Tillvaratagande av värmeenergi ur gråvatten med värmepump i flerbostadshus

Stora mängder energi lämnar bostäder med avloppsvattnet utan något bemödande att återföra det uppvärmda vattnets värmeenergi tillbaka till byggnaden. Med ökade klimatskalsförbättringar av traditionellt slag för att möta de nära-nollenergikrav på nybyggnationer för bostadshus som träder i kraft i slutet av 2020 kan energiförlusterna i byggnader till allt större del allokeras till det avloppsvatten som lämnar byggnaden. Målet med detta arbete är att undersöka huruvida betydande energibesparingar inom området kan erhållas, samt att bedöma de ekonomiska möjligheterna och utsikterna för att tillvarata värmeenergi med hjälp av värmepump ur gråvatten från flerbostadshus uppkopplade mot fjärrvärmenät. Och i och med det visa vilka faktorer som visar sig utöva påverkan på de driftmässiga besparingsmöjligheterna samt uppvisa hur pass känsligt resultatet är i förhållande till ett urval av dessa faktorer. Arbetet utgörs av och har genomförts i två delar: en litteraturstudie och en beräkningsstudie. Avloppsvatten kan delas in i spillvatten, dagvatten och dräneringsvatten. Spillvatten är avfallsbidraget från hushåll och andra fastigheter till avloppet. Hushållens spillvatten kan i sin tur indelas i gråvatten och svartvatten. Gråvatten är det vatten som kommer från bad, disk och tvätt, vilket av det skälet även kallas BDT-vatten. Svartvatten är det vatten som spolas ut från toaletter, och kallas därför även klosettvatten. Vid separerade flöden infinner sig möjligheten att tillvarata värmeenergi direkt från gråvatten, som också är den varmare, volymmässigt största och mer lätthanterliga fraktionen, både ur vattenrenings- och värmeåtervinningssynpunkt. Studier på källsorterande system visar på flera fördelar i stort med att hålla hushållens avloppsflöde separerade, såsom bland annat utökad resurseffektivitet av kväve och fosfor vid reningsverken. Nedsmutsning av värmeväxlarytor, i synnerhet av biofilm, utgör en utmaning då avloppsvatten ska användas som värmekälla och är något som måste beaktas även vid tillvaratagande av värme ur gråvatten. Resultatet från beräkningsstudien av ett enskilt fall med tappvarmvattenförvärmning, givet en rad antaganden, gav en driftmässig kostnadsbesparing på cirka 31 000 kr per år och ett nuvärde på dessa årliga besparingar sett över 20 år på cirka 355 000 kr. Energibesparingen uppgick till cirka 63 000 kWh per år vilket innebär en minskning av totala behovet av köpt energi för tappvarmvattenproduktion med cirka 67 % vid uppvärmning av tappvarmvatten till 55 °C. Känslighetsanalysen visar att avgörande parametrar i beräkningsstudien såsom el- och fjärrvärmepris, värmepumpens livslängd och kalkylräntan medför relativt stora förändringar av resultatet om de tillåts att variera. Det är uppenbart att det finns stora mängder energi att återvinna, det är också uppenbart att svårigheter gör att gråvatten som värmekälla inte kan behandlas lättvindigt då bland annat den långsiktiga utvecklingen av vattenanvändningen och hög föroreningsgrad är faktorer som måste beaktas i tillägg till de faktorer som tas upp i känslighetsanalysen. Dubbla system med fjärrvärme och värmepump innebär en högre investering men är samtidigt något som kan ses som ett verktyg för att utnyttja de ökande energiprisvariationer som en allt större andel förnybar icke-reglerbar elproduktion sannolikt innebär genom att helt enkelt kunna variera uppvärmningssätt efter varierande energipriser och finna optimal andelsfördelning. För en fastighetsägare blir det i takt med en sådan utveckling alltmer gynnsamt att kunna välja det som för tiden är det billigaste alternativet.Large amounts of energy leave homes with wastewater without any effort to return the heated water's thermal energy back to the building. With increased thermal envelope improvements of a traditional nature to meet the nearly zero-energy requirements for residential buildings that will come into effect by the end of 2020, energy losses in buildings can increasingly be allocated to the wastewater leaving the building. The aim of this work is to investigate whether significant energy savings in the mentioned area can be obtained, as well as to assess the economic opportunities and prospects for utilizing heat energy from grey water from multi-residential buildings connected to district heating networks with the help of a heat pump. And by that show which factors are shown to influence the operational savings and how sensitive the results are in relation to a selection of these factors. The work consists of and has been carried out in two parts: a literature study and a calculation study. Household wastewater can be divided into grey and black water. Grey water is the water that comes from bath, dishes and laundry and black water is the water that is flushed out of the toilets. Separated flows reveal the possibility of utilizing thermal energy directly from grey water, which is also the warmer, volume largest and more manageable fraction, both from a water purification and heat recovery standpoint. Studies on source separated systems show a wide range of benefits, largely by keeping household wastewater separated, such as increased resource efficiency of nitrogen and phosphorus at the wastewater treatment plants. The contamination of heat exchanger surfaces, especially biofilm, poses a challenge when wastewater is used as a heat source and is something that has to be taken into account even when using grey water as a heat source. The result of the calculations of an individual case with preheating of domestic hot water, given a series of assumptions, resulted in operational cost savings of approximately SEK 31,000 per year and a present value of these annual savings over 20 years of approximately SEK 355,000. Energy savings amounted to approximately 63,000 kWh per year, which means a reduction of the total need for purchased energy for domestic hot water production by 67 % with an assumption of a final domestic hot water temperature of 55 °C. The sensitivity analysis shows that crucial parameters in the calculation study such as electrical and district heating price, heat pump life and discount rate entail relatively large changes in profit if allowed to vary. It is obvious that there are large amounts of energy to potentially recycle. It is also obvious that difficulties cause grey water as a source of heat not be treated easily because, among other things, the long-term development of household water use and high pollution rates are factors that must be considered in addition to the factors brought up in the sensitivity analysis. District heating and heat pump combined imply a higher investment than a single heating system, but at the same time is something that can be seen as a tool for utilizing the assumed increasing energy price variations that an increasing proportion of intermittent renewable power generation implies simply by varying heating configuration with changes in energy prices and finding the optimal share. For a property owner, it would at this point be favorable to be able to choose what the cheapest option is currently