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浴室余熱回收熱泵系統(tǒng)節(jié)能分析(能源)

浴室余熱回收熱泵系統(tǒng)節(jié)能分析(能源

                           林勤榮1李蘇瀧2羅漢新1

    1東南大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司2南京理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院

摘要:本文在公共浴室污水源熱泵系統(tǒng)基礎(chǔ)上,提出設(shè)置低位水箱,增加換熱效果的設(shè)想。并從經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能性角度對(duì)新型污水源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行了分析,結(jié)果表明新型污水源熱泵系統(tǒng)相對(duì)于鍋爐和空氣源熱泵系統(tǒng)具有顯著節(jié)能的優(yōu)點(diǎn),系統(tǒng)也較簡(jiǎn)單,工程上易于實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞:公共浴室污水源熱泵熱回收

    學(xué)校、工業(yè)企業(yè)、部隊(duì)營(yíng)房等單位的浴室淋浴時(shí)廢熱量大,采用鍋爐作為熱源,廢熱無(wú)法得到有效利用。采用污水源熱泵機(jī)組作為熱源,能夠進(jìn)行廢熱回收。由于噴淋的供水溫度不高、廢水的排水溫度不低,污染較輕,對(duì)于提高污水源熱泵機(jī)組的制熱效率十分有利。

    國(guó)內(nèi)外對(duì)污水源熱泵機(jī)組在公共浴室中的應(yīng)用做了研究。浴室熱泵的工作過(guò)程與普通蒸氣壓縮式熱泵類似。制冷劑在蒸發(fā)器中蒸發(fā)吸收浴室廢熱水的熱量,經(jīng)壓縮后在冷凝器中放出熱量,間接加熱在其中流過(guò)的自來(lái)水,使其升溫到浴室洗澡所需溫度。在冷凝器中,制冷劑凝結(jié)成飽和液體,經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流降壓降溫進(jìn)入蒸發(fā)器蒸發(fā)吸熱,氣化為干飽和蒸氣,從而完成一個(gè)循環(huán);自來(lái)水在冷凝器中吸熱升溫后,經(jīng)淋浴頭噴淋,被過(guò)濾集水裝置收集后進(jìn)入蒸發(fā)器中釋放余熱,而后排入下水道。本文在此基礎(chǔ)上,提出設(shè)置低溫水箱,完善熱泵系統(tǒng),并進(jìn)行節(jié)能和經(jīng)濟(jì)性分析。

1  浴室污水源熱泵系統(tǒng)

    1為污水源熱泵系統(tǒng)流程圖。為了充分利用浴室廢熱水余熱,設(shè)置水箱,收集淋浴的廢熱水,并將其作為熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器進(jìn)行直接熱交換,蒸發(fā)器從廢熱水中吸取熱量,在冷凝器中將熱量傳遞給自來(lái)水,進(jìn)入水箱作為淋浴用水。廢熱水經(jīng)過(guò)濾集水裝置收集后從水箱的上部流入,從下部流出,形成自然的溫度分層。水箱的容積無(wú)需太大,只要浸沒(méi)蒸發(fā)器,以得到較充分的換熱即可。與管殼式換熱器相比,設(shè)置水箱,不僅初投資低,且換熱效率高、污垢阻塞問(wèn)題較輕,也容易處理。

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    每次使用浴室熱泵前,由于沒(méi)有足夠的溫度較高的浴室廢熱水作為低位熱源,只能在蒸發(fā)器中從溫度為常溫的“集水”(殘存在蒸發(fā)器中的廢熱水)中取熱;所放出的熱量不夠時(shí),則短時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)輔助加熱元件,直接加熱洗澡熱水。洗浴開(kāi)始后,廢水流量穩(wěn)定后,則輔助加熱元件自動(dòng)停止工作。

    為減少?gòu)U水余熱的損失,提高熱回收效率,廢水集水管道的保溫應(yīng)該引起重視,此外去除泡沫、疏通污垢,以保證蒸發(fā)器的換熱效率也需要引起注意。

2  熱泵熱水器節(jié)能性分析

如采用傳統(tǒng)鍋爐為熱源,則一次能源消耗為

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    2給出了不同鍋爐熱效率下,熱泵機(jī)組相關(guān)于鍋爐的節(jié)能率與熱泵機(jī)組COP之間的關(guān)系。熱泵機(jī)組的COP與高、低溫?zé)嵩吹臏囟扔嘘P(guān)。高溫?zé)嵩吹臏囟容^低,低溫?zé)嵩吹臏囟容^高,機(jī)組的COP就較高;反之,則較低。無(wú)論是采用污水源熱泵機(jī)組,還是采用空氣源熱泵機(jī)組,高溫?zé)嵩矗磭娏艿墓┧疁囟染嗤,然而低溫(zé)嵩吹臏囟葎t有所不同,空氣源熱泵機(jī)組對(duì)應(yīng)于室外空氣溫度,冬季較低,而污水源熱泵則對(duì)應(yīng)于淋浴廢水的溫度,較室外空氣溫度高許多,尤其是在冬季。另外,空氣源熱泵機(jī)組在冬季室外溫度較低時(shí)還面臨啟動(dòng)困難.制熱能力差、制熱效率低及需要除霜的問(wèn)題。因此,在此情況下,污水源熱泵較空氣源熱泵優(yōu)勢(shì)明顯。

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    設(shè)噴淋的供水溫度為42℃,淋浴廢水的排水溫度為25℃,對(duì)水源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行的性能

測(cè)試,熱泵機(jī)組的COP4.5左右,水源熱泵機(jī)組相對(duì)于鍋爐的節(jié)能率可達(dá)52%。當(dāng)然,如果提高噴淋的供水溫度,熱泵機(jī)組的COP要有所降低。事實(shí)上,從圖2可以看出,當(dāng)熱泵機(jī)組的COP太小時(shí),熱泵熱水器并不節(jié)能,比如當(dāng)鍋爐效率為70%時(shí),COP大于2.17時(shí)才有可能節(jié)能,顯然,對(duì)于空氣源熱泵,由于冬季室外溫度低,加之供水溫度較高,節(jié)能效果并不好,要提高節(jié)能效果,就要利用淋浴廢水熱量這一“資源”,而采用污水源熱泵。

3  浴室污水源熱泵系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析

    以南京某高校宿舍新區(qū)浴室為例,浴室預(yù)計(jì)6000名學(xué)生淋浴用,按每人每次(可以按每5天洗浴1次考慮)洗浴用水量80 L計(jì)算,其中自來(lái)水溫度設(shè)定為15℃。則一天加熱冷水所需熱量Q為:

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浴室噴淋如采用燃?xì)忮仩t,則燃?xì)庀牧繛?/span>

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如采用水源熱泵機(jī)組,則消耗電量為

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    在本項(xiàng)目中,COP取為4.5,天然氣價(jià)為2.2/m3,電價(jià)為0.80/kWh。經(jīng)計(jì)算,若采用燃?xì)忮仩t,浴室一天的用熱成本為968元;若采用水源熱泵,則為535元。以學(xué)生一年平均在校時(shí)間為300天計(jì),一年可節(jié)省燃料費(fèi)用129900元。

4  結(jié)論

    采用污水源熱泵機(jī)組作為熱源供浴室噴淋熱水,無(wú)論與鍋爐相比,還是與空氣源熱泵機(jī)組相比,均具有顯著的節(jié)能優(yōu)點(diǎn),系統(tǒng)也較簡(jiǎn)單、工程上易于實(shí)現(xiàn),且可以減少有害氣體的排放。在保證噴淋舒適的情況下,應(yīng)盡可能降低供水溫度,以提高熱泵機(jī)組的COP。因此,對(duì)于高校、部隊(duì)營(yíng)房等以年輕人為主的浴室,采用污水源熱泵系統(tǒng)節(jié)能效果更好。另外,發(fā)展較高制熱效率的高溫制冷劑對(duì)于熱泵的節(jié)能應(yīng)用推廣是一個(gè)亟需研究的課題。

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