Využitie zrážkových vod z povrchového odtoku
príklad aplikácie a ekonomické výsledky
Článek přináší v návaznosti na již dříve zveřejněné články návod na ekonomické zhodnocení možnosti využití srážkových vod. Tato problematika však není jen úvahou ekonomickou a zohledněním potřeb ekosystému, ale v mnohých oblastech je reakcí na zákaz odvádění dešťových voda do kanalizace.
Úvod
S rastom požiadaviek na vodu, zvyšovaním ceny za jej úpravu a celkovým pozdvihnutím environmentálnych potrieb spoločnosti, recyklovanie vody bude hrať dôležitejšiu úlohu v celkovom zásobovaní vodou, pretože môže pomôcť konzervovať a trvalo udržateľne riadiť naše zdroje vody. Výhodou využitia systémov zrážkovej vody z povrchového odtoku (ZVPO) je, že sa dajú použiť ako alternatívne riešenie tam, kde nie je možné napojiť dažďovú kanalizáciu na verejnú sieť alebo, ak je stanovený maximálny prietok dažďovej vody vstupujúcej do kanalizácie.
Zavedením týchto systémov v jednotnej kanalizácii klesá veľké kolísanie prietokov vody, a tým nerovnomerné namáhanie čistiarní odpadových vôd.
1. Údaje potrebné k dimenzovaniu systému využitia zrážkových vôd
Zoznam požadovaných údajov pre návrh systému využitia zrážkovej vody obsahuje:
- plochu strechy, A a koeficient odtoku, C;
- nominálnu ("normovú") dennú požiadavku vody, Qrd;
- dostatočne dlhý záznam zrážok z minulosti;
- navrhovanú veľkosť nádrže, V.
Veľkosť nádrže sa dá vyjadriť prostredníctvom času zdržania vody τ, podľa vzorca:
| V | je objem zásobnej nádrže, (l) |
| Qrd | nominálna denná požiadavka zrážkovej vody, (l/d). |
2. Projekt zariadenia využívajúceho zrážkovú vodu pre rodinný dom
Príkladom bude dvojpodlažný dom v Košiciach s rozmermi 12, 75 m x 7, 5 m. Zrážková voda sa bude využívať na splachovanie WC, na pranie a zalievanie záhrady. V rodinnom dome budú bývať dvaja dospelí s dvoma deťmi.
2.1 Potreba vody
Ročná spotreba zrážkovej vody sa počíta zo spotreby na osobu a deň (bez ohľadu na počet toaliet). V našom prípade predpokladaná ročná spotreba vody pre štvorčlennú rodinu, je 76 640 l/rok (viď tabuľka 1).
| Toaleta | 40 l na osobu/deň | 4 osoby, 365 dní | 58 400 l/rok |
|---|---|---|---|
| Práčka | 30 l na osobu/týždeň | 4 osoby, 52 týždňov | 6 240 l/rok |
| Závlaha záhrady | 60 l/m2 | 200 m2 | 12 000 l/rok |
| Spotreba za rok | 76 640l/rok | ||
Tab. I Predpokladaná ročná spotreba ZVPO pre rodinný dom
| 2.1 Podrobné rozdelenie ročnej potreby dažďovej vody | ||||
|---|---|---|---|---|
| Čas | Potreba vody na | Polievanie zelene | ||
| 1 | Január | 31 | 5,6 | 0,0 |
| 2 | Február | 29 | 5,0 | 0,0 |
| 3 | Marec | 31 | 5,6 | 0,0 |
| 4 | Apríl | 30 | 5,4 | 1,5 |
| 5 | Máj | 31 | 5,6 | 1,5 |
| 6 | Jún | 30 | 5,4 | 2,0 |
| 7 | Júl | 31 | 5,6 | 3,0 |
| 8 | August | 31 | 5,6 | 2,0 |
| 9 | September | 30 | 5,4 | 1,5 |
| 10 | Október | 31 | 5,6 | 0,0 |
| 11 | November | 30 | 5,4 | 0,0 |
| 12 | December | 31 | 5,6 | 0,0 |
| Potreby vôd: | 65,5 | 11,5 | ||
| Celkom vody | 77,0 m3/rok | |||
Tab. II Rozdelenie ročnej potreby ZVPO pre rodinný dom
2.2 Ročný zisk zrážkovej vody zo strechy
Pri počítaní zisku ZVPO berieme do úvahy minimálne päťročný priemer spadnutých zrážok. V našom prípade priemerný úhrn zrážok je 576,8 mm od roku 1999 do roku 2003. Strecha rodinného domu má plochu 170 m2, je šikmá a bude pokrytá pálenými škridlicami. Koeficient odtoku takejto strechy, C je 0,8.
Zisk ZVPO sa počíta nasledovne:
Zisk zrážkovej vody/rok (v litroch) = zberná plocha (v metroch štvorcových) × koeficient odtoku × zrážky/rok (v milimetroch). Reálny zisk zrážkkovej vody = 170 × 0,8 × 576,8 = 78 444,8 litrov.
Porovnaním zisťujeme, že je možné pokryť ročnú potrebu ZVPO v rodinnom dome. Pri priemerných zrážkach bude ročne 1804 l naviac.
3. Veľkosť zásobníka na zrážkovú vodu
Viacero argumentov hovorí za voľbu takej veľkosti zásobnej nádrže, aby mohla byť domácnosť zásobená zrážkovou vodou po dobu 2 až 3 týždňov suchého počasia. Obdobia sucha trvajú zriedkakedy dlhšie ako toto obdobie. Väčší zásobník, ktorý umožňuje rezervu na dlhší časový úsek, prinesie len málokedy ďalšie úspory pitnej vody. Zásobník má byť pravidelne preplavovaný. Tým sa splachujú nečistoty plávajúce na povrchu. Voda nemá byť skladovaná príliš dlho, lebo jej kvalita sa časom zhoršuje. Náklady na zabezpečenie stúpajú s veľkosťou zásobníka. Ak je zásobník príliš veľký, nebude úsporami pitnej vody amortizovaný.
Veľkosť zásobníka môže byť počítaná rôznymi spôsobmi. V mojom prípade použijem výpočet veľkosti zásobníka podľa spotreby. Tento postup sa volí v prípade, že sa požaduje optimálna veľkosť zásobníka vo vzťahu k spotrebe a vhodný je pre menšie zariadenie v rodinných domoch. Pre väčšie zariadenia sú vhodnejšie podrobnejšie a presnejšie výpočty, ktoré by mal urobiť skúsený odborník.
3.1 Výpočet veľkosti zásobníka podľa spotreby
Veľkosť zásobníka (v litroch) = ročná spotreba dažďovej vody (v litroch) × doba zásobenia (v dňoch) / 365 (dní v roku).
požadovaná zásoba na dva týždne:
Veľkosť zásobníka (14 denná zásoba) = 76 640 l ×14 d / 365 d = 2940 l = 2,940 m3.
požadovaná zásoba na tri týždne:
Veľkosť zásobníka (21 denná zásoba) = 76 640 l × 21 d / 365 d = 4409 l = 4,409 m3.
Na základe týchto výpočtov môže byť zvolený zásobník zodpovedajúcej veľkosti, napríklad s objemom 3, alebo 4 m3. Presnejšie stanovenie veľkosti zásobníka nie je pre malé domáce použitie ani potrebné, ani nutné. Nedá sa vylúčiť, že občas pretečie a niekedy bude musieť byť doplnený pitnou vodou.
3.2 Investičné náklady
Rozvod zrážkovej vody
Na rozvod vody použijeme potrubie:
DN 25 (1") alt. plast. PPR32x4,5 o dĺžke cca 15 m
DN20 (3/4") alt. plast. PPR25x3,5 o dĺžke cca 20 m
DN15 (1/2") ALT. PLAST. PPR20X2,8 O DĹŽKE CCA 10M
Celkové náklady na rozvod potrubia v dome predstavujú cca 5000 Sk.
Zemné práce
Zemné práce na výkop pre podzemnú nádrž činia približne 6000 Sk.
V tabuľke III sú uvedené orientačné ceny jednotlivých komponentov zariadenia od jedného z výrobcov.
| Názov | Cena bez DPH |
|---|---|
| Filter | 9600,- |
| Zásobník | 49258,- |
| Revízna šachta | 12000,- |
| Čerpadlo | 54 958,- |
| Spolu bez DPH | 125816,- |
| Spolu s DPH | 149721,- |
Tab. III Ceny jednotlivých komponentov pre rodinný dom
V investičných nákladoch je zahrnuté aj prívodné potrubie do zásobníka ako aj potrubie vedúce k domovej centrále.
3.3 Zostava na zachytávanie ZVPO
Zostava na zachytávanie vody sa skladá zo:
- zásobníka vody,
- zemného filtra so šachtou,
- domovej centrály.
4. Ekonomické prínosy
Cena za odber, prípravu a transport pitnej vody rastie s narastajúcim znehodnocovaním surovej pitnej vody. Naviac je vodárenskými spoločnosťami počítané i stočné podľa spotreby vody, takže každý kubický meter príde odberateľa v Košiciach na 13,80 Sk. Medzi ďalšie možné úspory patrí úspora pri praní za použitia mäkkej zrážkovej vody.
4.1 Výpočet úspory stočného
Úspora stočného sa počíta podľa vzorca Východoslovenskej vodárenskej spoločnosti Q = Hz . S . ψ podľa, kde ψ sa berie 0,9. Do úvahy beriem päťročný priemer z dlhodobého zrážkového úhrnu pre lokalitu Košice.
Q = 576,8 mm . 170 m2 . 0,9
Q = 88 250 l = 88,250 m3
Cena za jeden m3 pre Východoslovenský kraj pre odvedenie a čistenie odpadovej vody (stočné) pre domácnosť je 13,80 Sk s DPH, čo znamená ročnú úsporu 1217,85 Sk s DPH. Mesačné ušetrenie stočného je 101,50 Sk s DPH.
4.2 Výpočet úspory pitnej vody
Cena úspory pitnej vody pri využití zrážkovej vody na toalete, pri praní a pri zalievaní záhrady. Počet litrov využitia ZVPO v štvorčlennej rodiny krát cena za výrobu a dodávku pitnej vody pre domácnosť sa rovná výsledok t.j.: 77 000 l . 22,65 Sk = 1744 Sk s DPH za rok a mesačná úspora činí 145,35 Sk s DPH.
Celkové ročné úspory na vodnom a stočnom predstavujú 2962 Sk. V ďalších rokoch cena vody bude určite stúpať, takže úspory budú určite vyššie.
4.3 Úspory na aviváži
Pranie a plákanie v zrážkovej - takmer destilovanej vode zabezpečuje, že vyprané prádlo je mäkké, dokonale zbavené všetkých tukov a zbytkov pracieho prášku. Menšia spotreba a maximálne využitie pracích prostriedkov počas prania má vplyv na dotykové vlastnosti vypranej bielizne - po vysušení je jemná, nachádza sa v nej menej zbytkov práškov a solí, ako pri praní pitnou vodou. Pranie je voči bielizni šetrnejšie, má tak vyššiu životnosť. Pri kvalitnom vypraní a vyplákaní v zrážkovej vode sa často nie je potrebné používať aviváž. Antistatický prostriedok Lenor v obchodnej sieti Bala stojí 102 Sk v päťlitrovom balení. Pri praní 2 krát týždenne spotrebujeme za rok 14,56 l litra antistatického prostriedku, čo činí 297 Sk za rok.
4.4 Úspory chemických prostriedkov pred vytváraním vodného kameňa
Tvrdá voda pri ohreve v práčke zapríčiňuje vznik vodného kameňa. Pri ohreve vody dochádza dodaním tepla k reakcii, kedy rozpustené soli zreagujú s vodou na tuhý uhličitan. Kameňožrút v balení 750 g v obchodnej sieti Bala stojí 105,70 Sk. Pri tvrdej vode dávkové množstvo je 69 ml a praní 2 krát týždenne použijeme za rok 7,176 l Kameňožrúta. Za rok vieme ušetriť približne 1/5 prostriedku čo predstavuje približne 210 Sk.
4.5 Úspora pracieho prostriedku
Ak v domácnosti sa bude používať prací prostriedok Lanza color ročne ušetríme pri dávkovaní maximálne 6240 ml prášku za rok. To predstavuje 3,9 kg prášku, keďže 200 ml = 130 g. Za rok ušetríme 313 Sk, ak voda, ktorú by sme používali z verejného vodovodu, bola veľmi tvrdá.
Úspora na pracích práškoch a prostriedkov na pranie ročne predstavuje 820 Sk pri praní 2 krát týždenne. Úspora môže byť aj vyššia, ak perieme častejšie. Ceny pracích práškov by v nasledujúcich rokoch nemali radikálne stúpnuť ani klesnúť.
4.6 Prevádzkové a investičné náklady
Pri porovnávaní ekonomickej návratnosti daného zariadenia musíme brať do úvahy aj investičné a prevádzkové náklady.
Prevádzkové náklady systému
Doba prevádzky čerpadla: 70000 l / 1,39 l/s = 50360 s = 14 hodín
Príkon čerpadla: 1100 W
Cena elektrickej energie pre rok 2004. Sadzba D1: 4,60 Sk/kWh bez DPH
Prevádzka čerpadla:
14 hodín x 1,1 kW x 4,60 Sk/kWh = 71 Sk bez DPH
Ročné náklady elektrickej energie pre rok 2004 je 85,- Sk s DPH
Investičné náklady
Investičné náklady na danom projekte predstavujú 160 721 Sk,-.
4.7 Finančná analýza návratnosti
Hrubý odhad návratnosti:
Ninvestičné + Nprevádzkové . N - U . N = 43,5 rokov
Pri čistej návratnosti zariadenia na využitie zrážkovej vody je dosť špekulatívne stanovovať mieru inflácie ako aj nárast ceny elektrickej energie a ceny vody. Aj keď predpovede hovoria, že cena pitnej vody a stočného sa bude zvyšovať až na cenu 80 až 120 Sk za 1 kubický meter, ako je to v západnej Európe.
Pri čistých nákladoch návratnosti zariadenia na využitie zrážkovej vody som brala 2% mieru inflácie zariadenia, 5% ročný nárast elektrickej energie a 20% nárast vodného a stočného. Do investičných nákladov som po každých desiatich rokoch zahrnula aj náklady na údržbu zariadenia ktoré predstavujú približne 15% z nákupnej ceny zariadenia.
Čistá návratnosť zariadenia pre ZVPO vyšla v tomto pípade v 17. roku využitia.
4.7 Environmentálne prínosy
- Príprava pitnej vody je stále obtiažnejšia. V poľnohospodárstve intenzívne využívaných oblastiach narastá zaťaženie dusičnanmi a pesticídmi. Na husto osídlených územiach sú to chlórované uhľovodíky, ktoré spôsobujú problémy. Dobrá pitná voda sa stáva stále vzácnejšia, musí byť vedená diaľkovým potrubím z doteraz menej zaťažených oblastí. Dôsledkom sú vysoké ceny, a pokles spodnej hladiny vody v oblastiach, kde sa voda odoberá.
- Čerpadlá dopravujú pitnú vodu dlhým potrubím od miesta zdroja až do domu, často zo vzdialenosti viac než 100 km. Aby sa prekonal hydraulický odpor v potrubí a vodný tlak zvládol ešte najvzdialenejší a najvyšší odberný výtok, je pre čerpadlá potrebná elektrická energia. Pri využívaní zrážkovej vody je potreba elektrickej energie nižšia, pretože dopravovaná voda neprekonáva dlhé vzdialenosti a aj nie je potrebný veľký výtlak.
- Pri výdatnejších zrážkach môže voda stále horšie vsakovať do pôdy, pretože veľké plochy sú blokované cestami, domami a spevnenými plochami. Ddažďová voda potom rýchlo odteká kanalizáciou do tokov. Aby sa zabránilo príliš rýchlemu rozvodneniu tokov prívalovými zrážkami, budujú sa zadržiavacie nádrže, ktoré vrátia vodu do tokov, až vodný príval ustane. Takéto priestory zasahujú zreteľne do vzhľadu krajiny, ešte k tomu sú drahé. Zariadenie na ZVPO má také isté účinky ako zadržiavacie nádrže. Zhromažďujú vodu tam, kde zrovna naprší a neodvádzajú ju ihneď do kanalizácie. Nadbytočná voda môže vsiaknuť do pôdy, čím sa stáva kanalizácia zbytočnou. Dochádza aj k znižovaniu erózie.
- Obyvatelia nebudú potrebovať také veľké množstvo vôd a ekosystémy si zachovajú svoju kvalitu.
5 Záver
Pokiaľ sa budeme na túto problematiku pozerať z finančného hľadiska, je zrejmé, že je tu mnoho hodnôt, ktoré sú premenné a ich určovanie je skôr špekuláciou, pretože niektoré hodnoty sa nedajú predpovedať aké budú v budúcnosti. Návratnosť systému stúpa s vyššou spotrebou zrážkovej vody, rastom ceny stočného a pitnej vody a inflácie. Pokles návratnosti klesá pri častej poruchovosti systému, rastu ceny elektrickej energie a nižšej využiteľnosti dažďovej vody.
V súčasnosti na Slovensku je prioritou finančné hľadisko, preto nie je možné plošné využívanie týchto systémov, keďže návratnosť je príliš dlhá (ide o niekoľko rokov až desaťročí). Keby štát začal poskytovať nenávratné dotácie, ako je to v zahraničí, stali by sa tieto systémy atraktívnejšími.
Literatúra
Vranayová, Z.: Posúdenie trvalej udržateľnosti systémov využitia vôd z povrchového odtoku, Habilitačná práca, Košice, 2003
Firemné materiály: ELWA, Koncept ekotech
Komentář redakce:
- V článku jsou uvedeny konkrétní náklady na zařízení a výpočty se provádí s konkrétními cenami vody a energií. Článek je přínosem zejména pro svůj komplexní pohled a pro aktuální hodnocení efektivity zařízení je nutné zohlednit aktuální ceny pro danou lokalitu a období.
- Článek navazuje na další články, kde se autorka věnuje problematice v širších souvislostech: Je efektívne využitie zrážkových vôd z povrchového odtoku? (I. díl a II. díl)
- Na tuto tématiku navazuje rovněž výpočet Posouzení možnosti využití srážkové vody.
