水熱リサイクル（排水熱回収、廃水熱回収、中水熱回収、シャワー水熱回収とも呼ばれる）[1]は、熱交換器を使用して、食器洗い、洗濯、特にシャワーなどのさまざまな活動から出る排水からエネルギーを回収し、熱を再利用する技術です。この技術は、水を予熱し、指定された給湯ユニットへの負担を軽減することで、給湯の一次エネルギー消費量を削減するために使用され、給湯器の寿命を延ばし、エネルギー使用量を節約できます。[2] 小規模では、水熱リサイクルは家庭での使用においてかなりの量のエネルギーを節約できます。大規模では、このエネルギー使用量の削減は気候変動の緩和に役立ちます。 [1]このため、多くの学者がエネルギー効率の未来として水熱リサイクルに注目しています。
仕組み
給湯器に供給される冷水は、シャワーからの回収熱エネルギーを利用して予熱することができるため、シャワー、食器洗い機、シンクなどで使用する前に、入力水を加熱するためのエネルギーをそれほど必要としません。貯水タンクに入る水は通常11℃（52° F）程度ですが、浴槽や食器洗い機からの温水のエネルギーを回収することで、貯水タンクに入る水の温度を25℃（77° F）まで上昇させることができ、一定量の水の温度を14℃（57° F）上昇させるために必要なエネルギーを節約できます。この水は、タンクから出て一般的なシャワーに送られる前に、さらに37℃（99° F）まで加熱されます。[3]
浴槽（100～150リットル）またはシャワー（50～80リットル）[4]からの水をリサイクルする場合、排水温度は約20～25℃です。屋内に設置された中水リサイクルタンクは150～175リットルの容量があり、排水の大部分を貯留することができます。内蔵の銅製熱交換器と循環ポンプを使用することで、残留熱を回収し、コンビボイラーまたは給湯器の冷水供給に送り込むことで、既存のセントラルヒーティングシステムの給湯に使用されるエネルギーを削減します。[要出典]
廃熱は、低品位廃熱（100℃未満）、中品位廃熱（100～400℃）、高品位廃熱（400℃以上）の3つのカテゴリーに分類されます。これらはすべてエネルギーに変換できますが、家庭用として最も一般的に利用されているのは中品位廃熱です。[5]
一般的な家庭用途から発生する廃熱も、塩水を清潔で飲料可能な水に変換するために利用できます。このプロセスはまだ開発の初期段階ですが、浄水とエネルギー効率の将来に大きな期待が寄せられています。[6]この淡水化プロセスは、地球全体の浄水にとっての未来となる可能性があります。このプロセスは非常に多くのエネルギーを使用するため[7]、水熱リサイクルと組み合わせて利用することでエネルギーコストを削減できます。
影響とコスト
平均的な家庭の光熱費のうち、給湯にかかる費用は18%を占めています。標準的な給湯器は、シャワー使用時に排水に流れてしまう熱エネルギーを最大60%節約します。[要出典]
水熱回収装置を設置することで、エネルギー消費量が削減され、ひいては温室効果ガス排出量と家庭全体のエネルギー依存度が低減されます。商業部門では、消費エネルギーの20～50%が熱損失として無駄になっており、これは非効率なだけでなく、環境にも有害です。[5]
家庭用排水熱回収装置の典型的な小売価格は、約400カナダドルから1,000カナダドルです。一般家庭では、給湯は通常、総エネルギー需要の約20%を占めます。[8]エネルギー節約により、初期投資の平均回収期間は2～10年となります。[要出典]
英国の住宅に設置された廃水熱回収システムに関する2年間の独立調査では、1人あたり年間380kWhと500kWhの節約が判明した。[9]
産業規模とHVAC
ヒートポンプを市の下水道管と組み合わせることで、多くの家庭や企業から排出される水の冬の熱や夏の冷気（外気と比較して）を大規模な建物のHVACシステムで再利用できるようになります。 [10]
逆のことも可能です。空調や産業用チラーの熱を利用して水を予熱することができます。[11] 大規模ビルに空調を提供するチラーシステムから排出される熱は、流入する生活用冷水と凝縮器戻り水の間に熱交換器を設置することで回収できます。従来の冷水システムでは、凝縮器水ループで冷媒から集められた熱を冷却塔に排出します。凝縮器水の質量流量の一部を冷却塔から迂回させ、熱交換器（通常はプレートアンドフレーム構成）を通して循環させることで、流入する生活用冷水をボイラーに到達する前に予熱することができます。これにより、エンドユーザーに供給する前に必要な水温の上昇が抑えられ、ボイラーの燃料燃焼が削減されます。このわずかなエネルギー効率の向上でも、地球温暖化の抑制に大きな影響を与えます。[5]
参照
- グリーンビルディング – より環境に配慮した建築構造とプロセス
- 熱回収換気 - 建物内の熱エネルギーを再利用する方法
- 低エネルギー建築 - エネルギー使用量を削減するように設計された住宅リダイレクト先の簡単な説明を表示するページ
- ピンチ分析 – 化学工学における手法
- 再生可能熱 – 再生可能エネルギーの応用
- 太陽熱温水器 – 太陽熱集熱器による太陽光を利用した温水加熱
- 水リサイクルシャワー - 洗面器とポンプを使用してシャワーの水を再利用するシャワー
- ゼロエネルギービル – 建物のエネルギー効率基準リダイレクト先の簡単な説明を表示するページ
参考文献
- ^ ab Kaya, Ibrahim; Ust, Yasin (2025年6月16日). 「廃熱回収のためのシェル＆チューブ式熱交換器の多目的最適化に向けた新たな手法」.エネルギー源, パートA：回収、利用、環境影響. 47 (1): 8225– 8242. Bibcode :2025EneSA..47.8225K. doi :10.1080/15567036.2021.1928336.
- ^ 「排水熱回収」Energy.gov . 2025年10月13日閲覧。
- ^ 「排水熱回収」. Eco Home Tips. 2012年1月17日時点のオリジナルよりアーカイブ。2012年2月3日閲覧。
- ^ US EPA, OW (2017-01-23). 「統計と事実」www.epa.gov . 2025年12月7日閲覧。
- ^ abc Attar, Alaa; Albatati, Faisal (2025年6月). 「空調ユニットからの低品位廃熱回収のための熱電発電機の分析および実験的調査」. International Communications in Heat and Mass Transfer . 165 109083. Bibcode :2025ICHMT.16509083A. doi :10.1016/j.icheatmasstransfer.2025.109083.
- ^ Santosh, R.; Kumaresan, G.; Selvaraj, S.; Arunkumar, T.; Velraj, R. (2019年10月). 「家庭用エアコンからの廃熱回収による加湿・除湿淡水化システムの調査」. Desalination . 467 : 1– 11. Bibcode :2019Desal.467....1S. doi :10.1016/j.desal.2019.05.016.
- ^ グレイック、ピーター. 「なぜ私たちは海から飲料水を得ないのか？」サイエンティフィック・アメリカン. 2025年12月9日閲覧。
- ^ [1], energy.gov - 給湯
- ^ [2]、Barratt Developments PLC、Stewart Milne Homes、Crest NicholsonによるAIMC4調査。
- ^ 「ヒートポンプシステムは廃水を利用してHVACコストを削減する」2012年6月。 2014年12月9日閲覧。
- ^ 「ICSクールエネルギーによる熱回収の説明」ICSクールエネルギー. 2014年12月9日閲覧。
