浅析山东地区高校浴室节能改造模式

陈露 张广凯 吴俏 姜鑫昱 周书梦

摘    要：浴室作为高校能源消耗的一大主力，其供热系统的节能改造一直是人们关心的问题。常见的改造模式为采用太阳能、空气源、污水源等热泵系统进行联合，共同为浴室供热。本文主要研究了山东地区高校的浴室供热系统，列举了四种供热方式，本文着重讨论太阳能热泵系统、太阳能-空气源系统、污水源-空气源系统、太阳能-空气源-污水源系统的经济性与适用条件。并对其进行假设分析与计算，以期得到各系统之利弊。

关键词：供热;并联;复合系统;对比分析

1  四种常用供热系统概述

1.1  太阳能热泵热水系统

本文所提到的太阳能热泵系统是以太阳能集热器与普通热泵进行并联的系统[1]。一般来讲太阳能热泵系统的初投资最少，主要热源最易利用的太阳能，但铺设所需面积较大比较适合屋顶开阔，易于布设太阳能集热板的高校。组成如图1  所示。

1.2  太阳能-空气源热泵系统

太阳能空气源系统，用空气源热泵代替上文系统的普通热泵，一定程度上能够节省電能，系统相较于单一的太阳能集热器与普通热泵系统具有显著的优越性[2]。空气源热泵具有安全、舒适、节能环保的优点，但初投资会相应升高，并且北方地区冬季将会面临空气源热泵机组结霜等的问题[3]。

1.3  污水源-空气源系统

空气源与污水源复合系统主要由：污水收集装置、空气源热泵机组、污水源热泵机组、过滤水箱、预热换热器等组成[4]。系统组成图如图2  所示。

空气源与污水源复合系统，白天空气源热泵系统单独运行，洗浴高峰期用水洗澡人数增加，有足够的洗浴污水，对洗浴污水余热进行回收，充分利用了浴室废水余热，两者互为补充，但该系统舍弃了对太阳能的利用，并且两热泵能效比受温度影响都比较大，为满足供热要求，必须采用较多台热泵并联工作，且由于热泵工作时间较长，耗电量比较高昂。

1.4   空气源-太阳能-污水源复合系统

空气源-太阳能-污水源复合系统采用三种系统联合运行模式。当太阳辐射强度低，仅靠太阳能无法满足供暖需求时，开启空气源热泵机组以满足供热水需求。同时对洗浴废水进行废热回收利用。

太阳能-污水源-空气源系统，结合了上述三种系统的共同优点，初投资处于一个比较客观的量值，节能性也得到大大提高，耗电量较少。但这一系统也结合了其他三种系统之缺点，安装比较麻烦，占地较大，不仅需要屋顶空间需要地下空间的占用，系统维护费用较高。

2  各系统对比分析

2.1  太阳能热泵系统运行费用

根据太阳辐射强度的不同，可将该系统分为春秋阴雨、夏季阴雨、冬季三种情况讨论。假设夏季每天用水量为70t，春秋季每天用水量60t，冬季50t。将一吨自来水从15℃加热到45℃，由下式[QC=C×M×Δt]可得吨水所需热量为126MJ。热泵机组的年补充热量为：Q=408240MJ，热泵机组压缩机年能耗为：W=109539MJ。淄博市的平均电价按[Ce]=0.565元/kW·h，根据公式：Y=[Cε×W3600] ，得：Y=17191元/年。

2.2  太阳能-空气源系统运行费用

相关假设同上文所述，补热所需用电量仍分为三种情况进行讨论，区别之处仅仅在于用空气源热泵代替热泵给系统补热。选取夏季空气源泵性能系数5.0，春秋季空气源泵性能系数为4.2，冬季空气源热泵性能系数为3.6。代入数据可得空气源热泵年能耗：[W空]=106434MJ。淄博市的平均电价按[Ce]=0.565元/kw·h带入数据得：Y=16704元/年。

2.3  污水源-空气源系统运行费用

我们假设浴室从上午十时到晚上十时开放，从晚上六时开始进入洗浴高峰期，仅在高峰期开启污水源热泵，高峰期用水量为全天的50%。假设洗浴废水温度为35℃，污水泵出水温度为45℃。假设非洗浴高峰期污水源热泵与空气源热泵的供热比例分别为40%和60%，高峰期污水源热泵与空气源热泵的供热比例分别为70%和30%。查污水源热泵的cop曲线图知：污水温降为20℃时，污水源机组cop大约为4.5。计算得知污水源热泵耗能：W=575190MJ，空气源热泵年耗能：W=288117MJ。因此系统年耗能[W总]=863307MJ，与上文同理求得：Y=135491元/年。

2.4 太阳能-空气源-污水源系统运行费用

同上面的假设，系统以太阳能集热器为主时的所需的补热量如下：假设补热时空气源与污水源的供能分配分别为70%和30%。根据上文确定的cop系数，计算得：[W空]=74504MJ，[W污]=27216MJ，Y=15946元。

3  结束语

研究发现，进行了浴室节能改造的高校通常采用太阳能、空气源、污水源等热泵系统与原有系统进行联合，共同为浴室供热。综合来讲，较小的浴室、单间或临时设置的浴室更适合于易于安装、占地较小的空气源热泵。大型浴室用太阳能更为经济。洗浴高峰期使用污水源系统可以有效节能，但因其造价和耗电量较高并且需要地下空间，限制了一些高校对其的应用。对于浴室的节能改造要因地制宜，不能粗放地认为投资少的方案即为最佳方案，各高校应该考虑到多种因素，选择更加适合各自情况的洗浴系统，不应舍近求远。

参考文献：

[1] 李玲俐.以洗浴废水为热源的浴室热泵热水系统的研究[C].天津科技大学，2013.

[2] 陆朴荣.利用可再生能源的浴室供热方案研究[C].华中科技大学，2011.

[3] 米冰洁.夏热冬冷地区空气源热泵热水器运行特性分析[C].南华大学，2016.

[4] 冯加坤.公共浴室供热方案能耗比较研究[D].华中科技大学，2012.