Využití tepla z šedých vod k ohřevu TUV

Datum: 30.12.2016
Úspory. Magické slovo posledních let, které hýbe stavebnictvím, energetikou a po-slední dobou i obory vodního hospodářství.

Postupně nastává odklon od letité filozofie nakládání s odpadními vodami, co nejrychleji se jich zbavit za téměř jakoukoliv cenu. Rostoucí ceny energií a cen i vody samotné pomohly ke změně obecného náhledu na odpadní vody jako na komoditu, kdy je možné zpětně využívat nejenom vodu samotnou, ale i energii v ní obsaženou. Přičemž jednoznačně ekonomicky jvýznamnější  je energie tepelná. Teplá voda odtékající do kanalizace odvádí z domu až 30 % tepelné energie dodané do domu.

Při snaze šetřit na energetické spotřebě domů byly dosud preferovány především dvě cesty úspor: zkvalitnění obálky domu a udržení dodaného tepla uvnitř domu, a snaha o vybavení domu úspornými spotřebiči s co nejmenšími nároky na vlastní provoz. V domech se vyměňují okna, instaluje se dodatečná tepelná izolace, izolují se základy, používají se materiály s co nejmenším koeficientem propustnosti tepla, zatepluje se střecha, zavádí se řízená výměna vzduchu v domě za použití rekuperačních jednotek. Pro výrobu tepla se využívají úsporné zdroje, využívají se alternativní zdroje energie, zavádí se tzv. energetický management. Ale na odtékající odpadní vody se jaksi pozapomnělo…

A přitom to není zas až tak složité. Vypouštěné vody je možné využít k předehřevu vody provozní, případně jako zdroj tepla pro např. primární okruh tepelného čerpadla. Základem těchto technologií je využití vhodného tepelného výměníku, který je vhodně zaimplementován v topném systému domu. Jako nejperspektivnější se ale jeví využití kombinovaného využívání odpadních vod, kdy část vypouštěné vody (až 50 %) upravíme a opakovaně používáme v objektu (například na splachování toalet), a zároveň z této vody získáváme energii rovněž vrácenou zpět do objektu.

U tohoto způsobu pak dochází k výraznému zkrácení doby návratnosti pořizovací investice, což výrazně napomáhá k nárůstu zájmu o takovéto systémy. I zde (jako u všech úsporných opatřeních) platí ono známé: „čím více topíš, tím více šetříš“. Tak zatímco u rodinných domů je návratnost kolem deseti roků, u hotelů již kolem pěti let a v některých průmyslových provozech je možné dosáhnout návratnosti v již za dva roky i méně.

Snad nejzajímavější se ale jeví fakt, že využívat teplo z odpadních vod lze téměř všude, ve všech možných objektech. V rodinných domech, hotelech, penzionech, v kempech a rekreačních střediscích, v lázeňství a balneoterapii vůbec, v administrativních budovách i také v průmyslových objektech.

Využití šedých vod

Využití recyklovaných  vod v domácnostech

Využití šedých vod
Pokud se odpadní vody v objektech dělí, tak jako ekonomicky nejzajímavější pro recyklaci se jeví především využití tzv. šedých vod. Do těchto vod zařazujeme odpadní vody vzniklé užíváním především sprch, van a umývadel. Zařazení odpadních vod z praní prádla a z kuchyní do šedých vod je sice v určitých případech možné, ale zde je vždy nutné zvážit vyšší míru znečištění vody, nárůst nákladů na jejich úpravu a celkový přínos k ekonomické bilanci. Šedé vody tvoří až o 50%  spotřeby vody v domácnosti. Tyto vody je možné akumulovat a po jednoduché úpravě znovu použít, například pro splachování toalet, zalévání zahrady či mytí automobilu. Tím šetříme nejenom životní prostředí, ale i provozní náklady. Nejenom, že spotřebujeme méně pitné vody, ale výrazně (až 50%) ušetříme i na stočném nebo na odvážení odpadních vod na čistírnu odpadních vod. V těchto případech je využití šedých vod nejefektivnější.

Spotřeba vody v domě
Spotřeba vody v domě

Různé firmy už dnes zařízení pro zpětné využívání šedých vod nabízí zařízení. Výrobky (např. vláknové membrány) jako AS-GW/AQUALOOP jsou určené pro menší objekty, pro větší objekty pak výrobky (deskové membrány) jako AS-GW/SiClaro, které jsou připraveny jako typové až na průtok 30 m3/den.

systém pro recyklaci šedých vod AS-GW/AQUALOOP
Systém pro recyklaci šedých vod AS-GWAQUALOOP

Využití šedých vod v administrativních budovách a bytových domech

Využití šedých vod v hotelích, bytových domech, administrativních budovách a výrobnách
Zde se šedé vody mohou využít obdobně jako u rodinných domů – na splachování záchodů, ale lze je kombinovat s využitím srážkových vod a pak využít i na udržování zeleně nebo dokonce i v provozu. Obvyklá návratnost v případě rekonstrukcí administrativních budov nebo hotelů je kolem deseti roků. Často uváděná reference pro bytový dům – Block 6 na Podsdamerplatz – pro 200 osob je provozně udržitelná, i když návratnost recyklace u bytových domů bude obecně delší než např. u hotelů.

Bytový dům na Podsdamerplatz – zařízení na recyklaci šedých vod pro 200 obyvatel
Obr. 3 Bytový dům na Podsdamerplatz – zařízení na recyklaci šedých vod pro 200 obyvatel

Využití tepla z šedých vod

Využití tepla obecně

Přímé využití
Víme, že asi 30% všech tepelných ztrát objektu odchází odpadním potrubím. Je to  škoda. Zvlášť, když si uvědomíme, že díky poměrně levným zařízením jsme schopni téměř 40% veškeré odpadní energie rekuperovat zpět.

Zjednodušeně lze říci, že energii můžeme odebírat lokálně (u zařizovacího předmětu nebo přímo v místě, kde teplá voda vstupuje do kanalizačních svodů) nebo centrálně.

Recyklace tepla z šedých vod přímo ve sprše nebo u vany, případně na odtoku z domu

 Recyklace tepla z šedých vod přímo ve sprše nebo u vany, případně na odtoku z domu

Celkové energetické zisky jsou tím větší, čím větší je spotřeba teplé vody. Proto se jako hlavní oblast využívání energií z teplých vod nejeví ani tak rodinné domy, jako spíš objekty s větším počtem ekvivalentních obyvatel: aquaparky, lázně a wellness zařízení, hotely, penziony, nemocnice, prádelny a další objekty. Na trhu jsou k dostání zařízení jak pro lokální užití (např. sprchové výměníky), tak i pro centrální rekuperaci (např. spirálové výměníky).

Spirálový výměník AS-ReHEATER
Recyklace tepla z šedých vod - spirálový výměník AS-ReHeater

Při použití speciálních výměníků lze teplo rekuperovat z jakýchkoliv odpadních vod, včetně vod technologických. Jedná se nejenom o vody odcházející z ČOV, ale o veškeré technologické odpadní vody. Pro výběr správného výměníku a jeho napojení je rozhodující složení odpadních vod (OV), jejich množství, kontinuálnost nátoku a jejich teplota. Výměníky lze také s úspěchem využít, máme-li za požadavek snížit teplotu OV, například kvůli tepelně limitovanému nátoku na ČOV. Nejenom, že tím docílíme požadované maximální teploty, ale ještě získáme nezanedbatelný díl energie, kterou můžem dál využít.

I když většinou není nutná žádná podstatná úprava těchto odcházejících vod, doporučujeme stupeň předčištění vždy řešit s ohledem na místní specifické podmínky. Využití rekuperačních deskových výměníků (AS-ReHeater) je jak v oblasti občanské vybavenosti, tak zejména v průmyslu a ve větších provozech, jako jsou potravinářské, textilní a technologické provozy, prádelny, lihovary, pivovary, vývařovny, lázně, bazény, wellness, aquaparky a také větší kanalizační sítě a sítě s technologickou odpadní vodou.

Deskové výměníky na odpadních vodách _ AS-ReHeater

Deskové výměníky na odpadních vodách AS-ReHeater

Použití výměníků umožňuje předehřev natékající vody před jejím ohřevem. Tím obvykle dojde k navýšení této vody o cca 6 – 10oC. Snížením potřebné ∆t lze získat významné energetické úspory při výrobě teplé vody, což v celkové bilanci znamená ušetřené značné prostředky. Samotné úspory lze samozřejmě predikovat a tím relevantně odhadnout dobu návratnosti investice, což napomáhá při samotném rozhodování investora.

Recyklace tepla s využitím výměníků a tepelných čerpadel

Samostatnou kapitolou ve využívání odpadního tepla jsou tepelná čerpadla. Zde se přímo nabízí řešení, kde se teplé odpadní vody napojí přes výměník přímo na primární okruch tepelného čerpadla. Díky vysokým COP (například čerpadlo MT AQ60 Inverter dosahuje COP 9,4 – při teplotě vstupní vody na výparníku 20oC a  30rps/35°C) tak získáváme teplo často pokrývající veškeré tepelné potřeby objektu. Tepelná čerpadla ale můžeme používat i při odvodu teplého vzduchu z výrobních prostor (chlazení objektu), popřípadě při využívání přebytečného chladu. Pro řešení jednotlivých situací doporučuji obrátit se na odborníky.

Při použití tepelných čerpadel většinou ale nevystačíme s běžně vyráběnými domovními tepelnými čerpadly. Jsme zde limitování především teplotou odpadních vod. Maximální přípustní teplota na primárním okruhu je u většiny dodavatelů čerpadel deklarována kolem 20oC, výjimečně čerpadla akceptují i teploty kolem 35oC. Při vyšších teplotách OV pak dojde k zastavení chodu čerpadla.

Další požadavek, vyřazující domovní čerpadla z možností využit, je i jejich nízký výkon. Obvykle je požadovaný výkon za hranicemi jejich možností. Můžeme samozřejmě zapojovat čerpadla do funkčních kaskád, ale tím zase narůstají požadavky na regulaci celého systému. V každém případě je nutné používat čerpadla, která budou vyhovovat daným požadavkům.

Využití tepla ze šedých v praxi

Využití v rodinných domech

Mohlo by se zdát, že díky zatím poměrně nízkým cenám vody a energie (v porovnání s okolními zeměmi) není využívání odpadového tepla v domácnostech zajímavé. Při předpokládaném nárůstu cen vodného, stočného a cen energií se ale tento pohled brzy bude měnit. Předpokládá se, že již v horizontu několika let. Typická spotřeba energie v běžném rodinném domě (cca 150 m2) je přibližně 30 – 35 GJ/rok. Při obvyklé spotřebě vody při čtyřech ekvivalentních obyvatelích proteče domem více než 130 m3 vody. Při uvažovaném rt 10o C nám pak za rok odpadním potrubím odteče více než 5 GJ za rok, což je 25 – 40% všech nákladů na vytápění objektu. Prostě více než třetina veškeré energie vyteče do kanálu.

Vzhledem k nízké návratnosti se však obyvkle uplatní spíše jen výměníky umístěné přímo ve sprchových koutech nebo na trubních víceplášťových trubních vedeních.

Využití v bytových domech, hotelích, wellnes a průmyslu

Zde je využití zpravidla mnohem praktičtější a zařízení je i komplexnější – obvykle se vyplati jak recyklovat vodu, tak i rekuperovat teplo. Níže uvedené schéma je určeno pro sestavu recyklující vodu a regenerující teplo, obsahující všechny komponenty.

Komplexní řešení s využitím tepla i recyklace šedých vod

Komplexní řešení s využitím tepla i recyklace šedých vod

Navíc je možné využít i teplo z veřejné kanalizace a to v rámci kanalizační sítě (většiniu se realizuje na bypasu), a nebo i za čistírnou odpadních vod, kde má využití vliv i na snížení teplotního zatížení toku, do kterého jsou vyčištěné vody vypouštěny.

Možnosti recyklace tepla z odpadních vod
Možnosti recyklace tepla z odpadních vod

Příklady z praxe

Wellness centrum – Využití odpadního tepla z pracích vod

Využití odpadnícho tepla z pracích vod z bazénu

Technické parametry :
Průměrný denní objem doplněné vody je tedy asi 8 m3/den
Průměrný předaný výkon na 1m3 vody  je tedy 18,3 kW/m3
V ceně plynu 10,-Kč/m3 je to pak úspora 18,3/10,5x10 = 17,41 Kč/m3 vypuštěné vody.
Při uvažované denní výměně 50m3 ( ze studie), je to pak 914 kW/den.
Roční úspora by pak mohla být max. 914 x 355 = 324 470 kW/rok
V ceně plynu 10,-Kč je pak roční úspora 324 470: 10,5 (výhřevnost plynu) x 10 Kč = 309 019,-Kč.
Skutečná spotřeba vody pro praní filtrů  byla však max. 35m3 to je pak 639,8 kW/den.
Roční úspora max. 639,8 x 355 = 227 129kW/rok
V ceně plynu 10,-Kč je pak roční úspora 227 129 :10,5  x 10 Kč = 216 313,-Kč.
Investiční náklady 1.etapy- 409 540,-Kč
Investiční náklady 2.etapy- 235 560-157790=77 770,-Kč  + další práce  40 913,-Kč
Celkem investiční náklady na využití odpadního tepla činí 528 223,-Kč.
Teoretická návratnost investice při výměně 35 m3 vody denně pak činí bez provozních nákladů 528223/216 313 = 2,44 roku
Úspora ve stočném pak činí max. 35x cca 355 =12 425m3 x 35,33Kč (stočné bez DPH) = cca 439 000,-Kč/rok.

Poznámka:

Měřené období je třeba brát jako velmi průměrné, spíše podprůměrné, z důvodů hezkého počasí byly spíše obsazeny venkovní bazény, takže provoz vnitřních byl minimální. Tomu odpovídá denní průměr dopouštěné předehřáté vody, tj. 8 m3.

Doplňování vody do akumulací nyní probíhá vzhledem k současným tlakovým poměrům v rozvodech studené vody cca 1:2-3,  tedy 1 díl předehřáté vody proti 3 dílům studené. Po konzultaci s obsluhou se  i tak výrazně snížila doba dohřívání bazénové vody.

Wellness centrum – využití odpadního tepla z pracích vod
Wellness centrum – využití odpadního tepla z pracích vod

Hotel s termální vodou a balneo provozem

Varianty řešení – minimalizace provozních nákladů

Účelem řešení je rekuperace odpadního tepla, které bez užitku odchází s odpadní vodou do kanalizace a jeho zpětné využití v technologickém procesu ohřevů vod v hotelu, tedy teplé užitkové vody pro sprchy, umývadla, restaurační kuchyni a bazén, případně i pro předehřev topné vody v části topné sezóny. Přičemž denní spotřeba vody v balneo je 7m3, celková spotřeba pitné vody pak 20 m3. Zdrojem tepla jsou smíchané odpadní vody s průměrnou teplotou 50 °C a další vody s různými teplotami  36°C a 65°C. Dalším zdrojem je přebytečná vřídelní voda o objemu 6,5m3  a teplotě cca 65 °C, vypouštěná do kanalizace. Množství obsaženého tepla využitelného pro ohřev TUV je zde cca 416 kW/den, resp. 8 hodin.

Popis navržených variant

Hotel Jesenius je specifický v tom, že jsou smluvně zavázáni odebírat denně 10m3  vřídelní vody o teplotě 70°C, ale tu celou nespotřebují, takže studie řeší varianty využití energie této vody pro provoz Hotelu a Wellness, kde např. varianta 1. řeší pouze ohřev TUV a varianta .2. s ohřevem TUV i předehřev topné vody vč. jejich řízené potřeby

Předehřev a rekuperace s využitím výměníků
Předehřev a rekuperace s využitím výměníků

Vyhodnocení navržených variant

Z hlediska absolutního přínosu se jeví nejlépe varianta II, která řeší maximální využití odpadního tepla.

Množství tepla obsažené v odpadní vodě je cca 628 kW při průtoku 13,5 m3/8 hod., při odhadované účinnosti výměníků 80% je možné zpětně využít cca 500 kW/den., tj. 21 kW/h, což představuje cca 47,6 m3 plynu za den.  Reálná roční úspora bez provozních nákladů je potom odhadována na 200 000,- Kč za rok při propočtu proti plynu a cca 260 000Kč proti ceně páry. Celkové odhadnuté náklady činí 760 000,- Kč  Roční úspora výpočtová (plyn)  cca      200 000,- Kč. Prostá návratnost cca 3,8 roku

Závěr

Odpadní vody dlouho čekaly na svoji příležitost. Díky stávajícímu stavu světové ekonomiky a ekologie se jí konečně dočkaly. Nedá se moc očekávat, že by v boudoucnu docházelo ke snižování cen vody a energií, opak bude zřejmě pravdou. Je nesmyslným plýtváním draze vyrobit pitnou vodu, dlouze ji dopravovat ke spotřebiteli aby jí ten pak použil pouze jako transportní prostředek k odstranění nečistot. Odborníci již dlouho upozorňují na možný nedostatek vody v budoucnu, dnes se k nim začínají přiklánět i někteří politici a tak se téma dostává do předmětů podporovaných a dotovaných řešení.

Přesto asi ještě hodně teplé vody odteče nevyužito do kanálu než pochopíme, že s ní nám odtékají i naše peníze.

Ing. Karel Plotěný

Literatura
(1)    PLOTĚNÝ, K. Energie z odpadních vod – Energie pro budoucnost
(2)    PIŇOS, S. – Vyhodnocení zkušebního provozu z realizované akce
(3)    PIŇOS, S. – Případová studie využití tepla z hotelu XY
(4)    PLOTĚNÝ, K, - fotodokumentace, fotoarchvív firmy ASIO, spol. s r.o.

 

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