CN110925864A - 一种高效利用楼房收集分散洗浴废水热制取热水的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效利用楼房收集分散洗浴废水热制取热水的系统，采用独立的楼房分散洗浴废水收集、利用废水热热泵制热水和楼房热水智能配送的三组合系统，具体包括：洗浴废水回收管网、废水箱、废水水泵、废水‑清水热交换器、一、二级水源热泵热水器、辅助电热水器或空气源热泵、热水箱，热水变频泵、热水配送管网，温度压力信号采集及控制系统；废水通路连接方式的流程，从废水箱出发，依次连接废水水泵、废水‑清水热交换器、一、二级水源热泵的蒸发器，换热降温后排到地沟；清水流通管路，从自来水进水管，依次连接废水‑清水热交换器、二、一级水源热泵的冷凝器、电热水器或空气源热泵的冷凝器后排到热水箱；可实现四季无障碍供热水，年均COP约5.5‑6。

Description

一种高效利用楼房收集分散洗浴废水热制取热水的系统

技术领域：

本发明涉及节能、热泵热水系统领域。

背景技术：

洗浴热水是人们生活的必须。楼房住户的洗浴热水，大多数是利用电热水器或燃气热水器获得，6层楼高尚可以安装太阳能热水器和辅助电热水器获得，很少一部分安装了空气源热泵热水器。电或燃气热水器消耗高品位的能量，制取低品位的洗浴热水，不仅没有充分发挥电或燃气的能量品质，热水成本也很贵，宾馆中全年热水消耗的能量超过空调的用电量，热水消耗成本在宾馆成本中占第一位。楼房每户的居住面积有限，每一平方米的价格数万元，各住户分别安装空气源热泵热水器，热水箱必须占阳台面积，室外机外挂影响楼体美观，在冬季气温低和结霜时，空气源热泵热水器效率低，不能很好保证热水需求；楼房屋顶面积有限，可安装太阳能热水器也有限，且只能靠近楼顶6层的住户才能收益，如果遇到阴雨天气，就不能提供洗浴热水了。楼房的住户太多太多、宾馆的热水消耗量太大太大，住户洗浴时间不固定，洗浴房间分散，因此，研究楼房住户热水的节能和低成本意义极其重大，市场极其广阔，需要创新系统支持。

发明内容：

为了解决楼房住户洗浴热水的节能和低成本问题，克服现有电、燃气、太阳能和空气源热泵热水器的不足，本发明提出一种高效利用楼房收集分散洗浴废水热制取热水的系统，简称楼房制热水系统，本发明的系统由三环节系统组成，第一是楼房分散住户洗浴废水的低热损失的收集系统，第二是洗浴废水的热能最大化利用制热水系统，第三是热水全天候智能配送给各住户系统。本发明系统能够最小占用空间，最节能全天候提供楼房住户的洗浴热水。

一种高效利用楼房收集分散洗浴废水热制取热水的系统，简称楼房制热水系统，其特征是：楼房制热水系统由三环节分系统：楼房分散洗浴废水收集系统，利用废水热热泵制热水系统和楼房热水智能配送系统组成；具体包括分散洗浴废水回收管网、废水箱、洗浴废水水泵、废水-清水热交换器、一级和二级水源热泵热水器、辅助电热水器或空气源热泵热水器、热水箱，热水变频增压泵、热水配送管网，温度和压力信号采集以及运行控制系统；所述的分散洗浴废水回收管网是只回收洗浴废水的独立管网，由分散的各洗浴间废水收集口接头和弯管接头，单元共用垂直的落水管和底层的废水汇集管组成；楼房各单元不同层的洗浴间共用一根垂直的落水管；同单元不同层洗浴间的洗浴废水收集口接头经弯管接头接入同一根落水管；不同单元的落水管在底层，并联到底层废水汇集管，废水汇集管的出口接到废水箱；弯管接头、落水管、废水汇集管的外壳都包有保温隔热层；所述的利用废水热热泵制热水系统，由洗浴废水流通管路和清水流通管路的连接方式说明，洗浴废水流通管路：从废水箱底部出水口出发，依次连接洗浴废水水泵、废水-清水热交换器、一级水源热泵的蒸发器、二级水源热泵的蒸发器的废水通路后排放到地沟；清水流通管路，从自来水进水管出发，依次连接废水-清水热交换器、二级水源热泵的冷凝器、一级水源热泵的冷凝器的清水通路、电热水器或空气源热泵热水器的冷凝器后排到热水箱；所述的楼房热水智能配送系统，包括有热水增压泵、热水配送管网和管网的温度和压力信号控制器；所述的热水配送管网，由热水总上水管、横向配水总管、支干路热水管、用户热水管和循环回水管组成；总上水管是由从底层直立升到楼房顶层，再由顶层的横向配水总管的多接口与各单元的支干路热水管并联连接，直立的各支干路热水管连接相同单元不同层的用户热水管，各支干路热水管的下端口与底层的循环回水管并联连接，循环回水管末端口与热水箱连接，循环回水管末段安装有手动节流闸阀；用户热水管入室前安装有流量表和收费卡和自动热水阀；增压热水泵的进、出口分别与热水箱的底部热水出口、热水总上水管下端口连接。

所述的楼房制热水系统，其特征在于：高效利用楼房收集分散洗浴废水热制取热水的实现方式是：楼房分散于各层不同洗浴间的住户约34-38℃的洗浴废水，经过单独的洗浴废水回收管网，收集到楼房最低层的废水箱，废水箱的废水由洗浴废水水泵抽送，经过废水-清水热交换器，一、二级水源热泵的蒸发器废水通路，把洗浴废水的热量交换给进水清水和一、二级水源热泵的制冷剂，被回收了热量的低温废水排入地沟，废水温度最低可以降到4℃；来自自来水进水管的清水，借助自来水的压力流经废水-清水热交换器和二、一级水源热泵冷凝器被加热，或还再经过电热水器或空气源热泵热水器的加热，达到洗浴要求温度的热水进到热水箱；热水箱的热水，由热水变频增压泵抽送进热水配送管网，再分配到楼房用户的各层不同洗浴间；加热热水所需的能量等于洗浴废水回收的热量和一、二级水源热泵的压缩机工作消耗的电功之和，在自来水温度低于12℃时，开启电热水器补充不足热量。

所述的楼房制热水系统，其特征在于：在自来水进水管上安装有手动闸阀、自动水量调节阀、水温探头，压力探头；在热水出水管上安装有水流量计、温度探头；在废水箱、热水箱安装有水位计，温度探头；在一、二级水源热泵的制冷剂循环管路上安装有进、排气压力探头和温度探头；系统的信号采集、传输、处理系统，根据情况控制洗浴废水水泵、一、二级水源热泵的压缩机开启和停止，自动调节热水流量，以及热水变频增压泵的转速。

所述的楼房制热水系统，其特征在于：所述的分散洗浴废水回收管网，在所述的垂直的落水管的弯管接头的下方，或还安装一个导流漏斗，使导流漏斗流出的废水在管道中间下落，下落过程中不接触落水管的管壁，而以自由落体的速度下落到最低层斜横连接管，流进废水箱，最大限度减少洗浴废水收集过程的热量散失。

所述的楼房制热水系统，其特征在于：所述的废水热利用热泵制热水系统在用于热水用量超过回收洗浴废水量，例如家庭用户洗菜洗碗的废水不收集，则需要在一级水源热泵冷凝器与电加热器之间的清水热水管路上，增加空气源热泵的冷凝器，所需的增加热水量可以开动空气源热泵热水器制取。

本发明的主要创新点有：

1、首次提出采用楼房分散洗浴废水收集、废水热利用热泵制热水和楼房热水智能配送的三环节组合系统，解决了宾馆和高楼住户的生活热水的高度节能、极低成本制取方法，据测算和样板实验，100公斤热水加热成本只要0.4元，与水价相当。

2、本发明的首次提出采用有保温外壳的独立分散洗浴废水回收管网，解决了用户分散、用水时间不一致、用热水量少的高效收集废热水热量的难题；特别是采用层层漏斗导流落水方式，保证废水与废水基本不与管壁接触，能以自由落体速度下降流进废水箱，最低限度减少了管道传热损失和传热时间，有更佳节能效果。每提高1℃收集的废水温度，就可以减少等量热水温升1℃电加热消耗的电能；低热损失收集楼房分散用户的洗浴废水，用洗浴废水热量作为水源热泵的热源，是本发明的重要原创造性贡献之一。

3、本发明所采用的废水热利用热泵热水系统，通过洗浴废水与清水热交换的一次换热和与一、二级水源热泵蒸发器制冷剂的换热和智能控制调节方法，废水温度可以从34℃降到4℃，即提供了加热等量清水30℃温升的热量，利用洗浴废水热量的热泵系统，使年均制洗浴热水的COP值达到5.5-6.0，特别是在北方冬天本系统一枝独秀，因为空气源热泵热水器效率极其低下。本发明中辅助配置的电热水器是在冬季自来水进水温度低于12℃时和系统运行初始第一次制热水时偶尔使用，使用电热水器时可以利用谷电；

4、本发明设计的辅助配置空气源热泵热水器，可以提供增量热水、初始热水和气温高于25℃生产热水的优势。所配置的空气源热泵热水器和水源热泵热水器采用本发明申请人已经授权的双热源热泵热水器，设备成本低，功能多。

5、本发明所述的楼房热水智能配送系统，虽然其原理和管网布置是可以找到参考，但是其智能控制变频水泵的转速降低热量损失和保证热水流量供应的设计是自有和有系统含量的。

综上所述，本发明在国内外首次提出，收集楼房住户洗浴废水，制取洗浴热水，给分散的楼房用户的系统方案，具有原创性、先进性和实用性，当被授予发明专利。

附图说明

1、图1是本发明实施例1，一种高效利用楼房收集分散洗浴废水热制取热水的系统，简称楼房制热水系统的总体系统示意图。

2、图2是本发明的楼房制热水系统中楼房分散洗浴废水收集网进一步减少废水收集过程热损失的技术措施。

具体实施方式：

下面结合实施例极其附图，进一步说明本发明，但本发明并不仅限于此。

本发明提出的一种高效利用楼房收集分散洗浴废水热制取热水的系统，简称楼房制热水系统，楼房制热水系统的总系统由三环节系统的分系统组成，第一是楼房分散住户洗浴废水的低热损失收集系统的楼房分散洗浴废水收集系统，第二是以洗浴废水的热能梯级利用的两级水源热泵为主的废水热利用热泵制热水系统；第三是楼房热水全天候智能配送给各住户系统的楼房热水智能配送系统；参见图1，本发明的实施例1楼房高四层，有四个单元，底层地下室为机房，安装有废水箱1、洗浴废水水泵2、废水-清水热交换器3、一级和二级水源热泵热水器、辅助电热水器8、热水箱9，热水变频增压泵10；所述的一级水源热泵热水器，包括蒸发器4、压缩机11、冷凝器7和节流阀13；所述的二级水源热泵热水器，包括蒸发器5、压缩机12、冷凝器6和节流阀14；还有与废水箱相连接的楼房分散洗浴废水收集系统的底层的废水汇集管A4和楼房热水智能配送系统的循环回水管B5；楼房分散洗浴废水收集系统的洗浴废水回收管网，由各洗浴间废水收集口接头A1和弯管接头A2，单元共用垂直的落水管A3，和底层的废水汇集管A4组成；楼房的热水配送管网，由热水总上水管B1和B2，支干路热水管B3、用户热水管B4和循环回水管B5组成。

参见图1，低热损失收集的分散洗浴废水管网是这样组织的，楼房同单元不同层洗浴间的洗浴废水收集口接头经弯管接头接入同一根垂直的落水管A3；不同单元的落水管在底层并联到底层废水汇集管A4，废水汇集管的出口接到废水箱1；所述的弯管接头、落水管、废水汇集管的外壳都包有保温隔热层和在废水箱内安装的水位计和温度探头等未在图1中表示，根据具体工程现场处理；楼房住户的洗浴时间可能不同，但是各洗浴间的洗浴废水都能经过废水收集口、弯管接头、落水管、废水汇集管，最终都收集到废水箱内。

结合图1，对所述的废水热利用热泵制热水系统的实现高效利用楼房收集分散洗浴废水热的换热和热力过程进一步说明：废水箱1的废水由洗浴废水水泵2抽送，经过废水-清水热交换器3第一次热交换，一级水源热泵的蒸发器4的第二次热交换和二级水源热泵的蒸发器5的第三次热交换之后排入地沟；废水箱的洗浴废水经过三次热交换，第一次热交换，是依靠废水温度高于自来水进水温度的温差直接传热，把废水的热量传递给清水，第二、三次热交换是把废水的热量传递给温度比废水温度低的一、二级水源热泵的蒸发器内制冷剂，每经过一次热热交换，废水温度就降低一些，三次热交换后废水温度从约33℃可以最低降到4℃；另一方面，来自进水管与废水等量的自来水清水，经过废水-清水热交换器3、二级水源热泵冷凝器6和一级水源热泵冷凝器7的三次加热，经过电热水器8进入热水箱9；在组织清水加热的流程上，一定要注意到，清水经过废水-清水热交换器3后要先进入二级水源热泵的冷凝器加热，后再进入一级水源热泵的冷凝器加热，因为二级水源热泵的蒸发器的末段废水比一级的中段废水温度低，所以二级水源热泵冷凝温度也应比一级低些才合理，这样两级热泵效率都高；再说明一点，实施例1中的电热水器为备用， 在自来水进水温度12℃以上时电热水器无需再加热，三次加热的热水温度基本能够达到洗浴温度的要求，加热热水所需的能量等于洗浴废水回收的热量和一、二级水源热泵的压缩机工作消耗的电功之和，COP值约达6，这是因为从洗浴废水获得了相当于提升29℃清水所需的热量。当自来水温度低于12℃时或热水需求量超过洗浴废水量时才使用电加热器补充热量，而且要选择利用谷电价时使用电加热器；如果用户所需的热水超过洗浴废水量，可以在图一的电加热器前，再增加一台空气源热泵热水器，增加热水量。

参见图1，所述的热水总上水管是由从底层直立升到楼房顶层的主干热水管B1和顶层横向多接口的配水总管B2组成，横向配水总管B2的多接口与各单元的支干路热水管B3并联连接，各直立的支干路热水管连接相同单元不同层的用户热水管，支干路热水管的下端口与底层的循环回水管B5并联连接，循环回水管末端口与热水箱9连接，循环回水管末段安装有手动节流闸阀；用户热水管入室前安装有流量表和收费卡和自动热水阀；增压热水泵的进、出口分别与热水箱的底部热水出口、热水总上水管下端口连接；所述的增压热水泵是变频水泵，根据统计用户的用水时间、用水量以及热水总上水管的压力和水温自动控制，智能调节变频水泵的转速、循环水流量、管道水温，当热水总上水管的水压突然降低则迅速增加变频水泵的转速；热水在热水总上水管、各支干路热水管、循环回水管和热水箱的环路内由变频水泵驱动循环，维持热水管内热水温度和压力。

图2是为进一步减少楼房分散洗浴废水收集网收集过程热损失的而采取的系统措施，图2（a）为导流漏斗A5的总体安装示意图，即在洗浴废水回收管网的垂直的落水管A1的每层弯管接头A2的下方，安装一个导流漏斗A5，使导流漏斗流出的废水在管道中间下落，下落过程中不接触落水管的管壁，而以自由落体的速度下落到最低层斜横连接管，流进废水箱；导流漏斗A5为塑料制品，上圆环外径等于落水管的内径，安装嵌在三通接头下方的下段落水管的上端口，参见图2（b）的单个导流漏斗的安装示意图。

Claims (5)

1.一种高效利用楼房收集分散洗浴废水热制取热水的系统，简称楼房制热水系统，其特征是：楼房制热水系统由三环节分系统：楼房分散洗浴废水收集系统，利用废水热热泵制热水系统和楼房热水智能配送系统组成；具体包括分散洗浴废水回收管网、废水箱、洗浴废水水泵、废水-清水热交换器、一级和二级水源热泵热水器、辅助电热水器或空气源热泵热水器、热水箱，热水变频增压泵、热水配送管网，温度和压力信号采集以及运行控制系统；所述的分散洗浴废水回收管网是只回收洗浴废水的独立管网，由分散的各洗浴间废水收集口接头和弯管接头，单元共用垂直的落水管和底层的废水汇集管组成；楼房各单元不同层的洗浴间共用一根垂直的落水管；同单元不同层洗浴间的洗浴废水收集口接头经弯管接头接入同一根落水管；不同单元的落水管在底层，并联到底层废水汇集管，废水汇集管的出口接到废水箱；弯管接头、落水管、废水汇集管的外壳都包有保温隔热层；所述的利用废水热热泵制热水系统，由洗浴废水流通管路和清水流通管路的连接方式说明，洗浴废水流通管路：从废水箱底部出水口出发，依次连接洗浴废水水泵、废水-清水热交换器、一级水源热泵的蒸发器、二级水源热泵的蒸发器的废水通路后排放到地沟；清水流通管路，从自来水进水管出发，依次连接废水-清水热交换器、二级水源热泵的冷凝器、一级水源热泵的冷凝器的清水通路、电热水器或空气源热泵热水器的冷凝器后排到热水箱；所述的楼房热水智能配送系统，包括有热水增压泵、热水配送管网和管网的温度和压力信号控制器；所述的热水配送管网，由热水总上水管、横向配水总管、支干路热水管、用户热水管和循环回水管组成；总上水管是由从底层直立升到楼房顶层，再由顶层的横向配水总管的多接口与各单元的支干路热水管并联连接，直立的各支干路热水管连接相同单元不同层的用户热水管，各支干路热水管的下端口与底层的循环回水管并联连接，循环回水管末端口与热水箱连接，循环回水管末段安装有手动节流闸阀；用户热水管入室前安装有流量表和收费卡和自动热水阀；增压热水泵的进、出口分别与热水箱的底部热水出口、热水总上水管下端口连接。

2.根据权利要求1，所述的楼房制热水系统，其特征在于：高效利用楼房收集分散洗浴废水热制取热水的实现方式是：楼房分散的各层不同洗浴间住户约34-38℃的洗浴废水，经过单独的洗浴废水回收管网，收集到楼房最低层的废水箱，废水箱的废水由洗浴废水水泵抽送，经过废水-清水热交换器，一、二级水源热泵的蒸发器废水通路，把洗浴废水的热量交换给进水清水和一、二级水源热泵的制冷剂，被回收了热量的低温废水排入地沟，废水温度最低可以降到4℃；来自自来水进水管的清水，借助自来水的压力流经废水-清水热交换器和二、一级水源热泵冷凝器被加热，或还再经过电热水器或空气源热泵热水器的加热，达到洗浴要求温度的热水进到热水箱；热水箱的热水，由热水变频增压泵抽送进热水配送管网，再分配到楼房用户的各层不同洗浴间；加热热水所需的能量等于洗浴废水回收的热量和一、二级水源热泵的压缩机工作消耗的电功之和，在自来水温度低于12℃时，开启电热水器补充不足热量。

3.根据权利要求1，所述的楼房制热水系统，其特征在于：在自来水进水管上安装有手动闸阀、自动水量调节阀、水温探头，压力探头；在热水出水管上安装有水流量计、温度探头；在废水箱、热水箱安装有水位计，温度探头；在一、二级水源热泵的制冷剂循环管路上安装有进、排气压力探头和温度探头；系统的信号采集、传输、处理系统，根据情况控制洗浴废水水泵、一、二级水源热泵的压缩机开启和停止，自动调节热水流量，以及热水变频增压泵的转速。

4.根据权利要求1，所述的楼房制热水系统，其特征在于：所述的分散洗浴废水回收管网，在所述的垂直的落水管的弯管接头的下方，或还安装一个导流漏斗，使导流漏斗流出的废水在管道中间下落，下落过程中不接触落水管的管壁，而以自由落体的速度下落到最低层斜横连接管，流进废水箱，最大限度减少洗浴废水收集过程的热量散失。

5.根据权利要求1，所述的楼房制热水系统，其特征在于：所述的利用废水热热泵制热水系统在用于热水用量超过回收洗浴废水量，例如家庭用户洗菜洗碗的废水不收集，则需要在一级水源热泵冷凝器与电加热器之间的清水热水管路上，增加空气源热泵的冷凝器，所需的增加热水量可以开动空气源热泵热水器制取。

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