Navigace

Rubriky

Reklama

TZB-info / Voda, kanalizace / Příprava teplé vody / Spätné získavanie tepla z kanalizácie

Spätné získavanie tepla z kanalizácie

12.5.2026
Ing. Branislav Kožák, doc. Ing. Daniela Koudelková, PhD.
Recenzovaný

Přehrát audio verzi

Spätné získavanie tepla z kanalizácie

00:00

00:00

1x

  • 0.25x
  • 0.5x
  • 0.75x
  • 1x
  • 1.25x
  • 1.5x
  • 2x

Foto: Pexels

Odpadové vody z domácností, komerčných a priemyselných prevádzok predstavujú rozsiahly a v súčasnosti nedostatočne využívaný obnoviteľný zdroj nízkopotenciálneho tepla. V kontexte rastúcich požiadaviek na energetickú hospodárnosť budov a dekarbonizáciu energetického sektora má rekuperácia tepla z odpadových vôd strategický význam. Tento príspevok poskytuje komplexný prehľad potenciálu využitia rekuperácie tepla z odpadových vôd od zhodnocovania tepla zo sivej vody na úrovni budov až po veľkokapacitné systémy v rámci verejných kanalizačných sietí a čistiarní odpadových vôd. Analýza sa zameriava na kľúčové technické výzvy vyplývajúce z charakteru teplonosnej látky, ako sú zanášanie a korozívna agresivita, a predstavuje inovatívne riešenia, napríklad samočistiace rúrkové výmenníky tepla a ich integráciu s tepelnými čerpadlami.

Reklama

1. Úvod

Energetická náročnosť budov a priemyselných procesov predstavuje jednu z najväčších výziev 21. storočia. Po vykurovaní tvoria druhé najväčšie náklady na energie obvykle náklady na prípravu teplej vody. Pritom voda, ktorá už bola ohriata, si po použití stále uchováva značné množstvo tepelnej energie a je rutinne vypúšťaná do kanalizácie, je možné ju teda považovať za tepelnú stratu, resp. odpadové teplo. Toto odpadové teplo, ktoré obyvatelia už raz zaplatili, je považované za nevyčerpateľný a bezplatne dostupný zdroj energie.

Európska smernica 2018/2001 uznala odpadovú vodu ako obnoviteľný zdroj tepla, čo zvýrazňuje jej dôležitosť pre plnenie národných a európskych klimatických cieľov. Potenciál tepelnej energie v komunálnej odpadovej vode je dokonca vyšší než potenciál chemickej energie, ktorá sa tradične využíva v bioplynových staniciach ČOV.

Cieľom tohto príspevku je analyzovať a zhodnotiť súčasné možnosti a technológie rekuperácie tepla z odpadovej vody, s dôrazom na technicko-ekonomickú realizovateľnosť a dosiahnuté výsledky v praxi. Práca sa zameria na rôzne úrovne aplikácie a identifikuje kľúčové faktory úspešnej implementácie systémov rekuperácie tepla z odpadovej vody.

2. Technológia rekuperácie tepla z odpadovej vody

Rekuperácia tepla z odpadovej vody je primárne závislá od účinného prenosu tepla zo znečisteného zdroja energie, čo v našom prípade bude tvoriť odpadová voda, do čistého zdroja energie, to môže byť studená voda alebo okruh tepelného čerpadla. Kľúčovou technológiou v tomto procese je výmenník tepla.

2.1 Princíp a kľúčové komponenty

Systémy rekuperácie tepla z odpadovej vody sa vo všeobecnosti skladajú z dvoch hlavných technologických častí:

  1. Výmenník tepla: Zariadenie, ktoré zabezpečuje prenos tepla z odpadovej vody.
  2. Tepelné čerpadlo (TČ): Používa sa na zvýšenie teploty získaného nízkopotenciálneho tepla na úroveň potrebnú pre ohrev teplej vody alebo vykurovanie a chladenie budovy.

2.2 Výmenníky tepla pre odpadovú vodu

Výber vhodného výmenníka je kritický, pretože odpadová voda predstavuje suspenziu pevných častíc (sedimentov) a má vysokú korozívnu agresivitu. Tieto faktory vedú k rýchlemu zanášaniu povrchov výmenníka a následnému dramatickému zníženiu účinnosti.

Preto sa v aplikáciách rekuperácie tepla z odpadovej vody uprednostňujú konštrukcie, ktoré minimalizujú zanášanie a umožňujú jednoduché mechanické čistenie:

Obr. 1 Výmenník tepla Alfa-laval typ rúrka v rúrke [9]
Obr. 1 Výmenník tepla Alfa-laval typ rúrka v rúrke [9]
Obr. 2 Špirálový výmenník tepla Danfoss pre odpadovú vodu [7]
Obr. 2 Špirálový výmenník tepla Danfoss pre odpadovú vodu [7]
  • Rúrka v rúrke výmenníky:
    • Konštrukcia: Odpadová voda prúdi vnútornou rúrkou, zatiaľ čo čistá (ohrievaná) voda alebo chladivo tepelného čerpadla prúdi v protiprúde v medzipriestore, napr. v stene potrubia.
    • Charakteristika: Skladajú sa z plášťa s tradičnými hladkými rúrkami alebo rúrkami s vylepšeným povrchom pre vysoký tepelný výkon. Teplonosnú látku môžu tvoriť kvapaliny alebo plyny, z ktorých jedna prúdi vnútri rúrok, zatiaľ čo druhá prúdi mimo rúrok vo vnútri plášťa. Nerezová oceľ zaisťuje odolnosť proti korózii. Sú ideálne pre decentralizované systémy a rekuperáciu šedej vody.
  • Špirálové výmenníky:
    • Konštrukcia: Robustné, často umiestnené priamo v kanalizačnom potrubí alebo v zberných šachtách. Sú navrhnuté tak, aby minimalizovali usadzovanie nečistôt, pričom využívajú turbulentné prúdenie odpadovej vody.
    • Charakteristika: Ideálne pre veľké objemy odpadovej vody a centrálne systémy. Vďaka kontinuálnemu prúdeniu odpadovej vody sa povrch výmenníka do určitej miery prebieha samočistenie.

2.3 Tepelné čerpadlá v systémoch rekuperácie tepla z odpadovej vody

Väčšina systémov rekuperácie tepla z odpadovej vody využíva odpadovú vodu ako nízkoteplotný zdroj tepla pre tepelné čerpadlo typu voda-voda. Teplota odpadovej vody sa obvykle pohybuje v rozsahu 10–25 °C, čo predstavuje je stabilný zdroj tepelnej energie.

  • Účinnosť (COP): Vďaka stabilnej a relatívne vysokej teplote zdroja dosahujú tieto systémy vysoké hodnoty výkonového čísla, často v rozsahu 3,5 až 5,0, to znamená, že na každú jednotku elektrickej energie spotrebovanej tepelným čerpadlom získame 3,5 až 5 jednotiek tepelnej energie.

2.3.1 Funkcia tepelného čerpadla

Tepelné čerpadlo v systéme rekuperácie tepla funguje ako transformátor tepla, ktorý pomocou malého množstva elektrickej energie zvyšuje teplotnú úroveň získaného tepla.

  1. Odber tepla: Výmenník tepla, ponorený v odpadovej vode alebo inštalovaný v kanalizačnom potrubí, slúži ako nízkoteplotný zdroj, z ktorého tepelné čerpadlo odoberá tepelnú energiu. Týmto procesom sa odpadová voda ochladzuje, čo je pozitívny vedľajší efekt pre kanalizačnú sieť a následné procesy v čistiarni odpadových vôd.
  2. Zvýšenie teploty: Tepelné čerpadlo typu voda-voda komprimuje pracovné chladivo, čím dosiahne požadovanú výstupnú teplotu pre vykurovací systém alebo zásobník teplej vody.

2.3.2 Faktor výkonu (COP) a efektivita

Kľúčovou výhodou spojenia systémov rekuperácie tepla z odpadovej vody a tepelných čerpadiel je dosiahnutie vysokého výkonového čísla COP. COP je pomer medzi dodanou tepelnou energiou a spotrebovanou elektrickou energiou.

vzorec
 

Teplota odpadovej vody je relatívne stabilná a je vyššia ako teplota iných bežných zdrojov tepla, ako napríklad teplota vonkajšieho vzduchu v zime, tepelné čerpadlo tak pracuje s menším teplotným rozdielom medzi zdrojom energie a zdrojom tepla. Malý teplotný rozdiel zabezpečuje vysokú účinnosť, pričom reálne dosahované hodnoty COP sú často v rozsahu 3,5 až 5,0. Vysoký faktor COP je priamym predpokladom pre výrazné finančné úspory a minimalizáciu prevádzkových nákladov celého systému.

3. Aplikácie rekuperácie tepla z odpadovej vody v rôznych oblastiach

Implementácia rekuperácie tepla z odpadovej vody je škálovateľná a môže byť úspešne aplikovaná na rôznych úrovniach – od jednotlivých bytových jednotiek až po rozsiahle systémy diaľkového vykurovania. Účinnosť a ekonomická návratnosť závisia od objemu a teplotnej stability dostupnej odpadovej vody.

3.1 Rekuperácia tepla zo šedej vody

Na úrovni jednotlivých budov (rodinné domy, bytové domy, hotely, wellness centrá) je najefektívnejšia rekuperácia tepla zo šedej vody, ako napríklad odpadová voda zo spŕch, vaní, práčok, a pod. Šedá voda je obvykle najteplejšou frakciou odpadovej vody a má relatívne nízky obsah pevných znečisťujúcich látok.

  • Decentralizované systémy: Tieto kompaktné systémy sú inštalované priamo v odtokovom potrubí sprchy alebo sprchovom žľabe. Odtekajúca teplá voda predohrieva studenú vodu, ktorá potom smeruje do zásobníkového ohrievača teplej vody alebo priamo do sprchovej batérie. Účinnosť týchto rekuperátorov je približne 60% a vedie k okamžitej úspore energie potrebnej na ohrev teplej vody. Sú obzvlášť vhodné pre objekty s vysokou a pravidelnou spotrebou teplej vody, ako sú športové zariadenia a hotely.
  • Centrálne systémy pre bytové domy: V bytových domoch sa využíva centrálny výmenník tepla umiestnený v kanalizačnom potrubí pred zaústením do verejnej kanalizácie. Získané teplo je prečerpávané pomocou tepelného čerpadla do spoločného systému prípravy teplej vody alebo vykurovania s minimálnou spotrebou elektrickej energie pre prevádzku tepelného čerpadla.

3.2 Rekuperácia tepla z kanalizačnej siete a zberných kolektorov

Pre rozsiahlejšie využitie a zásobovanie väčších objektov alebo priemyselných zón sa používajú systémy inštalované vo verejnej kanalizačnej sieti alebo vo veľkých zberných kolektoroch. Pri rekuperácii odpadového tepla z kanalizačnej siete sa využívajú výmenníky tepla integrované priamo do potrubia alebo do šachty umiestnenej blízko kanalizačnej siete.

Spôsob získavania tepla z kanalizačnej siete spočíva v tom, že teplo odoberané z odpadovej vody pomocou výmenníka tepla je odovzdávané primárnemu okruhu tepelného čerpadla, ktoré následne ďalej dodáva teplo do objektu alebo do systémov diaľkového vykurovania.

Hlavnou výhodou je stabilita zdroja energie, v zime teplota odpadovej vody neklesá pod 10 °C, čo zaručuje vysokú a hlavne stabilnú účinnosť tepelných čerpadiel, ktorá je nezávislá od vonkajších klimatických podmienok.

Obr. 3 Zjednodušená schéma spätného získavania tepla pomocou tepelného čerpadla [8]
Obr. 3 Zjednodušená schéma spätného získavania tepla pomocou tepelného čerpadla [8]

4. Technické výzvy a riešenia v rekuperácii tepla z odpadovej vody

Zatiaľ čo tepelný potenciál odpadovej vody je značný, jej zloženie predstavuje z technologického hľadiska niekoľko špecifických výziev, ktoré musia byť pre dlhodobú a efektívnu prevádzku systémov rekuperácie tepla z odpadovej vody vyriešené. Najväčšie problémy predstavujú zanášanie výmenných plôch výmenníka tepla a korozívna agresivita prostredia.

4.1 Zanášanie plôch výmenníka tepla

Zanášanie je najčastejšou príčinou zníženia výkonu rekuperačných systémov. Pevné častice (piesok, vlákna, organický kal) a tuky obsiahnuté v odpadovej vode vytvárajú na stenách výmenníka tepla izolačnú vrstvu.

  • Dôsledky:
    • Zníženie účinnosti: Vrstva sedimentu pôsobí ako tepelný izolant, dramaticky znižuje celkový koeficient prenosu tepla a tým aj rekuperovaný výkon.
    • Zvýšené náklady na údržbu: Pre udržanie výkonu je potrebné časté čistenie.
  • Riešenia:
    • Optimalizácia konštrukcie výmenníka: Použitie výmenníkov s hladkými povrchmi a so špeciálnym tvarovaním, ktoré podporuje turbulentné prúdenie. Turbulentným prúdením dochádza k samočisteniu výmenníka.
    • Mechanické čistenie: Pre menšie a stredné systémy, napr. rúrka v rúrke, je kľúčová demontovateľná konštrukcia, ktorá umožňuje prístup k vnútornej rúrke a jej mechanické čistenie škrabkami alebo vysokotlakovou vodou.
    • Fyzikálna úprava: V niektorých aplikáciách, najmä na úrovni ČOV, môže byť potrebná pred-úprava odpadovej vody, napr. jemné sitá, pieskové lapače, pred vstupom do výmenníka, aby sa odstránili hrubé nečistoty a vlákna.

4.2 Korozívna agresivita

Odpadová voda je chemicky agresívna kvapalina. Korózia je spôsobená najmä prítomnosťou chloridov, sulfidov a hlavne sírovodíka H2S, ktorý sa uvoľňuje pri anaeróbnom rozklade organických látok a v potrubí sa premieňa na kyselinu sírovú.

  • Dôsledky:
    • Degradácia materiálu výmenníka, zníženie životnosti a riziko narušenia integrity systému.
  • Riešenia:
    • Výber materiálu: Použitie výhradne vysokokvalitnej nerezovej ocele alebo špeciálnych polymérov. Tieto materiály vykazujú zvýšenú odolnosť voči chemickej korózii a oxidácii.
    • Katódová ochrana – v extrémne korozívnom prostredí rozsiahlych kolektorov môže byť zvážená aplikácia katódovej ochrany na predĺženie životnosti oceľových komponentov. Princípom katódovej ochrany je poskytnúť chránenej kovovej štruktúre negatívny elektrický potenciál, čo zabraňuje prebiehajúcej koróznej rekacii.

4.3. Dynamika prietoku a teploty

Kým kanalizačné kolektory majú relatívne stabilné podmienky, rekuperácia šedej vody v budovách je charakteristická kolísaním prietoku a teploty, najmä v závislosti od špičiek spotreby, napr. ráno a večer.

  • Riešenia:
    • Aplikácia zásobníkov: Pre decentralizované systémy je vhodné využívať rekuperátory v spojení s akumulačnými nádržami na strane ohriatej vody. Tieto nádrže vyrovnávajú kolísanie dodávky tepla z výmenníka a zabezpečujú stabilnú prevádzku tepelného čerpadla.
    • Regulácia TČ: Inštalácia tepelných čerpadiel s reguláciou výkonu umožňuje prispôsobiť odber tepla aktuálnemu prietoku odpadovej vody v reálnom čase, čím sa optimalizuje COP.

5. Záver

Rekuperácia tepelnej energie z odpadovej vody predstavuje kľúčový strategický krok na ceste k dosiahnutiu energetickej sebestačnosti a dekarbonizácie. Tento proces transformuje odpadovú vodu, ktorá je tradične vnímaná len ako záťaž, na stabilný a rozsiahly nízkopotenciálny obnoviteľný zdroj energie. Podstata technológie spočíva v efektívnej integrácii výmenníkov tepla so sofistikovanými tepelnými čerpadlami.

Táto synergia umožňuje systémom dosahovať mimoriadne vysokú energetickú účinnosť, ktorá výrazne prekonáva konvenčné metódy výroby tepla, pretože využíva relatívne stabilnú teplotu zdroja. Napriek počiatočným výzvam spojeným s korozívnou agresivitou odpadovej vody a tendenciou k zanášaniu, sú technické riešenia založené na inovatívnom návrhu výmenníkov a použití vysokokvalitných materiálov plne funkčné. Implementácia systémov rekuperácie tepla prináša nielen finančné úspory, ale aj zásadné environmentálne výhody v podobe zníženia produkcie emisií uhlíka a obmedzenia tepelného znečistenia vodných tokov. Pre rozšírené aplikácie tejto technológie je nevyhnutná ďalšia podpora výskumu, legislatívy a rozvoja mestského plánovania, aby sa plne využil tepelný potenciál skrytý v infraštruktúre odpadových vôd.

Poďakovanie

Táto práca bola podporovaná Ministerstvom školstva, vedy, výskumu a športu Slovenskej republiky prostredníctvom grantu VEGA 1/0482/25.

Literatúra

  1. MATUŠKA, T., VAVŘIČKA, R. Úspora tepla dosažená rekuperačním výměníkem v reálném provozu. TZB-info [online]. Dostupné z:
    https://voda.tzb-info.cz/priprava-teple-vody/15057-uspora-tepla-dosazena-rekuperacnim-vymenikem-v-realnem-provozu.
  2. PERÁČKOVÁ, J., PODOBEKOVÁ, V. Jak využít teplo z kanalizace na přípravu teplé vody v budovách? TZB-info.cz, 2014, roč. 2014, s. 35–38.
  3. Nariadenie Komisie (EÚ) 2022/759 z 13. mája 2022, ktorým sa stanovujú podrobné pravidlá uplatňovania smernice (EÚ) 2018/2001 Európskeho parlamentu a Rady, pokiaľ ide o určenie pravidiel pre výpočet a overovanie podielu energie z obnoviteľných zdrojov. EUR-Lex [online]. Dostupné na: https://eur-lex.europa.eu/eli/reg_del/2022/759/oj [cit. 2025-09-24].
  4. Vyhláška č. 364/2012 Z.z. Ministerstva dopravy, výstavby a regionálneho rozvoja SR, ktorou sa vykonáva zákon č. 555/2005 Z.z. o energetickej hospodárnosti budov a o zmene a doplnení niektorých zákonov v znení neskorších predpisov.
  5. Smernica Európskeho parlamentu a Rady (EÚ) 2018/2001 z 11. decembra 2018 o podpore využívania energie z obnoviteľných zdrojov (prepracované znenie). EUR-Lex [online]. Dostupné na:
    https://eur-lex.europa.eu/eli/dir/2018/2001/oj [cit. 2025-09-24].
  6. Odporúčanie Komisie (EÚ) 2019/1659 z 25. septembra 2019 o energetickej efektívnosti. EUR-Lex [online]. Dostupné na: https://eur-lex.europa.eu/eli/reco/2019/1659/oj [cit. 2025-09-24].
  7. Výmenníky tepla Danfoss, dostupné online dňa 29.10.2025 na:
    https://www.danfoss.com/sk-sk/campaigns/dhs/heat-exchangers/#tab-gasketed-heat-exchangers.
  8. NAGPAL, Himanshu, SPRIET Jan a kol. Heat Recovery from Wastewater—A Review of Available Resource. Water 2021, 13, 1274. https://doi.org/10.3390/w13091274.
  9. Výmenníky tepla AlfaLaval, dostupné online dňa 29.10.2025 na:
    https://www.alfalaval.com/products/heat-transfer/tubular-heat-exchangers/shell-and-tube-heat-exchanger/aalborg-mc/.
 
Komentář recenzenta Ing. Karolína Vyhlídalová, Ph.D., VUT FAST v Brně, Ústav technických zařízení budov

Článek přehledně představuje možnosti využití odpadního tepla z kanalizačních systémů a současně upozorňuje na vybrané technické výzvy spojené s jejich provozem. V rámci dalšího rozvoje tématu by bylo zajímavé například podrobněji prozkoumat vliv rychlosti zanášení výměníků tepla na, s tím související, změny účinnosti v čase. V souvislosti s integrací tepelných čerpadel by si větší pozornost zasloužila analýza chování systému při nízkých či kolísavých průtocích, které jsou typické především pro menší, decentralizované aplikace. Inspirativní by mohlo být také zavedení ukazatele obdobného solárnímu podílu pokrytí, jenž by umožnil lépe posoudit přínos rekuperace odpadního tepla z hlediska energetické i ekonomické efektivity. Za zmínku stojí i návrhový kompromis mezi podporou turbulentního proudění, které napomáhá omezovat zanášení, a možným nárůstem tlakových ztrát. Podrobnější rozpracování tohoto aspektu by mohlo dále přispět k optimalizaci návrhu těchto systémů.

 
 

Reklama