The cities bear a large role in the climate crisis. However, this also means that they have a big potential in the transition towards sustainable communities and a sustainable world. Up to 90 % of energy use within the urban water cycle is allocated to hot water heating for end users. A large portion of the heat that is provided to households in the form of hot water is lost through the drains. According to Schmid (2008), approximately 15 % of thermal energy supplied to conventional new buildings is lost through the sewers, while for new low-energy buildings, this number rises to 30 %. When buildings’ transmission, infiltration, and exfiltration losses decrease because of better building design, the share of losses to the drains can be expected to rise. In order to better utilize the heat still contained in the water that is flushed down the drains, wastewater heat recovery (WWHR) has been implemented and tested in various cities around the world. Wastewater (WW) is a reliable and renewable source of thermal energy with a relatively stable temperature throughout the year. Several techno-economi assessments, and a few lifecycle assessments have been conducted so far. However, no comparative lifecycle assessment of centralized and decentralized WWHR has been found. Bad or insufficient planning of WWHR can lead to competing technologies. Furthermore, uncoordinated decentralized WWHR can lead to the minimum influent temperature requirement of wastewater treatment plants (WWTPs) being jeopardized. Therefore, the environmental impact of centralized, and a future scenario with an increased amount of decentralized WWHR in Stockholm has been estimated and compared. This was achieved by systematically analyzing energy consumption, emissions, and natural resource extractions from manufacturing, transportation, operation, internal WWTP processes, biogas consumption, and disposal/recycling by developing a lifecycle assessment (LCA) model both in Excel and SimaPro. Centralized WWHR in Stockholm is compared with the case that 10, 20, …, 90, and 100 % of buildings installing shower wastewater heat exchanger (WWHEX). The decreased WW temperature and consequently the decreased centralized WWHR because of shower WWHR were estimated by calculating the resulting mixed WW temperature at the inlet of the sewer pipes, and adopting a simple model for the WW temperature decrease along the sewer pipes. The results of the lifecycle inventory (LCI), which was developed in Excel, were assigned to affected impact categories with the lifecycle impact assessment (LCIA). The midpoint and endpoint impact analyses of the ReCiPe2016 method showed that the centralized case has the lowest environmental impact per kWh WWHR. More specifically, the impacts of the centralized system were 0.131 kg CO2eq/kWh, 1.27×10-7 DALY/kWh, 3.73×10-10 terrestrial species years/kWh, 80.6 ktons CO2eqs, 1,780 DALYs, and 5.23 terrestrial species years. This can be-3-compared with the results of the 50 % decentralized case with 0.164 kg CO2eq/kWh, 1.59×10-7 DALY/kWh, 4.68×10-10 terrestrial species years/kWh, 82.8 ktons CO2eqs, 1,600 DALYs, and 4.72 terrestrial species years.The 100 % decentralized system had the biggest impact on all categories. The sensitivity of the model was inspected by varying major input parameters. / Städerna bär ett stort ansvar i klimatkrisen. Detta innebär också att städernas omställning är en nyckelfaktor för att uppnå hållbara samhällen och en hållbar värld. Upp till 90 % av energianvändningen inom den urbana vattencykeln går till varmvattenuppvärmning för slutanvändare. En stor andel av värmen som förses till hushållen i form av varmvatten går förlorad genom avloppen. Enligt Schmid (2008), går ungefär 15 % av värmeenergin som tillförs konventionella nya byggnader förlorad genom avloppen, medan för nya lågenergibyggnader är motsvarande andel 30 %. När byggnadernas transmission-, infiltration-, och exfiltrationsförluster minskar på grund av förbättrad byggdesign, kan man förvänta att andelen av avloppsvärmeförlusterna kommer att öka. För att bättre ta tillvara denna värme i vattnet som spolas ner i avloppen, har värmeåtervinning från avloppsvatten tillämpats och testats i flera städer runt om i världen. Avloppsvatten är en pålitlig och förnybar form av värmeenergi med en relativt stabil temperatur under hela året. Flera teknisk-ekonomiska bedömningar, och ett fåtal livscykelanalyser har utförts hittills. Däremot har ingen jämförande livscykelanalys av centraliserad och decentraliserad värmeåtervinning från avloppsvatten påträffats. Dålig eller otillräcklig planering av värmeåtervinning från avloppsvatten kan leda till konkurrerande teknik. Dessutom kan okoordinerad decentraliserad vårmeåtervinning från avloppsvatten resultera i att avloppsreningsverkens minimikrav på inkommande avloppsvattentemperatur till reningsverken äventyras. Därför har påverkan på miljön på grund av centraliserad, och ett framtida scenario med en ökande andel av decentraliserad värmeåtervinning från avloppsvatten i Stockholm uppskattats och jämförts. Detta utfördes genom att systematiskt analysera energianvändning, utsläpp, och utvinning av naturresurser från tillverkning, transport, drift, interna avloppsreningsverkprocesser, biogasförbrukning, och bortskaffande/återvinning genom att utveckla en livscykelanaysmodell i både Excel och SimaPro. Centraliserad värmeåtervinning från avloppsvatten i Stockholm jämfördes med decentraliserad värmeåtervinning där 10, 20, …, 90, och 100 % av hushållen installerar avloppsvattenvärmeväxlare för duschar. Den minskade avloppsvattentemperaturen och följaktligen den minskade centrala värmeåtervinningen på grund av vårmeåtervinning från duschar uppskattades genom att beräkna den resulterande blandtemperaturen på avloppsvattnet vid inloppet till avloppsrören, och därefter anta en enkel modell för temperaturminskningen på avloppsvattnet längs avloppsrören. Resultaten av livscykelinventeringen, som utvecklades i Excel, tilldelades till respektive miljöpåverkanskategori med miljöpåverkansbedömning. Miljöpåverkansbedömningen med ReCiPe2016 metoden vid mitt- och slutpunkterna visade att det centraliserade alternativet har lägst miljöpåverkan per kWh återvunnen värme från avloppsvatten. Mer specifikt, var miljöpåverkan av det centraliserade alternativet 0,131 kg CO2ekv/kWh, 1,27×10-7 Invaliditetsjusterade livsår/kWh, 3,73×10-10 markbundna artår/kWh, 80,6 kiloton CO2ekv, 1 780 Invaliditetsjusterade livsår, och 5,23 markbundna artår. Detta kan jämföras med resultaten av 50 % decentraliserad värmeåtervinning som var 0,164 kg CO2ekv/kWh, 1,59×10-7 Invaliditetsjusterade livsår/kWh, 4,68×10-10 markbundna artår/kWh, 82,8 kiloton CO2ekv, 1 600 Invaliditetsjusterade livsår, och 4,72 markbundna artår. Alternativet med 100 % decentralisering visade sig ha störst påverkan på alla kategorier. Känsligheten hos modellen undersöktes genom att variera viktiga parametrar.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-299856 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Pektas, Deniz |
| Publisher | KTH, Energiteknik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ITM-EX ; 2021:479 |
Page generated in 0.0022 seconds