一种适用于学生宿舍的应用污水源热泵回收生活废水余热供暖的能源管理系统的制作方法

本发明涉及一种适用于学生宿舍的应用污水源热泵回收生活废水余热供暖的能源管理系统，属于污水余热利用和供热领域。

背景技术：

随着我国经济与社会的快速发展，人们在追求生活舒适性的同时也加剧了能源的消耗速率，能源问题凸显，人们开始从节能回收的角度对现有能量利用系统进行节能改造，余热回收是利用是节能改造的主要方式之一。调查研究表明，在学生集体宿舍浴室中，经过洗浴后的废热水约有五分之四的热量未被有效利用。由于学生集体宿舍人数众多，废热水量大，且学生生活较为规律，废热水量较为稳定，因此该部分余热回收利用价值空间较大。而学生浴室的通常做法则是将温度高于环境温度的洗浴废水直接排入污水系统，使得该部分可观的热量未被有效回收利用，造成了能源的巨大浪费。

专利cn201611025283.0提出了一种洗浴废水余热回收系统，通过单纯利用热管原理将浴室废水余热这种低品位热源进行热量的回收，外界不提供任何能量，虽然有效地提高了能源利用效率，都是在冬季需要大量热能时单纯靠系统回收余热很难满足学生宿舍要求，并且热管只能将余热导出废水，不能有效结合现有设备有效利用导出的热量。专利cn201510760955.1提出了一种生活废水余热回收家庭供热系统，该系统利用热管循环实现生活废水余热的回收利用，降低了电能的消耗，节约能源，但是该系统中余热利用方式太多，热量过于分散无法集中利用；且余热从回收到利用过程中有多条管道输送热水，热量散失成为一个无法避免的问题。

本发明借助污水源热泵系统，与现有的供热设备结合，消耗少量电能，把存于水中的低位热能“提取”出来，为用户供热，水源采用洗浴后的生活废热水，通过管道将污水集中在建立的污水集中区并通过热泵——锅炉联合供热将废水中的热能进行重复利用，可以在不同季节根据用户的用水和供暖要求灵活改变热能利用方式，基本上不存在时间局限性。并且与原有锅炉设备结合，较之单纯依靠锅炉供热节约了电能。同时在该过程中，通过废水制取的热水使用后可再次用来制取热水，实现了水的循环利用。本发明结合学生宿舍的现状，提高了能量的利用效率，有效节约了能源，达到了节能环保的效果。

技术实现要素：

一种适用于学生宿舍的应用污水源热泵回收生活废水余热供暖的能源管理系统由第一蓄热水箱(1)、第一自来水入口(2)、第一循环泵(3)、冷凝器(4)、膨胀阀(5)、蒸发器(6)、压缩机(7)、板式换热器(8)、排水管道(9)、第二自来水入口(10)、锅炉(11)、第一阀门(12)、第二阀门(13)、第二蓄热水箱(14)、第三阀门(15)、第二循环泵(16)、分水器(17)、温度传感器(18)、地板辐射供暖末端(19)、洗浴器(20)、废水收集过滤器(21)、废水池(22)组成；

第一蓄热水箱(1)包含两个入口和两个出口，其中第一入口为冷自来水入口，第二入口为冷凝器入口，第一出口为第一循环泵出口，第二出口为第二阀门出口；冷凝器(4)包含两个入口和两个出口，其中第一入口为载热介质入口，第二入口为制冷剂入口，第一出口为第一蓄热水箱出口，第二出口为膨胀阀出口；蒸发器(6)包含两个入口和两个出口，其中第一入口为制冷剂入口，第二入口为载热介质入口，第一出口为制冷剂出口，第二出口为载热介质出口；板式换热器(8)包含两个入口和两个出口，其中第一入口为载热介质入口，第二入口为污水入口，第一出口为载热介质出口，第二出口为污水出口；锅炉(11)包含两个入口和一个出口，其中第一入口为冷自来水入口，第二入口为换热后的自来水入口；第二蓄热水箱(14)包含两个入口和两个出口，其中第一入口为锅炉热水入口，第二入口为热泵热水入口，第一出口为生活用水出口，第二出口为供暖出口；分水器(17)包含两个入口和两个出口，其中第一入口为载热介质入口，第二入口为地板辐射供暖末端回水入口，第一出口为地板辐射供暖末端供水出口，第二出口为供暖后的回水出口；

系统连接方式：第一蓄热水箱(1)外接第一自来水入口(2)，第一蓄热水箱(1)第一出口与第一循环泵(3)入口相连，第一循环泵(3)出口接冷凝器(4)第二入口，冷凝器(4)第一出口与第一蓄热水箱(1)入口相连，膨胀阀(5)入口与冷凝器(4)第二出口相连，蒸发器(6)第一入口与膨胀阀(5)出口相连，压缩机(7)入口接蒸发器(6)第一出口，冷凝器(4)第二入口与压缩机(7)出口相连，蒸发器(6)第二出口接板式换热器(8)第一入口，板式换热器(8)第一出口与蒸发器(6)第二入口相连；第一蓄热水箱(1)第二出口接第二阀门(13)入口，锅炉(11)外接第二自来水入口(10)，锅炉(11)出口接第一阀门(12)入口，第一阀门(12)出口与第二蓄热水箱(14)第一入口相连，第二阀门(13)出口接于第二蓄热水箱(14)第二入口，第二蓄热水箱(14)第一出口与洗浴器(20)入口连接，洗浴器(20)出口与废水收集过滤器(21)入口连接，废水收集过滤器(21)出口接于废水池(22)入口，废水池(22)出口与板式换热器(8)第二入口连接，板式换热器(8)第二出口接排水管道(9)，第二蓄热水箱(14)第二出口接第三阀门(15)入口，第三阀门(15)出口接第二循环泵(16)入口，第二循环泵(16)出口与分水器(17)第一入口连接，分水器(17)第一出口与地板辐射供暖末端(19)系统中管网相连，地板辐射供暖末端(19)系统中管网出口与分水器(17)第二入口相连，温度传感器(18)一端与分水器(17)相连置于地板辐射供暖末端(19)中，分水器(17)第二出口接于锅炉(11)第二入口。

冬季时，温度较冷，开启第一阀门(12)、第二阀门(13)，热泵系统和锅炉(11)都工作，第二蓄热水箱(14)热水进入洗浴器(20)，洗浴器(20)流出的宿舍洗浴废水经废水收集过滤器(21)净化，集中到废水池(22)，废水池(22)中的水经板式换热器(8)间接提取洗浴废热水中的可利用余热，而在板式换热器(8)中降温后的水由排水管道(9)排入市政污水管网，板式换热器(8)中的载热介质再与蒸发器(6)中的制冷剂换热，吸热气化的制冷剂气体进入压缩机(7)，被压缩为高温高压的蒸汽，蒸汽再进入冷凝器(4)冷凝放热，冷凝后的高温高压制冷剂的饱和液经膨胀阀节流机构降压后重新流入蒸发器(6)循环上述步骤，热泵机组所耗电能外加从废热水中回收的热能输送至冷凝器(4)，用以加热部分洗浴用热水，低温自来水由第一蓄热水箱(1)经第一循环泵(3)流入冷凝器(4)中，自来水吸收蒸汽中的热量，温度变高，而水在升温后进入第一蓄热水箱(1)中，再流经第二蓄热水箱(14)，依靠供水差由送水管送至洗浴器(20)供洗浴使用，热泵机组所耗电能外加从废热水中回收的热能输送至冷凝器(4)，用以加热部分洗浴用热水，热水经第二蓄热水箱(14)流入洗浴器(20)，循环上面的步骤；开启第三阀门(15)，地板辐射供暖末端(19)工作，第二蓄热水箱(14)中的热水经过第三阀门(15)、第二循环泵(16)进入分水器(17)，分水器(17)管理地板辐射供暖末端(19)中水流量的开启和关闭，为宿舍供暖，供暖后的热回水流入锅炉(11)中，再流回第二蓄热水箱(14)，重复以上步骤，最终第二蓄热水箱(14)中的一部分热水流经洗浴器(20)供洗浴，一部分热水用于地板辐射供暖末端(19)，为宿舍供暖；

春季、秋季时，第三阀门(15)关闭，第二阀门(13)开启，考虑到气温还是偏低，开启第一阀门(12)调节水温，为宿舍供洗浴用水，调节到满足洗浴要求即可，此时锅炉(11)和热泵系统共同工作，洗浴器(20)流出的宿舍洗浴废水经废水收集过滤器(21)净化，集中到废水池(22)，废水池(22)中的水经板式换热器(8)间接提取洗浴废热水中的可利用余热，而在板式换热器(8)中降温后的水由排水管道(9)排入市政污水管网，板式换热器(8)中的载热介质再与蒸发器(6)中的制冷剂换热，吸热气化的制冷剂气体进入压缩机(7)，被压缩为高温高压的蒸汽，蒸汽再进入冷凝器(4)冷凝放热，冷凝后的高温高压制冷剂的饱和液经膨胀阀节流机构降压后重新流入蒸发器(6)循环上述步骤，热泵机组所耗电能外加从废热水中回收的热能输送至冷凝器(4)，用以加热部分洗浴用热水，低温自来水由第一蓄热水箱(1)经第一循环泵(3)流入冷凝器(4)中，自来水吸收蒸汽中的热量，温度变高，而水在升温后进入第一蓄热水箱(1)中，再流经第二蓄热水箱(14)，依靠供水差由送水管送至洗浴器(20)供洗浴使用，热泵机组所耗电能外加从废热水中回收的热能输送至冷凝器(4)，用以加热部分洗浴用热水，热水经第二蓄热水箱(14)流入洗浴器(20)，循环上面的步骤；与冬季不同的是，锅炉(11)输送能量不一样，此时地板辐射供暖末端(19)关闭；

在初春和秋末时，如果天气寒冷，需要使用地板辐射供暖末端(19)时，可开启第三阀门(15)供暖，第一阀门(12)开启度更大，锅炉(11)供能增加，这时系统热水一部分供洗浴，一部分供暖，此时第二蓄热水箱(14)中的热水经过第三阀门(15)、第二循环泵(16)进入分水器(17)，分水器(17)管理地板辐射供暖末端(19)中水流量的开启和关闭，为宿舍供暖，供暖后的热回水流入锅炉(11)中，再流回第二蓄热水箱(14)，重复以上步骤，最终第二蓄热水箱(14)中的一部分热水流经洗浴器(20)供洗浴，一部分热水用于地板辐射供暖末端(19)，为宿舍供暖；

夏季时，气温较高，第三阀门(15)关闭，第二阀门(13)开启，第二蓄热水箱(14)中的水温满足洗浴供水要求可不开第一阀门(12)，此时热泵系统工作，锅炉(11)不工作，洗浴器(20)流出的宿舍洗浴废水经废水收集过滤器(21)净化，集中到废水池(22)，废水池(22)中的水经板式换热器(8)间接提取洗浴废热水中的可利用余热，而在板式换热器(8)中降温后的水由排水管道(9)排入市政污水管网，板式换热器(8)中的载热介质再与蒸发器(6)中的制冷剂换热，吸热气化的制冷剂气体进入压缩机(7)，被压缩为高温高压的蒸汽，蒸汽再进入冷凝器(4)冷凝放热，冷凝后的高温高压制冷剂的饱和液经膨胀阀节流机构降压后重新流入蒸发器(6)循环上述步骤，热泵机组所耗电能外加从废热水中回收的热能输送至冷凝器(4)，用以加热部分洗浴用热水，低温自来水由第一蓄热水箱(1)经第一循环泵(3)流入冷凝器(4)中，自来水吸收蒸汽中的热量，温度变高，而水在升温后进入第一蓄热水箱(1)中，再流经第二蓄热水箱(14)，依靠供水差由送水管送至洗浴器(20)供洗浴使用，热泵机组所耗电能外加从废热水中回收的热能输送至冷凝器(4)，用以加热部分洗浴用热水，热水经第二蓄热水箱(14)流入洗浴器(20)，循环上面的步骤；不满足要求时，开启第一阀门(12)、第二阀门(13)，这时热泵系统与锅炉(11)共同工作，工作过程与满足要求时一样，只是满足要求时洗浴用水能量来自热泵系统，而不满足要求时洗浴用水能量来自热泵系统和锅炉(11)，产生的所有热水用于洗浴。

当假期期间宿舍缺少生活污水，污水中余热不足时，关闭第二阀门(13)，开启第一阀门(12)，此时热泵系统不工作，锅炉(11)工作，第二蓄热水箱(14)热水进入洗浴器(20)，洗浴器(20)流出的宿舍洗浴废水经废水收集过滤器(21)净化，集中到废水池(22)，再经过排水管网排到市政管网系统中；而第三阀门(15)根据季节气温变化决定是否开启，需要开启时，地板辐射供暖末端(19)工作，第二蓄热水箱(14)中的热水经过第三阀门(15)、第二循环泵(16)进入分水器(17)，分水器(17)管理地板辐射供暖末端(19)中水流量的开启和关闭，为宿舍供暖，供暖后的热回水流入锅炉(11)中，再流回第二蓄热水箱(14)，重复以上步骤，最终第二蓄热水箱(14)中的一部分热水流经洗浴器(20)供洗浴，一部分热水用于地板辐射供暖末端(19)，为宿舍供暖。

地板辐射供暖末端(19)是否开启和关闭由温度传感器(18)的温度值确定，如果温度传感器(18)测量的温度值低于10℃，第三阀门(15)打开供暖。

第一蓄热水箱(1)与冷凝器(4)，蒸发器(6)与板式换热器(8)之间的载热介质为水。

冷凝器(4)、膨胀阀(5)、蒸发器(6)与压缩机(7)之间循环的制冷剂为r134a(1，1，1，2-四氟乙烷)。

当废水收集过滤器(21)工作一段时间后，废水收集过滤器(21)芯内沉淀了一定的杂质，这时压力降增大，水流速会下降，需及时清除废水收集过滤器(21)芯内的杂质和及时更换废水收集过滤器(21)，保障系统正常工作。

地板辐射供暖末端(19)中的辐射板布置方式为地面式，即辐射供暖末端安装在宿舍地板下，管网排列类型为平行型。

附图说明

附图1为本发明的设备图。

附图1中的标号名称：1.第一蓄热水箱、2.第一自来水入口、3.第一循环泵、4.冷凝器、5.膨胀阀、6.蒸发器、7.压缩机、8.板式换热器、9.排水管道、10.第二自来水入口、11.锅炉、12.第一阀门、13.第二阀门、14.第二蓄热水箱、15.第三阀门、16.第二循环泵、17.分水器、18.温度传感器、19.地板辐射供暖末端、20.洗浴器、21.废水收集过滤器、22.废水池。

具体实施方式

一种适用于学生宿舍的应用污水源热泵回收生活废水余热供暖的能源管理系统系统由第一蓄热水箱(1)、第一自来水入口(2)、第一循环泵(3)、冷凝器(4)、膨胀阀(5)、蒸发器(6)、压缩机(7)、板式换热器(8)、排水管道(9)、第二自来水入口(10)、锅炉(11)、第一阀门(12)、第二阀门(13)、第二蓄热水箱(14)、第三阀门(15)、第二循环泵(16)、分水器(17)、温度传感器(18)、地板辐射供暖末端(19)、洗浴器(20)、废水收集过滤器(21)、废水池(22)组成；

冬季时，温度较冷，开启第一阀门12、第二阀门13，热泵系统和锅炉11都工作，第二蓄热水箱14热水进入洗浴器20，洗浴器20流出的宿舍洗浴废水经废水收集过滤器21净化，集中到废水池22，废水池22中的水经板式换热器8间接提取洗浴废热水中的可利用余热，而在板式换热器8中降温后的水由排水管道9排入市政污水管网，板式换热器8中的载热介质再与蒸发器6中的制冷剂换热，吸热气化的制冷剂气体进入压缩机7，被压缩为高温高压的蒸汽，蒸汽再进入冷凝器4冷凝放热，冷凝后的高温高压制冷剂的饱和液经膨胀阀节流机构降压后重新流入蒸发器6循环上述步骤，热泵机组所耗电能外加从废热水中回收的热能输送至冷凝器4，用以加热部分洗浴用热水，低温自来水由第一蓄热水箱1经第一循环泵3流入冷凝器4中，自来水吸收蒸汽中的热量，温度变高，而水在升温后进入第一蓄热水箱1中，再流经第二蓄热水箱14，依靠供水差由送水管送至洗浴器20供洗浴使用，热泵机组所耗电能外加从废热水中回收的热能输送至冷凝器4，用以加热部分洗浴用热水，热水经第二蓄热水箱14流入洗浴器20，循环上面的步骤；开启第三阀门15，地板辐射供暖末端19工作，第二蓄热水箱14中的热水经过第三阀门15、第二循环泵16进入分水器17，分水器17管理地板辐射供暖末端19中水流量的开启和关闭，为宿舍供暖，供暖后的热回水流入锅炉11中，再流回第二蓄热水箱14，重复以上步骤，最终第二蓄热水箱14中的一部分热水流经洗浴器20供洗浴，一部分热水用于地板辐射供暖末端19，为宿舍供暖；

春季、秋季时，第三阀门15关闭，第二阀门13开启，考虑到气温还是偏低，开启第一阀门12调节水温，为宿舍供洗浴用水，调节到满足洗浴要求即可，此时锅炉11和热泵系统共同工作，洗浴器20流出的宿舍洗浴废水经废水收集过滤器21净化，集中到废水池22，废水池22中的水经板式换热器8间接提取洗浴废热水中的可利用余热，而在板式换热器8中降温后的水由排水管道9排入市政污水管网，板式换热器8中的载热介质再与蒸发器6中的制冷剂换热，吸热气化的制冷剂气体进入压缩机7，被压缩为高温高压的蒸汽，蒸汽再进入冷凝器4冷凝放热，冷凝后的高温高压制冷剂的饱和液经膨胀阀节流机构降压后重新流入蒸发器6循环上述步骤，热泵机组所耗电能外加从废热水中回收的热能输送至冷凝器4，用以加热部分洗浴用热水，低温自来水由第一蓄热水箱1经第一循环泵3流入冷凝器4中，自来水吸收蒸汽中的热量，温度变高，而水在升温后进入第一蓄热水箱1中，再流经第二蓄热水箱14，依靠供水差由送水管送至洗浴器20供洗浴使用，热泵机组所耗电能外加从废热水中回收的热能输送至冷凝器4，用以加热部分洗浴用热水，热水经第二蓄热水箱14流入洗浴器20，循环上面的步骤；与冬季不同的是，锅炉11输送能量不一样，此时地板辐射供暖末端19关闭；

在初春和秋末时，如果天气寒冷，需要使用地板辐射供暖末端19时，可开启第三阀门15供暖，第一阀门12开启度更大，锅炉11供能增加，这时系统热水一部分供洗浴，一部分供暖，此时第二蓄热水箱14中的热水经过第三阀门15、第二循环泵16进入分水器17，分水器17管理地板辐射供暖末端19中水流量的开启和关闭，为宿舍供暖，供暖后的热回水流入锅炉11中，再流回第二蓄热水箱14，重复以上步骤，最终第二蓄热水箱14中的一部分热水流经洗浴器20供洗浴，一部分热水用于地板辐射供暖末端19，为宿舍供暖；

夏季时，气温较高，第三阀门15关闭，第二阀门13开启，第二蓄热水箱14中的水温满足洗浴供水要求可不开第一阀门12，此时热泵系统工作，锅炉11不工作，洗浴器20流出的宿舍洗浴废水经废水收集过滤器21净化，集中到废水池22，废水池22中的水经板式换热器8间接提取洗浴废热水中的可利用余热，而在板式换热器8中降温后的水由排水管道9排入市政污水管网，板式换热器8中的载热介质再与蒸发器6中的制冷剂换热，吸热气化的制冷剂气体进入压缩机7，被压缩为高温高压的蒸汽，蒸汽再进入冷凝器4冷凝放热，冷凝后的高温高压制冷剂的饱和液经膨胀阀节流机构降压后重新流入蒸发器6循环上述步骤，热泵机组所耗电能外加从废热水中回收的热能输送至冷凝器4，用以加热部分洗浴用热水，低温自来水由第一蓄热水箱1经第一循环泵3流入冷凝器4中，自来水吸收蒸汽中的热量，温度变高，而水在升温后进入第一蓄热水箱1中，再流经第二蓄热水箱14，依靠供水差由送水管送至洗浴器20供洗浴使用，热泵机组所耗电能外加从废热水中回收的热能输送至冷凝器4，用以加热部分洗浴用热水，热水经第二蓄热水箱14流入洗浴器20，循环上面的步骤；不满足要求时，开启第一阀门12、第二阀门13，这时热泵系统与锅炉11共同工作，工作过程与满足要求时一样，只是满足要求时洗浴用水能量来自热泵系统，而不满足要求时洗浴用水能量来自热泵系统和锅炉11，产生的所有热水用于洗浴。

当假期期间宿舍缺少生活污水，污水中余热不足时，关闭第二阀门13，开启第一阀门12，此时热泵系统不工作，锅炉11工作，第二蓄热水箱14热水进入洗浴20，洗浴器20流出的宿舍洗浴废水经废水收集过滤器21净化，集中到废水池22，再经过排水管网排到市政管网系统中；而第三阀门15根据季节气温变化决定是否开启，需要开启时，地板辐射供暖末端19工作，第二蓄热水箱14中的热水经过第三阀门15、第二循环泵16进入分水器17，分水器17管理地板辐射供暖末端19中水流量的开启和关闭，为宿舍供暖，供暖后的热回水流入锅炉11中，再流回第二蓄热水箱14，重复以上步骤，最终第二蓄热水箱14中的一部分热水流经洗浴器20供洗浴，一部分热水用于地板辐射供暖末端19，为宿舍供暖。