Gråvatten som resurs i den hållbara staden - värmeåtervinning från avloppsvatten i Helsingborg

Abstract (Swedish)

Vid värmeåtervinning från gråvatten nyttjas spillvärme som annars skulle gått förlorad från stadens infrastruktur. Gråvatten är avloppsvatten från bad, disk och tvätt. Utav hushållsavloppsvattnets totala kemiska och termiska energi finns 80 % lagrad i gråvattnet i form av värme. Genom att källsortera avloppsvatten kan värmeenergin i gråvattnet utnyttjas samtidigt som andra åtgärder med ekologiska fördelar möjliggörs.
Utvecklingen av lågenergihus har minskat hushållens energikonsumtion med mer än hälften men gråvatten som energikälla är en resurs som ännu inte utnyttjas till fullo. H+ är ett bostadsområde som ska byggas i Helsingborg med start 2016 där ett källsorterat avloppsystem ska installeras på grund av dess ekologiska fördelar. Det har ännu inte beslutats huruvida värmeåtervinning från gråvattnet ska implementeras vid H+. Det är bevisat att gråvatten har god värmeåtervinningspotential, men vart i en stad är det mest lönsamt att implementera? Syftet med detta arbete har varit att undersöka om värmeåtervinning från hushållsgråvatten i H+ är en lönsam investering jämfört med värmeåtervinning från gråvattnet på sjukhuset i Helsingborg samt med nuvarande värmeåtervinningen från avloppsvattnet på Öresundsverket.

För att besvara syftet utfördes en beräkningsstudie där värmeåtervinningspotentialen och energibesparingens nuvärde beräknades för H+ och sjukhuset i Helsingborg. Först jämfördes lokal värmeåtervinning på fastighetsnivå med central värmeåtervinning på avloppsreningsverk på H+ och därefter jämfördes värmeåtervinning från gråvatten på sjukhuset med värmeåtervinning från hög-tempererat processvatten. Resultatet från denna beräkningsstudie jämfördes sist med den faktiska värmeåtervinningen från avloppsvattnet på Öresundsverket.

Resultatet visade att lönsamheten beror på gråvattnets temperatur, framledningstemperaturen, flödesvolymen, avståndet mellan tappkälla och värmepump samt elpriset.

Beräkningsstudien visade att värmeåtervinning vid H+ kan resultera i en årlig energibesparing för uppvärmning av tappvarmvattnet med ca 60 % och en årlig kostnadsbesparing på ca 30 %. Nuvärdet av energibesparingen på fastighetsnivå ligger på 375 kkr vilket innebär att investeringen är lönsam om investeringskostnaden understiger detta värde. Resultatet visade att lokal värmeåtervinning är lönsammare än central vid långa avstånd mellan tappkälla och värmepump på grund av värmeförluster i ledningsnätet. Ett avstånd på 13 km resulterar i att energibesparingens nuvärde halveras på fastighetsnivå. Vid H+ är detta avstånd endast 500 m och värmeförlusterna i ledningsnätet beräknades vara försumbara. Huruvida lokal värmeåtervinning är lönsammare än central beror istället på valet av framledningstemperatur och en framledningstemperatur på 40 grader gav störst lönsamhet.

Värmeåtervinning vid sjukhuset är effektivare än vid H+ på grund av att gråvattnet har högre temperatur. Beräkningsstudien visade att det är lönsammare att värmeåtervinna från gråvattnet på sjukhuset än processvattnet men vid värmeåtervinning från processvattnet har högst effektivitet av samtliga studerade alternativ i detta arbete. Huruvida värmeåtervinningspotentialen är störst vid H+ eller sjukhuset beror på hur stor del av H+ som inkluderas i värmeåtervinningen. H+ ska byggas i etapper och om endast Etapp 1 och Etapp 2 inkluderas i värmeåtervinningen är det lönsammare att värmeåtervinna från sjukhuset, men vid värmeåtervinning från hela H+ är det lönsammare att värmeåtervinna från H+.

Öresundsverket tar emot stora volymer låg-tempererat kombinerat avloppsvatten och värmeåtervinningen utförs på det behandlade avloppsvattnet. Störst värmeåtervinningspotential i detta arbete hittades vid Öresundsverket på grund av hög flödesvolym men värmepumpen på Öresundsverket har låg effektivitet vilket gör att lönsamheten är beroende av elpriset. Resultatet visade även att endast en liten del av den totala termiska energi som finns lagrad i gråvattnet utnyttjas vid värmeåtervinning på Öresundsverket på grund av värmeförluster.
Slutsatsen från detta arbete är att störst lönsamhet hittas vid värmeåtervinning på Öresundsverket men då den opererar med en lågeffektiv värmepump är det möjligt att detta inte är det lönsammaste alternativet i framtiden. Näst störst lönsamhet återfinns vid värmeåtervinning från hela H+ och det är även detta alternativ som har flest ekologiska fördelar. Minst lönsamhet återfinns vid värmeåtervinning på sjukhuset på grund av mindre flödesvolym. Då sjukhusets har effektivast värmepump av de studerade alternativen ger den stabilast resultat vid framtida förändringar av elpriset.

Resultatet i detta arbete kan användas vid beslut kring värmeåtervinning från gråvatten i stadsmiljö samt vid kartläggning av värmepotentialen i avloppssystemet.

Popular Abstract (Swedish)

Varje år försvinner miljarder kilowattimmar energi ner i avloppet. Utav avloppsvattnets totala energi finns 80 % lagrad i gråvattnet i form av värme. Gråvatten är avloppsvatten från bad, disk och tvätt. Vid värmeåtervinning från gråvattnet kan spillvärme som annars skulle gått förlorad tas tillvara på. Det är bevisat att gråvatten har god värmeåtervinningspotential, men idag vet man inte säkert vart i en stad värmeåtervinningen är mest lönsamt att implementera? Denna fråga har undersökts i detta examensarbete genom att studera värmeåtervinningspotentialen vid tre platser i Helsingborg; bostadsområdet H+, sjukhuset samt avloppsreningsverket Öresundsverket.
När avloppsvattnet separeras i toalettvatten och gråvatten, är gråvattnet den fraktion som är renast, har högst temperatur och störst volym. Detta gör att gråvattnet är lämpligt för värmeåtervinning. Värmeåtervinning från gråvatten kräver att gråvattnet och toalettvattnet är separerat i ett så kallat källsorterande avloppssystem och studier har visat att källsorterande avloppsystem har flera ekologiska fördelar framför vanliga avloppssystem. En av dessa fördelar är just att värmen i avloppsvattnet blir mer lättillgänglig för värmeåtervinning.
Värmeåtervinningen är mest effektiv om gråvattnets temperatur är hög, volymen är stor och värmepumpens värmelyft är litet. Dessutom är värmeåtervinning som sker nära hushållet effektivast då värmeförlusterna minimeras. Resultaten i examensarbetet visade att man kan uppnå en energibesparing på ungefär 60 % för varmvattnet och en kostnadsbesparing på 30 % genom att införa värmeåtervinning från gråvatten i en fastighet i H+ och det kan därmed vara lönsamt för en fastighetsägare att installera värmeåtervinning från gråvatten.
Störst värmeåtervinningspotential av de studerade alternativen hittades vid värmeåtervinning från osorterat avloppsvatten på Öresundsverket vilket beror på att de tar emot stora volymer avloppsvatten från hela Helsingborg. Då avloppsvattnets temperatur är låg resulterar det i en ineffektiv värmeåtervinning och dess lönsamhet är därför beroende av elpriset. Av denna anledning är det inte säkert att värmeåtervinning från Öresundsverket är det lönsammaste alternativet om elpriset fortsätter att öka i framtiden.
Gråvattnet på sjukhuset hade högst temperatur av de studerade alternativen och värmeåtervinningen var därför effektivast där, men då gråvattenflödet från H+ var större så var värmeåtervinningspotentialen större på H+. Vid värmeåtervinning på H+ har man dessutom möjlighet att utnyttja flera av de ekologiska fördelarna med källsorterande avloppssystem såsom ökad biogasproduktion, effektivare reningsprocess och ökad näringsåtervinning.
Syftet med detta arbete har varit att undersöka om värmeåtervinning från gråvatten i H+ är en lönsam investering jämfört med värmeåtervinning från gråvattnet på sjukhuset i Helsingborg samt med nuvarande värmeåtervinningen från avloppsvattnet på Öresundsverket. Slutsatsen var att värmeåtervinning från Öresundsverket är lönsammast idag men på grund av ökande elpriser kan det vara lönsammare att värmeåtervinna från gråvatten i framtiden. Resultatet från denna studie kan därför användas vid beslut kring värmeåtervinning från gråvatten i stadsmiljö samt vid kartläggning av värmepotentialen i avloppssystemet.

• author: Hellborg Lapajne, Madelaine
• supervisor: Hamse Kjerstadius; Marinette Hagman
• organization: Chemical Engineering (M.Sc.Eng.)
• course: VVA820 20161
• year: 2016
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: water engineering, vattenförsörjningsteknik, avloppsteknik, environmental engineering
• language: Swedish
• id: 8893947
• date added to LUP: 2016-12-16 11:07:22
• date last changed: 2016-12-16 11:07:22