Jak działa odzysk ciepła ze ścieków i skąd biorą się realne oszczędności

Ścieki opuszczające prysznic, wannę, umywalkę czy pralnię mają zazwyczaj temperaturę od 25 do nawet 40°C. To energia, która w tradycyjnej instalacji trafia bezpośrednio do kanalizacji. Zadaniem wymiennika ciepła jest przejęcie części tej energii i przekazanie jej zimnej wodzie dopływającej do podgrzewacza lub pompy ciepła.

Najczęściej wykorzystuje się zjawisko wymiany ciepła pomiędzy dwoma strumieniami wody oddzielonymi ścianką wykonaną z materiału o bardzo wysokiej przewodności cieplnej. W praktyce zimna woda wpływająca do instalacji ma już wyższą temperaturę, dlatego urządzenie grzewcze wykonuje znacznie mniej pracy.

Największą skuteczność osiąga się podczas jednoczesnego poboru i odprowadzania wody. Dobrym przykładem jest prysznic. W czasie kąpieli gorące ścieki stale przepływają przez wymiennik, jednocześnie podgrzewając świeżą wodę zasilającą baterię oraz zasobnik CWU.

Dlaczego ścieki są dobrym źródłem energii

W przeciwieństwie do powietrza zewnętrznego temperatura ścieków jest stosunkowo stabilna przez cały rok. Nawet zimą pozostaje wyraźnie wyższa od temperatury otoczenia. Dzięki temu sprawność odzysku jest przewidywalna i nie zależy tak mocno od warunków atmosferycznych.

To właśnie dlatego coraz częściej technologia ta jest wykorzystywana jako uzupełnienie pomp ciepła. Im wyższa temperatura źródła, tym wyższy współczynnik COP urządzenia i niższe koszty ogrzewania.

Ile energii można odzyskać

Skuteczność zależy od rodzaju wymiennika, ilości zużywanej wody oraz sposobu użytkowania budynku. W instalacjach domowych odzysk wynosi zazwyczaj od 30 do 50%, natomiast w hotelach, akademikach czy obiektach sportowych przekracza często 60%.

Dla czteroosobowej rodziny zużywającej około 200 litrów ciepłej wody dziennie odzysk energii może oznaczać ograniczenie kosztów przygotowania CWU nawet o kilkaset złotych rocznie. W większych budynkach oszczędności liczone są już w tysiącach złotych.

Jakie systemy odzysku ciepła stosuje się w budynkach mieszkalnych i komercyjnych

Na rynku funkcjonuje kilka rozwiązań różniących się konstrukcją, miejscem montażu oraz sprawnością. Wybór odpowiedniego systemu powinien wynikać z rodzaju budynku oraz ilości produkowanych ścieków.

Pionowe wymienniki prysznicowe

To rozwiązanie najczęściej spotykane w domach jednorodzinnych. Wymiennik montowany jest na pionowym odcinku kanalizacji odprowadzającej wodę z prysznica. Gorące ścieki spływają cienką warstwą po wewnętrznej powierzchni rury, oddając ciepło wodzie płynącej w płaszczu zewnętrznym.

Ich zaletą jest bardzo wysoka sprawność dochodząca nawet do 60%, niewielka awaryjność oraz brak elementów ruchomych.

Poziome wymienniki ściekowe

Tam, gdzie nie ma możliwości wykonania pionowego odcinka kanalizacji, stosuje się wymienniki poziome. Są prostsze do zamontowania podczas modernizacji istniejącego budynku, jednak zwykle osiągają nieco niższą sprawność.

Najczęstszy błąd inwestorów polega na wyborze rozwiązania wyłącznie ze względu na cenę. Tańszy wymiennik może odzyskiwać nawet o kilkanaście procent mniej energii przez cały okres eksploatacji.

Centralne systemy odzysku

W hotelach, szpitalach, basenach i budynkach wielorodzinnych stosuje się centralne wymienniki odbierające energię z głównego kolektora kanalizacyjnego. Takie instalacje współpracują najczęściej z dużymi pompami ciepła oraz zasobnikami buforowymi.

Przy odpowiednim zaprojektowaniu możliwe jest odzyskanie kilku, a nawet kilkunastu megawatogodzin energii rocznie.

Jak dobrać wymiennik ciepła do domu lub inwestycji i nie przepłacić

Dobór urządzenia powinien rozpoczynać się od analizy ilości ścieków oraz sposobu korzystania z ciepłej wody. Sam metraż domu nie mówi praktycznie nic o potencjale odzysku energii. Znacznie ważniejsze są liczba mieszkańców, liczba łazienek oraz przewidywane zużycie CWU.

Jeżeli w domu mieszkają dwie osoby korzystające głównie z krótkich pryszniców, okres zwrotu inwestycji będzie dłuższy niż w przypadku pięcioosobowej rodziny, w której codziennie pracuje pralka, zmywarka i kilka łazienek.

Materiały mają znaczenie

Najlepsze wymienniki wykonywane są ze stali nierdzewnej lub miedzi. Materiały te zapewniają wysoką przewodność cieplną, odporność na korozję oraz wieloletnią trwałość.

Tańsze konstrukcje wykonane z materiałów o niższej przewodności cieplnej mogą wyglądać podobnie, jednak różnice w ilości odzyskiwanej energii są zauważalne już po kilku sezonach.

Popularni producenci dostępni na rynku

• Power-Pipe - pionowe wymienniki o wysokiej sprawności.
• Zypho - kompaktowe systemy przeznaczone do montażu pod brodzikiem lub wanną.
• Joulia - rozwiązania stosowane zarówno w budownictwie mieszkaniowym, jak i komercyjnym.
• EcoDrain - wymienniki przeznaczone do domów jednorodzinnych.
• HEATfromWATER - systemy dla większych instalacji współpracujących z pompami ciepła.

Oprócz samego wymiennika należy zwrócić uwagę na jakość izolacji cieplnej, możliwość czyszczenia urządzenia oraz warunki gwarancji. Dobrze zaprojektowany system może pracować bezawaryjnie przez kilkadziesiąt lat, dlatego różnica kilku procent w sprawności często przekłada się na tysiące złotych oszczędności w całym okresie eksploatacji.

Kiedy montaż systemu odzysku ciepła ze ścieków ma sens ekonomiczny, a kiedy lepiej wybrać inne rozwiązanie

Nie każda inwestycja zapewni taki sam okres zwrotu. Największe korzyści osiągają budynki, w których regularnie zużywa się duże ilości ciepłej wody. Im więcej energii trafia do kanalizacji, tym większy potencjał jej odzyskania.

W nowo budowanych domach montaż wymiennika jest znacznie prostszy niż podczas modernizacji istniejącej instalacji. Projektant może od początku przewidzieć odpowiedni przebieg kanalizacji, zachować wymagane spadki rur oraz wygospodarować miejsce na urządzenie. Dzięki temu koszt wykonania całego układu jest wyraźnie niższy.

Modernizacja również jest możliwa, jednak wymaga dokładnej analizy instalacji. Zdarza się, że konieczne jest przebudowanie pionów kanalizacyjnych lub wykonanie dodatkowych odcinków rur, co znacząco zwiększa koszt inwestycji.

Budynki, w których technologia sprawdza się najlepiej

Najkrótszy okres zwrotu obserwuje się w obiektach o wysokim i powtarzalnym zużyciu ciepłej wody. Dotyczy to zarówno budownictwa mieszkaniowego, jak i komercyjnego.

• domy jednorodzinne zamieszkiwane przez 4-6 osób,
• apartamentowce i budynki wielorodzinne,
• hotele i pensjonaty,
• baseny oraz centra sportowe,
• akademiki i internaty,
• domy opieki,
• szpitale,
• zakłady przemysłowe wykorzystujące ciepłą wodę w procesach technologicznych.

Przykładowo hotel dysponujący 60 pokojami może każdego dnia odprowadzać do kanalizacji kilka tysięcy litrów ścieków o temperaturze przekraczającej 30°C. W takim przypadku odzysk energii przekłada się na bardzo wyraźne obniżenie kosztów przygotowania ciepłej wody.

Najczęstsze błędy popełniane podczas projektowania

Jednym z najdroższych błędów jest montaż wymiennika na odcinku kanalizacji, przez który przepływają głównie ścieki z toalety. Takie miejsce praktycznie nie zapewnia odzysku energii, ponieważ temperatura ścieków jest znacznie niższa niż w przypadku prysznica lub wanny.

Drugim problemem jest przewymiarowanie instalacji. Większy wymiennik nie zawsze oznacza większe oszczędności. Jeżeli przepływ ścieków jest niewielki, urządzenie nie wykorzysta swojego potencjału.

Trzecim błędem jest pominięcie izolacji przewodów doprowadzających wodę do zasobnika. Straty ciepła na kilku metrach niezaizolowanej instalacji mogą ograniczyć część korzyści wynikających z odzysku energii.

Połączenie z pompą ciepła i instalacją ciepłej wody użytkowej daje największe korzyści

Sam wymiennik ściekowy nie produkuje energii. Jego zadaniem jest podniesienie temperatury zimnej wody lub dolnego źródła pompy ciepła. To właśnie współpraca kilku technologii pozwala osiągnąć najwyższą efektywność całego budynku.

W praktyce odzysk energii najczęściej współpracuje z pompami ciepła powietrze-woda, gruntowymi pompami ciepła oraz klasycznymi zasobnikami CWU. Każde z tych rozwiązań przynosi inne korzyści.

Połączenie z pompą ciepła

Pompa ciepła pracuje tym wydajniej, im wyższą temperaturę posiada źródło energii. Wstępne podgrzanie wody lub wykorzystanie ciepła ścieków pozwala ograniczyć pracę sprężarki, a tym samym zmniejszyć pobór energii elektrycznej.

Przykładowo wzrost temperatury zasilania o kilka stopni może zwiększyć sezonowy współczynnik efektywności COP o kilka procent. W skali roku przekłada się to na zauważalne oszczędności.

Współpraca z instalacją fotowoltaiczną

Coraz częściej odzysk ciepła ze ścieków jest elementem większego systemu zarządzania energią. Instalacja fotowoltaiczna produkuje energię elektryczną, pompa ciepła wykorzystuje ją do ogrzewania budynku, a wymiennik ogranicza ilość energii potrzebnej do przygotowania ciepłej wody.

Takie połączenie sprawia, że budynek staje się mniej zależny od cen energii oraz bardziej odporny na wzrost kosztów eksploatacyjnych.

Jak wygląda przykładowy układ instalacji

1. Zimna woda wpływa do wymiennika odzysku ciepła.
2. Ścieki oddają część swojej energii świeżej wodzie.
3. Podgrzana woda trafia do pompy ciepła lub zasobnika CWU.
4. Urządzenie grzewcze podnosi temperaturę do wymaganej wartości.
5. Do punktów poboru trafia gotowa ciepła woda przy znacznie mniejszym zużyciu energii.

Największą zaletą takiego rozwiązania jest brak skomplikowanej obsługi. Po uruchomieniu instalacja działa automatycznie, nie wymagając codziennych czynności ze strony użytkownika.