0 引言

当前，能源短缺和环境恶化的问题逐渐严峻,实现节能减排和开发新能源已经成为世界各国研究的热点。我国能源的新开发和利用程度较低，与国外余热回收利用的水平相比还较为落后，存在余热资源丰富但不能充分利用的问题。大型浴室低温废水余热回收是合理利用能源的重要途径，也是节能减排的重点。国内外低温水回收装置都是依靠热泵等动力源进行的热回收，不仅耗用一部分能源且受场地的限制。另外热管换热器技术还在发展阶段，也存才以下一些弊端：①达到温度最佳回应条件还未实现到,国内的热管管材还不成熟；②换热设备投资成本相对较高，尤其是热管的生产成本；③国内的热管换热器还没有得到真正的标准化定义与模式；④目前的热管还未完善化，对管质上的标准还未得到最新的技术，从而导致热管换热产品寿命短，必须要尽快采用最新的解决方法去提高管质的兼容性以及热管的真空度，以保证工作温度对应。由此，如何研究出新型热管高效合理回收大型浴室废水中的热量是一项重要而又迫切的任务。本文以某高校浴室为例，研究沟槽微热管余热回收系统，利用微热管急速传热原理与特性对浴池污水热量进行回收。回收装置设置在淋浴喷头下沟槽的侧面和底部，在不占用场地，不影响浴室美观，直接利用低位热源废水中的余热用于给水预热升温，减少高品位能的输入，从而达到节能的目的，此系统的应用前景广阔。

1 国内余热利用状况

我国的余热回收水平相比国外较为落后，全国能源消耗量中工业领域占70%余热资源的回收率仅占约30%，且仅限于高位热能的回收，而低品位余热占工业废热总值约60%，存在余热资源丰富但不能充分利用的问题。相对于发达国家，我国的工业生产工艺不成熟，工业余热资源利用率低，比发达国家低约10%。在工业生产的各个过程都有余热的存在，所载有的热量存在各种耗能设备排除的液体、气体、固体物质中，包括：烟气余热，冷却介质余热，废汽废水余热，化学反应热，高温产品和炉渣余热，以及可燃废气、废料余热。根据余热资源在利用过程中能量的传递或转换特点，可以将国内目前的工业余热利用技术分为热交换技术、热功转换技术、余热制冷制热技术。而热交换技术是回收工业余热最直接、效率较高的方法,该类技术不改变余热能量的形式，只是通过换热设备将余热能量直接传递给自身工艺的流程，降低一次能源消耗，从而帮助企业节能减排，创造更大的效益。回收的余热可以用于以下方面：北方地区冬季用于供暖，不仅减少了碳排放，而且节约了大量的水资源；供应热水可解决职工洗浴，比传统锅炉更节能；生产补充热，针对工业工艺供热点进行点对点加热；热电联产等。其余无法利用的废热全部通过冷却的形式或直接排放。目前部分企业由于对余热回收技术不太了解或者是不愿意投资去做余热改造，导致很大一部分低品位热能全部浪费，而其它需热的地方还要通过其他热源来加热。尤其在北方地区，对热量需求很大，工业余热供热是最节能、最环保的一种方式，值得我们去推广。

首先，企业应积极实施人才聘用资格制度，提高人才队伍的专业化水平。并且，企业应实施人才公开招聘，建立淘汰合同制度和岗位流动制度，加强员工之间的竞争，促进员工自身不断进步。另外，企业应积极建立人才资源共享制度，与其他企业进行深人合作，提高人才资源的利用效率；其次，企业应积极完善聘任制度，坚持平等公开竞争原则来选聘人才，采取能力本位管理方式，使企业人才能力与岗位要求相符合。另外，企业应积极完善辞聘和解聘 制度，增强教职工的忧患意识，提高职工的竞争积极性和工作积极性。

2 浴室余热回收利用

以某高校浴室废水余热利用效率不高的问题，研究了一种基于沟槽微热管技术高效余热回收新系统，并将余热重新利用于浴室冷水加热，可以减少浴室费用。在寒冷地区，对热水需求大且余热资源丰富，有效而又环保节能的利用则具有广阔的发展空间。

2.1 微热管技术

微热管(如图1所示)是一种利用微小空间内毛细驱动工质蒸发-冷凝相变来实现传热的高效传热器件，主要由密闭容器、毛细结构和工作介质组成，具有结构紧凑、导热性高、恒温性好等基本特性[1]。在普通微型热管基础上，采用槽道互相连通的结构能有效地减少蒸发的工作介质之间的相互影响，从而提升其最大传热量，减少相对热阻，提高传热性能。

式中：c水为水的比热容4.2kJ/（kg·℃）；Δt1=31℃-26℃=5℃；Δt2=24℃-9℃=15℃；Η为热回收效率。

Η=Q2/Q1=0.77

Q1=c水 ηm 废水 Δt1=0.3 024×108kJ

图1 微热管

2.2 沟槽微热管换热器工作原理

下面分别对幂零群、内幂零群以及内交换群的幂图或真幂图进行讨论.一般地给出了有限群的幂图为某图之线图的充要条件,研究了相应幂图独立数的临界取值与可平面化的充要条件以及相应真幂图的连通性.

图2 沟槽微热管换热器

2.3 新系统方案

淋浴喷头将热水喷出用于洗浴，洗浴后的热水通过地面的格栅流进沟槽微热管换热器内，换热器底端是微热管的蒸发段，冷凝段放置在顶端。蒸发段吸收淋浴废水的热量，冷凝段进行放热把热量传递给环绕在换热器中流动的自来水，使自来水由9℃变为24℃的温水，再经过补偿器加热到淋浴水所需的温度，然后输送到热水箱。淋浴废水在余热回收后则由原来的31℃变为26℃，最后排放到下水道。经过这样循环后（如图3所示），洗浴废水的热量就可以通过沟槽微热管换热器传递给冷水，对冷水进行预加热，提高冷水初加热的温度，减少其它能（煤、燃气、电）的摄入，从而达到节能目的。

2.4 新系统的优点

图3 淋浴废水热回收流程图

微热管低温淋浴水-水热交换系统，把浴池的回收装置设在淋浴排水沟的沟壁与沟底，具有不占用场地，不影响浴室美观，设备运行管理方便，维修简单，易损件少。将微热管阵列技术加入低温水热量交换系统中，一改传统热管导热效率差，冬季易断裂等缺陷。微热管传热效率高达85%，是传统热管的10倍以上，可以在短时间内将余热回收。该系统利用回收的余热对冷水进行加热后初始温度大大提高，再由加热设备对水进行加热，节省了加热时间，提高了热能利用率，减少外界的热能摄入，环保无污染，绿色节能。

3 新系统的可行性

3.1 节约热量分析

某校学生人数为20 000人，据统计个人淋浴每人每次约耗水80L，每人每日平均淋浴1次。现将沟槽微热管阵换热器应用到某校浴室回收排水余热,用于水预加热和热补充。考虑到废水处理会有水量损失，所以回收的水量按总水量的90%计算，每日产生淋浴废水m废水=1.6×106kg，流经换热器冷水质量 m 冷水=0.369×106kg，废水中含有的热量 Q1、回收的热量Q2以及换热效率Η的计算如下：

要严格执行规定的水利普查档案的归档时限。根据规定各级普查机构的归档工作可根据工作进展情况分阶段进行归档，但最终完成任务的时限是地（市）、县级应在普查工作完成后3个月内；国家和省级普查机构应在普查工作完成的6个月内。向同级水行政主管部门的档案部门移交普查档案的工作，应该在普查机构撤销前完成。档案交接双方应对移交档案进行认真检查，并办理手续。

该换热器的原理（如图2所示）是利用微热管急速传热特性将本来直接流到下水道的废热水，通过沟槽微热管热交换将回收的热量用来加热冷水，使供水原始温度大幅提高变成24℃的温水，再输送给热水器进行二次加热从而达到所需温度。这样就降低了热水器需加热水的初始温度，减少电能和其他能的输入，77%的热回收率可以充分利用余热来供自来水加热。

海瑞塔·拉克斯在癌症治疗期间，她的主治医生从她的肿瘤上取下了一块组织样本，送给了约翰·霍普金斯大学细胞培养组的头乔治·盖伊并进行观察培养。

Q2=c水m冷水Δt2=0.2 328×108kJ

猕猴桃，又叫奇异果，基维果，KIWI fruit，胡桃，羊桃，其原产地在中国，在我国的文字记载已有2000余年的历史，然而到了是20世纪初才由野生植株转进为人工驯化栽培，也就是说猕猴桃至今仅有100多年的人工栽培时间。

有关微热管的概念最早由Cotter[2]提出的，B.R.bin和G.P.Peterson[3-5]对单根微热管进行了理论分析和实验研究，研究了微热管传热极限和工作特性的影响因素,建立了二维稳态流动和传热的模型得出了最大传热能力的计算公式 [4]。D.Khrustalev和A.Faghri[6]为了进一步研究又建立了单根微热管最大传热能力和热阻的数学模型，得出汽液交界面的剪切力是影响最大传热能力的最大因素。M.Murakami[7]对微热管簇的传热系数做了研究，此后Sartre等研究了有铝板制成具有平行沟槽的微热管阵列，并建立了微热管阵列理论模型。Kim[8]等研究建立了微热管传热传质数学模型，得到了微热管的最大传热率和气态工质的压力分布，优化了设计。赵耀华等[9]对微热管阵列的传热性做了实验研究，结果表明平板微热管阵列具有很好的均温性，以甲醇为工质充液率为30%左右时热管的传热能力最好且最大的热通量已达200W/cm2，传热效率高达85%，是传统热管的10倍以上。

由以上分析计算知,沟槽微热管换热可将淋浴废水中77%余热进行回收。新系统的换热高效率减少了外界能量的摄入，提高淋浴废水中的余热利用率。

3.2 节能减排性分析

若采用燃煤锅炉来获得等值的燃烧热量，每天需消耗287kg煤，一年煤消耗量则高达104.8t煤。根据燃烧计算，燃烧1kg煤需空气量为8.406m3，可生成生10m3烟气，生成烟气中各种组分和含量见表1。

表1 烟气中各种组分体积

名称 CO2 SOx NOx H2O体积/m3 9.16 0.06 0.20 0.58含量/% 0.916 0.006 0.020 0.058

由上可知，1年可减少烟气总排放量1.048×106m3，其中可减少 CO2排放量 0.96×106m3。采用沟槽微热管低温淋浴废水热回收新系统减少了资源的消耗，又减少了因燃用燃料造成的环境污染，有利于保护环境。

4 结论

综上所述，本文研究的沟槽微热管低温淋浴水热回收新系统采用传热学上的对流换热原理，无需外添任何动力，直接利用淋浴废水中的余热实现对冷水的加热，无需任何控制单元。将废水中77%余热重新利用，使淋浴能耗下降55%。该新系统适用于各大高校和宾馆等使用热水量大的场所，有效解决了废水中热量资源浪费问题，提高了热水的利用率，减少了热水制备的能源消耗。体现了节能、生态、环保等优点，达到了节约能源的目的，还可以将淋浴行业对煤、天然气等化石能源的依赖性将大大减少，同时也降低了化石燃料的燃烧产物对环境的破坏，具有广阔市场前景。

参考文献

[1]万 意，习 坷，董 顺，辛佳磊，陈 功，张程宾.微型平板热管技术研究综述[J].电子机械工程.2015（10）：5-10.

[2]Cotter T P.Principles and Prospects for Micro Heat Pipes[A].In：Proceeding of Sth lntemational Heat Pipe Conference，Tsukuba.1984.

[3]Babin B R，Peterso C P，Wu D.Analysis and testing of a microheat pipeduring steady-state operation[A].In：ASME/AIChE National Heat Transfer Conference.Philadelphia，1989.

[4]Babin B R，Peterso C P，Wu D.Steady-state modeling and testingof a micro heat pipe[J].Journal of Heat Transfer，1990，112（8）：595-601.

[5]Peterson G P，Babin B R.Analytical and Experimental Investigation of Miniature Heat Pipes-Phase II（Final Report NoWRDC-TR-89-2067）[R].Texas A&M University，Wright-Patterton Development Center，1989.

[6]D K Hrustalev，Faghri A.Thermal analysis of micro heat pipe[J].Journal of Heat Transfer，1994，116（1）：189-198.

[7]M Murakami，T Ogushi，Y Sakurai，et al.Heat pipe heat sink[A].In：roceeding of 6t6 Internatipnsl Heat Pipe[C].1987.

[8]Sung Jin Kim，Joung Ki Seo，Kyu Hyung Do.Analytical and experimental investigation on the operational characteristicsand the thermal optimization of a miniature heat pipe with a grooved wick structure[C].International Journal of Heat and MassTransfer，Volume 46，Issue 11，May 2003，2051-2063．

[9]赵耀华，王宏燕，刁彦华，王欣悦，邓月超.平板微热管阵列及其传热特性[J].2011（2）：336-343.