怀化废水热能回收利用技术及其在绿色建筑中的应用

随着城市化进程加快和建筑能耗持续上升，建筑领域占全国总能耗的比例已超过20%，其中生活热水、采暖与空调系统是主要耗能环节。与此同时，建筑排水中蕴含大量低品位热能尚未得到有效利用。研究表明，生活废水中约30%～50%的热能可通过热泵或换热技术回收，具有显著的节能潜力。本文综述了废水热能的来源与特性，重点介绍了污水源热泵、排水管换热器、集中式热回收系统等关键技术的工作原理与适用场景。结合绿色建筑评价标准，探讨了废水热能回收系统在住宅、酒店、医院、体育馆等典型建筑中的集成应用模式。通过实际工程案例分析表明，合理设计的热能回收系统可实现节能率15%～40%，年减排CO₂数百吨，投资回收期一般为3～6年。研究认为，废水热能回收是推动建筑领域低碳转型的重要路径之一，未来应加强技术标准化、设备国产化与政策激励体系建设，促进其在绿色建筑中的规模化应用。

关键词：废水热能；热能回收；污水源热泵；绿色建筑；节能降耗；可再生能源利用

1. 引言
在全球应对气候变化和实现“双碳”目标的背景下，建筑行业作为能源消耗和碳排放的重点领域，亟需探索新型节能技术路径。传统建筑能耗中，生活热水、冬季供暖和夏季制冷占比高达40%以上，而这些需求往往依赖化石能源或高耗电设备（如电热水器、锅炉、空调）来满足。
值得注意的是，建筑排放的生活废水中含有大量低品位热能。例如，淋浴、洗衣、厨房排水的温度通常在20～40℃之间，远高于环境温度，具备良好的热回收价值。据住建部统计，我国城镇人均日排水量约180 L，若能有效回收其中50%的热能，相当于节约10%以上的建筑热水能耗。
因此，废水热能回收利用技术作为一种分布式、可持续的能源利用方式，正逐渐成为绿色建筑节能体系的重要组成部分。

2. 废水热能的来源与特性
2.1 主要热源构成
排水类型 温度范围（℃） 热能占比 特点

淋浴排水 30–40 40%–50% 流量集中，温度高，回收潜力大
洗衣排水 25–40 15%–20% 周期性强，含洗涤剂
厨房排水 20–35 10%–15% 含油脂，易堵塞
洗手/洗脸排水 25–30 10%–15% 分散，流量小
马桶排水 15–25 <10% 温度低，污染风险高

总体来看，住宅和公共建筑中约60%的排水温度高于25℃，具备热回收条件。

2.2 热能品位与回收潜力

平均排水温度：25–30℃；
可回收热量估算：每吨废水可提取8–15 kWh热能（温差5–10℃）；
若回收效率达50%，一个1000户住宅小区年可节约标准煤约80吨。

3. 废水热能回收关键技术
3.1 污水源热泵系统（Sewage Source Heat Pump, SSP）
原理：
利用污水作为低温热源，通过热泵机组将热量“提升”至可用于供暖或热水的高温水平（50–60℃）。
系统组成：

污水取水系统（格栅、提升泵）
换热器（防堵型板式或钛管式）
热泵主机（压缩机、蒸发器、冷凝器）
储热水箱与末端管网

优点：

COP（性能系数）可达3.0–4.5，即消耗1 kWh电可提供3–4.5 kWh热能；
适用于大型住宅区、医院、学校等集中排水场景。

挑战：

污水易堵塞、腐蚀，需配备预处理与自清洁装置；
初期投资较高。

3.2 排水管内置换热器（Drain Water Heat Recovery, DWHR）
原理：
在竖向排水管（如卫生间立管）外缠绕或嵌套换热盘管，冷水流经时吸收排水余热，预热进入热水器的冷水。
应用形式：

单户式：安装于高层住宅每户卫生间，预热洗浴进水；
集中式：在地下室排水总管设置大型换热器，服务整栋楼。

节能效果：

可回收25%～40%排水热能；
冷水预热温度提升5–10℃，减少热水器能耗15%以上。

优势：

结构简单、维护方便、成本低；
特别适合新建高层住宅或改造项目。

3.3 集中式热回收系统（Centralized Heat Recovery System）
适用于大型公共建筑（如酒店、游泳馆、医院），将多个排水源集中收集，经过滤、换热后接入建筑能源中心。

与中央空调系统耦合，实现“制冷+热回收”协同运行；
可结合太阳能、空气源热泵形成多能互补系统；
配备智能控制系统，实现热能调度优化。

4. 在绿色建筑中的应用模式
根据《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378-2019），可再生能源利用是评分项之一，废水热能回收可计入“节能与能源利用”章节。常见应用模式包括：
4.1 住宅建筑：DWHR + 分户热泵

在每户卫生间安装排水管换热器，预热生活冷水；
配合空气源热泵热水器，进一步降低能耗；
新建住宅可在设计阶段预留换热空间与管道接口。

4.2 酒店与宾馆：集中式污水源热泵

收集客房淋浴、洗衣房排水，用于加热泳池水或供应生活热水；
某五星级酒店项目显示：年回收热量达1200 MWh，节能率38%，年减排CO₂约320吨。

4.3 医院与养老院：热回收+卫生安全双保障

采用封闭式换热系统，避免交叉污染；
回收热量用于病房供暖、热水供应；
结合紫外线消毒与自动清洗功能，确保系统卫生达标。

4.4 体育场馆与学生公寓：区域级能源站

将多个淋浴间、更衣室排水集中处理，接入区域能源站；
实现“废热—供暖—制冷”一体化运行，提升能源综合利用效率。

5. 工程案例分析
案例1：上海某绿色住宅小区（2000户）

安装户用排水管换热器+空气源热泵；
年节约电能约65万kWh，减少电费支出45万元；
投资回收期约4.2年，获绿色建筑二星级认证。

案例2：杭州亚运村运动员公寓

建设集中式污水源热泵系统，服务8栋楼、3000人；
排水温度平均32℃，热泵COP达3.8；
年供热能力1800 MWh，替代天然气锅炉，减排CO₂约500吨/年。

6. 经济与环境效益分析
指标 典型值范围

节能率 15%–40%
单位投资成本 150–400元/m²（建筑面积）
年节能收益 15–30元/m²
投资回收期 3–6年
CO₂减排量 5–15 kg/m²·年
系统寿命 15–20年

注：经济效益随电价、气候条件、建筑类型变化而异。

7. 面临的挑战与对策
挑战：

技术认知不足：设计师与业主对废水热能价值认识有限；
初期投资较高：尤其污水源热泵系统需配套预处理设施；
堵塞与腐蚀风险：油脂、毛发、固体物影响换热效率；
标准规范缺失：缺乏统一的设计、施工与验收标准。

对策建议：

制定《建筑排水热能回收系统技术规程》；
将热能回收纳入绿色建筑强制性评分项；
提供财政补贴或税收优惠，鼓励示范项目建设；
推广模块化、防堵型换热设备，降低运维难度。

8. 结论
废水热能是一种被长期忽视的可再生资源，其回收利用不仅有助于降低建筑能耗，还能减少碳排放，提升能源利用效率。污水源热泵、排水管换热器、集中式热回收系统等技术已具备工程化应用条件，尤其在住宅、酒店、医院等排水量大、热负荷稳定的建筑中具有广阔前景。
在绿色建筑高质量发展的背景下，应将废水热能回收纳入建筑节能设计体系，推动其从“可选技术”向“标配系统”转变。通过政策引导、技术创新与标准建设，实现建筑领域“变废为能、绿色循环”的可持续发展目标。