Den před Světovým dnem vody vyhlásila Nadace partnerství výsledky studentské soutěže Pro vodu sponzorované potravinářskou společnosti Nestlé. Cílem soutěže bylo podpořit inovativní projekty hospodaření s vodou. Vítěznou práci v kategorii Dům vám nyní přinášíme.

Mechatronická sprcha – Jiří Kopřiva, Filip Kovář, Václav Ridl, Fakulta strojní – ČVUT

Mechatronická sprcha vždy zajistí na výstupu pouze požadovanou teplotu vody. Vodu ze začátku sprchování, která je běžně odpouštěna do odpadu, recyklujeme v záchytném tanku a následně, s ohledem na uživatelský komfort, zpět přimícháváme do hlavního sprchovacího proudu. Pracujeme na variantě s rekuperačním výměníkem, díky kterému ušetříme až 40% tepla, které běžně odtéká bez užitku do odpadu. Cíl projektu je vývoj a následný prodej chytré sprchy, která zvyšuje komfort, šetří vodu a energii.

Regulace teploty a tlaku přitékající vody při provozu sprchy je dnes řešena více způsoby. V současnosti jsou pro tuto aplikaci nejvíce používány baterie pákové, ručně ovládané, které nám nabízejí možnost nastavení tlaku protékající tekutiny a poměru vtékající teplé a studené vody. Termoregulační baterie dovolí nastavit teplotu, kterou pomocí termomechanických vlastností materiálu baterie automaticky reguluje. Doménou nejmodernějších koupelen jsou digitálně ovládané baterie s možností volby teploty i průtoku.

Co tyto baterie nejsou schopny řešit, je počáteční stav. To znamená, že nezajistí požadovanou teplotu v prvních chvílích provozu. Uživatel tedy musí na začátku sprchování uskakovat. Dále neřeší využití vody z počátku sprchování o neadekvátní teplotě, tato je vedena do odpadu bez jakéhokoliv využití. U běžně dodávaných řešení sprchových koutů dále odchází s vodou do odpadu asi 95% tepelné energie, což způsobuje významné ztráty.

Elektronika s uživatelským interface se postupně prosazuje i do sprchových koutů, kde však prozatím zastává doplňkových funkcí (rádia, ovladače osvětlení či odvětrávání). Mechatronická sprcha se snaží potenciálu mikroprocesorového řízení maximálně využít. Dnes sprchy dominují nad vanami mimo jiné pro svou menší spotřebu vody. Problém, kterýřešíme, se dotýká každého člověka, který používá sprchu k osobní hygieně.Vývoj ceny pitné vody je do budoucna dle prognóz progresivní, což by pro Mechatronickou sprchu znamenalo dosažení vyšší úspory.

V našem řešení dochází po inicializaci sprchování k několika vteřinové zdánlivé nečinnosti, kdy je do záchytného tanku, který je součástí zařízení, akumulována voda o nežádoucí teplotě. Ažpoté, co z vodovodního systému již přitéká voda o požadované teplotě, dochází k samotnému sprchování. Nashromážděná voda v záchytném tanku je během sprchování postupně přidávána do hlavního proudu a tím pádem ušetřena. Vše je konstruováno s maximálním ohledem na uživatelský komfort.

Mimo úsporu vody a energie za její ohřev si nad rámec přesného nastavení teploty a průtoku může uživatel předvolit svůj profil a v jeho rámci různé sekvence – např.: mytí s otužováním, masážní program, úsporný apod. Použitím dotykového displeje pro ovládání přinášíme do koupelen také moderní design.

Mechatronická sprcha se může podílet i na výchověnejmladších uživatelů, protože rodiče mají možnost do profilu svého dítěte nastavit maximální teplotu a dobu sprchování. Takto vyrůstá „green thinking generation“. Dále obzvláště pro děti a tělesně indisponované sprcha nabízí také ochranu proti opaření. Pro větší potenciál energetické úspory Mechatronické sprchy pracujeme na zabudování tepelného výměníku ve sprchovací vaničce. Takto by mohla odpadní voda předehřívat studenou vodu, která je vstupem do systému. Tím bychom ušetřili až 40% tepla, které běžně odtéká do odpadu. Pro větší názornost lze předložit úsporu 3500 Kč na ohřev vody plynem ročně pro průměrnou čtyřčlennou domácnost.

V současné době pracujeme na vývoji uživatelského interface, rozvaděče a krabice pro sériovou výrobu. Dále je třeba optimalizovat nakupované díly. Pro finanční pokrytí těchto kroků hledáme partnera, investora, nebo nadaci. Dále jednáme s výrobcem tepelných výměníků o zabudování lokální rekuperace do vaničky.

Pokud by naše sprcha byla v 1/3 domácností v provozu každý druhý den, ušetřilo by se okolo 500 000 m3 vody/rok. Zvýšíme tedy efektivitu využívání pitné vody, jejíž cena mimo jiné výrazně roste. Dále umožníme zapojení výchovného charakteru pro nejmladší uživatele v podobě přednastavení teploty a doby sprchování. Tím se nejen zapůsobí na děti a jejich vnímání spotřeby, ale také se výrazným způsobem navýší úspora a efektivita využívání pitné vody. Pro děti a tělesně indisponované mimo jiné definování maximální teploty znamená také ochranný charakter.

Mechatronická sprcha je inovativní produkt, to znamená, že dojde ke každodennímu zvýšení komfortu uživatele při sprchování při současném snížení ekologického dopadu na prostředí.

Návratnost s použitím lokální rekuperace předpokládáme na 7 let. Ani to by pro mnohé uživatele nemusel být dostatečný důvod pro pořízení Smart Shower. Díky tomu, že Mechatronická sprcha v soběspojuje elektroniku, softwarové řízení a mechanickou konstrukci, musí být vyvinuto velké úsilí pro maximální možnou spolehlivost s dlouhouživotností. Specifické podmínky provozu vyžadují splnění přísných podmínek certifikace.

Jiří Kopřiva, Filip Kovář, Václav Ridl, Fakulta strojní – ČVUT