Recyklace tepla v budovách – šedé vody

Datum: 27.1.2012
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.

Šedými vodami se rozumí oddělená část komunálních vod bez fekálií a moče. Jsou to vody z van, sprch, umývadel, praček a výlevek. Složení a množství těchto vod je silně závislé na typu zařízení, které ji produkuje a na životním stylu obyvatelstva.  Teplota je také různá a závislá na mnoha faktorech, jako je návštěvnost zařízení, směnovitost provozu atd. Přesto využití energie z těchto vod stojí za zvážení, proto se touto tématikou zabývá i vývojový projekt TAČR. Nejvhodnější se jeví individuální posouzení každého objektu. Logické je, že ekonomičnost bude lepší tam, kde je vyšší produkce odpadních vod i potřeba a kde se vypouští voda s vyšší teplotou.
Průměrný objem vyprodukované šedé vody se pohybuje mezi 55 – 112 l/EO.den  u rodinných domů, ale některé aplikace, jako hotely, bazény, wellnes centra, je spotřeba teplé vody až 400 l/EO.den.   Teplota vody, jak vyplývá předchozího popisu, je vyšší než teplota běžných komunálních vod. Pohybuje se mezi 18 – 35 °C.   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.

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.

Možné zapojení lokálního systému předehřevu vody pro okamžitou

 Obr. 1. - Možné zapojení lokálního systému předehřevu vody pro okamžitou

Popis

Jednotka

Spotřeba teplé vody

0,328

m3.den-1

Teplota studené vody zima

5

°C

Teplota studené vody léto

15

°C

Teplota teplé vody

55

°C

Teplota předehřáté vody

20

°C

Spotřeba tepla na ohřev vody (10°C)

8 100

kWh.rok-1

Spotřeba tepla na ohřev předehřáté vody (20°C)

6 285

kWh.rok-1

Rozdíl

1 815

kWh.rok-1


Tab. 1 – Tabulka vstupních informací
 

Způsob ohřevu vody

Bez předehřevu

S předehřevem

Rozdíl

Kč.rok-1

Kč.rok-1

Kč.rok-1

Elektřina

17 479

13 870

3 609

Plyn

14 732

12 128

2 604

Tepelné čerpadlo

7 661

6543

1 118


Tab. 2 – Kalkulace úspor
 
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.
 

 Možné zapojení lokálního systému předehřevu vody

Obr. 1. - Možné zapojení lokálního systému předehřevu vody
Legenda: 1) Deskový výměník, 2) Filtr 3) Čerpadlo 4) Tepelné čerpadlo 4a) Kondenzátor 4b) Kompresor, 4c) Výparník, 4d) Škrtící ventil, 5) Výměník pro ohřev TUV, 6) Výměník pro předehřev bazénu/jiná aplikace, 7) Přívod vody pro ohřev TUV, 8) Odtok předehřáté TUV,   9) Přívod studené vody z jiné aplikace, 10) Odvod teplé vody pro jiné aplikace.
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
Lokální systémy jsou vhodnější pro rodinné domy, kde je průtok vody menší a zároveň investice jsou daleko menší než u centrálních systémů. Je to dáno jednoduchou konstrukcí těchto výměníků. U novostaveb je zabudování těchto výměníků velice jednoduché i investičně zajímavější. Při návrhu používáme počítačové modelování, u kterého je možno dostatečně vyladit tvar a ideální velikost teplosměnné plochy.
Centrální systémy jsou investičně náročnější, teploty, které lze dosáhnout, jsou však daleko vyšší a hodí se i pro provozní aplikace, jako jsou prádelny, bazény atd. Návrhy nádrží a výměníků jsou prováděny opět pomocí počítačového modelování a to především kvůli minimalizaci investičních nákladů a co největší účinnosti systému. První návrhy proběhly pro hotely ve Španělsku a Bulharsku.
Nemalou výhodou využití šedých vod, je možné znovu využití vyčištěné vody v systému a tím snížit provozní náklady za nákup vody z vodovodní sítě a zvýšit tak ochranu životního prostředí.
S rostoucí cenou energie a zvyšováním životní úrovně, se hlavně u hotelů, bazénů, ale i u výrobních kapacit, stává rekuperace tepla z šedých vod velmi zajímavou aplikací, která je schopna uspořit i 70% nákladů na ohřev teplé užitkové vody.

Poděkování
Projekt „Využití šedé a dešťové vody v budovách“, registrovaný pod číslem TA01020311, je financován Technologickou agenturou České republiky (TA ČR).

Ing. Adam Bartoník

Tento článek byl již v plném znění publikován ve sborníku k semináři ASIO, spol. s r.o. „Energie z odpadních vod a odpadů“ (listopad 2011).

 

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
 


Chcete dostávat informace z oboru, pozvánky na akce, novinky a důležité informace? Přihlašte se!

required

required