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摘要
本文的主要目的是针对宾馆、洗浴中心等大量、集中用热的场所，设计一个综合节能方案来回收浪费的热量，提高热量可利用性，减少热量损失.项目技术综合利用了废水和空调余热，通过巧妙的系统设计，三介质换热器的设计，实现了余热四季可用，多种途径的高效利用。系统在冬天，收集废水的余热，通过热交换提高空调蒸发器的热源温度，大大减少压缩机做功，达到节能目的；在夏天，收集空调余热及废水余热加热锅炉给水，节省锅炉燃料，还可以减小冷却塔内风机的用电量，节能减排。本项目广泛适用于集中式、非集中式的各种工作系统的中央空调，具有极大的应用前景和可行性。
关键词：废水余热空调余热 四通阀 三介质换热器 节能减排
一、研究背景及意义
洗浴服务业作为一种现代城市服务业，对水资源的占用是巨大的。据《中国环境发展报告（2010）》指出，北京市仅洗浴中心洗澡一项每年消耗水资就高达8160万吨，相当于41个昆明湖。洗浴废水是值得利用的一种资源。据资料显示，洗浴热水的温度一般为40 ～45℃，但在洗浴过程中，只利用了其中很少一部分能量，排放的废水温度仍有30～35℃甚至更大。回收和利用余热资源就显得尤为重要。
针对大部分传统洗浴中心存在着水资源浪费严重和废水资源利用不当的问题，本项目设计了对废水余热进行综合回收的装置，利用了中央中央空调压缩机的循环过程，既可以有效的对能源节约和进行回收利用，也减少了环境的热污染。本项目的实施简单高效，适合在各个城市的洗浴中心推广使用，具有很强的可行性和经济性。
二、作品介绍
2.1原理
本系统主要依据中央空调压缩机的工作原理，冬天，废水余热热量主要提供给中央空调循环水，通过循环水给压缩机内工质提供热量，抬高工质温度，减少压缩机做功；夏天循环水吸收工质热量，与废水余热一同加热锅炉给水，抬高其温度，减少锅炉耗煤量。这样，便达到节能减排的目的。
2.2设计方案
2.2.1设计方案图及工作流程
图1.系统设计图
如上面系统方案原理图所示。
洗浴后的废水经过滤器初步过滤，达到通流换热要求，经由管道流入蓄水储热池。
针对昼夜废水流量差大的现象，在储热池设置液位流量自动控制系统：当白日废水流量过大时储水池中进行储水，流量较小时进行放水，稳定流量，使其在一定范围内波动。
从储热池流出的废水与中央空调循环水、锅炉给水同时经过换热器进行换热。冬季，废水对锅炉给水进行加热从减少耗煤量，同时提高空调冷却水系统中冷却水的温度改善性能；夏季，通过四通阀改变中央空调冷却水流向，使其降低温度，降低冷却塔内风机的耗电量并提高中央空调效率。以此提高中央空调的工作性能，达到节能减排的目的。
经过换热降温的废水，进一步通过混凝沉淀以及活性炭吸附来降低其COD值使废水达到国家生活杂用水水质标准，再经过消毒，即可以回用于洗浴或其它生活杂用水，为城市节约大量宝贵的水资源.
2.2.2主要设备及参数说明
（1）洗浴废水水质分析
洗浴废水温度随着使用量的增加略有增加，但温度变化不大，说明洗浴废水的温度受室外环境温度影响较小。洗浴废水具有污染物含量低，排放量大，易分流以及便于收集等特点，属于优质污水，是较理想的中水水源。另外，洗浴废水悬浮物含量多，表明其中泥土、粉沙、微细有机物、无机物、浮游动物和其它微生物等悬浮物和胶体物很多。
（2）过滤器
针对水质分析，收集到废水后，为保证管道不易堵塞，我们设置简单过滤系统来除去杂质。过滤方式依次采用细目格栅出去较大块状颗粒物，其次砂滤进一步除去SS等杂质，最后用活性炭初步吸收降低其COD值，废水即可达到通流换热要求。过滤器的结构选择反冲洗过滤器，既克服了传统过滤器易堵塞，清洗虚拆卸的缺点，同时操作简单，满足过滤精度要求。
（3）蓄水储热池
蓄水储热池建于地下，体积可根据该服务中心每日废水量而选择，用料为混凝土+高温隔热保温涂料、锡纸、苯板、石棉层等。
（4）四通阀
改变空调循环水系统中冷却水的流向，使其在冬天从换热器流入中央空调时温度最高，夏天从中央空调流入换热器时温度最高。
（5）换热器设计
采用循环水，锅炉给水，废水形成的三股流换热，我们针对换热特点设计了三股流换热器，可以三者互相换热，提高了换热效率。
三、经济性分析
（1）空调经济性分析：
一个容量8000㎡的洗浴中心所需供暖的实际面积大约为4000㎡，查资料可知洗浴中心单位面积需热量为150大卡，即该洗浴中心所需热量696kw。
又有COP的定义：在某一工况下，压缩机的制热量于同一工况下压缩机的轴功率的比值。可得：
方案前空调做工=696/5.45=125.5kw；方案后空调做工=696/6.74=104.3kw。
设中央空调的平均工作时间20小时/天 ，则 可节约424度电，节约212元（0.5元/度）。
（2）锅炉经济性分析：
以中等浴场每天需要洗浴热水490吨/天为例，假设自来水温度为15 ，锅炉一天工作20小时。
洗浴热水由锅炉水和自来水混合而成温度在40 左右，由能量、质量守恒，可估算出锅炉给水流量163.3吨/天=2.27 kg/s ，自来水流量326.6吨/天=4.54 kg/s
每天可节省热量 6.86GJ/天
设锅炉效率为90%，换算成标准煤可得每天可节省标准煤260.05kg，按煤市场价600元/吨，
可节约156.03元人民币/天。
四、结论与展望
本项目以洗浴中心为主要对象，设计了废水余热和空调余热回收利用系统，对系统的设计原理和方案进行了介绍，并分析了项目的节能性和经济性。该废水余热和空调余热回收系统结合季节特点，延长了系统可使用时间；根据余热的特点，对热量最大限度进行利用，大大提高了节能的效果。本系统在节约能源、水资源回收利用以及减少排放等各个方面均达到了节能减排的目的。
本系统的结构清晰明了，改造容易，推广的项目成本低，具有很强的可行性和较大的推广范围。项目系统适用于时间集中，热水量大和温度稳定的洗浴中心、学校和酒店等，这样余热回收的潜力大，回收利用的运行效率高。经过一定改造即可大范围实施利用。
参考文献：
[1]基于污水源热泵的大型集中洗浴废水余热利用研究安青松，史琳，汤润，华北电力大学学报37卷第1期；
[2]污水换热器的设计计算孙德兴，肖红侠，张承虎，庄兆意；
[3]热泵热水装置，化学工业出版社，陈东，谢继红编著；
[4]管式换热器强化传热技术，化学工业出版社，钱颂文，朱冬生，李庆领，杨丽明编著；
[5]传热学，高等教育出版社，杨世铭，陶文铨编著；
[6]热泵与中央空调节能技术，化学工业出版社，陈万仁，王宝东等编著；
[7]中央空调系统操作与维修教程，电子工业出版社，葛剑青主编；
[8]热泵技术及其应用，化学工业出版社，陈东，谢继红编著；
作者简介：
姓名：裘闰超 男 单位：华北电力大学 |
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发表于 2022-2-27 19:58:02