淺析山東地區(qū)高校浴室節(jié)能改造模式

陳露 張廣凱 吳俏 姜鑫昱 周書夢

摘 ? ?要：浴室作為高校能源消耗的一大主力，其供熱系統(tǒng)的節(jié)能改造一直是人們關(guān)心的問題。常見的改造模式為采用太陽能、空氣源、污水源等熱泵系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合，共同為浴室供熱。本文主要研究了山東地區(qū)高校的浴室供熱系統(tǒng)，列舉了四種供熱方式，本文著重討論太陽能熱泵系統(tǒng)、太陽能-空氣源系統(tǒng)、污水源-空氣源系統(tǒng)、太陽能-空氣源-污水源系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性與適用條件。并對其進(jìn)行假設(shè)分析與計算，以期得到各系統(tǒng)之利弊。

關(guān)鍵詞：供熱;并聯(lián);復(fù)合系統(tǒng);對比分析

1 ?四種常用供熱系統(tǒng)概述

1.1 ?太陽能熱泵熱水系統(tǒng)

本文所提到的太陽能熱泵系統(tǒng)是以太陽能集熱器與普通熱泵進(jìn)行并聯(lián)的系統(tǒng)[1]。一般來講太陽能熱泵系統(tǒng)的初投資最少，主要熱源最易利用的太陽能，但鋪設(shè)所需面積較大比較適合屋頂開闊，易于布設(shè)太陽能集熱板的高校。組成如圖1 ?所示。

1.2 ?太陽能-空氣源熱泵系統(tǒng)

太陽能空氣源系統(tǒng)，用空氣源熱泵代替上文系統(tǒng)的普通熱泵，一定程度上能夠節(jié)省電能，系統(tǒng)相較于單一的太陽能集熱器與普通熱泵系統(tǒng)具有顯著的優(yōu)越性[2]?？諝庠礋岜镁哂邪踩⑹孢m、節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點，但初投資會相應(yīng)升高，并且北方地區(qū)冬季將會面臨空氣源熱泵機組結(jié)霜等的問題[3]。

1.3 ?污水源-空氣源系統(tǒng)

空氣源與污水源復(fù)合系統(tǒng)主要由：污水收集裝置、空氣源熱泵機組、污水源熱泵機組、過濾水箱、預(yù)熱換熱器等組成[4]。系統(tǒng)組成圖如圖2 ?所示。

空氣源與污水源復(fù)合系統(tǒng)，白天空氣源熱泵系統(tǒng)單獨運行，洗浴高峰期用水洗澡人數(shù)增加，有足夠的洗浴污水，對洗浴污水余熱進(jìn)行回收，充分利用了浴室廢水余熱，兩者互為補充，但該系統(tǒng)舍棄了對太陽能的利用，并且兩熱泵能效比受溫度影響都比較大，為滿足供熱要求，必須采用較多臺熱泵并聯(lián)工作，且由于熱泵工作時間較長，耗電量比較高昂。

1.4 ? 空氣源-太陽能-污水源復(fù)合系統(tǒng)

空氣源-太陽能-污水源復(fù)合系統(tǒng)采用三種系統(tǒng)聯(lián)合運行模式。當(dāng)太陽輻射強度低，僅靠太陽能無法滿足供暖需求時，開啟空氣源熱泵機組以滿足供熱水需求。同時對洗浴廢水進(jìn)行廢熱回收利用。

太陽能-污水源-空氣源系統(tǒng)，結(jié)合了上述三種系統(tǒng)的共同優(yōu)點，初投資處于一個比較客觀的量值，節(jié)能性也得到大大提高，耗電量較少。但這一系統(tǒng)也結(jié)合了其他三種系統(tǒng)之缺點，安裝比較麻煩，占地較大，不僅需要屋頂空間需要地下空間的占用，系統(tǒng)維護(hù)費用較高。

2 ?各系統(tǒng)對比分析

2.1 ?太陽能熱泵系統(tǒng)運行費用

根據(jù)太陽輻射強度的不同，可將該系統(tǒng)分為春秋陰雨、夏季陰雨、冬季三種情況討論。假設(shè)夏季每天用水量為70t，春秋季每天用水量60t，冬季50t。將一噸自來水從15℃加熱到45℃，由下式[QC=C×M×Δt]可得噸水所需熱量為126MJ。熱泵機組的年補充熱量為：Q=408240MJ，熱泵機組壓縮機年能耗為：W=109539MJ。淄博市的平均電價按[Ce]=0.565元/kW·h，根據(jù)公式：Y=[Cε×W3600] ，得：Y=17191元/年。

2.2 ?太陽能-空氣源系統(tǒng)運行費用

相關(guān)假設(shè)同上文所述，補熱所需用電量仍分為三種情況進(jìn)行討論，區(qū)別之處僅僅在于用空氣源熱泵代替熱泵給系統(tǒng)補熱。選取夏季空氣源泵性能系數(shù)5.0，春秋季空氣源泵性能系數(shù)為4.2，冬季空氣源熱泵性能系數(shù)為3.6。代入數(shù)據(jù)可得空氣源熱泵年能耗：[W空]=106434MJ。淄博市的平均電價按[Ce]=0.565元/kw·h帶入數(shù)據(jù)得：Y=16704元/年。

2.3 ?污水源-空氣源系統(tǒng)運行費用

我們假設(shè)浴室從上午十時到晚上十時開放，從晚上六時開始進(jìn)入洗浴高峰期，僅在高峰期開啟污水源熱泵，高峰期用水量為全天的50%。假設(shè)洗浴廢水溫度為35℃，污水泵出水溫度為45℃。假設(shè)非洗浴高峰期污水源熱泵與空氣源熱泵的供熱比例分別為40%和60%，高峰期污水源熱泵與空氣源熱泵的供熱比例分別為70%和30%。查污水源熱泵的cop曲線圖知：污水溫降為20℃時，污水源機組cop大約為4.5。計算得知污水源熱泵耗能：W=575190MJ，空氣源熱泵年耗能：W=288117MJ。因此系統(tǒng)年耗能[W總]=863307MJ，與上文同理求得：Y=135491元/年。

2.4 太陽能-空氣源-污水源系統(tǒng)運行費用

同上面的假設(shè)，系統(tǒng)以太陽能集熱器為主時的所需的補熱量如下：假設(shè)補熱時空氣源與污水源的供能分配分別為70%和30%。根據(jù)上文確定的cop系數(shù)，計算得：[W空]=74504MJ，[W污]=27216MJ，Y=15946元。

3 ?結(jié)束語

研究發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行了浴室節(jié)能改造的高校通常采用太陽能、空氣源、污水源等熱泵系統(tǒng)與原有系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合，共同為浴室供熱。綜合來講，較小的浴室、單間或臨時設(shè)置的浴室更適合于易于安裝、占地較小的空氣源熱泵。大型浴室用太陽能更為經(jīng)濟(jì)。洗浴高峰期使用污水源系統(tǒng)可以有效節(jié)能，但因其造價和耗電量較高并且需要地下空間，限制了一些高校對其的應(yīng)用。對于浴室的節(jié)能改造要因地制宜，不能粗放地認(rèn)為投資少的方案即為最佳方案，各高校應(yīng)該考慮到多種因素，選擇更加適合各自情況的洗浴系統(tǒng)，不應(yīng)舍近求遠(yuǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李玲俐.以洗浴廢水為熱源的浴室熱泵熱水系統(tǒng)的研究[C].天津科技大學(xué)，2013.

[2] 陸樸榮.利用可再生能源的浴室供熱方案研究[C].華中科技大學(xué)，2011.

[3] 米冰潔.夏熱冬冷地區(qū)空氣源熱泵熱水器運行特性分析[C].南華大學(xué)，2016.

[4] 馮加坤.公共浴室供熱方案能耗比較研究[D].華中科技大學(xué)，2012.