高校浴室节能改造研究

文_陈宏兴 中国劳动关系学院

1 国内相关高校应用现状

“十三五”时期我国公共机构累计开展太阳能热水项目集热面积约1525万m2，空气源热泵+太阳能+多能互补技术在生活热水系统中的应用日益成熟，在“碳达峰、碳中和”中将发挥着越来越重要的作用。太阳能作为“十四五”时期公共机构可再生能源替代行动的主要能源品种之一，具有投资少、运行费用低、操作简便等优势，已成为高校浴室节能改造的首选。

1.1 国内某高校当前现状的问题

以某高校为例，集中浴室节能减碳改造内容具体分析如下。学校现状，现有学生3500人，洗浴方式为集中浴室洗浴，共有普通花洒喷头216个，其中男浴室96个、女浴室120个，采用插卡计量方式洗浴，热源采用“电热锅炉+太阳能”，淋浴供水为管路为单路供水。

该浴室建立于2009年，经过超过10年的运行之后，当前设备在运行过程中出现了设备陈旧、老化等问题，已经难以充分满足当前大学生的日常洗浴要求，使得该浴室在实际运行过程中产生了一系列的问题，主要表现在以下几个层面。

1.1.1 浴室建设层面

洗浴方式为集中浴室洗浴，每天洗浴人数超过2300人，建筑面积1000余m2，学生洗浴整体较为狭促，洗浴过程中的隐秘性不足，整体上学生的洗浴活动不便。同时在浴室附近位置，各种类型的洗浴用品摆放较为杂乱，使得学生洗浴环境不佳，对校园整体环境建设造成了不良影响。

1.1.2 浴室维修层面

每天洗浴的开放时间与闭合时间与学生的学习生活时间存在一定冲突，使得学生课后洗澡时间不多，难以充分满足学生的洗浴需求。在洗浴设备运行过程中一旦出现洗浴设备损坏的现象，需要将全部的设备关闭再进行维修，维修工序较为繁琐，难以有效满足学生的洗浴要求。洗浴设备中使用的淋浴喷头较为陈旧，节水性能不足，在具体运行过程中存在浪费现象，在洗浴中未能达到相应的节水要求。洗浴采用33～36℃的洗浴温度，洗浴系统直接连接校园下水系统，此种设计方式在具体运行过程中容易存在一些问题，主要表现为对低品位热源的利用不足，因此在使用过程中未有效降低水体温度，致使学生洗浴过程中出现热污染现象。

1.1.3 能源使用成本层面

在燃气锅炉的设计层面，锅炉的热源采用的是天然气，一种常规性能源，使用成本较高、运行中热效率不足，与当前设备建设与运行要求之间存在一定差异，每年需要缴纳的燃气费用超200万元，但是最终热效率利用未达到60%。

当前使用的6t锅炉在运行中出现严重问题，表现为无储备水箱、运行容量较大， 经过长期运行后出现严重的结垢现象，导致在锅炉使用过程中出现“即时换热、启停频繁”的现象，使得热效率利用率不足，同时在设备运行中容易出现“大车拉小车”的现象，使得设备运用中的节能效益较为有限。在长期运行过程中，锅炉高温蒸汽通过700m的地下管廊进行运输，在使用过程中管线保温的保护不足，出现了不同程度的损坏现象，这一过程中出现较大程度的热损失现象，增加了管线维护成本，同时在作业过程中部分热量的冷凝水被直接排至下水管道之中，导致出现重大的资源浪费现象，是一种较为严重的热力消耗。当前该锅炉整体运行时间较长，已经接近了锅炉的使用年限，因此设备运行过程中需要消耗较大的人力与物力资源，存在一定安全隐患。针对当前该洗浴设备的运行现状，要求充分重视并予以改进。

1.2 国内某高校浴室改进措施

对该校洗浴设备运行情况进行科学论证与分析，与该校的实际情况相结合，制定针对该浴室的节能整改方案。原有燃气锅炉为压力容器，经长期运行后，各种设备逐渐出现老化现象，若继续运行可能增加安全隐患，因此需要针对该设备进行升级改造。

1.2.1 供热系统改造

在热源选择上采用空气源热泵系统，运行费用较低、使用较为环保，在运行中能够有效满足师生冬季采暖以及生活热水的使用需求。在设计中使用超低温空气源热泵替代 2台6t燃气锅炉,为学生提供淋浴热源，并将常规能源进行清洁能源改造，提升能源建设的环保性，降低水源传输距离，并减少热损失、增强热源利用效率。

同时，将淋浴单路供水改为冷热双路供水，这样可以减少维修工人对水温的调节工作，将热水管道与冷水管道相结合，学生洗浴时可以自行将水温调节到适合自己的温度，满足学生对洗浴温度的各种需求。

1.2.2 室内淋雨设备改造

拟将普通花洒改为智能节水花洒，通过调节水压智能地控制水的流量与流速，根据进水压力大小自动调节进水面积，即当进水流量水压小时进入面积就大。花洒的水流量处于一种平衡状态，不仅能节水还能够增压。在淋浴时，打开花洒，冷热水同时进入混水阀，随后，花洒经过增压，冷热水混合的温度和出水量、水流温度间达到一个平衡的稳定点，以保证在淋浴过程中不会出现水忽冷忽热的状况，为学生提供舒适的洗浴水温。

1.2.3 拟增加空气源热泵提供热源。

学校洗浴现有热源为电热锅炉+太阳能。太阳能作为一种环保、可再生的“免费”能源，在国内外已经应用多年，技术较为成熟。该学校地处华北平原，是太阳能资源较丰富地区，太阳能辐射值在冬季为14MJ/(m3·d)、夏季为20MJ/(m3·d)、太阳能日照时数≥6h、天数为250d。

空气源热泵热水系统采用逆卡诺循环原理，以空气为低温热源，利用少量电能做功从低温侧吸收热量用于加热生活用水。学校处于华北地区，其气候特征是夏季闷热，7月份平均地区气温25～30℃，年日平均气温大于25℃的日数为40～100d；冬季湿冷，1月平均气温0～10℃，年平均气温小于5℃的日数为0～90d。气温日较差较小、年降雨量大、日照偏小，此气候特点非常适合应用空气源热泵。

热泵热水机组遵循能量守恒定律和热力学第二定律，运用热泵的原理，只需要消耗一小部分的机械功（电能），就能将处于低温环境（大气或地下水等）下的热量转移到高温环境下的热水器中，用于加热制取高温热水。热泵通过压缩机的压缩，将空气中或低温水中的热量取出并提升为高温热能送到高温环境中应用，所以能耗低、效率高、速度快、安全性好、环保性强，可以源源不断地供应热水。

目前已有超低温空气源热泵可在零下30℃内正常运行，技术应用也已成熟，如遇到极端情况，电热锅炉可以进行烧水补充。学校一般1月中旬到2月处于放寒假期间，完美避开了每年中的最冷阶段，因此将热泵技术与太阳能+电热锅炉结合供应热水就是一套比较理想的节能供热体系。

2 对比分析

学校以前在用“电热锅炉+太阳能”时，每年消耗的电量约45万kWh、消费资金22.5万元，添加空气源热泵后，只有在学生寒假放假前和刚开学阶段的极端严寒天气时，才需要使用电热锅炉供热，大大降低了电能使用，保守估计能降低70%的电力消耗。

近年来，随着可再生能源的大力推广，太阳能热水、空气源热泵系统在热水需求量大的建筑中逐渐普及。在节能减排已经成为时代潮流的今天，节约能源、减少碳排放是最时尚的生产生活方式。空气源热泵+太阳能+电热锅炉相结合的供应热水形式，在引入绿电后，完全属于绿色能源。

3 结语

高校节能减排是国家节约能源资源的重要组成部分，能耗支出在高校支出中占据相当大的比例。高校的节能减排是未来的发展趋势，同时也是一项长期的工作，在学校现有的条件下，利用学校区域优势，采用先进理念和技术提高能源利用率，降低能耗，减少浪费，推进节能设备更新换代，是高校后勤节能工作的重要内容，也是为建设绿色校园提供助力。