Sistemas de recuperação de energia térmica de efluentes domésticos: performance e limitações

Abstract

As crescentes preocupações com os impactos ambientais relacionados com a queima de combustíveis fósseis criam a necessidade de desenvolvimento de sistemas energéticos mais eficientes e com menor impacto sobre o ambiente. Na União Europeia, os edifícios representam 40% do consumo total de energia. Deste valor, 14% da energia é utilizada para o aquecimento de água. Para este cenário, e com o intuito de alcançar os compromissos firmados por Portugal para a redução da dependência energética e o alcance da neutralidade carbónica, torna-se necessário aumentar a eficiência dos sistemas de aquecimento de água em habitações para contribuir para a redução do consumo de energia. Após o seu uso principal, a energia térmica presente na água quente sanitária é geralmente descarregada no sistema de esgoto, ou seja, entre 15% e 30% da energia consumida nas habitações é de imediato rejeitada por esta via. O presente trabalho propõe-se analisar o funcionamento dos sistemas atualmente utilizados para recuperação de energia térmica da água residual da casa de banho, com ênfase na performance e limitações inerentes à sua aplicação e manutenção. A partir da revisão da literatura, elaborou-se um modelo simplificado para avaliação da performance térmica desses sistemas em função das diferentes condições de temperatura e caudal dos fluidos quente e frio. Posteriormente, analisou-se a aplicação do sistema em conjunto com uma bomba de calor, para melhorar o seu coeficiente de performance. O estudo realizado permitiu concluir que, com os sistemas analisados, pode ser recuperado até 8,10% do consumo anual de energia apenas com o uso do permutador para o pré-aquecimento da água fria. Quando se usa a água quente residual da casa de banho para melhorar a performance de bombas de calor, o seu coeficiente de desempenho chega a estar entre 4,51 e 4,90, para tamanhos razoáveis do permutador de calor usado.

Growing concerns about the environmental impacts related to the burning of fossil fuels create the need to develop more efficient energy systems and with less environmental impact. In the European Union, edifice buildings represent 40% of total energy consumption. Of this amount, 14% of the energy is used for water heating. For this scenario and to achieve the commitments made by Portugal to reduce energy dependence and to reach carbon neutrality, increasing the efficiency of water heating systems in residences becomes necessary to reduce the energy consumption. After its main use, the thermal energy present in the domestic hot water is generally discharged into the sewer, it means that values between 15% and 30% of the energy consumed in the dwellings is immediately dissipated by this course. The present work intends to analyze the work principles of shower drain water heat recovery systems, with special emphasis on its performance and the limitations related to its application and maintenance. After a literature review, a simplified model was developed to evaluate the thermal performance of these systems, noticing different temperature and flow conditions of the hot and cold fluids. Afterwards, the coefficient of performance of a heat pump assisted by the previous system was investigated. As a conclusion of the study, with the analyzed systems, up to 8,10% of the annual energy consumption can be recovered only with the use of the drain water heat exchanger as a cold-water preheater. When using the shower drain water to improve the performance of heat pumps, its coefficient of performance can reach values between 4,51 and 4,90, for reasonable sizes of the used heat exchanger.