هر بار که سیفون توالت را می‌کشید یا آب وان حمام را خالی می‌کنید، چیزی را از دست می‌دهید که به طرز شگفت‌آوری ارزشمند است: گرما.

گرم کردن آب در وهله اول انرژی زیادی می‌طلبد و مقادیر زیادی از این انرژی به سادگی از طریق فاضلاب و در محیط زیست از بین می‌رود. حدود ۱۵ تا ۳۰ درصد از هزینه انرژی یک خانه معمولی صرف گرم کردن آب می‌شود. استفاده مجدد از این «گرما» راهی بسیار ساده برای پایدارتر کردن زندگی ما خواهد بود.

انرژی در همه جای چرخه آب شهری وجود دارد. شرکت‌های آب از آن برای تولید آب آشامیدنی و پمپاژ آن به شیر آب خانه شما استفاده می‌کنند. پس از استفاده، آب به فاضلاب تخلیه شده و در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب تصفیه می‌شود. این تصفیه‌خانه‌های زهکشی و فاضلاب نیز دوباره از انرژی استفاده می‌کنند.

آب لازم نیست که مصرف انرژی زیادی داشته باشد - حتی می‌تواند یک کارخانه انرژی خالص باشد. به عنوان مثال، ما در حال حاضر قادر به تولید بیوگاز از زباله‌های خود هستیم و از آن برای تأمین انرژی "اتوبوس مدفوع" استفاده می‌کنیم. در میان چیز های دیگر.

گرم کردن آب حدود ده برابر بیشتر از پمپ کردن یا تصفیه آن پس از استفاده انرژی می‌برد. و این انرژی معمولاً هدر می‌رود. از این گذشته، آب گرم شیر شما معمولاً وقتی از لوله فاضلاب پایین می‌رود هنوز گرم است و بنابراین فاضلاب حاوی انرژی حرارتی زیادی است.

استفاده مجدد از این گرما یک مزیت آسان برای محیط زیست خواهد بود. این کار چرخه آب را از نظر انرژی کارآمدتر می‌کند و ردپای کربن ما را تا حد زیادی کاهش می‌دهد.

برای بازیابی گرما از فاضلاب، ابتدا به یک ... نیاز داریم. مبدل حرارتیاین دستگاه می‌تواند جریان آب سرد را در کنار جریان آب گرم‌تر به جریان بیندازد، بدون اینکه دو سیال با هم مخلوط شوند. در عوض، گرما از آب گرم گرفته شده و به آب سرد منتقل می‌شود.

در یک سیستم خانگی ساده، آب سرد ورودی به دوش می‌تواند با گرمای حاصل از آب فاضلاب دوش، آشپزخانه و حمام از قبل گرم شود، به این معنی که می‌توانیم از آب گرم کمتری برای ایجاد یک دوش راحت استفاده کنیم.

در سیستم‌های بزرگتر، مبدل حرارتی می‌تواند در لوله‌های فاضلاب خیابان نصب شود. در این حالت، جریان سرد یک واسطه چرخشی خواهد بود که گرما را به یک پمپ حرارتی - نوعی یخچال که به صورت معکوس کار می‌کند - می‌آورد. این پمپ حرارتی می‌تواند گرما را با دمای بسیار بالاتر (حدود ۵۰ درجه سانتیگراد) به یک جریان آب سوم تحویل دهد. سپس این جریان گرم می‌تواند در یک ساختمان برای گرمایش فضا یا دوباره آب گرم لوله‌کشی استفاده شود.

اولاً، تشخیص میزان اثربخشی بازیابی گرما دشوار است، زیرا اندازه‌گیری جریان و دما در داخل فاضلاب بسیار دشوار است. دستگاه‌ها به سرعت با زباله‌های جامد و زباله‌های خانگی مسدود می‌شوند. گرمای موجود در فاضلاب‌ها نیز از روزی به روز دیگر یا حتی ساعت به ساعت بسیار متفاوت است.

برای غلبه بر مشکلات اندازه‌گیری مستقیم، از مدل‌های کامپیوتری استفاده کرده‌ایم که می‌توانند میزان گرمای موجود در شبکه فاضلاب را پیش‌بینی کنند. یک مدل، سیمدئوم، استفاده از توالت‌ها، شیرهای آب، ماشین‌های لباسشویی و سایر لوازم خانگی را بررسی می‌کند تا تخمین بزند که چه مقدار آب در فاضلاب‌ها ریخته می‌شود - و چقدر گرم خواهد بود. مدل دیگری، سوابک، میزان آب جاری در شبکه فاضلاب و سطح آب در لوله‌های اصلی فاضلاب را محاسبه خواهد کرد. ما یک ماژول اضافی توسعه داده‌ایم که میزان اتلاف گرما از طریق دیواره‌های لوله به خاک اطراف را در نظر می‌گیرد.

این مدل‌ها در عمل کار می‌کنند. وقتی ما میزان مصرف آب توسط دانشجویان ساکن در محوطه دانشگاه بث را بررسی کردیم، دریافتیم که پیش‌بینی‌های جریان و دمای ما بر اساس نظرسنجی‌ها، با داده‌های منهول‌های اطراف مطابقت نزدیکی دارد.

اما ما فقط زمانی می‌توانیم از این گرما استفاده کنیم که بفهمیم چگونه آن را ذخیره کنیم یا به یک سیستم گرمایشی بزرگتر وارد کنیم. تغییرات شدید روزانه در مصرف آب و فاصله زمانی بین تقاضای آب گرم، که در زمان دوش گرفتن صبحگاهی به اوج خود می‌رسد، و تأمین آن در فاضلاب‌ها، به این معنی است که استفاده مجدد از گرما در مقیاس کوچک همچنان غیرعملی است.

با این حال، همه این‌ها در حال حاضر در مقیاس بزرگتر امکان‌پذیر است. محاسبات مدل در شهر هلندی آلمره نشان داد که بازیابی گرما از فاضلاب‌ها زمانی جذاب می‌شود که فاضلاب از ۵۰۰۰ نفر یا بیشتر جمع‌آوری شود. شواهد عملی سیستم‌های مورد استفاده را می‌توان در آلمان، سوئیس و اسکاندیناوی یافت.این مقاله به همراه لورا پیکسینی به عنوان بخشی از پروژه کارشناسی ارشد او در EPFL لوزان نوشته شده است.