Каждый раз, когда вы смываете свой туалет или сливаете ванну, вы теряете что-то удивительно ценное: тепло.

В первую очередь требуется много энергии, чтобы разогреть воду, и огромное количество этой энергии просто исчезает в канализации и теряется в окружающей среде. Вокруг 15-30% типичного счета за электроэнергию дома идет по отопительной воде. Повторное использование этого «тепла» было бы действительно простым способом сделать нашу жизнь более устойчивой.

Энергия повсюду в городском водном цикле. Водные утилиты используют его для производства питьевой воды и накачивают его к вашему крану дома. После использования вода выгружается в канализацию и очищается на очистных сооружениях. Эти очистные и сточные воды снова используют энергию.

Вода не должна быть огромным расходом энергии - это может быть даже завод чистой энергии. Например, мы уже можем производить биогаз из наших отходов и использовать его для питания «автобуса» среди прочего.

Для нагрева воды требуется примерно в десять раз больше энергии, чем накачивать ее или обрабатывать после использования. И эта энергия обычно теряется. В конце концов, горячая вода из вашего крана обычно остается теплой, когда она идет вниз, и, следовательно, сточная вода содержит много тепловой энергии.

Повторное использование этого тепла было бы легкой победой для окружающей среды. Это сделало бы водный цикл более энергоэффективным и значительно сократил бы наш углеродный след.

Чтобы восстановить тепло из нашей сточной воды, нам сначала нужно теплообменник, Это устройство может управлять потоком холодной воды рядом с более теплым, без смешивания двух жидкостей. Вместо этого тепло извлекается из теплой воды и переносится в холодную воду.

В простой домашней системе холодная вода, идущая к душевой, может быть предварительно подогрета теплом от отработанного душа, кухни и воды для ванн, а значит, мы можем использовать менее теплую воду для создания комфортного душа.

В более крупных системах теплообменник можно установить в канализационной магистрали на улице. В этом случае холодный поток будет рециркулирующей средой, передающей тепло в тепловой насос – своего рода холодильник, работающий наоборот. Этот тепловой насос может передавать тепло при гораздо более высокой температуре (около 50°С) в третий поток воды. Этот горячий поток затем можно использовать в здании для отопления помещений или горячего водоснабжения.

Во-первых, сложно определить, насколько эффективным будет рекуперация тепла, так как чрезвычайно сложно проводить измерения расхода и температуры в канализации. Устройства быстро забиваются твердыми отходами и бытовым мусором. Доступное тепло в канализации также сильно варьируется от дня к дню или даже час к часу.

Чтобы преодолеть трудности при проведении прямых измерений, мы использовали компьютерные модели, которые могут предсказать, сколько тепла доступно в канализационной сети. Одна модель, Simdeum, рассматривает использование туалетов, кранов, стиральных машин и других приборов для оценки того, сколько воды будет в канализации, и насколько оно будет горячим. Другая модель, Sobek, подсчитает, сколько воды протекает через канализационную сеть и уровень воды в канализационной сети. Мы разработали дополнительный модуль, который учитывает, сколько тепла теряется через стенки труб в окружающую почву.

Эти модели работают на практике. Когда мы исследовали использование воды студентами, живущими в кампусе Университета Бата, мы обнаружили, что наши прогнозы расхода и температуры, основанные на опросах, сопоставляются с данными из ближайших колодцев.

Но мы можем использовать эту теплоту только после того, как выясним, как ее хранить или подавать в более высокую систему отопления. Сильные суточные изменения в использовании воды и отставание между спросом на горячую воду, которое достигает максимума в утреннее время ливня, и его подача в канализацию означает маломасштабное повторное использование тепла, остается нецелесообразным.

Однако все это возможно в более широком масштабе. Модельные расчеты в голландском городе Almere показало, что рекуперация тепла из канализации становится привлекательной после сбора сточных вод у 5,000 или более людей. Практические доказательства использования систем можно найти в Германии, Швейцарии и Скандинавии.Эта статья была написана с Лаурой Пиччинини в рамках ее магистерского проекта в EPFL Lausanne.