高層住宅淋浴用水熱回收

(中鐵房地產(chǎn)集團合肥蜀西置業(yè)有限公司 安徽 合肥 230000)

引言

眾所周知，國際社會在眾多領(lǐng)域?qū)δ茉纯沙掷m(xù)性利用和全球氣候變化進行全面的探索和研究，用以提高能源效率，開發(fā)新的清潔能源和清潔技術(shù)，并減少人為活動對氣候變化的貢獻。全球范圍內(nèi)，城市住宅建筑(家庭)耗能占城市總耗能的很大一部分約占15-30%。據(jù)估計，在英國這一消費量約占總消費量的23%，而在香港這一數(shù)字為17%。因而，減少城市住宅建筑耗能是所有節(jié)能規(guī)劃里面一個十分重要的環(huán)節(jié)。

此后對住宅節(jié)能進行了大量的研究，包括改善外墻保溫、開口的耐候性、安裝雙層玻璃窗/外部遮陽系統(tǒng)、維護鍋爐調(diào)節(jié)器、升級加熱和冷卻控制系統(tǒng)、安裝太陽能熱水器生產(chǎn)裝置以及采用逐漸采用節(jié)能電器。近幾十年來，太陽能集熱器、熱泵、聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、熱回收系統(tǒng)等住宅熱水系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)和設(shè)備取得了長足的進步。在公寓建筑中安裝太陽能收集器可以節(jié)省60-74%的能源，主要取決于建筑的位置和氣候條件。在香港，根據(jù)當?shù)氐臍庀筚Y料，評估了集中太陽能熱水系統(tǒng)在高層住宅大廈的應(yīng)用潛力。發(fā)現(xiàn)垂直太陽能集熱器的年平均效率可以達到38%，對于安裝可行的公寓，可獲得53%的太陽能份額且回收期僅為9年。然而，太陽能電池板的位置特別是在高層高密度環(huán)境下是至關(guān)重要的。

隨著熱能的顯著改善和低能耗燈和電器的采用，生活熱水能耗即用于洗滌、與水有關(guān)的器具和烹飪正迅速成為現(xiàn)代建筑能源支出的主要組成部分。據(jù)報道在中國香港大約20%的家庭能耗用于生產(chǎn)熱水，其中很大一部分用于個人衛(wèi)生，而在英國，26%的家庭能源消耗與水暖活動有關(guān)。因而合理回收這一部分熱能是相當可觀的節(jié)能方式。

結(jié)果與討論

住宅建筑熱水的主要用途是淋浴/浴缸，占總用水量的近21%。熱水通常是由氣體或電鍋爐加熱,提高溫度超過60℃，然后和溫度大約40℃的冷水混合后在淋浴中使用。使用過的水通常直接排入排水渠。而對于洗碗機和洗衣機而言其內(nèi)部的水經(jīng)過加熱后可能達到更高的溫度。盡管此時的水只有較低的能量，但是其溫度還是遠高于冷水的溫度。當然在寒冷地帶時此時冷水常年平均溫度為10℃時，就會有更高的利用價值。

住宅領(lǐng)域的單個節(jié)能設(shè)備(如微聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、水箱調(diào)節(jié)器、減熱器、間接耦合空間空調(diào)的熱泵熱水器等)能夠從單一燃料來源產(chǎn)生有用的熱能和電能，從而提供簡單的效率改進潛力。最近一項有關(guān)家庭用水器具的調(diào)查報告指出，在香港的家庭盥洗室，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)私人即時取水器。由于能源成本計量的便捷性以及設(shè)備所有權(quán)、安裝、操作和維護的簡便性，在集中系統(tǒng)的基礎(chǔ)上選擇了本地化安裝。此外，一個瞬時熱水器體積小，能量效率合理。最常用的熱回收系統(tǒng)是殼管式換熱器。其設(shè)計的主要目標是估算給定負荷所需的最小換熱面積，因為它決定了換熱器的總體成本。研究了換熱器的傳熱強化技術(shù)，如增加換熱面積、增強湍流、減小邊界層厚度、產(chǎn)生二次流、改變流速和溫度梯度等。然而，沒有具體的函數(shù)可以顯式地表示為設(shè)計變量的函數(shù)，事實上，許多設(shè)計變量的離散組合是可能的。采用遺傳算法求解了換熱器優(yōu)化設(shè)計中存在的外管徑、管徑布置、管徑數(shù)量、外管徑、擋板間距、擋板切割等多個設(shè)計變量的問題，提出了場協(xié)同數(shù)最大化方法。優(yōu)化設(shè)計一方面可以顯著降低成本，另一方面可以提高換熱器的性能。此外，還討論了各組成部分的投資和年度能源支出。研究了描述住宅熱水消耗記錄的各種建模方法。然而，高層住宅小區(qū)廢熱回收系統(tǒng)的節(jié)能潛力還沒有得到充分的開發(fā)。這項研究通過蒙特卡羅模擬研究了這種潛力，利用來自家庭淋浴噴頭的廢水流。

與其他生活用水系統(tǒng)不同的是，冷水的流入和熱水的流出是同時發(fā)生的，這樣就可以進行有用的熱量交換。為了促進這種形式的能源復(fù)蘇，已經(jīng)開發(fā)了許多這樣的裝置，在政府支持的幫助下，在某些司法管轄區(qū)取得了顯著的市場滲透。在加拿大的上測試了8種不同的商用污水熱回收設(shè)備的性能。對每個污水熱回收裝置進行了垂直方向的測試，根據(jù)所涉及的裝置和廢水流量的大小，能量回收效率從75%到30%不等。英國的研究人員還檢測了一種垂直方向盤繞的污水熱回收設(shè)備的性能，發(fā)現(xiàn)在設(shè)備的整個生命周期中，該設(shè)備的效率為60-75%，投資回報率為可行。