高层住宅淋浴用水热回收

(中铁房地产集团合肥蜀西置业有限公司 安徽 合肥 230000)

引言

众所周知，国际社会在众多领域对能源可持续性利用和全球气候变化进行全面的探索和研究，用以提高能源效率，开发新的清洁能源和清洁技术，并减少人为活动对气候变化的贡献。全球范围内，城市住宅建筑(家庭)耗能占城市总耗能的很大一部分约占15-30%。据估计，在英国这一消费量约占总消费量的23%，而在香港这一数字为17%。因而，减少城市住宅建筑耗能是所有节能规划里面一个十分重要的环节。

此后对住宅节能进行了大量的研究，包括改善外墙保温、开口的耐候性、安装双层玻璃窗/外部遮阳系统、维护锅炉调节器、升级加热和冷却控制系统、安装太阳能热水器生产装置以及采用逐渐采用节能电器。近几十年来，太阳能集热器、热泵、联产系统、热回收系统等住宅热水系统的节能技术和设备取得了长足的进步。在公寓建筑中安装太阳能收集器可以节省60-74%的能源，主要取决于建筑的位置和气候条件。在香港，根据当地的气象资料，评估了集中太阳能热水系统在高层住宅大厦的应用潜力。发现垂直太阳能集热器的年平均效率可以达到38%，对于安装可行的公寓，可获得53%的太阳能份额且回收期仅为9年。然而，太阳能电池板的位置特别是在高层高密度环境下是至关重要的。

随着热能的显著改善和低能耗灯和电器的采用，生活热水能耗即用于洗涤、与水有关的器具和烹饪正迅速成为现代建筑能源支出的主要组成部分。据报道在中国香港大约20%的家庭能耗用于生产热水，其中很大一部分用于个人卫生，而在英国，26%的家庭能源消耗与水暖活动有关。因而合理回收这一部分热能是相当可观的节能方式。

结果与讨论

住宅建筑热水的主要用途是淋浴/浴缸，占总用水量的近21%。热水通常是由气体或电锅炉加热,提高温度超过60℃，然后和温度大约40℃的冷水混合后在淋浴中使用。使用过的水通常直接排入排水渠。而对于洗碗机和洗衣机而言其内部的水经过加热后可能达到更高的温度。尽管此时的水只有较低的能量，但是其温度还是远高于冷水的温度。当然在寒冷地带时此时冷水常年平均温度为10℃时，就会有更高的利用价值。

住宅领域的单个节能设备(如微联产系统、水箱调节器、减热器、间接耦合空间空调的热泵热水器等)能够从单一燃料来源产生有用的热能和电能，从而提供简单的效率改进潜力。最近一项有关家庭用水器具的调查报告指出，在香港的家庭盥洗室，经常发现私人即时取水器。由于能源成本计量的便捷性以及设备所有权、安装、操作和维护的简便性，在集中系统的基础上选择了本地化安装。此外，一个瞬时热水器体积小，能量效率合理。最常用的热回收系统是壳管式换热器。其设计的主要目标是估算给定负荷所需的最小换热面积，因为它决定了换热器的总体成本。研究了换热器的传热强化技术，如增加换热面积、增强湍流、减小边界层厚度、产生二次流、改变流速和温度梯度等。然而，没有具体的函数可以显式地表示为设计变量的函数，事实上，许多设计变量的离散组合是可能的。采用遗传算法求解了换热器优化设计中存在的外管径、管径布置、管径数量、外管径、挡板间距、挡板切割等多个设计变量的问题，提出了场协同数最大化方法。优化设计一方面可以显著降低成本，另一方面可以提高换热器的性能。此外，还讨论了各组成部分的投资和年度能源支出。研究了描述住宅热水消耗记录的各种建模方法。然而，高层住宅小区废热回收系统的节能潜力还没有得到充分的开发。这项研究通过蒙特卡罗模拟研究了这种潜力，利用来自家庭淋浴喷头的废水流。

与其他生活用水系统不同的是，冷水的流入和热水的流出是同时发生的，这样就可以进行有用的热量交换。为了促进这种形式的能源复苏，已经开发了许多这样的装置，在政府支持的帮助下，在某些司法管辖区取得了显著的市场渗透。在加拿大的上测试了8种不同的商用污水热回收设备的性能。对每个污水热回收装置进行了垂直方向的测试，根据所涉及的装置和废水流量的大小，能量回收效率从75%到30%不等。英国的研究人员还检测了一种垂直方向盘绕的污水热回收设备的性能，发现在设备的整个生命周期中，该设备的效率为60-75%，投资回报率为可行。