Teknik och forskning | 6 dec 2022

Spillvatten inte längre till spillo

I dag står tappvarmvattnet för den största delen av moderna byggnaders energibehov eftersom husen isoleras väl och varmluftsåtervinning redan är vanligt. Ungefär 25 kWh/m2 Atemp förbrukas i svenska flerbostadshus – och med värmeåtervinning från spillvatten finns en teoretisk potential att återvinna 20–25 procent av den energin [5].

Examensarbetet, som den här artikeln bygger på, är inriktat på värmeåtervinning ur avloppsvatten i flerbostadshus. Energi som annars skulle gå till spillo kan istället bidra till att värma upp en fastighet eller dess vatten.

Det är naturligtvis intressant att konstatera hur mycket vatten som används i en byggnad för att avgöra hur mycket energi som finns att spara. Vi tog därför kontakt med AB Bostäder i Borås som delade med sig av vattenförbrukningsdata för sina byggnader. Förbrukning kunde ses för olika byggnader över valfria perioder som grafer och totalförbrukning. I arbetet valde vi att ta med daglig och årlig redovisning.

Förbrukningen över ett dygn varierar och beror exempelvis på när hyresgästerna är hemma och duschar, lagar mat och tvättar eller när de är borta från hemmet eller sover. Förbrukningen över ett år kan bero på målgruppen, det kan exempelvis finnas trender för om det är äldre, studenter eller familjer som bor i byggnaden. I en studentbostad skulle det kunna vara så att många åker hem till sina familjer under sommaren och då blir det inte en så stor vattenförbrukning under den perioden.

En annan del av arbetet var intervjuer med leverantörer och tillverkare för spillvattenvärmeväxlare för att skapa en bild av de produkter som finns på marknaden i dag. Det fanns en del olika växlare och exempel på ihopkopplade system. De vi hittade var:

• Power-Pipe som säljs av iNEX. Power-Pipe har ett inre rör för spillvattnet och runt detta slingras tappvattnet likt en spiral [4].
• iNEX GK, utvecklad av iNEX. Ett dubbelmantrarör i rostfritt stål där spillvattnet leds i innerröret och tappvattnet i ytterröret [3].
• MM-växlaren, utvecklad av Mikael Wargbäck på Warm AB. Växlaren tillverkas i koppar och är ett dubbelmantrarör [1].
• Bauer Spuab säljs av Ramson i samarbete med Torsten Bauer. Bauer Spuab har ett yttre rör för tappvattnet och ett inre rör för spillvattnet. Det inre röret har speciella vinklar som skapar en turbulent strömning trots att växlaren monteras liggande [9].
• Ekoflow, utvecklad av Isakssons. Växlaren fungerar bäst när svart- och gråvatten separeras [8]. Ekoflow tillverkas med olika många rörpassager och i olika längder [7].
• Evertherm SEW och ARV av Evertherm, ett dotterbolag till Ecoclime. Evertherm har ett komplett system som innehåller en tuggerpump som finfördelar klumpar i vattnet, en eller flera bufferttankar som utjämnar flödet, en eller flera kollektortankar där själva växlaren sitter och avlämnar energin till en värmepump. Systemet har även ackumulatortankar som anpassas för energiprestanda och mät- och styrsystem [2]. I figur 1 visas Evertherm SEW-lösning.

Växlarna går att montera på många olika sätt och ett av flertalet exempel visas i figur 2.

Det var intressant att undersöka befintliga installationer med dokumentation för energibesparingar. De exempel som vi läste om hade lite olika resultat där vissa gjorde besparingar medan andra gick back, det vill säga avloppet värmdes upp istället för tappvattnet.

Det verkar vara en trend att den utlovade verkningsgraden inte har blivit den verkliga och det kan bero på feldimensionering men troligare att verkligheten inte är ideal till skillnad från hur man brukar välja att räkna.

Vi bestämde oss för att göra ett beräkningsexempel för en installation av ett Evertherm SEW-system med en föreslagen byggnad från AB Bostäder. Beräkningen gjordes med hjälp av Evertherm för en byggnad på Östgötagatan 4–12 i Borås. Denna byggnad har en risk för trångboddhet vilket leder till en högre vattenförbrukning. Byggnaden har 95 lägenheter och 7 611 kvadratmeter boarea med en blandning av två-, tre- och fyrarumslägenheter med cirka 217 boende.

Vi fick använda Keepaneye, som är en databas för vattenförbrukning, där vi kunde vi ta fram ett approximativt nummer för vattenförbrukningen. Det årliga värdet på byggnadens vattenförbrukning låg på cirka 40 000 kubikmeter under 2020 [6].

Evertherm har genomfört en energikalkyl för att dimensionera ett energiåtervinningssystem för spillvattnet. I kalkylen räknades ett dygnsvärde på 53 kvadratmeter med 25 °C på spillvattnet. Ett inomhussystem valdes av Evertherm som visas i figur 3. Systemet består av:

• Kollektor: sex kollektormoduler à 1,2 kubikmeter och ett externt pumprack
• Buffert: en pumpmodul och sex buffertmoduler à 1,2 kubikmeter
• Värmepump: cirka 88 kW nominell värmeeffekt.

Evertherm gjorde en simulering för anläggningen på 30 dagar med fem minuters tidssteg. Efter simuleringen kunde ett anpassat system bestämmas för byggnaden. Anläggningen består av två viktiga delar: kollektorer och bufferttankar. I bufferttankarna samlas spillvattnet under några timmar medan kollektorerna lagrar energin. Kollektorerna gör 8,6 cykler under 24 timmar, vilket visas i figur 4. Kollektorerna fylls med spillvattnet som har cirka 25 °C sedan börjar energiväxling i cirka 1,5 timme. I figur 4 visas hur temperaturen sänks från 25 °C till cirka 10 °C innan det släpps ut i avloppet. Värmepumpen som används i systemet har 5,21 i COP och levererar 484 MWh/år och den sparade energin av spillvattnet blir 391 MWh/år. Med andra ord, för att leverera 484 MWh/år
av värmepumpen behövs 92,9 MWh/år el till värmepumpen. Uppvärmningssystemet har tur- och returtemperatur 45/55 °C vilket passar utmärkt till anläggningen. Verkningsgrad för systemet beräknades vara cirka 95 procent enligt simuleringskalkylen [2].

För att se vinster för investeringen använde Evertherm direktavkastningsmetoden och vi gjorde även en egen beräkning med nuvärdesmetoden. Direktavkastningskalkylen bygger på en värdeökning av fastigheten efter en investering av ett energiåtervinningssystem. Denna metod kan alltså användas av fastighetsägare som har planer på att sälja sin fastighet. Enligt ekvationen (1) krävs det en ökning på driftnetto i byggnaden för en värdeökning av investeringen. I detta fall räknades med ett direktavkastningskrav på 4 procent och räntan 2 procent. Driftnetto efter investeringen blir 1 022 kronor/kvadratmeter och med hjälp av ekvationen beräknades investeringsöverskottet vara 1,8 miljoner kronor [2].

Fastighetens värde = Driftnetto ÷ Direkt­avkastningskrav (1)

För nuvärdesmetoden som baseras på besparingar, användes den ekonomiska livslängden med 20 procent av investeringen i maskinkomponenter med en avskrivningstid på 12,5 år och resterande 80 procent för fastighetskomponenter med en avskrivningstid på 50 år. Enligt denna metod sparades 1,1 miljoner kronor. Enligt paybackmetoden ska det ta 18,5 år för investeringen att betala sig.

Mer detaljer runt ekonomikalkylerna redovisas i examensarbetet. Hela examensarbetet finns att hämta på diva.se.

Diskussion:

Värmeväxlarna till flerbostadslägenheter behöver självklart en lite annorlunda strategi då det inte går att hindra hyresgästerna från att spola ned saker som inte hör hemma i avloppet. Företagen har därför fått anpassa sina produkter med exempelvis rengörande funktioner. Det går att välja att byta ut en del av avloppsstammen mot en värmeväxlare av samma diameter. Detta innebär att avloppsflödet inte stryps, det vill säga inget stopp kommer att orsakas av växlaren men en viss minskning av effekten kan märkas. Det går också att välja att montera växlare av mindre rördiameter med en by-pass-ledning för en högre effekt men det betyder att om stopp skulle förekomma får man ingen återvinning. Som Evertherm visat är det också möjligt att förarbeta avloppsvattnet för att det ska bli mer lätthanterligt. Samlas vattnet sedan upp i tankar jämnas flödet ut för att kunna använda vattnet ännu mer effektivt.

Kalkylräntan har en avgörande betydelse för besparingen och man vill ha en så låg ränta som möjligt. AB Bostäder i Borås har normalt en ränta under två procent vilket gör investeringen lönsam för dem. Viktigt att komma ihåg är också att ju högre fjärrvärmepris (i detta fall) desto större ekonomisk besparing går det att få ut av en likartad investering.

Artikelförfattare: Charlotta Ehrnholm, energiingenjör, Högskolan i Borås
Hicham Khaddam, energiingenjör, Högskolan i Borås