Odpadová bazénová voda: Aké sú možnosti využitia jej energetického potenciálu?

kupalisko
Zdroj: Shutterstock

Slovensko je relatívne malá krajina, no má veľký geotermálny potenciál.

Na celom území evidujeme 31 perspektívnych oblastí, v ktorých sa nachádza až 164 registrovaných geotermálnych vrtov a 82 vrtov s liečivou vodou, ktoré sa využívajú v balneologických zariadeniach [3, 6]. Geotermálne vrty poskytujú geotermálnu vodu s teplotou od 30 do 130 °C. V najväčšej miere sa u nás využíva geotermálna energia na rekreačné účely, a to až na úrovni 60 %.

Na Slovensku evidujeme 35 termálnych kúpalísk, ktoré využívajú geotermálne zdroje na prevádzku svojich bazénových hospodárstiev. Údaje z Úradu verejného zdravotníctva Slovenskej republiky ukazujú, že spolu sa počas kúpacej sezóny 2021 sledovalo 209 umelých kúpalísk so 658 bazénmi, z ktorých 189 bolo s termálnou a 469 s netermálnou vodou.

Povolenie na prevádzku dostalo k 11. 6. 2021 zatiaľ len 196 bazénov, v prevádzke boli pritom najmä bazény na termálnych kúpaliskách [4]. Bazénové hospodárstva sa považujú za otvorené geotermálne energetické systémy, a to vzhľadom na to, že využitá geotermálna voda sa nemôže vrátiť do geologického podložia, pretože prišla do styku so vzduchom a s ľudskou pokožkou.

Využitá geotermálna voda sa z takýchto systémov odvádza do dochladzovacieho kanála, jazierka, kanalizácie alebo do recipientu. Odborníci na geotermálne energetické systémy sa ich snažia navrhovať s čo najvyššou mierou využívania geotermálnej energie, no aj napriek tomu sú mnohé systémy navrhnuté nevyhovujúco. Vo väčšine prípadov vypúšťajú bazénové hospodárstva odpadovú bazénovú vodu s teplotou 30 až 40 °C do recipientu.

To je neprípustné z hľadiska ochrany životného prostredia a dodržania maximálnej možnej teploty odpadovej bazénovej vody, ktorá sa môže vypúšťať do recipientu bez poškodenia životného prostredia a narušenia ekosystému. V článku predstavíme možnosti, vďaka ktorým by bolo možné zabezpečiť zníženie teploty odpadovej bazénovej vody a dosiahnuť ďalšie aspekty opísané v nasledujúcich kapitolách.

Požiadavky na teplotu odpadovej vody

Ako sme uviedli, v rekreačných zariadeniach na Slovensku nastáva situácia, že z termálnych kúpalísk odteká odpadová bazénová voda s príliš vysokou teplotou na to, aby bolo jej vypúšťanie do recipientu bezpečné bez poškodenia životného prostredia. V mnohých prípadoch ide o teplotu bazénovej vody až do 40 °C, environmentálne je však neakceptovateľné, aby bola odpadová voda s takouto teplotou vypúšťaná do recipientu.

Maximálnu prípustnú teplotu odpadovej vody, pri ktorej je bezpečné jej vypustenie do recipientu, stanovujú zákon č. 364/2004 Z. z. o vodách a o zmene zákona SNR č. 372/1990 Zb. o priestupkoch v znení neskorších predpisov (vodný zákon) a nariadenie vlády č. 269/2010, ktorým sa ustanovujú požiadavky na dosiahnutie dobrého stavu vôd, na hodnotu 26 °C [2].

Vo väčšine prípadov táto podmienka nie je splnená, čoho dôsledkom sú nemalé sankcie za znečisťovanie životného prostredia. Maximálna výška sankcie môže dosiahnuť až 160 000 €, v závislosti od spôsobu a rozsahu poškodenia životného prostredia.

Preto by malo byť cieľom prevádzkovateľov termálnych kúpalísk zníženie teploty odpadovej bazénovej vody na takú hodnotu, pri ktorej je bezpečné jej vypúšťanie do recipientu. Dôsledkom by boli redukované sankcie za znečisťovanie životného prostredia, pričom ušetrené financie by sa mohli využiť na iné účely.

Typy bazénov využívané rekreačnými zariadeniami

Existuje niekoľko bazénových systémov. Rekreačné zariadenia na Slovensku využívajú ich tri základné typy:

  • prietokový systém, pri ktorom je bazén plnený len geotermálnou vodou,
  • prietokový systém, pri ktorom je bazén plnený zmiešanou geotermálnou a studenou vodou
  • a cirkulačný systém, ktorého súčasťou je vyrovnávacia nádrž a bazén je plnený zmiešanou geotermálnou a studenou vodou.

Pri použití prietokového systému je bazén plnený geotermálnou vodou. Takýto systém je možné využiť len vtedy, ak má geotermálna voda teplotu do 30 až 35 °C a vhodné mineralogické zloženie. Ak nie je možné využívať geotermálnu vodu priamo kvôli tomu, že má príliš vysokú teplotu, alebo má nevhodné mineralogické zloženie, je možné použiť prietokový systém, ale geotermálna voda musí byť zmiešaná so studenou vodou tak, aby sa dosiahla požadovaná teplota bazénovej vody.

Geotermálna a studená voda sa miešajú v trojcestnom zmiešavacom ventile, z ktorého sa do bazéna privádza zmiešaná bazénová voda. Z prietokového systému odteká odpadová bazénová voda do dochladzovacieho kanála, jazierka alebo do recipientu bez ďalšieho využitia [1, 5].

Ďalší je cirkulačný systém, v ktorom je bazén plnený zmiešanou geotermálnou a studenou vodou. Geotermálna a studená voda sa miešajú v trojcestnom zmiešavacom ventile na požadovanú teplotu, potom sa odvádzajú do vyrovnávacej nádrže, odkiaľ prúdia cez filtračné zariadenie priamo do bazéna.

Z takéhoto systému však odpadová bazénová voda neodteká priamo do recipientu, ale sa privádza naspäť do vyrovnávacej nádrže. Až po jej preplnení odpadová voda zo systému odteká. Tento systém je náročnejší, ale v termálnych kúpaliskách sa využíva viac ako prietokový systém. Prietokový aj cirkulačný systém zároveň poskytujú veľký potenciál na realizáciu energeticky úsporných opatrení. Ich koncepcii sa budeme venovať v ďalšej časti článku [1, 5].

Princíp spätného získavania tepla

Princíp spätného získavania tepla z odpadovej bazénovej vody je založený na využití tepla, ktoré sa inak odvádza do odpadu bez ďalšieho využitia. Odpadová bazénová voda, najmä z oddychových a rekreačných bazénov, dosahuje teplotu až do 40 °C. Táto voda v sebe nesie nemalý energetický potenciál, ktorý by bolo možné zmysluplne využiť.

Jednu z možností, ako využívať toto odpadové teplo, predstavuje predohrev studenej vody, ktorá sa mieša s geotermálnou vodou v zmiešavacom trojcestnom ventile. Tým, že do zmiešavacieho uzla privedieme predhriatu studenú vodu, zabezpečíme zníženie objemového prietoku geotermálnej vody, ktorý je potrebný na napustenie a prevádzku bazéna.

Naskytajú sa dve možnosti spätného využívania tepla – jednostupňové a dvojstupňové ochladenie odpadovej bazénovej vody. Ďalej ukážeme spôsoby, ako to možno dosiahnuť.

Jednostupňové ochladenie odpadovej bazénovej vody

Jednostupňové ochladenie odpadovej vody spočíva v zaradení rekuperačného výmenníka tepla do okruhu odpadovej bazénovej vody. Odpadová voda a studená voda budú prechádzať výmenníkom tepla. Odpadová voda odovzdá svoje teplo cez teplovýmennú plochu studenej vode. Môžeme počítať, že studená voda bude mať teplotu približne 15 °C a odpadová bazénová voda približne 38 °C po zohľadnení tepelných strát.

Výpočty, ktoré sme vykonali na fiktívnych príkladoch, ukázali, že pri uvedených teplotách je možné zohriať studenú vodu až o 12 °C. Na základe toho, že do zmiešavacieho ventilu privedieme predhriatu studenú vodu, bude potrebný menší objemový prietok geotermálnej vody na dosiahnutie tej istej požadovanej teploty bazénovej vody.

Systém jednostupňového ochladenia odpadovej bazénovej vody je možné aplikovať v prietokovom aj cirkulačnom bazénovom systéme. Schéma prietokového bazéna so systémom jednostupňového spätného získavania tepla je znázornená na obr. 3 a schéma cirkulačného bazéna s jednostupňovým systémom spätného získavania tepla je znázornená na obr. 4 [5].

Pomocou jednostupňového ochladenia odpadovej bazénovej vody je možné dosiahnuť teplotu odpadovej bazénovej vody 26 °C. Táto hodnota predstavuje maximálnu možnú teplotu odpadovej vody, ktorá sa môže vypúšťať do recipientu bez poškodenia životného prostredia [5].

Dvojstupňové ochladenie odpadovej bazénovej vody

Ďalšou možnosťou je zaradenie druhého stupňa ochladenia odpadovej bazénovej vody, ktorý spočíva v zaradení tepelného čerpadla voda – voda za prvý stupeň ochladenia, tzn. za výmenník tepla (obr. 5). Čiastočne ochladená odpadová bazénová voda z výmenníka tepla bude prúdiť do výparníka tepelného čerpadla. Kondenzátorom tepelného čerpadla bude prúdiť studená voda predhriata v prvom stupni (vo výmenníku tepla).

Potom sa bude dvojstupňovo predhriata voda dopravovať do trojcestného zmiešavacieho ventilu, kde sa bude miešať s geotermálnou vodou na dosiahnutie požadovanej teploty bazénovej vody [5]. Aj v tomto prípade je možné docieliť zníženie potrebného objemového prietoku geotermálnej vody na dosiahnutie tej istej požadovanej teploty bazénovej vody.

Vďaka tepelnému čerpadlu by bolo možné ochladiť odpadovú bazénovú vodu na hodnotu 15 °C, čo je teplota, pri ktorej už voda nemá žiadny energetický potenciál [5].

Záver

Vďaka jednostupňovému ochladeniu odpadovej bazénovej vody by bolo možné zabezpečiť maximálnu teplotu odpadovej vody 26 °C, ktorú predpisujú zákony a nariadenia. Ide o maximálnu prípustnú teplotu odpadovej vody, ktorá môže byť odvedená do recipientu bez ohrozenia životného prostredia a narušenia ekosystému v recipiente.

Z hľadiska úplného vyčerpania energetického potenciálu odpadovej geotermálnej vody by bolo vhodné zaradiť aj druhý stupeň ochladenia odpadovej bazénovej vody v podobe tepelného čerpadla, ktoré by umožnilo ochladiť odpadovú vodu na teplotu 15 °C. Systém spätného získavania tepla poskytuje jednoznačné benefity v podobe redukcie sankcií za znečisťovanie životného prostredia.

Ďalšou výhodou tohto systému je, že vzhľadom na zníženie potrebného objemového prietoku geotermálnej vody sa predĺži životnosť jej zdroja. V neposlednom rade je možné týmto spôsobom prispieť k zvyšovaniu využívania obnoviteľných zdrojov energie, ktoré predpokladá Národný integrovaný energetický plán Slovenskej republiky na roky 2021 až 2030.

Túto prácu podporilo Ministerstvo školstva, vedy, výskumu a športu Slovenskej republiky z grantov VEGA 1/0303/21, VEGA 1/0304/2021 a KEGA č. 005STU-4/2021.

Literatúra

1. PETRÁŠ, D. a kol.: Obnoviteľné zdroje energie pre nízkoteplotné systémy, Nakladateľstvo JAGA, Bratislava 2009, 223 str.
2. Nariadenie vlády Slovenskej republiky č. 269/2010 z 25. mája 2010, ktorým sa ustanovujú požiadavky na dosiahnutie dobrého stavu vôd.
3. FRIČOVSKÝ, B. – ČERNÁK, R. – MARCIN, D. a kol.: Geothermal Energy Use, Country Update for Slovakia, European Geothermal Congress 2019, Den Haag, The Netherlands, 11. – 14. June 2019.
4. Úrad verejného zdravotníctva Slovenskej republiky – Pripravenosť prírodných vodných plôch a umelých kúpalísk na kúpaciu sezónu 2021 (stav k dňu 11. 6. 2021), dostupné online: https://www.uvzsr.sk/docs/info/kupaliska/Pripravenost_na_KS_2021.pdf.
5. PREDAJNIANSKA, A. – TAKÁCS, J.: Ako ďalej s nízkoteplotnou energiou z termálnych kúpalísk? In: Vykurovanie 2020 [elektronický zdroj]: Zborník prednášok z 28. medzinárodnej vedecko-odbornej konferencie na tému Klimatické zmeny a inovácie pri zásobovaní budov teplom. Podbanské, Vysoké Tatry, 10. – 14. február 2020. 1. vyd. Bratislava: SSTP, 2020, CD-ROM, s. 147 – 150.
6. Nariadenie vlády Slovenskej republiky č. 283/2010 Z. z. z 9. júna 2010, ktorým sa ustanovujú prahové hodnoty a zoznam útvarov podzemných vôd. Príloha 2: Zoznam útvarov podzemných vôd, Časť C – Útvary geotermálnych vôd.

Ing. Anna Predajnianska, prof. Ing. Ján Takács, PhD.

Autori pôsobia na Katedre TZB SvF STU v Bratislave.
Recenzovala: doc. Ing. Jarmila Božíková, PhD.

Článok bol publikovaný v časopise TZB 04/2021.