The Potential of Heat Recovery from Wastewater Considering the Protection of Wastewater Treatment Plant Technology

Energy efficiency is extremely significant for industrial processes and technologies. Rising energy prices, depleting fossil fuels, as well as tightening regulations that impose the need to reduce GHG emissions incentivize companies to look for energy-efficient solutions. This also applies to wastewater treatment plants, which, on the one hand, are consumers of very large amounts of energy, and on the other hand, have significant potential to retrieve waste energy in the form of heat accumulated in wastewater. The authors of this publication have recognized the benefits of managing this heat. However, they have also pointed out several problems and difficulties associated with this process. By means of measured data, this publication provides a comprehensive analysis of the heat that can be recovered from wastewater treatment plants. As a result of the analyses, the locations of sites for collecting heat from wastewater have been determined, and potential technologies for this purpose have been identified. Moreover, the impact of the proposed heat recovery technology on the process of biological wastewater treatment has also been analyzed. As a result of the research, the authors developed generalized guidelines for selecting an optimal heat recovery site and the technological system designed for this purpose

Rynek paliw gazowych w Polsce a koszty końcowej energii cieplnej wytwarzanej w kotłowni lokalnej

About 55% of over 14 million Polish households live in multi-family buildings. Cooperative or housing association buildings have a large share in this group. The heat is supplied from the district heating network or from local sources. With respect to facilities fed from gas boiler rooms, the signing and execution of fuel supply contracts is required. From October 1, 2017, the obligation to submit tariffs for gas trading set for all final customers (except for individual gas consumers in households) for approval to the President of the Energy Regulatory Office was lifted. Decisions regarding the choice of the supplier and the content of the concluded contract are made by the authorized bodies of the cooperative or housing association. The consequences of such decisions are borne by the owners and users of residential premises. Ensuring the continuity of a contract for the supply of gaseous fuel essentially comes down to establishing prices and rates in force for a given period. The right decision on the moment of signing the contract or the amendment, termination of the existing contract and signing a new one, or negotiation efficiency will result in financial profits for all users. The costs of heating and domestic hot water preparation are a significant component of the overall cost of the maintenance of flats in Poland. Therefore, it is even more important that the prices and rates agreed upon with the gas supplier are as favorable as possible to users. The high costs of heat are not only expenses for apartment owners. The attractiveness of flat on the rental market is also decreasing. The business activity carried out in facilities located in such buildings is also less competitive. The authors of the article analyzed gas prices on the Polish market over the last 3 years and presented the results of simulations of the effects of specific prices and rates set in the contract for the supply of fuel at the cost of heating from the point of view of a single apartment. As these are not large amounts per year, they do not motivate to optimize the terms of the gas purchase contract in this respect. The dynamics of changes in gas prices in Poland, although slightly different from world trends, is high. This makes it difficult for those responsible to make the decisions, and for residential users, it often means spending differences in subsequent years. One of the consequences of setting prices and rates significantly higher than obtainable may also be the reluctance of local communities to take measures to increase the energy efficiency of the heat supply system. From the point of view of heating costs, such decisions may distort the economic effect of thermo-modernization.Znaczna część (około 55%) z ponad 14 mln polskich gospodarstw domowych stanowi fragment budynków wielorodzinnych. W tej grupie duży udział mają budynki będące zasobami spółdzielni lub wspólnot mieszkaniowych. Zaopatrzenie w ciepło odbywa się z sieci ciepłowniczej lub ze źródeł lokalnych. W odniesieniu do obiektów, które są zasilane z kotłowni gazowych, konieczne jest podpisanie i realizacja umów na dostawę gazu. Od 1 października 2017 r. został zniesiony obowiązek przedstawiania do zatwierdzenia Prezesowi Urzędu Regulacji Energetyki taryf w zakresie obrotu gazem, z wyjątkiem odbiorców w gospodarstwach domowych. Decyzje w zakresie wyboru dostawcy i treści zawieranej umowy podejmują uprawnione do tego organy spółdzielni lub wspólnoty mieszkaniowej. Konsekwencje takich decyzji ponoszą użytkownicy lokali mieszkalnych. Umowa na dostawę paliwa gazowego ustala ceny i stawki obowiązujące w danym okresie. Trafność decyzji o momencie zawarcia lub aneksowania umowy, wypowiedzenia dotychczasowych warunków i podpisanie nowej umowy czy też skuteczność negocjacyjna skutkują obciążeniem finansowym dla wszystkich użytkowników, a przecież koszty ogrzewania pomieszczeń i przygotowania ciepłej wody użytkowej stanowią w Polsce znaczącą składową ogólnych kosztów utrzymania nieruchomości. Zbyt wysokie koszty związane z zaopatrzeniem w ciepło to nie tylko dodatkowe wydatki dla właścicieli mieszkań. Zmniejsza się również atrakcyjność lokali mieszkalnych na rynku najmu. Prowadzona działalność usługowa w lokalach usługowych zlokalizowanych w takich zasobach jest również mniej konkurencyjna. Autorzy artykułu przeanalizowali ceny gazu na polskim rynku w okresie ostatnich 3 lat i przedstawili wyniki symulacji skutków określonych cen i stawek ustalonych w umowie na dostawę paliwa na koszt ogrzewania z punktu widzenia pojedynczego lokalu. Ponieważ w skali roku nie są to duże kwoty, nie motywują one do optymalizacji w tym zakresie warunków umowy na zakup gazu. Dynamika zmian cen gazu w Polsce, mimo że nieco odbiegająca od trendów światowych, jest duża. Utrudnia to osobom odpowiedzialnym podejmowanie trafnych decyzji, a dla użytkowników lokali mieszkalnych często oznacza różnice wydatków w kolejnych latach. Jedną z konsekwencji ustalenia cen i stawek istotnie wyższych od możliwych do uzyskania może być też niechęć lokalnych społeczności do podejmowania działań zwiększających efektywność energetyczną systemu zaopatrzenia w ciepło. Z punktu widzenia kosztów ogrzewania takie decyzje mogą bowiem wypaczyć efekt ekonomiczny termomodernizacji

Forecasting the time interval of the day with the maximum boilers gas consumption

Działania mające na celu poprawę efektywności energetycznej systemów zaopatrzenia w ciepło wymagają korzystania z coraz bardziej złożonych metod. Podstawowe sposoby zmniejszenia zużycia ciepła poprzez stosowanie lepszej izolacji cieplnej mają coraz bardziej ograniczone możliwości iwymagają stosunkowo dużych nakładów finansowych. Dobre efekty mogą być osiągane przez coraz lepsze dopasowanie rozwiązań technicznych, sposobów regulacji czy zasad eksploatacji źródła ciepła do warunków konkretnego obiektu zasilanego wciepło. Wymaga to jednak zarówno badań identyfikujących skuteczność takich metod, jak inarzędzi służących do opisu wybranych elementów systemu czy jego całości. Artykuł przedstawia wyniki badań przeprowadzonych dla kotłowni gazowej zasilającej w ciepło grupę budynków mieszkalnych. Celem było zbudowanie modelu, który prognozowałby dla konkretnego dnia przedział czasowy, w którym występuje maksymalne zużycie gazu. Dysponując pomiarami zużycia gazu wkolejnych godzinach doby, zdecydowano się zbudować model prognostyczny wyznaczający tę część doby, w której takie maksimum wystąpi. W opracowanym modelu zdecydowano się zastosować procedurę lasów losowych (random forest). Do utworzenia modelu zastosowano pakiet mlr (Kassambara), w którym przeprowadzono również strojenie hiperparametrów modelu na bazie danych historycznych. W oparciu o odrębne dane dla innego okresu działania kotłowni przedstawiono wyniki oceny jego jakości. Uzyskano skuteczność niemal 44%. Strojenie modelu wpłynęło na poprawę jego zdolności predykcyjnych.The heat supply systems energy efficiency improvement requires the use of increasingly complex methods. The basic ways to reduce heat consumption is by using better thermal insulation, although they have more and more limited possibilities and need relatively large financial outlays. Good effects can be achieved by the better heat source adaptation to the conditions of aspecific facility supplied with heat. However, this requires research that identifies the effectiveness of such solutions as well as the tools used to describe selected elements of the system or its entirety. The article presents the results of tests carried out for agas boiler room supplying heat to agroup of residential buildings. The goal was to build amodel that would forecast the day range in which the maximum gas consumption occurs for agiven day. Having measurements of gas consumption in subsequent hours of the day, it was decided to build aforecasting model determining the part of the day in which such amaximum would occur. To create the model the random forest procedure was used along with the mlr (Kassambara) package. The model’s hyperparameters were tuned based on historical data. Based on data for another period of boilerroom operation, the results of the model’s quality assessment were presented. Close to 44% efficiency was achieved. Tuning the model improved its predictive ability

The attractiveness of system district heating assessment based on specialist surveys

Artykuł prezentuje wyniki badań ankietowych, których celem była ocena atrakcyjności scentralizowanych systemów zaopatrzenia w ciepło w porównaniu z innymi źródłami ciepła. Działania ukierunkowane na poprawę efektywności energetycznej budynków wwarunkach klimatu Polski na razie jeszcze nie doprowadzą do wyeliminowania konieczności wyposażenia w źródło ciepła instalacji ogrzewania czy układu przygotowania ciepłej wody użytkowej. Źródło ciepła pozostaje zatem nadal istotnym elementem systemu zaopatrzenia w ciepło, warunkującym na wiele lat zarówno koszty ogrzewania, komfort, jak i oddziaływanie na środowisko. Decyzja o wyborze sposobu zaopatrzenia w ciepło podejmowana jest zazwyczaj przez inwestora lub projektanta. Czasem udział w tej decyzji ma dostawca urządzeń czy wykonawca. Wpływ na nią może mieć wiele różnych czynników, wynikających również z konkretnej lokalizacji obiektu. Tylko częściowo warunkuje ją prawo lokalne w postaci miejscowego planu zagospodarowania przestrzennego. Istotne są również uwarunkowania techniczne (np. dostępność sieci ciepłowniczej lub gazowej), ekonomiczne ifinansowe, jak również czynniki dużo bardziej subiektywne, jakim np. są określone preferencja projektanta lub wykonawcy. Coraz częściej obserwowana jest niechęć do korzystania z ciepła systemowego, nawet przy korzystnych warunkach lokalizacyjnych i możliwości podłączenia budynku do sieci ciepłowniczej. Jako źródło ciepła wybierana jest kotłownia gazowa czy zasilane energią elektryczną pompy ciepła. Nasuwa się więc pytanie, czy słuszne są takie decyzje i czym mogą być uzasadniane. Jako metodę badawczą wykorzystano ankiety, które przeprowadzono wśród osób, które już teraz mają lub wnajbliższej przyszłości będą mieć wpływ na decyzje projektowe iinwestycyjne. Uzyskane wyniki potwierdziły duże zainteresowanie scentralizowanymi systemami zaopatrzenia w ciepło, docenienie ich zalet w zestawieniu z innymi sposobami wytwarzania energii końcowej. Ankietowani mieli na uwadze również wady, które mogą skłonić do korzystania zalternatywnego sposobu zaopatrzenia w ciepło.The article presents the results of surveys to assess the attractiveness of centralized heat supply systems in comparison with other heat sources. The heat source is an important element of the heat supply system which determines heating costs, comfort and environmental impact. The decision on the choice of the type of heat supply system is usually made by the investor or designer. Sometimes the equipment supplier or contractor has a part in this decision. The choice can be influenced by many different factors, also resulting from the specific location of the building. This is only partly determined by local law in the form of a local spatial development plan. The technical conditions (i.e. availability of heating or gas network), economic and financial, as well as much more subjective factors, such as the designer’s or contractor’s preference are also important. Aversion to district heating is growing, even when there are favorable conditions and the possibility of connecting the building to the heating network. Instead, a gas boiler or electrically powered heat pump is selected. This raises the question of whether such decisions are right and how they can be justified. As a research method, surveys were used, which were conducted among people who already have or will have an impact on design and investment decisions in the near future. The obtained results confirmed a large interest in district heating, appreciating their advantages in comparison with other methods of heat generation. The respondents also had the disadvantages that may lead to the use of an alternative methods of heat supplying in mind

Possibility of reducing the costs of hot water distribution while maintaining the user's comfort

Residents of multi-storey buildings expect that the systems operating within the facility will function reliably and in a manner that ensures comfort. One of the systems that improves comfort is water circulation. Unfortunately, its operation is associated with significant costs, especially in the form of heat losses. Various attempts are being made to improve the energy efficiency of this system while maintaining high comfort for users. It seems that limiting the activities to the use of dedicated regulatory fittings is not enough. The use of other solutions, e.g. additional thermal insulation, may be impossible for organizational reasons. A separate issue is the financial matters and cost-effectiveness of such activities

Possibilities of improving energy efficiency of heating systems with a gas boiler

Artykuł omawia problematykę dotyczącą poprawy efektywności energetycznej systemów zaopatrzenia w ciepło. Zwrócono uwagę na konieczność podejmowania działań nie tylko w przypadku dużych obiektów i systemów, ale również pojedynczych budynków i kotłowni lokalnych. Monitoring pracy systemu zaopatrzenia w ciepło pozwala na diagnozowanie najsłabszych jego elementów i podejmowanie decyzji prowadzących do poprawy efektywności energetycznej. W przypadku kotłowni, w której prowadzono badania, wyniki takiego monitoringu przekonały do wyposażenia jej w dodatkowy układ automatycznej regulacji z algorytmem mającym na celu ograniczenie liczby cykli włączeń i wyłączeń palników. Ograniczenie liczby załączeń palników, podobnie jak w przypadku innych urządzeń spalinowych i elektrycznych, ma istotny wpływ na sprawność energetyczną całego układu. Dodatkowo zwiększa również trwałość urządzeń, a tym samym zmniejsza koszty serwisu i napraw. Najprostsze algorytmy sterowania, często stosowane w regulatorach instalowanych w jednostkach kotłowych, nie zapewniają jednak optymalizacji w tym zakresie. Zastosowane urządzenie zewnętrzne pozwoliło ograniczyć liczbę cyklów włączeń i wyłączeń palników przy zachowaniu jakości dostawy ciepła do instalacji ogrzewania i układu przygotowania c.w.u. W materiale zarekomendowano również inne sposoby poprawy efektywności energetycznej systemu zaopatrzenia w ciepło istniejących budynków wielorodzinnych.The article discusses issues related to improving the energy efficiency of heat supply systems. It draws attention to the need to take action not only for large objects and systems, but also for individual buildings and their boiler plants. Heat supply system monitoring allows for the diagnosis of the weakest elements and making decisions leading to the improvement of energy efficiency. In the case of the boiler room where the research was carried out, the results of such monitoring convinced to equip boilers with an additional automatic control system, with an algorithm limiting the number of burner switching cycles and shutdowns. Limiting the number of switching on the burners, as in the case of other combustion and electric devices, has a significant impact on the energy efficiency of the entire system. In addition, it also increases the durability of the devices, and thus reduces costs of servicing and repairs. The simplest control algorithms, often used in controllers installed in the boiler units, do not provide optimization in this respect. The external device used has allowed the number of burners on and off cycles to be limited while maintaining the quality of the heat supply to the heating installation and the heat treatment system.The material also presents other ways to improve the energy efficiency of the heat supply system in existing multi-family buildings

Energy Consumption by DHW System with a Circulation Loop as an Energy Efficiency Component, Based on an Example of a Residential Building

In the EU countries, almost 50% of the produced energy is used in residential buildings. More than 25% of this energy is used to produce domestic hot water, of which almost 80% is used to heat water in domestic hot water circulation systems. This is due to high expectations on the part of residents based on their comfort, in particular regarding the supply of heat for heating and domestic hot water. In the course of their long-term research conducted on real systems, the authors confirmed that the operation of domestic hot water distribution systems causes significant costs, mainly due to heat losses. Therefore, typical variants of energy optimization of such systems were analyzed. Tests have shown that selected solutions, such as the use of control automation, are not sufficient, and recommended additional thermal insulation may not be applicable due to technical reasons. With an aim of finding a solution to the problem, the publication analyzes operational data from an existing heat source and domestic hot water circulation system in a residential building. On the basis of these analyses, a solution was proposed to reduce energy consumption within the installation by means of its hydraulic optimization. The reduction of heat losses in domestic hot water installation by means of a method presented by the authors is estimated at approximately 20%

Energy Consumption by DHW System with a Circulation Loop as an Energy Efficiency Component, Based on an Example of a Residential Building

In the EU countries, almost 50% of the produced energy is used in residential buildings. More than 25% of this energy is used to produce domestic hot water, of which almost 80% is used to heat water in domestic hot water circulation systems. This is due to high expectations on the part of residents based on their comfort, in particular regarding the supply of heat for heating and domestic hot water. In the course of their long-term research conducted on real systems, the authors confirmed that the operation of domestic hot water distribution systems causes significant costs, mainly due to heat losses. Therefore, typical variants of energy optimization of such systems were analyzed. Tests have shown that selected solutions, such as the use of control automation, are not sufficient, and recommended additional thermal insulation may not be applicable due to technical reasons. With an aim of finding a solution to the problem, the publication analyzes operational data from an existing heat source and domestic hot water circulation system in a residential building. On the basis of these analyses, a solution was proposed to reduce energy consumption within the installation by means of its hydraulic optimization. The reduction of heat losses in domestic hot water installation by means of a method presented by the authors is estimated at approximately 20%