Úspory spotřeby energie a šedá voda

12.5.4

Úspory spotřeby energie a šedá voda

Ing. Bohumír Číhal

V současné době se při stavbě nových budov začínají stále více prosazovat ekologická i ekonomická hlediska, ke kterým patří také úspory pitné vody a energie.

Technologie umožňujících úsporu pitné vody představují moderní trend vycházející z prosazovaných vizí o tzv. "oběhovém hospodářství" a nových koncepcí, jako jsou "města budoucnosti". Jejich cílem je minimalizovat potřebu zdrojů, z nichž jeden je pitná voda. S minimalizací potřeby pitné vody úzce souvisí i minimalizace produkce odpadních vod a tím i minimalizace spotřeby energie, která je potřebná jak na úpravu a čištění odpadních vod, tak i na jejich transport. S energií pak souvisí navíc i získávání energie z odtékající "použité" vody.

Obr. č. 1: Princip oběhového hospodářství – recyklace zdrojů v městech na úrovni domů

Je potřebné si uvědomit, že např. samotná úspora množství vody nevede při centrálním zásobování vodou přímo lineárně k úspoře nákladů jak za pitnou vodu, tak za likvidaci odpadních vod. Paradoxně je nutno počítat s tím, že se snižováním množství spotřebované vody poroste její cena a platí to i pro odpadní vody. Vedle negativního vlivu na cenu je třeba počítat i s tím, že díky menšímu množství vod může u centrálních systémů docházet k technickým problémům, které doposud nevznikaly – zanášení kanalizací nebo hygienické problémy u pitných vod – a které bude nutno také při rekonstrukcích řešit a které dále navýší provozní náklady. Jiná situace je u decentrálních systémů zásobování vodou, tam se úspory promítnou do nákladů z celkového pohledu příznivěji a přímo.

Přes všechny důsledky a souvislosti spojené s úsporou vody se jedná o legislativně podporovaný trend (viz směrnice EU), a musíme s ním jako s významným procesem počítat. Výsledkem procesu bude na jedné straně úspora zdrojů (menší spotřeba vody a energie), na druhé pak zvýšení nákladů na jednotku (např. vztaženo na 1 m³ použité vody. Celkově však celý proces musí vést ke snížení nákladů, což předpokládá i další rozvoj úsporných technologií, jinak by se proces pravděpodobně neprosadil (pokud bereme ekonomický pohled za podstatný), nebo by jeho prosazení bylo podstatně pomalejší.

V této kapitole se zaměříme na snížení spotřeby pitné vody využitím šedé vody. Šedou vodou nazýváme odpadní vody neobsahující fekálie a moč (podrobněji dále). Šedá voda, hlavně ze sprch, umyvadel a praček v sobě nese značný tepelný potenciál. Spotřeba energie na ohřev teplé užitkové vody tvoří dnes 25 až 75 % celkových nákladů na energie domácností podle tepelných parametrů objektu. Nyní využíváme pouze 10 % vložené energie.

Tab. č. 1: Příklad rozdělení denní spotřeby vody v bytovém domě

Legislativní požadavky

Ve světovém měřítku je využívání šedých vod v určitých oblastech zavedenou a běžnou praxí. Jedná se zejména o země, kde cena vody je vysoká nebo země s omezenými zdroji vody. Jsou tam k dispozici platné normy zabývající se systémy šedých vod včetně doporučení zaměřených na kvalitu a monitorování těchto vod.

V České republice není zatím situace na takové úrovni, aby náklady spojené s přechodem na systém využití vyčištěné odpadní vody byly plně zdůvodnitelné, protože není akutní potřeba zabývat se odpadními vodami jako zdrojem z kvantitativního hlediska. Problematika využití šedých vod v budovách je teprve v období rozvojových programů a získávání zkušeností. Problémem je nejen technická stránka, ale také názor široké veřejnosti na znovu využívání vyčištěné odpadní vody. Opětovné využití vyčištěné odpadní vody v ČR neomezuje výslovně žádný zákon, vyhláška ani předpis. Přímé legislativní a normativní požadavky na využití a kvalitu šedých vod však nejsou u nás dosud stanoveny.

 NahoruCo říká zákon

Stavební zákon sice striktně nevyžaduje, aby každý obytný dům byl zásobován pitnou vodou, ale pro objekty sloužící veřejnosti, včetně ubytovacích zařízení, je to různými zákony požadováno. Zákon č. 258/2000 Sb., o ochraně veřejného zdraví a o změně některých souvisejících zákonů, ve znění pozdějších předpisů se zaměřuje ve svém ustanovení § 3 Hygienické požadavky na vodu výhradně na vodu pitnou, u které předpokládá univerzální využití:

"Pitnou vodou je veškerá voda v původním stavu nebo po úpravě, která je určena k pití, vaření, přípravě jídel a nápojů, voda používaná v potravinářství, voda, která je určena k péči o tělo, k čištění předmětů, které svým určením přicházejí do styku s potravinami nebo lidským tělem, a k dalším účelům lidské spotřeby, a to bez ohledu na její původ, skupenství a způsob jejího dodávání. Hygienické požadavky na zdravotní nezávadnost a čistotu pitné vody se stanoví hygienickými limity mikrobiologických, biologických, fyzikálních, chemických a organoleptických ukazatelů, které jsou upraveny prováděcím právním předpisem, nebo jsou povoleny nebo určeny podle tohoto zákona příslušným orgánem ochrany veřejného zdraví."

Nejedná se jen o vodu na pití či vaření, ale i vodu používanou na čištění předmětů nebo ploch, se kterými přichází člověk přímo do styku (např. vodu na umývání podlahy, neboť po ní člověk může chodit bos a dítě se jí může dotýkat mnohem intenzivněji).

Uváděné Doporučené hodnoty jsou nezávazné hodnoty ukazatelů jakosti pitné vody, které stanoví minimální žádoucí nebo přijatelnou koncentraci dané látky, nebo optimální rozmezí koncentrace dané látky. Za pitnou vodu se nepovažuje přírodní léčivý zdroj a přírodní minerální voda, o níž bylo vydáno osvědčení podle zákona č. 164/2001 Sb., lázeňský zákon, ve znění pozdějších předpisů.

Také teplá voda, dodávaná jako součást podnikatelské činnosti osoby nebo jiné činnosti právnické osoby, musí splňovat hygienické limity mikrobiologických, biologických, fyzikálních, chemických a organoleptických ukazatelů jakosti, které jsou upraveny prováděcím právním předpisem.

Příslušný orgán ochrany veřejného zdraví může povolit na časově omezenou dobu užití vody, která nesplňuje mezní hodnoty ukazatelů vody pitné, s výjimkou mikrobiologických ukazatelů, jestliže zásobování pitnou vodou nelze zajistit jinak a nebude ohroženo veřejné zdraví. Povolení může příslušný orgán ochrany veřejného zdraví vydat, jen pokud prodloužení mírnějšího hygienického limitu povolí Komise Evropské unie na žádost podanou jménem České republiky příslušným orgánem ochrany veřejného zdraví."

Pro přírodní a umělá koupaliště a sauny zákon nevyžaduje pitnou vodu. "Provozovatel přírodního nebo umělého koupaliště nebo sauny je povinen zajistit, aby koupající se fyzické osoby nebyly vystaveny zdravotním rizikům plynoucím ze znečištění vody ke koupání, sprchování nebo ochlazování."

 NahoruPitná voda pro konkrétní potřebu

Ve smyslu uvedeného zákona se pro konkrétní oblast využití voda zkoumá, z hlediska ukazatelů kvality pitné vody, podle vyhlášky č. 252/2004 Sb., kterou se stanoví hygienické požadavky na pitnou a teplou vodu a četnost a rozsah kontroly pitné vody. Posouzení, zda je vhodné využít vyčištěnou odpadní vodu musí probíhat individuálně se zohledněním požadavků na kvalitu vody v dané oblasti využití. S tohoto hlediska také přistupujte k dále uvedeným informacím.

Důvody pro recyklaci šedých vod

Hlavním důvodem pro recyklaci šedých vod je především to, že jsou minimálně znečištěny a jejich úprava není příliš náročná, navíc lze s výhodou využít tepla, které je v nich obsaženo. Důvodem pro dělení vod v tomto případě je hlavně oddělení šedé vody, na rozdíl od projektů decentralizovaného čištění odpadních vod, kde se hlavně odděluje moč (žlutá voda) za účelem snížení množství nutrientů na odtoku. V případě šedých vod a vyčištěných šedých vod (bílých vod) se často uvažuje s kombinací s využitím se srážkovými vodami a minimalizuje se tak problém s nerovnoměrností srážek.

 NahoruOchrana životního prostředí

Dalším důvodem proč se touto otázkou zabývat, je otázka prestiže a zavádění systémů hodnocení (certifikace) budov z hlediska jejich vlivu na životní prostředí (viz kapitoly 3/8 a 5/6). Všechny systémy hodnocení by měly motivovat projektanty budov, aby hledali úspory nejen ve vytápění a chlazení budov, ale aby se zaměřili i na oblast vodního hospodářství budovy. Projektant by měl být motivován i k využívání inovativních metod nebo řešení redukujících spotřebu vody a tím pádem i minimalizaci vypouštěných odpadních vod. Koncepce založená na využití alternativních zdrojů vody by nemusela vykazovat tak přísné sledované ukazatele jako je tomu u vody pitné. Systémy využití šedých vod je možné úspěšně aplikovat ve vybraných budovách, jako jsou vysokoškolské koleje, prádelny, hotel, rodinný dům, plavecký bazén, administrativní budova a další objekty.

 NahoruAlternativní zdroj vedle pitné vody

Kvalitní pitná voda by měla být používána pouze tam, kde je to nezbytně nutné. Pro splachování toalet, zalévání zahrady apod. je možno použít vodu vyčištěnou. To zejména tam, kde je nízká kapacita dostupného zdroje kvalitní pitné vody.

Uváděné výhody použití recyklované vody:

• ekonomické hledisko – stále se zvyšující cena kvalitní pitné vody;

• úsporné hospodaření s přírodní vodou;

• nižší zatížení prostředí nutrienty;

• nižší uhlíková stopa.

Mezi alternativní zdroje vody lze zařadit:

• recyklovanou vodu dodávanou samostatnou distribuční sítí, zcela oddělenou od vody pitné;

• recyklovanou vodu vyrobenou decentrálně;

• vodu dešťovou ze střech a nepropustných povrchů.

 NahoruOblast využití

V praxi existuje řada objektů, u nichž by se již dnes vyplatilo oddělit šedé vody a použít je jako užitkovou vodu – nejlepších ekonomických parametrů se logicky dosahuje tam, kde je relativně větší produkce a zejména větší spotřeba (hotely, sportovní zařízení, bazény, nemocnice). V rámci níže uvedeného projektu se posuzovala řada objektů a to jak po stránce recyklace vod, tak i po stránce využití tepla z těchto vod a návratnost vložených investic se pohybovala od 4 do 10 roků. U již existujících objektů nepříznivě ovlivňují ekonomické ukazatele náklady na dodatečná opatření. U nových objektů je však již zřejmé, že už není na co čekat a přinejmenším oddělené odvádění šedých vod by mělo být u veřejných budov samozřejmostí, ať už se pak využije vyčištěná voda nebo získané teplo.

Obr. č. 2: Rozdělení spotřeby vody podle kategorie objektu

Obr. č. 3: Rozdělení spotřeby vody podle kategorie objektu

Legenda k předchozím obrázkům:

Tmavé výseče: pitná voda

Světlé výseče: nahraditelná voda

Spotřeby vody pro jednotlivé účely využití zaznamenávají experimentální studie, navazující na výzkumné projekty aplikovaného výzkumu vypsané Technologickou agenturou České republiky (např. program A01020311 – Využití šedé a dešťové vody v budovách – 2011-2013, TA0/TA), i projekty řešící využití šedých a dešťových vod pro konkrétní stávající i nové objekty. Některé příklady dále uvedeme.

 NahoruOdkazy

Pro obraz celkové spotřeby vody určitého druhu objektu lze v obecných případech využít Směrná čísla spotřeby vody podle přílohy č. 12 k vyhlášce č. 428/2001 Sb. (upravena vyhláškou č. 48/2014 Sb.).

Odpadní voda je také zdrojem tepelné energie, jejíž potenciál je dnes téměř nevyužíván. Přitom využití se přímo nabízí, a to jak v liniových objektech, jako jsou kanalizační potrubí, v objektech na kanalizační síti i přímo v pozemních objektech.

Šedá voda

Šedou vodou nazýváme, podle ČSN EN 12056-2 Vnitřní kanalizace – Gravitační systémy – Část 2: Odvádění splaškových odpadních vod – Navrhování a výpočet, splaškové odpadní vody neobsahující fekálie a moč, které odtékají z umyvadel, van, sprch, dřezů apod. Svoje pojmenování dostala podle nezaměnitelného zbarvení. Šedou vodu, zejména z koupelen, je možné po úpravě využívat jako vodu provozní (tzv. bílou vodu) pro splachování záchodů, pisoárů a zalévání zahrad.

Obr. č. 4: Průměrná spotřeba vody v domácnosti

Z obrázku je patrné, že produkce šedé vody (z umyvadel, van, dřezů, praček, a popř. myček nádobí) tvoří více než 50 % celkové produkce odpadní vody v domácnosti a v komerčních budovách cca 27 % z celkové produkce odpadních vod. Produkce šedé vody pouze z koupelen (umyvadel, van a sprch) činí v domácnostech cca 29 až 34 % z celkové produkce odpadních vod.

Rozdělení šedých vod do kategorií:

• neseparované šedé vody;

• šedé vody z kuchyní a myček;

• šedé vody z praček;

• šedé vody z umývadel, van a sprch;

• ostatní šedé vody.

Pro šedou vodu je charakteristické kolísání hodnot znečištění, které vyplývá z rozdílného životního stylu. Nejméně zatížené jsou vody ze sprch a mytí. Podle zatížení se dá šedou vodu dělit na vhodnou a podmíněně použitelnou pro recyklaci. Použitelná je voda z umyvadel, van a sprch a podmíněně použitelná z oblasti kuchyně a myčky na nádobí.

Po stránce ekonomické je zřejmé, že největších ekonomických efektů se dosáhne použitím systémů se současným využitím srážkových vod a šedých vod a u budov s velkou možnou spotřebou bílých vod. Různé kombinace je třeba zvážit s ohledem na místní podmínky a cenu nakupované vody.

Chemicko-fyzikální vlastnosti šedých vod

V následujícím textu uvádíme hodnoty některých chemicko-fyzikálních parametrů šedých vod podle výše uvedených kategorií.

 NahoruTeplota, pH

U komunálních vod se pH pohybuje v rozmezí 7 až 8, u vod šedých s podílem vod z praní je pH 9,3 – 10, u šedých vod z koupelen a kuchyní je pH 5 – 8,6. Jsou spíše kyselé nebo mírně zásadité. Podobné hodnoty pH má i neseparovaná šedá voda.

Teplota šedých vod z praček kolísá mezi 28 až 32 °C, z van, sprch a umyvadel mezi 18 až 38 °C, neboť pro hygienické účely je používána teplá voda. Následkem vyšší teploty současně dochází k rozvoji mikroorganismů.

 NahoruZákal, plovoucí látky

U barvy a zákalu šedých vod, jsou hodnoty o něco vyšší u vod z koupelen než u vod z praček. Naopak šedé vody z praček vykazují vyšší množství plovoucích látek (např. vlákna) než vody z van, sprch a umyvadel (vlasy). Největší množství plovoucích látek lze zaznamenat u šedých vod z kuchyní a myček (viz následující tabulka). Je to způsobeno tím, že se zde vyskytují zbytky jídla. Koloidy a plovoucí látky přitom mohou být příčinou problémů při úpravě šedých vod.

Tab. č. 2: Množství plovoucích látek v šedých vodách

V následující tabulce jsou uvedeny hodnoty chemické spotřeby kyslíku (CHSK) a biochemické spotřeby kyslíku za 5 dní při 20 °C (BSK5), jejichž poměr je zpravidla 4:1. To ukazuje na vyšší podíl hůře odbouratelných organických látek. V klasických komunálních vodách je poměr obvykle 2:1. Tento nepříznivý poměr platí zejména pro odtoky ze sprch, kde se používají mýdla a šampony. Co se týká pH šedých vod, u komunálních vod je pH obvykle 7 – 8, zejména vody z praní jsou zásadité (pH = 9 – 10), oproti tomu vody z klasických kuchyní jsou spíše kyselejší. Teplota šedých vod z oblasti van, sprch a praček kolísá mezi 18 a 38 °C, neboť pro hygienické účely je používána teplá voda.

Tab. č. 3: Hodnoty BSK5, CHSK a pH v šedých vodách

Z tabulky je zřejmé, že pro šedé vody je specifické zejména kolísání hodnot spojené s rozličným životním stylem. Lze konstatovat, že nejméně zatížené jsou vody ze sprch a mytí. Vody z kuchyní jsou díky vyšším obsahům zbytků hodně zatížené. Na základě těchto poznatků lze šedou vodu dělit na vhodnou pro recyklaci a podmíněně použitelnou pro recyklaci. Vhodná, tedy použitelná, je voda z umyvadel, van a sprch, podmíněně použitelná pak voda z kuchyňských dřezů a myček nádobí. Úpravou šedých vod vhodných k recyklaci lze získat kvalitní hygienicky nezávadnou užitkovou vodu s kvalitou blízkou pitné vodě. Takováto voda je pak nazývána bílou vodou a nachází uplatnění při splachování toalet, zalévání či praní. Je to krok ke snížení spotřeby pitné vody k těmto účelům.

 NahoruPožadavky BS 8525-1

V České republice podrobnější předpis pro využití šedých vod chybí. Proto se orientujeme v této oblasti podle zahraničí. Prozatím lze využít např. britskou normu BS 8525-1 Greywater systems. Domestic greywater treatment equipment. Requirements and test methods: 2011, kde jsou vedle technických požadavků uvedeny i požadavky na ukazatele jakosti provozní (bílé) vody týkající se zdravotních rizik (viz následující tabulky).

Požadavky této normy jsou stanoveny tak, aby navržené systémy šedých vod zajišťovaly výrobu vhodné vody pro daný účel a nevzniklo žádné riziko pro zdraví lidí. Není nutné časté testování vzorků vody, nicméně sledování kvality vody by mělo být prováděno během údržby, aby byl ověřen výkon systému šedých vod. Pokud systém nepracuje uspokojivě, měly by být zjištěny příčiny a případné problémy se spotřebou vody ze systému. Testování ihned po uvedení systému do provozu se nedoporučuje, protože systémy jsou obecně plněny z veřejného vodovodu (aby se usnadnilo testování příslušenství) a kvalita vody v tomto případě není reprezentativní pro běžné šedé vody.

 NahoruZdravotní riziko

Kvalita vody by měla být měřena pro parametry týkající se zdravotního rizika ve vztahu k hodnotám uvedeným v následující tabulce. Pro každý parametr aplikací jsou stanoveny normy (resp. metody) podle nichž se provádí testování.

Tab. č. 4: Orientační hodnoty (G) pro bakteriologické monitorování

Výsledky bakteriologického monitorování by měly být presentovány podle následující tabulky.

Tab. č. 5: Interpretace výsledků z bakteriologického sledování

V další tabulce jsou uvedeny požadavky pro parametry poskytující údaje o jakosti vody a týkající se provozu systému. Upravené šedé vody by měly být vizuálně čisté, bez plovoucích nečistot a nemá být problematická barva pro všechna použití. Barva je obzvláště důležitá pro automatické pračky. Přikázané normy pro testování jednotlivých parametrů jsou shodné pro všechny systémy.

Tab. č. 6: Orientační hodnoty (G) pro monitorování obecného systému

Výsledky obecného monitorování by měly být presentovány s odkazem na následující tabulku. Pokud jsou hodnoty mimo uvedený rozsah, je nutné odebrat další vzorky. V případě přítomnosti barvy nebo nerozpuštěných látek na nežádoucí úrovni je nutné prozkoumat fungování systému a případný problém vyřešit.

Tab. č. 7: Vyhodnocení výsledků z monitorovacího systému

Kvalita vody bude pravděpodobně kolísat podle toho, jak lidé různými způsoby používají vany a sprchy. Po použití povrchově aktivních látek tak šedé vody podléhají různé úrovni znečištění. Sledování kvality vody by mělo být provedeno před zahájením jakékoliv údržby. Pokud je to možné, měl by být systém šedých vod vypuštěn a propláchnut čistou vodou, aby se snížilo riziko kontaminace personálu, který údržbu zajišťuje.

Místa použití systému šedých vod by měly být jasně označeny nápisem “Nepitná voda“ nebo zákazovou značkou tak, aby uživatelé a personál údržby si byli vědomi, že zde není pitná voda.

Obr. č. 5: Symbol pro nepitnou vodu podle ČSN EN 806-2

Tam, kde jsou k dispozici i další systémy s nepitnou vodou, by mělo být uvedeno “Nepitná voda: ŠEDÁ VODA“.

Čištění šedých vod

Šedá voda je mírně znečištěná odpadní voda, jak je uvedeno výše. Za určitých podmínek se může znovu používat jako voda provozní. Technologie čištění a zvolená sestava zařízení se zásadně liší dle množství vody.

Pokud chceme šedou vodu využívat, je třeba omezit používání a vypouštění nevhodných chemických látek a nečistot, jako jsou…