiqindi suvning mexanik energiyasini qayta tiklash va uni generator orqali elektr energiyasiga aylantirish mumkin. Tadqiqotda taklif etilgan qurilma kanalizatsiya tizimining tozalash bosqichidan oldin joylashtiriladi va oqim tezligiga mos ravishda harakatlanadigan mikro-gidro turbina yordamida generatorni aylantirib elektr energiya ishlab chiqaradi. Tizimning samaradorligini baholash uchun ko‘p qavatli turar joylar va mehmonxonalardagi chiqindi quvurlarida simulyatsion va tajribaviy tekshiruvlar o‘tkaziladi. Shu yo‘l bilan tarmoqdan olinayotgan elektr energiyani tejash, shuningdek, binolarda mahalliy, ekologik xavfsiz energiya manbayini yaratish imkoniyatlari aniqlanadi. Chiqindi suv oqimining 1 sekunddagi o‘zgarishini integral va hosila formulalari yordamida hisoblash: 1. Suyuqlik hajmi va oqim o‘rtasidagi bog‘liqlik. Chiqindi suv hajmini 𝑄оq.suv sifatida olsak, vaqt bo‘yicha o‘zgaruvchi suv oqimi Q(t) quyidagicha ifodalanadi: Q(t) = dV(t) dt (1) Bunda: Q(t) - kanalizatsiya quvuridan vaqt bo‘yicha o‘tadigan suv oqimi (m³/s), V(t) – vaqt t oralig‘ida yig‘ilgan suv hajmi (m³), t – vaqt, (s). Shunday qilib, 1 sekunddagi o‘rtacha oqim quyidagicha olinadi: Qo‘rt = ΔV Δt (2) Bunda: ΔV=𝑉оq.suv va Δt=Tsutka 2. Integral shaklida ifodalash. Suv hajmi va oqim orasidagi integral bog‘lanish: 𝑉оq.suv = ∫ Q(t) Tsutka 0 dt (3) Agar oqim (Qo‘rt) o‘rtacha bo‘lsa, integral quyidagicha soddalashtiriladi: 𝑉оq.suv = Qo‘rt⋅Tsutka (4) bo‘lsa Qo‘rt = 𝑉оq.suv Tsutka (5) teng bo‘ladi. Bu yerda: 𝑄оq.suv- chiqindi (kanalizatsiya) quvuridan o‘tadigan suv oqimining 1 sekunda o‘zgarishi (o‘lchov birligi m3/s), 𝑉оq.suv – bir sutkada suv tozalash inshootiga yig‘iladigan oqava suv miqdori (o‘lchov birligi m3), 𝑇sutka– ma’lumot olingan vaqt oralig‘i, sekund. 3. Ma’lumotlarni qo‘llash. Buxoro shahri magistral kanalizatsiya quvurida: 𝑉оq.suv =30 000 m³, 𝑇sutka=24 soat =24⋅3600=86400 s Qo‘rt = 𝑉оq.suv Tsutka = 30 000 86400 =0,347 m³/s 4. Natija. Demak, Buxoro shahri magistral kanalizatsiya quvurida harakatlanuvchi chiqindi suvning 1 sekunddagi o‘rtacha oqimi: Qo‘rt =0,347 m³/s Development of science and technology Scientific and technical journal №2/2026 178 Mashinasozlik va energetika 1-rasm. Kanalizatsiya quvuriga qurilmani o‘rnatish, suyuqlikni parrakka ta’sirini o‘rganishga oid ilmiy tadqiqot ishlari tahlili bo‘yicha suratlar [3]. Taklif etilayotgan energiya ishlab chiqaruvchi moslama, asosan, ko‘p qavatli turar joy binolarida mavjud bo‘lgan diametri 100 mm bo‘lgan kanalizatsiya quvurlariga bevosita integratsiya qilish uchun loyihalashtirilgan. Agar standart loyihaga muvofiq bir qavat balandligi 2,5 m deb qabul qilinsa, 7 qavatli bino uchun vertikal kanalizatsiya magistralining umumiy balandligi 17,5 m ga teng bo‘ladi. Mazkur balandlikdan tushayotgan chiqindi suv oqimining mexanik energiyasidan foydalanib, diametri 100 mm bo‘lgan quvur ichiga joylashtirilgan generator orqali olinadigan elektr quvvatini aniqlash mumkin. Ushbu quvvat qiymati tushish balandligi ma’lum bo‘lgan sharoitda maxsus hisoblash formulasi Р𝑔𝑒𝑛= g ∙Qоq.suv ∙Нqav ∙ρ∙η𝑔𝑒𝑛∙η𝑝𝑎𝑟𝑟𝑎𝑘; (6) bunda, ρ - suyuqlik zichligi, mos holda ρ=1100 kg/m3 deb olamiz (Oqava suv tarkibida mexanik aralashmalar mavjud bo‘lgani sababli uning zichligi toza suv zichligidan yuqori bo‘ladi. Shu bois hisoblarda oqava suv uchun o‘rtacha ρ = 1100 kg/m³ qiymati qabul qilindi); g- erkin tushish tezlanishi g=9,81 m/s2, Р𝑔𝑒𝑛-generator chiqishidagi quvvat, kW, Нqav - ko‘p qavatli uylarning oqava quvurlari balandligi, m (7-qavat uchun 17,5 metr); η𝑔𝑒𝑛 va η𝑝𝑎𝑟𝑟𝑎𝑘 – mos holda generator va gidroturbina foydali ish koeffisientlari (FIK), ularning o‘rtacha qiymati η𝑔𝑒𝑛=0,85, η𝑝𝑎𝑟𝑟𝑎𝑘=0,75. Р𝑔𝑒𝑛= g ∙Qоq.suv ∙Нqav ∙ρ∙η𝑔𝑒𝑛∙η𝑝𝑎𝑟𝑟𝑎𝑘 formula aslida oqim balandlik bo‘yicha tushayotganda hosil bo‘ladigan gravitatsion quvvatning soddalashtirilgan ko‘rinishidir. U integral shaklida quyidagicha bo‘ladi. Fizik asos: Suyuqlikning dH balandlikdan tushishida ajraladigan elementar 𝐝𝐄 energiya: dE = mgdH (7) bunda massa m = ρdV (8) Agar sekundiga oqayotgan hajm dV = Qоq.suvdt bo‘lsa, u holda elementar quvvat: dP = dtdE = ρQоq.suvgdH (9) Balandlik bo‘yicha integrallash: Quvur bo‘ylab 0 dan H = Nqav gacha tushishini integrallansa quyidagicha bo‘ladi: P = ∫ρQоq.suvgdH H 0 (10) ρ, Q va g - doimiy bo‘lgani uchun integral tashqarisiga chiqariladi: P = ρQоq.suvg ∫dH H 0 (11) agar qavat soni aniq bo‘lsa P = ρQоq.suvgH (12) Bunda H = Нqav𝑎𝑡 (13) “Fan va texnologiyalar taraqqiyoti” Ilmiy-texnikaviy jurnal №2/2026 179 Mechanical engineering and energy Foydali ish koeffisiyentlarini kiritish: Real tizimda hamma energiya elektr energiyaga aylanmaydi, shuning uchun: Р𝑔𝑒𝑛= ρQоq.suvgНqavη𝑝𝑎𝑟𝑟𝑎𝑘η𝑔𝑒𝑛; (14) ushbu ifoda Р𝑔𝑒𝑛= g ∙Qоq.suv ∙Нqav ∙ρ∙η𝑔𝑒𝑛∙η𝑝𝑎𝑟𝑟𝑎𝑘; (15) formula bilan to‘liq mos keladi. Fizik ma’nosi: Bu integral shuni anglatadiki: Quvur ichida yuqoridan pastga tushayotgan oqava suvning har bir kichik qismi o‘zining gravitatsion potensial energiyasini beradi va u butun balandlik bo‘yicha yig‘ilib generator quvvatini hosil qiladi. Natijalar. 1. Kanalizatsiya oqimining energetik salohiyati aniqlandi: Buxoro shahri magistral kanalizatsiya quvurida o‘tkazilgan hisob-kitoblarga ko‘ra, oqava suvning o‘rtacha oqimi Qo‘rt =0,347 m³/s ekanligi aniqlandi. Bu ko‘rsatkich vertikal quvurda sezilarli miqdorda mexanik energiya mavjudligini ko‘rsatadi. 2. Gravitatsion energiya asosida olinadigan quvvat modeli ishlab chiqildi: Oqava suvning 17,5 m balandlikdan tushishi natijasida hosil bo‘ladigan gravitatsion energiya integral usulda aniqlanib, generator chiqish quvvati quyidagi tenglama orqali ifodalandi: Р𝑔𝑒𝑛= ρQоq.suvgНqavη𝑝𝑎𝑟𝑟𝑎𝑘η𝑔𝑒𝑛; (16) Mazkur model fizik va matematik jihatdan asoslangan holda ishlab chiqildi. 3. Berilgan parametrlar (ρ = 1100 kg/m³, g = 9,81 m/s², Q = 0,347 m³/s, H = 17,5 m, η𝑝𝑎𝑟𝑟𝑎𝑘 = 0,75, η𝑔𝑒𝑛 = 0,85) asosida Buxoro shahri magistral kanalizatsiya quvurida generator chiqish quvvati taxminan 44–45 kW atrofida bo‘lishi mumkinligi aniqlandi. 4. Kichik diametrli quvurlarda ham energiya olish imkoniyati isbotlandi: Diametri atigi 100 mm bo‘lgan kanalizatsiya quvurida mikro-gidro turbina o‘rnatish orqali energiya olish mumkinligi nazariy va konseptual jihatdan asoslandi. Bu yondashuv katta gidroinshootlar talab qilmasdan, mavjud infratuzilmadan foydalanish imkonini beradi. 5. Ekologik va iqtisodiy samaradorlik ko‘rsatildi: Taklif etilgan tizim yoqilg‘i sarfini talab qilmaydi, issiqxona gazlari chiqarmaydi va mavjud oqava suv energiyasini qayta tiklaydi. Natijada elektr energiyasi ishlab chiqarish tannarxi pasayadi va atrof-muhitga salbiy ta’sir keskin kamayadi. Xulosa. Ushbu tadqiqotda ko‘p qavatli binolarning kanalizatsiya tizimlarida hosil bo‘ladigan vertikal suyuqlik oqimlarining energetik salohiyati chuqur tahlil qilindi. Oqava suvning gravitatsion potensial energiyasini mikro-gidro turbina va generator orqali elektr energiyasiga aylantirish mumkinligi matematik model va integral yondashuv asosida isbotlandi. Hisob-kitoblar shuni ko‘rsatdiki, hatto diametri 100 mm bo‘lgan quvurlarda ham sezilarli miqdorda elektr quvvat ishlab chiqarish mumkin. Taklif etilgan texnologiya an’anaviy energiya manbalariga nisbatan ekologik toza, iqtisodiy jihatdan maqbul va shahar infratuzilmasiga moslashuvchan yechim hisoblanadi. Ushbu yondashuv binolarda mahalliy energiya ishlab chiqarish imkoniyatlarini kengaytiradi, markazlashgan elektr tarmoqlariga bo‘lgan yukni kamaytiradi hamda barqaror rivojlanish tamoyillariga mos keladi. Natijada, vertikal suyuqlik oqimlari asosida energiya olish texnologiyasi shahar energetikasida istiqbolli yo‘nalish sifatida tavsiya etilishi mumkin