热泵式洗浴废水余热回收技术在学校浴室中的应用分析

宋庆东

【摘要】通过对某学校公共洗浴系统的实测，针对学校浴室热水使用特点，设计出热泵式洗浴废水余热回收，并对其结构特点、运行原理。通过该系统的实际应用及经济性分析得出减少天然气燃料用量55%的结论。

【关键词】废水；热泵；余热回收；经济性

引言

节能减排是当今社会能源利用的一项重要而又紧迫的任务。学校集体浴室及洗浴行业排放的大量废水中蕴含大量的低温热源，如何利用这部分能源长期以来是摆在科研工作者面前的一道难题。尽管现有的针对浴室热回收的设计系统和装置很多，但大多都局限于采用换热器的方式直接热回收，尽管系统简单但回收的热量品质难以保证，同时运行条件要求苛刻，产能利用率低。

本文结合中央财经大学沙河校区洗浴的实际特点，设计了一套热泵式洗浴废水余熱回收系统。该热泵系统不仅能够将浴室废水余热进行回收并用于加热洗浴用水，而且通过阀门的转换在夏季时向室内供冷。如果能够对这部分废水余热进行回收并加以利用，不仅能够节约高校浴室运行费用，而且可以减少燃料燃烧气体排放量，有利于环保。

1、项目概况

该学校洗浴系统采用集中热水供应，系统的热源为太阳能+燃气锅炉提供的高温热水，即太阳能集热器集中采热，采集的热水通过板式换热器加热太阳能热水箱中的热水，该水箱中的热水由辅助热源通过半容积式换热器进一步加热后，作为洗浴等生活热水，供热水温度为55℃。辅助热源为学校自建燃气锅炉房提供的高温热水。当热水箱内温度小于55℃时，辅助热源开始加热；当热水箱内温度大于55℃时，辅助热源停止加热。该热水系统为校区8000余名师生24小时不间断的提供热水洗浴供应，经过一年的实测热水日用水量约为200m3/d。根据现场实际检测，洗浴废水排入中水处理站的调节池前的废水温度约为30℃。

收集的洗浴废水经学校自行建设的中水处理站处理后供校区冲厕用。由于未设置余热回收装置，使得废水中含有相当高热量白白流失，造成能源的浪费。

2、热泵式余热回收系统的原理

改造后的系统是在中水处理站调节池的前端增加了热泵式余热回收与利用机组。

图1 热泵式洗浴废水余热回收系统原理图

该机组主要由1回热器2废水集水箱3热泵式余热回收机组4蓄热水箱5室内换热器6毛发过滤器及相应水泵、阀门组成。

系统在浴室低温热源余热回收时，余热首先通过回热器回收部分能量，再次通过精心设计的废热集水箱后通过热泵机组回收利用余热，并输出稳定的高品位热水。同时，在夏季时可经阀门的转换通过室内换热器向室内供冷。因此该系统具有运行稳定，能源利用率高的特点，同时由于采用废水循环泵内置的方法对设备安装地点条件不再苛刻。

热泵式洗浴废水余热回收系统的工作原理为：在毛发过滤器后设置回热器与自来水初期换热，降温后的废水进入专门设计的废水集水箱通过水泵将废水输送至热泵机组，经换热的废水排入废水集水箱的冷水格溢流排出至中水处理系统的调节池进行水处理；初期预热的自来水经热泵机组工质的循环放热逐渐加热至洗浴温度进入蓄热水箱，再经水泵送至太阳能热水箱。

3、系统运行特点

热泵式洗浴废水余热回收系统是根据本学校热水系统的实际使用特点量身设计的，有两种运行工况：制热工况和制冷工况。具有对原热水供应系统影响小，改造费用低等特点。

该学校洗浴时间是24小时不间断供水，这样就使得太阳能热水箱内的热水长期处于设定温度。因此，系统采用自控系统使余热回收系统的蓄热水箱与太阳能热水箱联动控制，太阳能热水箱温度低于设定值时联动启动余热回收系统，为太阳能热水箱提供热量。当系统不需要启动余热回收系统时，通过自动控制可以实现室内换热器向室内的供冷。

同时，由于该学校洗浴系统的热源为太阳能+燃气锅炉提供的高温热水，夏季天气晴朗时太阳能系统提供的热量基本满足洗浴系统所需热量，不需要启动燃气锅炉，也不需要启动余热回收系统。但当阴雨天气、过渡季节及冬季时太阳能热量不足时启动热泵式洗浴废水余热回收系统作为辅助热源进行补热，这样节省了燃气锅炉的能源消耗。

4、实际应用分析

该系统为学校10栋宿舍8000余名师生不间断提供洗浴热水，经过一年的实测热水日用水量（即排放废水量）约为200m3/d，加装余热回收系统前每年的天然气消耗约为163749m3。加装余热回收系统后每年的天然气消耗为73687m3，节约燃气量约为55%，系统每年运行费用（只考虑电费）的7.9万元。加装余热回收系统前后每年运行费用见表1。

学校通过对废水余热的回收，减少了燃气燃烧量的消耗，从而减少了在燃烧过程中向大气排放的污染物量，改善了周围空气环境品质，符合环境保护的基本政策。加装余热回收系统前后锅炉系统的污染物排放量对比如表2所示。

5、结语

热泵式洗浴废水余热回收系统通过在学校废水系统的实际应用，系统运行稳定、可靠，余热回收利用率高，而且结构简单、初投资低，非常适用于学校系统的废水余热回收和再利用。同时，采用该系统不仅节约运行费用，而且减少了燃气燃料消耗量，降低了燃料燃烧产生的气体排放量，符合国家倡导的节能减排的要求。

由于系统各水池、水箱及管路的保温性能也是影响废水余热回收系统热回收效率的重要因素，因此在实际工程中全部采用采用橡塑保温材料（导热系数≤0.035W/（m2 .K），难燃B1级，厚度为19mm）进行保温。

参考文献：

[ 1] GB 50015—2009 建筑给水排水设计规范.

[ 2]史美中， 王中铮.热交换器原理与设计.南京：东南大学出版社， 1996

[ 3]吴荣华， 张承虎， 孙德兴.城市污水冷热源应用技术发展状况研究[ J] .暖通空调， 2005， （6）：31 -37.

[ 4] 冯圣红，陈涛，李德英.高校浴室废水余热回收及利用分析[ J].节能，2009，（1）：44 -45.