إعادة تدوير الماء الساخن

إعادة تدوير حرارة الماء (المعروفة أيضًا باسم استعادة حرارة مياه الصرف ، أو استعادة حرارة مياه النفايات ، أو استعادة حرارة المياه الرمادية ، أو أحيانًا استعادة حرارة مياه الاستحمام ) ^{[ 1 ]} هي استخدام مبادل حراري لاستعادة الطاقة وإعادة استخدام الحرارة من مياه الصرف الناتجة عن أنشطة مختلفة مثل غسل الأطباق والملابس، وخاصة الاستحمام. تُستخدم هذه التقنية لتقليل استهلاك الطاقة الأولية لتسخين المياه عن طريق تسخين الماء مسبقًا، مما يقلل الضغط على وحدة تسخين المياه ، وبالتالي يطيل عمر سخان المياه ويوفر في استهلاك الطاقة. ^{[ 2 ]} على نطاق أصغر، يمكن لإعادة تدوير حرارة الماء توفير كمية كبيرة من الطاقة في التطبيقات المنزلية نظرًا لانخفاض الحاجة إلى مصادر الطاقة الخارجية. أما على نطاق أوسع، فإن هذا التوفير في استهلاك الطاقة قد يُسهم في التخفيف من آثار تغير المناخ لأنه سيقلل الاعتماد على الوقود الأحفوري. ^{[ 1 ]} لهذا السبب، ينظر العديد من الباحثين إلى إعادة تدوير حرارة الماء باعتبارها مستقبل كفاءة الطاقة لما لها من فوائد اقتصادية وبيئية.

يمكن تسخين الماء البارد المُدخل إلى سخان الماء مسبقًا باستخدام الطاقة الحرارية المُستعادة من الدش، بحيث لا يحتاج الماء الداخل إلى الكثير من الطاقة للتسخين قبل استخدامه في الدش أو غسالة الأطباق أو المغسلة. عادةً ما تكون درجة حرارة الماء الداخل إلى خزان التخزين قريبة من 11  درجة مئوية (52 درجة فهرنهايت)، ولكن باستعادة الطاقة الموجودة في الماء الساخن من حوض الاستحمام أو غسالة الأطباق، يمكن رفع  درجة حرارة الماء الداخل إلى الخزان إلى  25 درجة مئوية (77  درجة فهرنهايت)، مما يوفر الطاقة اللازمة لرفع درجة حرارة كمية معينة من الماء بمقدار 14  درجة مئوية (57  درجة فهرنهايت). ثم يُسخّن هذا الماء قليلًا إلى 37  درجة مئوية (99  درجة فهرنهايت) قبل خروجه من الخزان واستخدامه في الدش. ^{[ 3 ]}

عند إعادة تدوير المياه من حوض الاستحمام (100-150 لترًا) أو الدش (50-80 لترًا) ^{[ 4 ]،} تتراوح درجة حرارة المياه المُعاد تدويرها بين 20 و25 درجة مئوية. يحتوي خزان إعادة تدوير المياه الرمادية  الموجود داخل المنزل على سعة 150-175 لترًا، مما يسمح بتخزين معظم المياه المُعاد تدويرها. باستخدام مبادل حراري نحاسي مدمج مع مضخة دوران ، يتم استعادة الحرارة المتبقية ونقلها إلى خط التغذية الباردة لسخان المياه أو خزان الماء الساخن، مما يقلل من الطاقة التي يستهلكها نظام التدفئة المركزية الحالي لتسخين المياه.

يمكن تصنيف الحرارة المهدرة إلى ثلاث فئات: حرارة مهدرة منخفضة الدرجة (أقل من 100 درجة مئوية)، وحرارة مهدرة متوسطة الدرجة (100-400 درجة مئوية)، وحرارة مهدرة عالية الدرجة (أكثر من 400 درجة مئوية). وبينما يمكن تحويل جميع هذه الأنواع إلى طاقة، فإن الحرارة المهدرة متوسطة الدرجة هي الأكثر شيوعًا في التطبيقات المنزلية. ^{[ 5 ]}

يمكن أيضًا استخدام الحرارة المهدرة من الاستخدامات المنزلية الشائعة لتحويل المياه المالحة إلى مياه شرب نظيفة. ورغم أن هذه العملية لا تزال في مراحلها الأولى، إلا أنها تبشر بمستقبل واعد للمياه النظيفة وكفاءة الطاقة. ^{[ 6 ]} قد تكون عملية تحلية المياه هذه هي مستقبل المياه النظيفة في جميع أنحاء العالم. ونظرًا لاستهلاكها الكبير للطاقة ^{[ 7 ]} ، يمكن استخدامها بالتزامن مع إعادة تدوير حرارة المياه لخفض تكاليف الطاقة.

تُشكّل تكلفة تسخين المياه 18% من متوسط ​​فاتورة الخدمات المنزلية. وتُوفّر الوحدات القياسية ما يصل إلى 60% من الطاقة الحرارية التي تُهدر عادةً في المجاري أثناء الاستحمام.

يساهم تركيب نظام إعادة تدوير حرارة الماء في خفض استهلاك الطاقة، وبالتالي انبعاثات غازات الاحتباس الحراري ، وتقليل اعتماد المنزل على الطاقة بشكل عام. في القطاع التجاري، يُهدر ما بين 20 و50% من الطاقة المستخدمة على شكل حرارة متسربة، وهو ما لا يُعدّ غير فعال فحسب، بل ضارًا أيضًا بالبيئة. ^{[ 5 ]}

يتراوح سعر التجزئة المعتاد لوحدة استعادة الحرارة من مياه الصرف الصحي المنزلية بين 400 و1000 دولار كندي (150-700 دولار أمريكي). في المنزل العادي، يمثل تسخين المياه عادةً حوالي 20% من إجمالي استهلاك الطاقة. ^{[ 8 ]} ويمكن أن تؤدي وفورات الطاقة إلى استرداد متوسط ​​فترة الاستثمار الأولي من سنتين إلى عشر سنوات.

أظهرت دراسة مستقلة استمرت عامين لأنظمة استعادة الحرارة من مياه الصرف الصحي المثبتة في المنازل السكنية في المملكة المتحدة وفورات تتراوح بين 380 و500 كيلوواط ساعة للشخص الواحد سنوياً. ^{[ 9 ]}

يمكن دمج مضخة حرارية مع خطوط الصرف الصحي البلدية للسماح لنظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء في المباني الكبيرة بإعادة تدوير حرارة الشتاء أو برودة الصيف (مقارنة بالهواء الخارجي) للمياه المتدفقة من العديد من المنازل والشركات. ^{[ 10 ]}

والعكس ممكن أيضًا: يمكن استخدام الحرارة الناتجة عن أجهزة التكييف والمبردات الصناعية لتسخين المياه مسبقًا. ^{[ 11 ]} يمكن استعادة الحرارة المنبعثة من نظام التبريد لتوفير التكييف للمباني الكبيرة عن طريق تركيب مبادل حراري بين مياه الشرب الباردة الداخلة ومياه المكثف العائدة. يقوم نظام المياه المبردة التقليدي بطرد الحرارة التي تجمعها دائرة مياه المكثف من المبرد إلى برج التبريد . من خلال تحويل جزء من معدل تدفق كتلة مياه المكثف بعيدًا عن برج التبريد، وتدويرها عبر مبادل حراري (عادةً ما يكون من نوع الألواح والإطارات)، يمكن تسخين مياه الشرب الباردة الداخلة مسبقًا قبل وصولها إلى المرجل . هذا يقلل من الزيادة المطلوبة في درجة حرارة الماء قبل تزويده للمستخدم النهائي، وبالتالي يقلل من استهلاك وقود المرجل. حتى هذه الزيادة الطفيفة في كفاءة الطاقة لها تأثيرات كبيرة على إبطاء ظاهرة الاحتباس الحراري. ^{[ 5 ]}

• البناء الأخضر – مبادئ البناء المسؤولة بيئياً 
• تهوية استعادة الحرارة – طريقة لإعادة استخدام الطاقة الحرارية في المبنى 
• مبنى منخفض الطاقة – منزل مصمم لتقليل استهلاك الطاقة. صفحات تعرض وصفًا موجزًا ​​لأهداف إعادة التوجيه. 
• تحليل القرص – طريقة في الهندسة الكيميائية 
• الطاقة الحرارية المتجددة – تطبيق الطاقة المتجددة 
• تسخين المياه بالطاقة الشمسية – استخدام ضوء الشمس لتسخين المياه باستخدام مُجمِّع حراري شمسي 
• دش إعادة تدوير المياه – دش يستخدم حوضًا ومضخة لإعادة استخدام مياه الاستحمام 
• مبنى صفري الطاقة – معيار كفاءة الطاقة للمباني. صفحات تعرض وصفًا موجزًا ​​لأهداف إعادة التوجيه.