Vytápění, ohřev teplé vody a zpětné získávání tepla v čistírně odpadních vod

Jan Novotný TZB - Technické zařízení budov 22.02.2021

V době pokročilých technologických možností a zároveň zvyšujících se cen za energie spousta lidí přemýšlí, jak ušetřit za elektřinu, teplo, plyn a další energetické komodity. Není důležité, jestli provozujete domácnost, podnikáte v průmyslu, zemědělství nebo jiném odvětví. V domácnostech dnes běžně najdeme tepelná čerpadla, termické kolektory pro ohřev vody nebo fotovoltaiku. Ještě více jsou takové technologie využitelné v komerční sféře. V takovém případě můžeme rozšířit technologie například o využívání kogeneračních jednotek, popřípadě o zpětné získávání tepla z různorodých výrobních procesů v závislosti na typu provozu.  

Stejně tak přemýšlíme i my, a proto jsme se s odhodláním ujali realizace projektu, který se zabýval rekonstrukcí technologického vybavení elektrokotelny v čistírně odpadních vod. Toto prostředí přímo vybízí k využívání zařízení zpětného získávání tepla (ZZT). 

Původní stav 

Vytápění a ohřev teplé vody bylo řešeno dvěma elektrickými kotli o celkovém výkonu 144 kW. Vyrobená tepelná energie byla ukládána do čtyř akumulačních nádob o celkovém objemu 16 m3. Odtud byla otopná voda rozváděna do jednotlivých objektů a technologických provozů čistírny odpadních vod. Regulace průtoku byla zajištěna pomocí směšovacích uzlů složených z oběhových čerpadel a trojcestných směšovacích ventilů. Směšovací uzly se nacházely v jednotlivých vytápěných objektech.   

Nový stav

Vzhledem k potenciálu využívání ZZT z procesů využívaných k čistění odpadní vody jsou elektrokotle primárně nahrazeny dvěma tepelnými čerpadly voda/voda a dvěma výměníky tepla pro zpětné získávání tepla ze stlačeného vzduchu. Primární zdroje tepla jsou doplněny o dva záložní elektrokotle s celkovým výkonem 48 kW. Otopná voda je z akumulační nádrže (1500 litrů) přes rozdělovač a sběrač rozváděna do dvou otopných větví. Teplá voda je ohřívána v zásobníkovém ohřívači s objemem 300 litrů.

Získávání tepelné energie z odpadní vody

Po poslední fázi čistění v dosazovací nádrži je voda odváděna do recipientu. Teplota odváděné vody se v tomto případě v zimním období pohybuje okolo 10 °C. Toho využívají tepelná čerpadla, odváděnou vodu ještě více ochladí (na cca 4 °C) a využívají tak nízkopotenciální teplo z vyčištěné vody. Mezi tepelná čerpadla a rozvod odvádění vody je vřazený oddělovací okruh. Jeho úkolem je ochránit výparník tepelného čerpadla před zamrznutím a zanesením. K předávání tepla mezi oddělovacím okruhem a vyčištěnou vodou je využíván deskový výměník a jako teplonosná látka je využívána nemrznoucí směs. Získaná tepelná energie je ukládána do otopné vody v akumulační nádrži. 

Získávání tepelné energie ze stlačeného vzduchu

Jedním z procesů čištění odpadní vody je nitrifikace (odstraňování amoniakálního dusíku). Proces nitrifikace probíhá za přístupu vzduchu. U dna nádrže je umístěn aerační systém, který přivádí stlačený vzduch a zajišťuje provzdušňování. Stlačený vzduch je vyráběn dvěma dmychadly. A tady nalézáme další zdroj využitelné tepelné energie. Při stlačování vzduchu dochází také k jeho ohřívání. Na výstupu z dmychadel jsou umístěny výměníky, které předávají tepelnou energii ze vzduchu do vody. Takto získaná tepelná energie zajišťuje primárně ohřev teplé vody v zásobníku, ale může být využívána i k předehřívání otopné vody v akumulační nádrži otopné vody.