Dajú sa zachytávaním tepla z kanalizácie naozaj ušetriť energie potrebné pre prípravu teplej vody? Koľko percent potreby teplej vody je možné takto v bytovom dome zabezpečiť? My sme zistili, že 100 %. Naozaj.
Základné fakty o príprave teplej vody
Na ohriatie studenej vody na teplú vodu (z teploty 10 °C na 50 °C) je potrebná tepelná energia 46,5 kWh/m3. S menším množstvom tepelnej energie sa teplá voda pripraviť nedá, je to dané fyzikálnymi zákonmi. V praxi sa často stretávame so sústavami centrálneho zásobovania teplou vodou, kde sa spotrebuje na prípravu teplej vody výrazne viac tepla, pretože pri jej výrobe a distribúcii dochádza ku stratám a bežné spotreby sú na úrovni dokonca viac ako 100 kWh/m3.
Vývojový tím našej spoločnosti hľadal možnosti a spôsob, ako dosiahnuť hodnotu spotreby tepla potrebného pre prípravu teplej vody výrazne pod hranicu 46 kWh/m3, čo v podstate nie je možné. Po niekoľkých rokoch vývoja, skúšok a prepočtov dnes vieme zabezpečiť prípravu a distribúciu teplej vody so spotrebou energie pod 19 kWh/m3!
Princíp riešenia
Nie, nevymysleli sme perpetuum mobile, my sme našli a využili zdroj tepelnej energie, ktorý je nevyčerpateľný a teplo z neho je k dispozícii bezplatne. Na získanie tohto tepla spotrebujeme len pomerne malé množstvo elektrickej energie na jeho „prečerpanie“ do sústavy prípravy teplej vody, alebo do vykurovacej sústavy. Teplo, ktoré v skutočnosti na prípravu teplej vody využijeme je zadarmo a preto v žiadnej bilancii táto energia nefiguruje. Ľudia nájdu vo vyúčtovaniach len spotrebu elektriny, ktorú na zachytenie tepla potrebujeme a vyzerá to, ako keby sme pripravovali teplú vodu len so spotrebou elektriny menšou ako 19 kWh/m3. Kde sme tento zdroj našli? Ide o kanalizáciu, ktorá z objektov odnáša veľké množstvo tepla.
Naše vstupné údaje
Do akej miery má zmysel zaoberať sa touto problematikou? Koľko tepelnej energie sa ukrýva v kanalizácii? Koľko tepla sa dá ušetriť zachytením tepla z kanalizácie? Keď sme sa pred niekoľkými rokmi začali tejto problematike venovať, nenašli sme nikde odpovede na naše otázky. Nepomohla nám odborná literatúra, internet, ani žiadne štúdie. Konzultácie s odborníkmi boli len na úrovni odhadov, či predpokladov. Technické riešenia efektívnej rekuperácie tepla z kanalizácie pre oblasť objektov sme u nás, ani v zahraničí nenašli.
Riešenie
Naším riešením je inštalácia rekuperačného zariadenia na spätné získavanie tepla z kanalizácie. Základný princíp spočíva v umiestnení tepelného výmenníka do systému domovej kanalizácie pred zaústením do verejnej kanalizácie. Pomocou výmenníka a ďalšieho technologického zariadenia sa odoberá teplo z odchádzajúcej odpadovej vody a na druhej strane zariadenia sa zachytené teplo využíva na prípravu teplej vody. Keď zariadenie pripraví dostatočne teplú vodu, prestane objekt odoberať teplú vodu z centrálneho zdroja a začne sa dodávať do domu voda pripravená odpadovým teplom. Ak sa teplá voda pripravená týmto teplom minie, prepne sa dodávka teplej vody znovu na centrálny zdroj tepla.
Týmto riešením sme dosiahli nasledovné
Zachytenie veľkého množstvo odpadového tepla
V rekuperačnom zariadení sa zachytáva dostatočné množstvo tepla potrebné pre prípravu teplej vody pre daný bytový dom, ktoré by inak uniklo z domu bez využitia. Do kanalizácie totiž z domu neodchádza len teplo, ktoré prišlo prostredníctvom teplej vody. Do kanalizácie sa dostane aj teplo, ktoré prišlo do objektu vykurovacou sústavou a prenáša sa ohrievaním studenej vody v nádržkách toaliet a ich následným spláchnutím spolu s našim biologickým teplom v podobe exkrementov. V kanalizácii tiež skončí elektrická energia, ktorá sa v práčke, alebo v umývačke premení na teplú odpadovú vodu.
Legislatívne priechodné riešenie na zabezpečenie prípravy teplej vody
Výstavba akýchkoľvek lokálnych zdrojov tepla v mestách s centrálnym dodávateľom tepla nie je možná, Zákon o tepelnej energetike to neumožňuje. Rekuperačné zariadenie ale nie je zdroj tepla – je to „zachytávač“ tepla, ktoré obyvatelia domu už raz nakúpili, tepla, ktoré je ich majetkom, nie je preto žiadna legislatívna prekážka pri jeho inštalácii a schvaľovacom procese pri stavebných povoleniach.
Zhodnotenie úsporných opatrení obyvateľov dotknutého objektu
Ak sa v objekte pripojenom na centrálny zdroj tepla v sústave s viacerými objektmi vykoná vyregulovanie a zateplenie rozvodov teplej vody, úspory z toho opatrenia sa rozdelia pre všetky objekty v okruhu zdroja tepla. Pri inštalácii nášho zariadenia sa úspory zo zateplenia a vyregulovania rozvodov TV v objekte v plnom rozsahu prejavia v zníženej spotrebe teplej vody dodávanej z centrálneho zdroja tepla pre objekt a profitujú z nich obyvatelia objektu – nie obyvatelia celého okruhu zdroja tepla.
Ochranu životného prostredie v mestách – znižovanie teploty
Zachytením tepla z kanalizácie sa obmedzuje ohrievanie ovzdušia miest. Kanalizačná sústava je obrovský vykurovací kolektor, ktorý vyhrieva (hlavne v zimnom období) podzemie miest. Prečo sa v mestách sneh neudrží, ale v okolí miest je v zime pekne bielo? Prečo zmizli potkany z okolia objektu, kde sme začali zachytávať teplo z kanalizácie? Sú to otázky, na ktoré už vieme odpovedať. Tento kanalizačný „vykurovací kolektor“ dokážeme vychladiť, čím sa podzemie miest ochladí a odobraté teplo z kanalizácie zostane v objekte, kde sa opakovane využije.
Ochrana ovzdušia a výrazné znižovanie produkcie CO2
Zachytené teplo, ktoré opätovne vraciame do systému prípravy teplej vody a vykurovania netreba produkovať spaľovaním palív v teplárňach a v kotolniach, čím sa výrazne znižuje produkcia látok znečisťujúcich ovzdušie.
Naše skúsenosti – ročná bilancia
Dnes sa vieme rozdeliť o skúsenosti z ročnej prevádzky rekuperačného zariadenia na získavanie tepla z kanalizácie a prípravu teplej vody v bytovom dome (88 bytov) v Košiciach. Išlo o úplne prvú inštaláciu takéhoto rozsahu v bytovom dome, ktorú sme zrealizovali v období jún až september 2018. V októbri sme uviedli zariadenie do skúšobnej prevádzky a začali zbierať prvé údaje z meračov. Konečne sme mohli začať porovnávať skutočnosť s našimi predpokladmi a výpočtami. Keďže išlo o prototyp zariadenia, vyladenie technológie nám trvalo 7 mesiacov. Už počas tejto doby sme boli schopní teplom z kanalizácie zabezpečiť prípravu teplej vody na 88,2 %. Zvyšných 11,8 % teplej vody bolo dodaných štandardným spôsobom od dodávateľa tepla. Počas nasledovných 5 mesiacov sme zvýšili podiel dodanej teplej vody ohriatej odpadovým teplom na 99,5 %. Dnes už vieme garantovať dodávku teplej vody ohrevom len odpadovým teplom z kanalizácie na 100 %.
Čo sa týka energetickej náročnosti zachytávania tepla z kanalizácie, dosiahli sme za 7 mesiacov skúšobnej prevádzky priemernú spotrebu elektrickej energie 21,8 kWh/m3 a v nasledujúcich 5 mesiacoch sme ju ustabilizovali na priemernej hodnote 18,6 kWh/m3, pričom elektrická energia je spotrebovaná len na „prečerpávanie“ tepla z kanalizácie do ohrievanej vody, nevyužíva sa priamo na prípravu teplej vody. Keď to porovnáme s predchádzajúcim obdobím, keď dodávateľ tepla dodával do objektu teplú vodu zo spotrebou tepla 121 kWh/m3 na jej ohrev a distribúciu, dosahujeme energetickú úsporu 84,63 %.
Keď prepočítame spotrebovanú energiu potrebnú pre prípravu teplej vody na primárnu energiu, bilancia sa nejaví až taká oslnivá. Faktor primárnej energie je totiž pre teplárne stanovený zvláštnym spôsobom. Keď uvažujeme, že v teplárni sa pri spálení plynu (f = 1,36) a uhlia (f = 1,40) produkuje približne polovica elektrickej energie a polovica tepla, je zvláštne, že dva produkty toho istého výrobného procesu, ktoré sú oba neoddeliteľne prítomné pri výrobe, sú zaťažené v konkrétnom prípade koeficientom primárnej energie: TEPLO f = 0,46 ELEKTRINA f = 2,764. Zohľadnením uvedených koeficientov bola dosiahnutá energetická náročnosť prípravy teplej vody z centrálneho zdroja tepla v minulosti 55,66 kWh/m3 a teraz dosahujeme hodnotu 51,41, čiže, napriek umelému zvýhodňovaniu teplární pri určovaní faktoru primárnej energie sme znížili spotrebu primárnej energie o 77,6 %.
Aj vo vzťahu k životnému prostrediu je naše riešenie skutočne výnimočné. Produkciu CO2 sme znížili oproti pôvodnému systému dodávky teplej vody z pôvodných 76,19 kg/m3 ohriatej vody na 5,45 kg/m3, čo je úspora 92,8% produkcie CO2.
Pre väčšinu investorov je samozrejme najzaujímavejšia téma „finančná úspora“. Tu sa ale nedajú výsledky zovšeobecňovať. Každý zdroj tepla má rôznu efektivitu výroby a distribúcie teplej vody, rôznu cenu tepla a výsledkom je výrazný rozdiel v platbách, ktoré ľudia zaplatia za prípravu teplej vody. Bežne sa stretávame s objektmi, kde je cena za prípravu teplej vody nad 13 Eur/m3, ale zaevidovali sme aj objekty, kde bola voda ohrievaná za cenu pod 7 Eur/m3. Návratnosť investície teda treba vypočítať pre každý objekt individuálne. Finančnú analýzu vypracujeme bezplatne, na základe vyúčtovania za teplo na vykurovanie a prípravu teplej vody za predchádzajúci rok.
Upozorňujeme, že stav finančných úspor nastane až po dvoch rokoch od uvedenia do prevádzky. Prvé dva roky po vykonaní akéhokoľvek úsporného opatrenia na zníženie spotreby tepla sa v podmienkach našej legislatívy úspora dosiahnuť nedá. To sa týka všetkých úsporných opatrení (zateplenie, regulácia, rekuperácia). Fixná zložka ceny tepla sa platí podľa spotreby tepla pred dvomi rokmi, čiže aj keby sa znížila spotreba tepla na nulu, fixnú zložku bude odberateľ platiť v plnej výške ešte 2 roky. V konkrétnom prípade nášho objektu tvorí fixná zložka dve tretiny platby za teplo, ktorú treba zaplatiť aj v prípade nulového odberu tepla. Je to dané platnou legislatívou, ktorá tak garantuje príjmy dodávateľom tepla ešte na ďalšie 2 roky, čo sa dá komentovať len veľmi kriticky a čo považujeme za vážnu tému na diskusiu pre širokú odbornú verejnosť. Napriek uvedenej skutočnosti je plánovaná návratnosť investície v našej prvej realizácii v horizonte do 7 rokov.
Záver
Naša prvá inštalácia a ročná prevádzka zariadenia na rekuperáciu tepla z kanalizácie v bytovom dome v Košiciach nám potvrdila, že sme sa vydali správnym smerom. Naše merania potvrdili, že v podzemí našich miest je obrovský rezervoár tepla, z ktorého sa dá čerpať porovnateľné množstvo tepla, aké produkujú teplárne, kotolne a iné zdroje tepla v týchto mestách. Je to teplo, ktoré uniká z budov nekontrolovaným spôsobom v množstve, ktoré aj nás prekvapilo. Pre našich klientov vieme garantovať úspory energie a financií v rovnakej, alebo dokonca vo vyššej miere aké boli zaznamenané pri programe zatepľovania bytových domov. Pri kombinácii zateplenia obvodového plášťa budovy a dodávke tepla rekuperáciou z našej technológie je možné dosiahnuť aj pri panelových domoch úroveň energetickej náročnosti budov s takmer nulovou spotrebou tepla.
Spolu s naším riešením ponúkame aj elimináciu nadmerných platieb za teplo v prvých dvoch rokoch po vykonaní úsporných opatrení na zníženie spotreby tepla, ktorú si teplárenské spoločnosti uplatňujú prostredníctvom nezmenených fixných platieb. Pri financovaní projektu cez program SlovSEFF III (prostriedok financovania projektov udržateľnej energie z prostriedkov Európskej banky pre obnovu a rozvoj) je pri našej realizácii projekt podporený 15 % nenávratným grantom, ktorý sa vypláca po uvedení zariadenia do prevádzky a svojou výškou približne zodpovedá finančným stratám, ktoré sú tvorené nezmenenými fixnými platbami dodávateľovi tepla. Pre získanie uvedenej finančnej podpory z programu SlovSEFF III ponúkame bezplatnú konzultáciu.
Vďaka výške úspor, ktoré je možné s naším zariadením dosiahnuť a financovaniu cez program SlovSEFF III vieme ponúknuť klientom úspory v celkovej platbe za energie a splátku úveru hneď od prvého dňa inštalácie zariadenia a takmer nulové platby za prípravu teplej vody v dlhodobom horizonte.
Oslovila vás táto téma? Máte otázky? Radi vám ich zodpovieme!
