Možnosti využití energie z odpadních vod

Datum: 23.1.2014
Koncepce opětovného využití odpadních vod a dešťových vod nabývá v poslední době většího významu. Nutností se tyto systémy stávají i v Evropě, kde prozatím takový tlak na znovuvyužití šedých a dešťových vod nebyl.

Hlavně administrativní budovy a hotely jsou již často projektovány s využitím šedých a dešťových vod, standardem je to v budovách s nízkoenergetickým standardem. Projekt „Využití šedých a dešťových vod v budovách“ je řešen v rámci programu ALFA, Technologické agentury České republiky, pod číslem TA01020311, na kterém spolupracuje firma ASIO, spol. s r.o. a VUT Brno. Šedé a srážkové vody se staly předmětem připravované ČSN 75 6780 Využití šedých a dešťových vod v budovách a na přilehlých pozemcích.

Hlavním důvodem pro recyklaci „šedých“ vod (vody ze sprch a koupelen) je především to, že jsou minimálně znečištěny a jejich úprava není zas až tak náročná, navíc lze s výhodou využít tepla, které je v nich obsaženo.

Dalším důvodem proč se touto otázkou zabývat, je otázka prestiže a zavádění systémů hodnocení (certifikace) budov z hlediska jejich vlivu na životní prostředí. Certifikace se provádí dle několika systémů, např. LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) nebo BREAM (Building Research Establishment Assessment Method). Všechny systémy hodnocení by měly motivovat projektanty budov, aby hledali úspory nejen ve vytápění a chlazení budov, ale aby se zaměřili i na oblast vodního hospodářství budovy. Projektant by měl být motivován i k využívání inovativních metod nebo řešení redukujících spotřebu vody a tím pádem i minimalizaci vypouštěných odpadních vod.

Recyklace tepla z vod v budovách – šedé vody

Místa odběru tepelné energie z odpadních vod

Teplo lze odbírat přímo v budově, na odtoku z budovy, v kanalizační síti nebo na (za) ČOV. Každé z míst má své specifické podmínky a omezení. Odběr na odtoku z objektu či přímo v budově je u většiny staveb omezen nerovnoměrným a přerušovaným průtokem. Vhodné využití je tudíž omezeno na  objekty s vyšším množstvím odpadní vody, jejíž odtok je v době provozu nepřerušovaný. Jedná se například o potravinářské nebo jiné průmyslové provozy, aquaparky, léčebná zařízení. V mnoha případech, realizovaných v posledních letech, je již využití tepla z odpadní nebo technologické vody realizováno v budovách (v jednodušších případech jen předáním energie přes stěny výměníků). 

Oproti tomu získávání tepla z odpadní vody ve vhodných místech trasy kanalizační sítě nebo na (za) ČOV praktické aplikace v rámci ČR nemá.

Lokalizace míst pro možnost odběru tepelné energie z odpadní vody

Odběrové místo může na kanalizační stoce být přímo v trase hlavního průtoku odpadní vody nebo na vedlejším proudu (bypass). Umístění výměníku determinuje jeho tvar. Výměník nesmí zbytečně zmenšovat průřez cesty či způsobit místní ukládání nerozpuštěných látek.  Řešit je nutno přístup pro kontrolu a údržbu. Další dopravou odpadní vody v kanalizačním řadu a napojením následujících odběratelů dojde k teplotní úpravě odpadní vody a naprosté minimalizaci vlivu na ČOV.  Mezi výhody umístění odběru na síti je relativní blízkost možného místa pro odběr tepla, otázkou jsou ale právní a finanční vztahy týkající se stokové sítě. Příspěvek se však chce zaměřit na především na získávání tepla přímo v budově, což je spojeno s problematikou šedých vod.

Využití tepla ze šedých vod – aneb získávání tepla přímo v budově

Průměrný objem vyprodukované šedé vody se pohybuje mezi 55 – 112 l/EO.den[1] u rodinných domů, ale některé aplikace, jako hotely, bazény, wellnes centra, je spotřeba teplé vody až 400 l/EO.den.[2]  Teplota vody, jak vyplývá předchozího popisu, je vyšší než teplota běžných komunálních vod. Pohybuje se mezi 18 – 35 °C. [3] Pokud jsou tyto vody vypouštěny do stokové sítě, mají pozitivní vliv na čistící proces na stávajících čistírnách odpadních vod, protože v zimě zlepšují čistící proces. Při dnešních cenách energií, jsou provozovatelé nuceni snižovat provozní náklady a tím udržitelnost provozu. Recyklace tepla ze šedých vod je jedním ze způsobů jak snížit náklady na ohřev TUV (teplá užitková vody), provozní teplé vody, popřípadě na vytápění objektu. Ačkoliv je toto téma v ČR stále ještě na okraji pozornosti, jsou již realizovány první aplikace, ať už na znovu využití vody nebo na rekuperaci tepla.

Používané metody

Odebírání tepla z odpadní vody můžeme provádět buď lokálně, nebo centrálně. O volbě, kterou metodu použít rozhoduje průtok odpadní vody. Pro menší aplikace a rodinné domy, je investičně zajímavější lokální rekuperace tepla, která reaguje na aktuální spotřebu. U větších aplikací je možno odpadní vodu akumulovat, odebrat z ní potřebné teplo a až po té jí vypustit do stokové sítě nebo na čistírnu odpadních vod.

Lokální systémy

Lokální systémy rekuperace tepla jsou založeny na principu odebírání tepla z odtékající vody, která předehřívá studenou vodu do sprch nebo jiných aplikací. Existují opět dva druhy aplikací, a to:
- předehřev studené vody pro okamžitou spotřebu,
- předehřev studené vody do zásobníku TUV.
Obě řešení odebírání tepla jsou vhodná pro rodinné domy a menší provozy.

Možné zapojení lokálního systému předehřevu vody pro okamžitou spotřebu

Lokální systémy - Předehřev studené vody pro okamžitou spotřebu

Výhodou tohoto zapojení je, že předehříváme vodu vždy, když je spotřeba. Časová prodleva, od které je předehřátá voda k dispozici, je závislá na délce potrubí a umístění tepelného výměníku.  Teplota předehřáté vody se pohybuje kolem 20 °C3. Tuto vodu lze přímo napojit do okruhu sprch nebo umyvadel. Toto opatření má za následek snížení spotřeby teplé užitkové vody. Ve směšovací baterii tak smícháváme menší poměr teplé vody ku studené vodě. Tento systém má větší účinnost než předehřátí vody do zásobníku TUV, protože je umístěn blíže směšovací baterii a nedochází ke ztrátám.

Lokální systémy - Předehřev studené vody zásobník TUV

Druhou možností je předehřátou vodu vést do zásobníku teplé užitkové vody, kde se pak dohřívá na příslušnou požadovanou teplotu. Tady se dá s výhodou použít stratifikace vody do zásobníku, to znamená teplotu odvádět do místa ve výměníku, které má příslušnou teplotu. Tento systém je investičně náročnější a má menší účinnost než výše popsaný systém.

Centrální systémy

Centrální systémy jsou vhodné pro větší objekty, které produkují větší množství šedých vod. U těchto aplikací, kde je odběr vody kolísavý, se voda shromažďuje v akumulační jímce, která slouží jako zdroj tepla pro primární okruh tepelného čerpadla. Velkou výhodou tohoto uspořádání je velice jednoduchá konstrukce tepelného výměníku, který je možno řešit plastovými trubkami nebo hadicemi – nízké investiční náklady.

Úskalím tohoto řešení je, že nemůžeme vodu ochladit pod bod mrazu. Pokud bychom nechali tepelnému čerpadlu odebírat teplo z šedé vody bez kontroly teploty, tak se může stát, že jímka zamrzne. Teplo s jímky se tedy odebírá jen při požadovaném průtoku a při požadované „cílové“ teplotě. Při překročení limitní teploty musíme tepelnému čerpadlu umožnit odebírat teplo z jiného zdroje. Popřípadě kombinovat tepelné čerpadlo s jiným zdrojem tepla. Při použití tepelného čerpadla, je možno dodávat i teplo do rozvodné sítě teplovodního vytápění. Nespornou výhodou je možnost chlazení pomocí tepelného čerpadla v letních měsících. Dnešní tepelná čerpadla mají již v běžné výbavě i chladící režim.

Závěr

V praxi existuje řada objektů, u nichž by se již dnes vyplatilo oddělit šedé vody a použít je jako užitkovou vodu – nejlepších ekonomických parametrů se logicky dosahuje tam, kde je relativně větší produkce a zejména větší spotřeba (hotely, sportovní zařízení, bazény, nemocnice). V rámci níže uvedeného projektu se posuzovala řada objektů a to jak po stránce recyklace vod, tak i po stránce využití tepla z těchto vod a návratnost vložených investic se pohybovala od 4 do 10 roků. U již existujících objektů nepříznivě ovlivňují ekonomické ukazatele náklady na dodatečná opatření. U nových objektů je však již zřejmé, že už není na co čekat a přinejmenším oddělené odvádění šedých vod by mělo být u veřejných budov samozřejmostí, ať už se pak využije vyčištěná voda nebo získané teplo.

Poděkování

Příspěvek vznikl díky podpoře z projektu „Využití šedých a dešťových vod v budovách“, který je řešen v rámci programu ALFA, Technologické agentury České republiky, pod číslem TA01020311, na kterém spolupracuje firma ASIO, spol. s r.o. a VUT Brno.

Ing. Karel Plotěný, Ing. Adam Bartoník 

Literatura

  1. BIRKS, R.; COLOBOURNE, S.; HOBSON, R., Microbiological water quality in a large in-building, water recycling facility.  (2004):  Wat. Sci. Tech., 50(2), pp. 165-172
  2. British Standard BS 8525-1:2010. Greywater systems – Part 1: Code of practice. UK: BSI, 2010.
  3. British Standard BS 8525-2:2010. Greywater systems – Part 2: Domestic greywater treatment equipment – Requirements and test methods. UK: BSI, 2010.
  4. BOGÁŇOVÁ, IDA. Možnosti využití šedých vod. (Brno, 2012). 106 s., 6 s. příloh. Diplomová práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav vodního hospodářství obcí.
  5. EUREAU Position Paper, Water re-use and other alternative resources at home: rainwater harvesting and greywater recycling for domestic purposes, Working Group Microbiological Quality, Eureau-Commission 1, July, 2011
  6. PALMQUIST, H., HANAEUS, J. Hazardous substances in separately collected grey- and blackwater from ordinary Swedish households. (2005):  Sci. Tot. Env., 348, pp. 151-163.
  7. PLOTĚNÝ K. Dělení vod, bílé a šedé vody – nové poznatky a možnosti využití, Sborník semináře Vodohospodářské chuťovky Brno, ASIO, spol. s r.o. 2011, s 21-27.
  8. BARTONÍK, A., HOLBA, M., VRÁNA, J., OŠLEJŠKOVÁ, M., PLOTĚNÝ, K. Šedé vody – možnosti využití jejich energetického potenciálu, Vodní hospodářství 2/2012, s.60-64
  9. Merkblatt DWA-M 114 – Energiegewinnung aus Abwasseranlagen. Německo, červen 2009, ISBN 978-3-941089-65-5.
  10. HORÁK, P.; KOŇAŘÍK, M., Uplatnění tepelných čerpadel v aktivních budovách, Konference SHK 2011 Brno, ISBN 978-80-02-02310-4, 2011
  11. VERSTEEG, H.K.-MALALASEKERA, W. An introduction to Computional Fluid Dynamics: Essex, Longan Scientific&Technical 1995, ISBN 0-582-21884-5.
  12. POČÍNKOVÁ M, Teplo a energie z odpadních vod – využití tepla z odpadních vod k ohřevu teplé vody a k vytápění budov (DWA směrnice, ASIO, spol. s r.o., Sborník semináře – Podzim 2011 – Energie z odpadních vod.
  13. PLOTĚNÝ K., archív autora


[1] DVGW-Merkblatt W 410 (1995)
[2] http://www.intaqua.com/loesungen/anwendungen/hotels
[3] http://panelovedomy.ekowatt.cz/tepla-voda/52-zpetne-ziskavani-tepla-z-odpadni-vody

Tento článek byl již v plném znění publikován ve sborníku k seminářům ASIO, spol. s r.o. „Srážkové a šedé vody aneb „colors of water““ (leden, únor 2013).

 

Kontakty

ASIO, spol. s r.o.
Kšírova 552/45
619 00 Brno
ID datové schránky: 9nwzka6

ASIO NEW, spol. s r.o.
Kšírova 552/45
619 00 Brno
ID datové schránky: z9g8vaw

tel.: 548 428 111
e-mail: asio@asio.cz