熱泵式洗浴廢水余熱回收技術在學校浴室中的應用分析

宋慶東

【摘要】通過對某學校公共洗浴系統的實測，針對學校浴室熱水使用特點，設計出熱泵式洗浴廢水余熱回收，并對其結構特點、運行原理。通過該系統的實際應用及經濟性分析得出減少天然氣燃料用量55%的結論。

【關鍵詞】廢水；熱泵；余熱回收；經濟性

引言

節能減排是當今社會能源利用的一項重要而又緊迫的任務。學校集體浴室及洗浴行業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。盡管現有的針對浴室熱回收的設計系統和裝置很多，但大多都局限于采用換熱器的方式直接熱回收，盡管系統簡單但回收的熱量品質難以保證，同時運行條件要求苛刻，產能利用率低。

本文結合中央財經大學沙河校區洗浴的實際特點，設計了一套熱泵式洗浴廢水余熱回收系統。該熱泵系統不僅能夠將浴室廢水余熱進行回收并用于加熱洗浴用水，而且通過閥門的轉換在夏季時向室內供冷。如果能夠對這部分廢水余熱進行回收并加以利用，不僅能夠節約高校浴室運行費用，而且可以減少燃料燃燒氣體排放量，有利于環保。

1、項目概況

該學校洗浴系統采用集中熱水供應，系統的熱源為太陽能+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。當熱水箱內溫度小于55℃時，輔助熱源開始加熱；當熱水箱內溫度大于55℃時，輔助熱源停止加熱。該熱水系統為校區8000余名師生24小時不間斷的提供熱水洗浴供應，經過一年的實測熱水日用水量約為200m3/d。根據現場實際檢測，洗浴廢水排入中水處理站的調節池前的廢水溫度約為30℃。

收集的洗浴廢水經學校自行建設的中水處理站處理后供校區沖廁用。由于未設置余熱回收裝置，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的原理

改造后的系統是在中水處理站調節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室內換熱器6毛發過濾器及相應水泵、閥門組成。

系統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，再次通過精心設計的廢熱集水箱后通過熱泵機組回收利用余熱，并輸出穩定的高品位熱水。同時，在夏季時可經閥門的轉換通過室內換熱器向室內供冷。因此該系統具有運行穩定，能源利用率高的特點，同時由于采用廢水循環泵內置的方法對設備安裝地點條件不再苛刻。

熱泵式洗浴廢水余熱回收系統的工作原理為：在毛發過濾器后設置回熱器與自來水初期換熱，降溫后的廢水進入專門設計的廢水集水箱通過水泵將廢水輸送至熱泵機組，經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的調節池進行水處理；初期預熱的自來水經熱泵機組工質的循環放熱逐漸加熱至洗浴溫度進入蓄熱水箱，再經水泵送至太陽能熱水箱。

3、系統運行特點

熱泵式洗浴廢水余熱回收系統是根據本學校熱水系統的實際使用特點量身設計的，有兩種運行工況：制熱工況和制冷工況。具有對原熱水供應系統影響小，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的熱水長期處于設定溫度。因此，系統采用自控系統使余熱回收系統的蓄熱水箱與太陽能熱水箱聯動控制，太陽能熱水箱溫度低于設定值時聯動啟動余熱回收系統，為太陽能熱水箱提供熱量。當系統不需要啟動余熱回收系統時，通過自動控制可以實現室內換熱器向室內的供冷。

同時，由于該學校洗浴系統的熱源為太陽能+燃氣鍋爐提供的高溫熱水，夏季天氣晴朗時太陽能系統提供的熱量基本滿足洗浴系統所需熱量，不需要啟動燃氣鍋爐，也不需要啟動余熱回收系統。但當陰雨天氣、過渡季節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作為輔助熱源進行補熱，這樣節省了燃氣鍋爐的能源消耗。

4、實際應用分析

該系統為學校10棟宿舍8000余名師生不間斷提供洗浴熱水，經過一年的實測熱水日用水量（即排放廢水量）約為200m3/d，加裝余熱回收系統前每年的天然氣消耗約為163749m3。加裝余熱回收系統后每年的天然氣消耗為73687m3，節約燃氣量約為55%，系統每年運行費用（只考慮電費）的7.9萬元。加裝余熱回收系統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，改善了周圍空氣環境品質，符合環境保護的基本政策。加裝余熱回收系統前后鍋爐系統的污染物排放量對比如表2所示。

5、結語

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

由于系統各水池、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≤0.035W/（m2 .K），難燃B1級，厚度為19mm）進行保溫。

參考文獻：

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