浴室余热回收热泵系统节能分析（能源）
浴室余热回收热泵系统节能分析（能源）
林勤荣1李苏泷2罗汉新1
1东南大学建筑设计研究院有限公司2南京理工大学能源与动力工程学院
摘要：本文在公共浴室污水源热泵系统基础上，提出设置低位水箱，增加换热效果的设想。并从经济性和节能性角度对新型污水源热泵系统进行了分析，结果表明新型污水源热泵系统相对于锅炉和空气源热泵系统具有显著节能的优点，系统也较简单，工程上易于实现。
关键词：公共浴室污水源热泵热回收
学校、工业企业、部队营房等单位的浴室淋浴时废热量大，采用锅炉作为热源，废热无法得到有效利用。采用污水源热泵机组作为热源，能够进行废热回收。由于喷淋的供水温度不高、废水的排水温度不低，污染较轻，对于提高污水源热泵机组的制热效率十分有利。
国内外对污水源热泵机组在公共浴室中的应用做了研究。浴室热泵的工作过程与普通蒸气压缩式热泵类似。制冷剂在蒸发器中蒸发吸收浴室废热水的热量，经压缩后在冷凝器中放出热量，间接加热在其中流过的自来水，使其升温到浴室洗澡所需温度。在冷凝器中，制冷剂凝结成饱和液体，经节流阀节流降压降温进入蒸发器蒸发吸热，气化为干饱和蒸气，从而完成一个循环；自来水在冷凝器中吸热升温后，经淋浴头喷淋，被过滤集水装置收集后进入蒸发器中释放余热，而后排入下水道。本文在此基础上，提出设置低温水箱，完善热泵系统，并进行节能和经济性分析。
1 浴室污水源热泵系统
图1为污水源热泵系统流程图。为了充分利用浴室废热水余热，设置水箱，收集淋浴的废热水，并将其作为热泵机组的蒸发器进行直接热交换，蒸发器从废热水中吸取热量，在冷凝器中将热量传递给自来水，进入水箱作为淋浴用水。废热水经过滤集水装置收集后从水箱的上部流入，从下部流出，形成自然的温度分层。水箱的容积无需太大，只要浸没蒸发器，以得到较充分的换热即可。与管壳式换热器相比，设置水箱，不仅初投资低，且换热效率高、污垢阻塞问题较轻，也容易处理。
每次使用浴室热泵前，由于没有足够的温度较高的浴室废热水作为低位热源，只能在蒸发器中从温度为常温的“集水”（残存在蒸发器中的废热水）中取热；所放出的热量不够时，则短时自动启动辅助加热元件，直接加热洗澡热水。洗浴开始后，废水流量稳定后，则辅助加热元件自动停止工作。
为减少废水余热的损失，提高热回收效率，废水集水管道的保温应该引起重视，此外去除泡沫、疏通污垢，以保证蒸发器的换热效率也需要引起注意。
2 热泵热水器节能性分析
如采用传统锅炉为热源，则一次能源消耗为
图2给出了不同锅炉热效率下，热泵机组相关于锅炉的节能率与热泵机组COP之间的关系。热泵机组的COP与高、低温热源的温度有关。高温热源的温度较低，低温热源的温度较高，机组的COP就较高；反之，则较低。无论是采用污水源热泵机组，还是采用空气源热泵机组，高温热源，即喷淋的供水温度均相同，然而低温热源的温度则有所不同，空气源热泵机组对应于室外空气温度，冬季较低，而污水源热泵则对应于淋浴废水的温度，较室外空气温度高许多，尤其是在冬季。另外，空气源热泵机组在冬季室外温度较低时还面临启动困难.制热能力差、制热效率低及需要除霜的问题。因此，在此情况下，污水源热泵较空气源热泵优势明显。
设喷淋的供水温度为42℃，淋浴废水的排水温度为25℃，对水源热泵系统进行的性能
测试，热泵机组的COP在4.5左右，水源热泵机组相对于锅炉的节能率可达52%。当然，如果提高喷淋的供水温度，热泵机组的COP要有所降低。事实上，从图2可以看出，当热泵机组的COP太小时，热泵热水器并不节能，比如当锅炉效率为70%时，COP大于2.17时才有可能节能，显然，对于空气源热泵，由于冬季室外温度低，加之供水温度较高，节能效果并不好，要提高节能效果，就要利用淋浴废水热量这一“资源”，而采用污水源热泵。
3 浴室污水源热泵系统经济性分析
以南京某高校宿舍新区浴室为例，浴室预计6000名学生淋浴用，按每人每次（可以按每5天洗浴1次考虑）洗浴用水量80 L计算，其中自来水温度设定为15℃。则一天加热冷水所需热量Q为：
浴室喷淋如采用燃气锅炉，则燃气消耗量为
如采用水源热泵机组，则消耗电量为
在本项目中，COP取为4.5，天然气价为2.2元/m3，电价为0.80元/kWh。经计算，若采用燃气锅炉，浴室一天的用热成本为968元；若采用水源热泵，则为535元。以学生一年平均在校时间为300天计，一年可节省燃料费用129900元。
4 结论
采用污水源热泵机组作为热源供浴室喷淋热水，无论与锅炉相比，还是与空气源热泵机组相比，均具有显著的节能优点，系统也较简单、工程上易于实现，且可以减少有害气体的排放。在保证喷淋舒适的情况下，应尽可能降低供水温度，以提高热泵机组的COP。因此，对于高校、部队营房等以年轻人为主的浴室，采用污水源热泵系统节能效果更好。另外，发展较高制热效率的高温制冷剂对于热泵的节能应用推广是一个亟需研究的课题。
