Master's Thesis

Proposed system for waste heat recovery

Final Thesis 11.74 MB

Author of thesis: Bc. Petr Zelenka

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Marek Baláš, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jakub Lachman, Ph.D.

Abstract:

This master’s thesis focuses on the design, fabrication, and experimental verification of a device for recovering heat from shower wastewater using a heat exchanger. The thesis includes the design and thermal calculation of the heat exchanger, the construction of an experimental test rig, and the realization of measurements of the device’s operational parameters. Based on experimental data, the efficiency of the heat exchanger under various operating conditions was evaluated, and the potential energy savings in domestic hot water preparation were determined.
The thesis further evaluates the economic and environmental benefits of the technology, particularly the investment payback period and the reduction of CO2eq emissions for different heat sources. The results confirm that heat recovery from shower wastewater represents an effective method for reducing both the energy demand of buildings and the environmental impact associated with domestic hot water preparation.

Keywords:

Heat recovery, wastewater, Draintube, heat exchanger, waste heat recovery, energy savings, CO2eq emissions, domestic hot water

Date of defence

10.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student odprezentoval obsah své diplomové práce. Otázky oponenta byly zodpovězeny. V průběhu obhajoby byly položeny tyto doplňující otázky: Měřil jste tlakovou ztrátu? Jak definujete konkrétně účinnost výměníku? V čem se vaše řešení liší od konkurence? Našel jste nějaké recenze uživatelů s konkurenčním výměníkem? Dalo by se to vyrobit ve víceřadém provedení?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Power and Thermo-fluid Engineering (N-ETI-P)

Specialization

Power Engineering (ENI)

Composition of Committee

prof. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Marek Baláš, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Pavel Milčák, Ph.D. (člen)
Ing. Jiří Škorpík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jaroslav Štigler, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Marek Baláš, Ph.D.

Diplomová práce se zabývá problematikou rekuperace tepla z odpadní sprchové vody. Student zpracoval přehlednou rešeršní část, která poskytuje potřebný základ pro navazující návrh vlastního řešení. Za největší přínos práce považuji experimentální část zahrnující návrh, výrobu a testování vlastního sprchového výměníku. Oceňuji zejména vysokou míru samostatnosti studenta při realizaci měřicí tratě, zajištění experimentů i vyhodnocení rozsáhlého souboru naměřených dat.

Návrh výměníku vychází z provedených výpočtů a rešeršních poznatků. Přestože byly při tepelném a hydraulickém návrhu použity zjednodušující předpoklady a výsledky ekonomického hodnocení jsou založeny na značně zjednodušených podmínkách, podařilo se splnit všechny cíle zadání. Student si zároveň kriticky uvědomuje hlavní omezení navrženého zařízení, zejména vyšší tlakovou ztrátu. Práce je zpracována na velmi dobré odborné úrovni, logicky propojuje návrh, výrobu a experimentální ověření výsledků a prokazuje schopnost samostatného technického řešení zadaného problému. Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím známkou A - výborně.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Jakub Lachman, Ph.D.

Předložená diplomová práce se zabývá problematikou rekuperace tepla z odpadní sprchové vody. V úvodní rešeršní části práce jsou stručně popsány mechanismy přenosu tepla, základní typy výměníků tepla a možnosti přípravy TUV. V druhé kapitole jsou představeny konkrétní provedení rekuperačních sprchových výměníků dostupných na trhu včetně jejich deklarovaných vlastností. Rešerše je zpracována přehledně a obsahuje všechny informace potřebné pro navazující praktickou část. Drobným nedostatkem je práce se zdroji, respektive nevhodná forma citací internetových zdrojů.

Stěžejní část práce se zabývá návrhem, výrobou a testováním vlastního sprchového výměníku. Návrh se opírá o poznatky z úvodní rešerše a dodatečná vlastní měření vstupních parametrů. Tepelný výpočet je zpracován metodou LMTD a neobsahuje faktické chyby. Pro stanovení součinitelů přestupu tepla byla zavedena řada zjednodušujících předpokladů a použity pouze základní vztahy, což snižuje relevantnost výpočtu. Hydraulický výpočet je proveden formou odečtu tlakové ztráty z hodnot deklarovaných výrobcem nerezového vlnovce, který byl pro výměník použit. Konstrukčně je výměník tvořen plechovou vaničkou s perforovaným víkem, v níž je nerezový vlnovec umístěn. Z technického hlediska se tedy jedná o poměrně jednoduchou konstrukci, což bylo ostatně jedním z požadavků. Pravděpodobně největším nedostatkem výměníku je vysoká tlaková ztráta (přes 1 bar), na kterou student také sám upozorňuje.

Pro potřeby testování výměníku student navrhl měřicí trať a následně sestavil její zjednodušenou verzi. Na té byla provedena parametrická studie navrženého výměníku a srovnání s poskytnutým komerčním výměníkem. S dostatkem času by měřicí trať šla přizpůsobit původně navržené verzi, avšak pro potřeby zběžného otestování výměníku je zhotovená verze dostačující. Na základě velkého množství naměřených dat je v závěru práce posouzen ekonomický a ekologický přínos použití výměníku v konkrétní pětičlenné domácnosti. Výpočet je opět poměrně jednoduchý a zidealizovaný. V malosériové ceně výměníku navíc není zahrnuta prodejní marže. Výsledné hodnoty je tak třeba brát s rezervou.

Diplomová práce je zpracována na velmi dobré úrovni a cíle byly splněny v plném rozsahu. Oceňuji především celkové provázání návrhu s výrobou a následným testováním. Výše uvedené nedostatky zásadně nesnižují výslednou kvalitu práce, a proto ji doporučuji k obhajobě s celkovým hodnocením B / velmi dobře.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod C
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací C
Topics for thesis defence:
  1. Výkon a účinnost výměníku byly stanoveny vždy v ustáleném režimu. Jaká je časová odezva výměníku od otevření sprchové baterie a jak se dynamické stavy projeví na průměrné hodnoty výkonu, účinnosti, popř. návratnosti výměníku?
  2. Jakých hodnot dosahuje rozšířená (k=2) nejistota měření výkonu a účinnosti výměníku?
  3. Jakým způsobem by probíhalo odstranění nánosů a nečistot z vnější strany vlnovcového svazku? Jsou mezitrubkové prostory přístupné nebo by čištění vyžadovalo demontáž celého svazku?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová