宋慶東

【摘要】通過對某學校公共洗浴系統(tǒng)的實測，針對學校浴室熱水使用特點，設(shè)計出熱泵式洗浴廢水余熱回收，并對其結(jié)構(gòu)特點、運行原理。通過該系統(tǒng)的實際應(yīng)用及經(jīng)濟性分析得出減少天然氣燃料用量55%的結(jié)論。

【關(guān)鍵詞】廢水；熱泵；余熱回收；經(jīng)濟性

引言

節(jié)能減排是當今社會能源利用的一項重要而又緊迫的任務(wù)。學校集體浴室及洗浴行業(yè)排放的大量廢水中蘊含大量的低溫熱源，如何利用這部分能源長期以來是擺在科研工作者面前的一道難題。盡管現(xiàn)有的針對浴室熱回收的設(shè)計系統(tǒng)和裝置很多，但大多都局限于采用換熱器的方式直接熱回收，盡管系統(tǒng)簡單但回收的熱量品質(zhì)難以保證，同時運行條件要求苛刻，產(chǎn)能利用率低。

本文結(jié)合中央財經(jīng)大學沙河校區(qū)洗浴的實際特點，設(shè)計了一套熱泵式洗浴廢水余熱回收系統(tǒng)。該熱泵系統(tǒng)不僅能夠?qū)⒃∈覐U水余熱進行回收并用于加熱洗浴用水，而且通過閥門的轉(zhuǎn)換在夏季時向室內(nèi)供冷。如果能夠?qū)@部分廢水余熱進行回收并加以利用，不僅能夠節(jié)約高校浴室運行費用，而且可以減少燃料燃燒氣體排放量，有利于環(huán)保。

1、項目概況

該學校洗浴系統(tǒng)采用集中熱水供應(yīng)，系統(tǒng)的熱源為太陽能+燃氣鍋爐提供的高溫熱水，即太陽能集熱器集中采熱，采集的熱水通過板式換熱器加熱太陽能熱水箱中的熱水，該水箱中的熱水由輔助熱源通過半容積式換熱器進一步加熱后，作為洗浴等生活熱水，供熱水溫度為55℃。輔助熱源為學校自建燃氣鍋爐房提供的高溫熱水。當熱水箱內(nèi)溫度小于55℃時，輔助熱源開始加熱；當熱水箱內(nèi)溫度大于55℃時，輔助熱源停止加熱。該熱水系統(tǒng)為校區(qū)8000余名師生24小時不間斷的提供熱水洗浴供應(yīng)，經(jīng)過一年的實測熱水日用水量約為200m3/d。根據(jù)現(xiàn)場實際檢測，洗浴廢水排入中水處理站的調(diào)節(jié)池前的廢水溫度約為30℃。

收集的洗浴廢水經(jīng)學校自行建設(shè)的中水處理站處理后供校區(qū)沖廁用。由于未設(shè)置余熱回收裝置，使得廢水中含有相當高熱量白白流失，造成能源的浪費。

2、熱泵式余熱回收系統(tǒng)的原理

改造后的系統(tǒng)是在中水處理站調(diào)節(jié)池的前端增加了熱泵式余熱回收與利用機組。

圖1 熱泵式洗浴廢水余熱回收系統(tǒng)原理圖

該機組主要由1回熱器2廢水集水箱3熱泵式余熱回收機組4蓄熱水箱5室內(nèi)換熱器6毛發(fā)過濾器及相應(yīng)水泵、閥門組成。

系統(tǒng)在浴室低溫熱源余熱回收時，余熱首先通過回熱器回收部分能量，再次通過精心設(shè)計的廢熱集水箱后通過熱泵機組回收利用余熱，并輸出穩(wěn)定的高品位熱水。同時，在夏季時可經(jīng)閥門的轉(zhuǎn)換通過室內(nèi)換熱器向室內(nèi)供冷。因此該系統(tǒng)具有運行穩(wěn)定，能源利用率高的特點，同時由于采用廢水循環(huán)泵內(nèi)置的方法對設(shè)備安裝地點條件不再苛刻。

熱泵式洗浴廢水余熱回收系統(tǒng)的工作原理為：在毛發(fā)過濾器后設(shè)置回熱器與自來水初期換熱，降溫后的廢水進入專門設(shè)計的廢水集水箱通過水泵將廢水輸送至熱泵機組，經(jīng)換熱的廢水排入廢水集水箱的冷水格溢流排出至中水處理系統(tǒng)的調(diào)節(jié)池進行水處理；初期預(yù)熱的自來水經(jīng)熱泵機組工質(zhì)的循環(huán)放熱逐漸加熱至洗浴溫度進入蓄熱水箱，再經(jīng)水泵送至太陽能熱水箱。

3、系統(tǒng)運行特點

熱泵式洗浴廢水余熱回收系統(tǒng)是根據(jù)本學校熱水系統(tǒng)的實際使用特點量身設(shè)計的，有兩種運行工況：制熱工況和制冷工況。具有對原熱水供應(yīng)系統(tǒng)影響小，改造費用低等特點。

該學校洗浴時間是24小時不間斷供水，這樣就使得太陽能熱水箱內(nèi)的熱水長期處于設(shè)定溫度。因此，系統(tǒng)采用自控系統(tǒng)使余熱回收系統(tǒng)的蓄熱水箱與太陽能熱水箱聯(lián)動控制，太陽能熱水箱溫度低于設(shè)定值時聯(lián)動啟動余熱回收系統(tǒng)，為太陽能熱水箱提供熱量。當系統(tǒng)不需要啟動余熱回收系統(tǒng)時，通過自動控制可以實現(xiàn)室內(nèi)換熱器向室內(nèi)的供冷。

同時，由于該學校洗浴系統(tǒng)的熱源為太陽能+燃氣鍋爐提供的高溫熱水，夏季天氣晴朗時太陽能系統(tǒng)提供的熱量基本滿足洗浴系統(tǒng)所需熱量，不需要啟動燃氣鍋爐，也不需要啟動余熱回收系統(tǒng)。但當陰雨天氣、過渡季節(jié)及冬季時太陽能熱量不足時啟動熱泵式洗浴廢水余熱回收系統(tǒng)作為輔助熱源進行補熱，這樣節(jié)省了燃氣鍋爐的能源消耗。

4、實際應(yīng)用分析

該系統(tǒng)為學校10棟宿舍8000余名師生不間斷提供洗浴熱水，經(jīng)過一年的實測熱水日用水量（即排放廢水量）約為200m3/d，加裝余熱回收系統(tǒng)前每年的天然氣消耗約為163749m3。加裝余熱回收系統(tǒng)后每年的天然氣消耗為73687m3，節(jié)約燃氣量約為55%，系統(tǒng)每年運行費用（只考慮電費）的7.9萬元。加裝余熱回收系統(tǒng)前后每年運行費用見表1。

學校通過對廢水余熱的回收，減少了燃氣燃燒量的消耗，從而減少了在燃燒過程中向大氣排放的污染物量，改善了周圍空氣環(huán)境品質(zhì)，符合環(huán)境保護的基本政策。加裝余熱回收系統(tǒng)前后鍋爐系統(tǒng)的污染物排放量對比如表2所示。

5、結(jié)語

熱泵式洗浴廢水余熱回收系統(tǒng)通過在學校廢水系統(tǒng)的實際應(yīng)用，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，余熱回收利用率高，而且結(jié)構(gòu)簡單、初投資低，非常適用于學校系統(tǒng)的廢水余熱回收和再利用。同時，采用該系統(tǒng)不僅節(jié)約運行費用，而且減少了燃氣燃料消耗量，降低了燃料燃燒產(chǎn)生的氣體排放量，符合國家倡導的節(jié)能減排的要求。

由于系統(tǒng)各水池、水箱及管路的保溫性能也是影響廢水余熱回收系統(tǒng)熱回收效率的重要因素，因此在實際工程中全部采用采用橡塑保溫材料（導熱系數(shù)≤0.035W/（m2 .K），難燃B1級，厚度為19mm）進行保溫。

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