高校集中洗浴技术的分析与探讨

摘要：我国是一个资源严重短缺的国家，随着人口的增长，资源压力越来越大，节能刻不容缓！高校是耗能大户，节能潜力有很大挖掘空间。本文以宁夏大学集中洗浴改造为背景，描述了智能卡控水、太阳能热水、锅炉余热利用和污水源热泵技术在集中浴室中的应用，分析了四种技术的特点和预期节能效益，对节能技术在高校中的应用做出了有意义的探索。

关键词：高校 集中洗浴 技术

我国是一个资源严重短缺的国家，随着人口的增长，资源压力越来越大。节约能源，是社会每个公民的责任，对于学校来说也是非常有意义的教育。学校是耗能大户，节能减排有很大提升空间，其中包括技术设备和个人用能管理两方面的节能改进。本文以宁夏大学学生公共浴室改造为例，从技术设备节能改进这一方面对洗浴技术在高校浴室节能改造中的应用进行了分析和探讨。

1 宁夏大学集中洗浴存在的问题

宁夏大学由校本部A区、B区、C区、南校区四个校区组成。其中本部B区现有学生7000人左右，C区现有学生14000人左右，这些学生的洗浴热水全部由蒸气锅炉提供。由于校本部B区、C区浴室建设较早，洗浴用水未采取任何水控措施，学生洗澡实行按次收费，学生在洗澡期间经常不关水龙头，甚至还有学生在浴室洗衣服，这样造成水资源和能源大量的浪费，据统计现阶段学生平均每次洗澡用水量达到300kg。

另一方面，目前学校的生活热水和洗浴用水都是通过燃煤和燃气锅炉生产，每天通过燃煤和燃气锅炉生产洗浴热水大概330T，考虑锅炉和管网的效率的话，每天的煤、天燃气和热能浪费现象严重。这种方式，不仅消耗了大量的煤，而且增加了空气的污染，不利于环保。

2 改进措施

针对目前学校集中洗浴所存在的问题：①水资源浪费现象严重；②煤、天然气和热能浪费严重。本着技术可行、经济合理、切实降低能源消耗的原则，本文提出对校本部B区、C区浴室在采取水控的基础上，利用太阳能光热、锅炉余热回收、污水源热泵技术四位一体的综合改造方案，从而达到节能、节水的目的。

2.1 智能卡节水系统改造

采用智能卡来控制洗浴用水是目前高校普遍使用的用水控制方法，主要针对的是洗浴按次收费的长流水现象造成水浪费的问题。智能IC卡控水器也使洗浴管理更简单方便。

智能卡节水控制系统工作原理：智能卡节水控制系统可以与学校的一卡通系统兼容，控水器安装在浴室的喷头出水口处，通过控制电磁阀控制喷头的开关，按照用水时间或流量进行计费。喷头在卡片插入控制器内手感应才可以出水，当卡片从控制器内拿走时，电磁阀自动关闭，同时能够动态显示卡内余额[1]。通过显示卡内金额的减少，来约束用水者行为，达到节水节能的目的，杜绝长流水现象发生。

2.2 太阳能浴室改造

太阳能作为一种可再生能源一直受到人们的关注，它安全、节能、环保，目前国内利用太阳能提供生活热水的技术已经很成熟，应用也比较广泛。而且银川地处西部，日照充足，年辐射总量达6024.87MJ/m2.a，属于太阳能资源较丰富地区，且太阳能资源比较稳定[2-3]，有良好的使用太阳能热水系统的先决条件。学校使用太阳能提供洗浴用水可以减少学校能源消耗量，同时也减少对空气的污染。

2.2.1 太阳能洗浴系统结构 太阳能领域中使用最为广泛的是平板太阳能和真空管产品，目前国内使用较为普遍的是真空管集热器。宁夏属于高寒地区，昼夜温差大，玻璃热管集热器具有耐低温、防寒、防冻的特点，适合宁夏气候情况。在本太阳能洗浴系统中也选用真空管集热器。

学校澡堂每天定时开放。对于定时供应热水的系统，采用强制循环加热的方式比较合适。同时考虑到阴雨雪天气、日照不充足或是用水量过大时，太阳能热水系统不能满足供应，因此本系统采用太阳能和辅助加热系统相结合的改造方案。当太阳能热水系统不能满足供应时启用辅助加热系统。其系统结构图如图一所示。

太阳能集中洗浴系统，为师生提供24小时45℃恒温洗浴热水，系统为全自动控制。以每人用水60kg（民用热水设计标准）计，学校B区和C区现共有学生21000人，按每人每周至少洗一次澡计算，每天有3000人洗澡，太阳能热水系统能满足学校的需求。当雨雪天气太阳能所产热水温度达不到设定温度（45℃）时，由辅助能源进行二次加热补充。在本系统中，辅助能源使用学校蒸气锅炉回收的余热，以节约运行成本。

2.2.2 太阳能热水系统工作原理 太阳能集热器集中布置在屋顶，利用学校原有储热水箱，通过强制循环将储热水箱的水加热。通过供水管路将储热水箱内的水供到浴室内，阴雨天或用水量过大时启用辅助能源。

工作过程：

①顶水进水：在光照充足的情况下，当集热水箱的水位不在满水位状态、或集热器的温度高于设定温度时，集控系统自动通电开启电磁阀E2，实现自动顶水功能，当集热水箱水位已满或集热器的温度未达到设定温度时，集控系统自动断电关闭电磁阀E2，停止顶水功能。

②集热循环：当集热器内的水温高于集热水箱内设定水温时，集控系统控制器就自动通电开启太阳能循环泵P1，当集热器内的水温低于集热器内的设定水温时，集控系统控制器就自动断电停止太阳能循环泵，如此不断的循环将集热器内的水加热。

③定温放水：当集热水箱内的水温达到设定值时，集控系统自动通电开启电磁阀E4，将热水放到恒温水箱中。

④辅助加热：当恒温水箱的水位低于设定值、集热水箱内的水温低于设定值时，集控系统自动开启辅助加热系统，保证恒温水箱的水温恒定。

⑤恒温恒压供水：集控系统自动检测热水管路内的水温、水压，当水温、水压低于设定值时，自动通电开启电磁阀E3、变频给水泵P2，保证洗浴热水的恒温恒压，提高洗浴的舒适度和节约用水的功效。

⑥自动上水：当集热水箱内的水位低于设定值时，集控系统自动通电开启电磁阀E1，给水箱上水。

2.3 锅炉余热回收系统

学校的蒸气锅炉主要为开水房供应开水、为食堂提供蒸气。每年学校的蒸气锅炉运行时间都在280天左右。蒸气锅炉排出的烟气温度通常都在170℃—180℃之间，这些高温烟气直接排放不仅造成了热量的浪费，也污染了环境。如果利用冷凝预热回收器将这些热量回收并根据需要加热水作为生活用水，则1吨蒸气既可以制备1吨70℃—90℃的热水。学校现有4台2吨燃气蒸气锅炉，每台2吨锅炉每小时可提供2吨蒸汽，以学校食堂蒸气每天使用8小时计，蒸气余热每天可制备至少64吨70℃—90℃的生活热水。本文提出将锅炉余热加以回收，作为太阳能热水系统的辅助加热系统，不仅可以弥补太阳能在阴雨天气供能不足的问题，还减少了废气的排放，而且还提高了锅炉的热效率，一举三得。

锅炉余热回收系统是在锅炉的排烟通道中设置冷凝余热回收热交换器。让锅炉排出的高温烟气通过热传面，温度降至露点温度以下，含在高温烟气中的水蒸汽凝结潜热将冷水或温水加热，这就是锅炉余热回收系统的工作原理。系统示意图如图二所示。

2.4 污水源热泵技术

洗浴出水一般温度都在40℃左右，而排放的废水温度在30℃左右，洗浴用水的绝大部分热量都被直接排掉了，使得洗浴废水高于环境温度的热量被浪费，特别是对于大型的集中式洗浴系统，这种损失更加严重。回收浴室废水余热对于小型的、分散的洗浴废水，考虑到废水热量和废水收集等问题，从经济成本及实用性上都不合理，但对于大型的集中洗浴室，比如学校澡堂，洗浴废水无论是流量还是废水温度都十分稳定，利用潜力较大[4-5]。

要将洗浴废水中的热量提取出来，可以使用污水源热泵。污水源热泵属于水源热泵的范畴。热泵技术是通过消耗少量的电能或化石能源，来回收低温余热的一种节能利用方法。在本系统中，利用从洗浴废水中提取热量制备洗浴热水，作为浴室备用和补充热源，使得浴室热量循环利用，据估算，能效比能够达到4.0以上，节能效果非常显著。宁夏大学的洗浴废水具有污水集中、水量大、水温相对稳定、二级出水水质较好等特点，非常适合作为热泵集中供冷、供热的热源。

为保证污水源热泵机组的正常工作，除对热源水的进水温度有一定要求外，进入热泵机组的水质也有一些规定，如含砂量、浑浊度、酸碱度、总硬度、矿化度等。水源水中固体颗粒物的粒径应小于0.5mm，pH值应为6.5～8.5，总硬度应小于200mg/L，矿化度应小于3g/L。此外，水中氯离子等都具腐蚀性，溶解氧的存在也加大了对金属管道的腐蚀破坏作用。对腐蚀性、硬度高的水源，应在系统中加装抗腐蚀的不锈钢换热器或钛板换热器。

洗浴废水主要悬浮物较多，即其中泥土、粉沙、微细有机物、无机物和其它微生物等悬浮物和胶体物很多。利用污水源热泵时，需要加过滤装置，对洗浴废水进行简单过滤，减少管道堵塞[5]。污水源热泵的系统示意图如图三。

3 节能效益分析

宁夏大学集中洗浴改造项目概算投资在960万元左右，每年可节约用水20.16万T、标准煤1960T，直接经济效益195万元，同时每年还可减少向大气中排放粉尘20.7T、CO25172T，SO216.75T、氮氧化合物14.6T。更为重要的是高校作为社会影响力巨大的社会单元，在节能减排方面率先进行垂范，所起到的巨大而良好的社会影响和推动效应远非经济效益分析所能估算到的。尤其是大学校园本身就是培养人的基地，在大学校园开展节约型校园建设有利于向在校学生进行节能教育，深化学生的节能理念，有利于源源不断的向社会输送具有节能意识的社会公民。

综上所述，宁夏大学集中洗浴改造项目，具有良好的节能效益、经济效应和社会效应。

参考文献：

[1]刘玉洁.基于非接触式IC卡的智能水控器设计.电子元器件应用.2011-2，第13卷第二期：14-16.

[2]韩世涛，刘玉兰，刘娟.宁夏太阳能资源评估分析.干旱区资源与环境，2010-8，第24卷第8期：131-134.

[3]马胜红，李斌，陈东兵等.加速开拓国内光伏市场的可行性分析.太阳能.2009-12：6-14.

[4]王睿怀，冯圣红.高校浴室废水热回收与节能减排的探讨.建筑节能.2008-8：72-74.

[5]安青松，史琳，汤润.基于污水源热泵的大型集中洗浴废水余热利用研究.华北电力大学学报.2010-1，第37卷，第1期：57-61.