Odzysk ciepła ze ścieków.

W świetle konieczności poszukiwania nowych źródeł energii, pragnę zwrócić uwagę na ciekawy artykuł Joanny Ryńskiej zamieszczony w 12 numerze z 2023 roku Rynku Instalacyjnego.

Miasta i gminy coraz częściej inwestują w rozwiązania o różnej skali umożliwiające dekarbonizację systemu ciepłowniczego. Istotną rolę odgrywa tu wykorzystanie ogólnodostępnego, choć docenianego dopiero od niedawna, ciepła odpadowego – w tym pochodzącego z systemu kanalizacji,
od przyboru w łazience po oczyszczalnię ścieków.

W aspekcie bilansu energetycznego i efektywności energetycznej ścieki kojarzą się przede wszystkim z wytwarzaniem biometanu w procesach fermentacji odpadów podczas ich oczyszczania w oczyszczalni. Jednak stanowią one także jedno z istotnych (po procesach przemysłowych, procesach przetwarzania danych i produkcji żywności) źródeł tzw. ciepła odpadowego.

Ścieki mają dużą pojemność cieplną, stosunkowo wysoką temperaturę – zależnie od miejsca pomiaru (budynek, przykanalik, dopływ do przepompowni, dopływ do oczyszczalni) wskazywane są wartości od 10 do 20°C, a także przedział wynoszący 15–18°C w skali roku – oraz znaczącą, do pewnego stopnia przewidywalną objętość.

Podczas przepływu ścieków od budynku do oczyszczalni powstają zatem znaczne ilości ciepła odpadowego.

Ciepło można już odbierać w drodze do oczyszczalni ścieków.

Rozwiązania dla przyborów sanitarnych i lokali.

Ciepło odpadowe pochodzące z wody szarej można wykorzystać już na poziomie pojedynczego pionu kanalizacyjnego. Rozwiązaniem dla całej instalacji (np. obejmującej jeden pion kanalizacyjny) jest rekuperator ciepła z wody szarej – prosty w budowie przepływowy wymiennik pionowy zainstalowany na pionowym odcinku instalacji kanalizacyjnej. Urządzenie ma konstrukcję typu spiralnego – wokół rury kanalizacyjnej owinięty jest miedziany wymiennik spiralny, który przekazuje ciepło płynącej w nim, skierowanej w górę, wodzie zimnej.

Konstrukcja wymiennika zapewnia jak największą wymianę ciepła (np. przekrój rur tworzących spiralę jest lekko spłaszczony w miejscu kontaktu z pionem kanalizacyjnym), a zastosowany stop lutowniczy zmniejsza opór cieplny, poprawiając przekazywanie ciepła do wymiennika. Można zastosować kilka konfiguracji takiego wymiennika – najbardziej efektywne wydaje się skierowanie części podgrzanej w ten sposób wody do podgrzewacza c.w.u. (zmniejsza się wówczas nakład energetyczny potrzebny na podgrzanie wody).

Rozwiązania dla całych budynków.

Przykładem rozwiązania korzystającego ze ścieków na poziomie pojedynczego budynku wielolokalowego jest rozwijana w Holandii i testowana w Amsterdamie instalacja typu „riothermie” ( riool – ścieki oraz thermie – ciepło).

Pomysł polega na odzyskiwaniu i wykorzystaniu ciepła odpadowego w miejscu jego powstania.

Wdrożenie systemu „riothermie” w stolicy Holandii ma na celu przede wszystkim odejście od ogrzewania gazem, ale także zmniejszenie kosztów ogrzewania i przygotowania ciepłej wody dla budynków.

Pilotażowa instalacja – obejmująca budynek mieszkalny ze 128 mieszkaniami i akademiki z 479 pokojami – wdrażania jest od II kwartału 2023 r. w spółdzielni Lieven de Key w północnej części Amsterdamu, we współpracy z przedsiębiorstwem wod-kan Waternet, przedsiębiorstwem energetycznym Firan oraz mieszkańcami.

Projekt otrzymał dotację od miasta, przy czym podstawowym warunkiem było, by koszty energii ponoszone przez mieszkańców nie wzrosły w porównaniu do obecnych. Pierwszym krokiem było zwiększenie szczelności budynków poprzez wymianę okien (lepsza izolacyjność budynku wpływa na ustabilizowanie temperatury ścieków, a także przyczynia się do bardziej efektywnego wykorzystania pomp ciepła) oraz zamontowanie instalacji PV na dachach.

Jako źródło ciepła odpadowego wykorzystane zostaną ścieki, zarówno szare, jak i czarne, pochodzące z domowych urządzeń kanalizacyjnych. Według autorów projektu temperatura ścieków jest w ciągu całego roku stała i wynosi 15–18°C.

Za odzysk ciepła ma odpowiadać wymiennik ciepła zamontowany na by-passie od głównego kanału i ogrzewający wodę (zainstalowany przez przedsiębiorstwo wod-kan) kierowaną do mieszkań dodatkową rurą (zamontowaną przez przedsiębiorstwo ciepłownicze).

W ten sposób wymiennik odbierać będzie ciepło od strumienia ścieków i przekazywać do kolejnego elementu nowego systemu – pompy ciepła woda/woda o COP równym 3, która wytworzy wodę o temperaturze zasilania 60–70°C, przeznaczoną do ogrzewania i przygotowania c.w.u. (urządzenia te zainstaluje w mieszkaniach spółdzielnia mieszkaniowa). Pompy ciepła mają być zasilane prądem wytwarzanym w budynkowych instalacjach PV.

Zakończenie prac planowane jest na przełomie lat 2024 i 2025.

Przykładowa instalacja umożliwiająca odzysk ciepła ze ścieków podczyszczonych dla budynku wysokiego (28 pięter) Wintower w Winterthur (Niemcy), umożliwiający odzyskanie ok. 600 kW mocy grzewczej.

Rozwiązania dla systemów ciepłowniczych.

Dla polskich miast odzysk ciepła odpadowego – w tym ze ścieków – stanowi element strategii osiągania neutralności klimatycznej.

W Szlachęcinie k. Poznania od 2020 r. pracuje instalacja kogeneracyjna połączona z pompą ciepła, odzyskująca ciepło odpadowe powstałe w procesie oczyszczania ścieków. Moc cieplna systemu grzewczego wynosi ok. 2,9 MW, a powstałe ciepło kierowane jest do sieci ciepłowniczej w Murowanej Goślinie (5000 mieszkańców).

Zachęcamy do zapoznania się z całym artykułem. 

Treść i zdjęcia zaczerpnięte z artykułu Rynku Instalacyjnego. 12/2023