Continuiamo a sciacquare l'energia termica di valore in uscita

Ogni volta che scarichi il tuo bagno o fai il bagno, stai perdendo qualcosa di sorprendentemente prezioso: il calore.

Ci vuole molta energia per riscaldare l'acqua, in primo luogo, e una grande quantità di questa energia scompare semplicemente nello scarico e si perde nell'ambiente. Intorno al 15-30% di una tipica bolletta energetica domestica continua a riscaldare l'acqua. Riutilizzare questo "calore" sarebbe un modo davvero semplice per rendere la nostra vita più sostenibile.

L'energia è ovunque nel ciclo idrico urbano. I servizi idrici lo utilizzano per produrre acqua potabile e pomparlo al tuo rubinetto a casa. Dopo l'uso, l'acqua viene scaricata nella fogna e purificata nei lavori di trattamento delle acque reflue. Quei drenaggi e le acque reflue usano ancora energia.

L'acqua non deve essere un enorme spreco di energia - potrebbe anche essere una fabbrica di energia netta. Siamo già in grado di produrre biogas dai nostri rifiuti, ad esempio, e usarlo per alimentare il "bus di cacca" tra le altre cose.

Occorrono circa dieci volte più energia per riscaldare l'acqua che pomparla o trattarla dopo l'uso. E quell'energia è di solito sprecata. Dopotutto, l'acqua calda del rubinetto di solito è ancora calda quando scende nello scarico e quindi l'acqua di scarico contiene molta energia termica.


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Riutilizzare questo calore sarebbe una vittoria facile per l'ambiente. Renderebbe il ciclo dell'acqua più efficiente dal punto di vista energetico e ridurrebbe notevolmente la nostra impronta di carbonio.

Per recuperare il calore dalle nostre acque reflue abbiamo prima bisogno di un scambiatore di calore. Questo dispositivo può far funzionare una corrente di acqua fredda accanto a una più calda, senza che i due fluidi si mescolino. Invece, il calore viene estratto dall'acqua calda e trasferito all'acqua fredda.

In un semplice sistema casalingo, l'acqua fredda che arriva alla doccia può essere preriscaldata con il calore della doccia di rifiuti, della cucina e dell'acqua del bagno, il che significa che possiamo usare meno acqua calda per creare una doccia confortevole.

Negli impianti più grandi lo scambiatore di calore può essere installato nella rete fognaria stradale. In questo caso, il flusso freddo sarà un mezzo di ricircolo che porta il calore in una pompa di calore, una sorta di frigorifero che funziona al contrario. Questa pompa di calore può fornire calore a una temperatura molto più elevata (circa 50°C) a un terzo flusso d'acqua. Questo flusso caldo può quindi essere utilizzato in un edificio per il riscaldamento degli ambienti o ancora per l'acqua calda del rubinetto.

In primo luogo, è difficile capire quanto sia efficace il recupero di calore in quanto è estremamente difficile misurare il flusso e la temperatura all'interno di una fogna. I dispositivi si intasano rapidamente con rifiuti solidi e rifiuti domestici. Il calore disponibile nelle fogne varia molto da un giorno all'altro, o anche da un'ora all'ora.

Per superare le difficoltà di effettuare misurazioni dirette abbiamo utilizzato modelli di computer in grado di prevedere la quantità di calore disponibile in una rete fognaria. Un modello, Simdeum, guarda l'uso di servizi igienici, rubinetti, lavatrici e altri elettrodomestici per stimare la quantità di acqua che finirà nelle fogne - e quanto sarà caldo. Un altro modello, Sobek, calcolerà la quantità di acqua che scorre attraverso la rete fognaria e il livello dell'acqua nella rete fognaria. Abbiamo sviluppato un modulo aggiuntivo che influisce sulla quantità di calore dispersa attraverso le pareti del tubo nel terreno circostante.

Questi modelli funzionano nella pratica. Quando abbiamo studiato l'uso dell'acqua da parte degli studenti che vivevano nel campus dell'Università di Bath, abbiamo trovato che le nostre previsioni di flusso e temperatura basate su sondaggi si combinavano strettamente con i dati provenienti dai tombini nelle vicinanze.

Ma possiamo solo attingere a questo calore una volta che abbiamo capito come conservarlo o alimentarlo in un sistema di riscaldamento più grande. Forti variazioni giornaliere nell'uso dell'acqua e il ritardo tra la domanda di acqua calda, che raggiunge i picchi al momento della doccia mattutina, e la sua fornitura nelle fogne, significa che il riutilizzo di calore su piccola scala rimane impraticabile.

Tutto ciò è già possibile su scala più ampia, tuttavia. Calcoli del modello nella città olandese di Almere ha dimostrato che il recupero di calore dalle fogne diventa interessante una volta che l'acqua di scarico viene raccolta da 5,000 o più persone. Prove pratiche sui sistemi in uso sono reperibili in Germania, Svizzera e Scandinavia.Questo articolo è stato scritto con Laura Piccinini come parte del suo progetto Master all'EPFL di Losanna.

Circa l'autore

hofman janJan Hofman, professore di scienze idriche e ingegneria. I suoi interessi di ricerca personali sono gestione sostenibile dell'acqua, origine, destino e opzioni di abbattimento per contaminanti emergenti come composti farmaceutici o nanoparticelle in acqua, recupero di energia termica da acque e acque reflue, recupero di risorse da acque reflue e residui di trattamento delle acque e upscaling dell'applicazione nanotecnologica per il trattamento delle acque.

Questo articolo è originariamente apparso su The Conversation

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