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回收废水热能  

来自惊鸿岂止一现   2013-05-09 06:33:19|  分类: 物理与生活 |举报 |字号 订阅

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回收废水热能



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回收废水热能



 

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回收废水热能
  作者:红猪   来源:外滩画报  


【摘要】当废水从马桶、浴室、洗碗机、洗衣机等源头进入下水道时,它们的温度一般维持在 15 摄氏度左右,“废水热回收”系统便是看中了废水中稳定的温度,将之转化为高效、可循环的能量。在冬天,这套系统可以节约供暖设备所耗费的能量,而到了夏季,系统又可以倒转热泵,用其中 15 摄氏度的凉水来给建筑降温、从而降低空调费用。目前,北美的废水热回收系统已初步建成,日本和挪威已开始相关实践...

 

 

 

 

 


严冬时节,热水哗哗地从水管流出,奔流到下水道中时仍余温尚存,其中浪费的热能可谓不少。美国曾做过一项统计,结果发现其每年向下水道排放的热水中含有 3500 亿万千瓦时的能量,几乎可以为 3000 万户美国家庭提供电力。一项新的能源回收实验正在北美兴起,尝试将废水中的热能回收起来,将之变成一种高效率、可循环的能源。

 

北美第一处热回收设施

温哥华的“东南福溪”是市内的一片新兴城区,2010 年温哥华主办冬奥会,这里就是奥运村的所在地。区内有一座甘比街桥,现在,桥的南端竖起了五根粗大管道,那造型仿佛五根伸向天空的手指,管道顶端还装着指甲形状的 LED 灯。这个东西粗看是件街头艺术品,其实是福溪区下水道热回收装置的一部分。

整个装置称为“福溪能源中心”,它在本质上是一座加热站,作用是为东南福溪的住宅和办公楼提供热水和暖气。能源中心的设施由两部分组成,一个是污水泵站,另一个是下水道热回收与分配系统。甘比桥上望见的五根“手指”就是中心的排气囱,除了它们,中心的三分之二建筑以及大部分机械装置都位于地下,这既是为了减少视觉污染,也是为了将噪音减到最低。排气囱上的 LED 灯会变换颜色,标志热量输出的多少,由蓝色到橙色,再到代表最大输出的红色。

福溪能源中心是北美第一处从未经处理的城市废水中提取热量的设施。它目前的服务范围仅为奥运村,但是当整个城区在 2020 年完全建成之时,中心将向56万平方米左右的建筑供暖,16000 位居民将从中受益。那时的东南福溪也将成为全世界“最绿”的城区之一。

 

从废水中提取热量

就原理而言,废水热回收其实相当简单:当废水从马桶、浴室、洗碗机、洗衣机等源头进入下水道时,它们的温度大致是不变的,一般维持在 15 摄氏度左右。虽然会有地域和季节的差异,但下水道里的水基本都是温水,其中的热能是可以循环利用的。所谓热回收,回收的就是这部分热能。

它在技术上也不甚复杂。一个废水热回收系统有两个功能,一是用热泵来留住废水中的热量,二是将废水净化成清洁的水流,再送回住宅和办公场所。整个系统完全封闭,其中的脏水和净水互不混淆,但废水的温度可以用来加热净水。

这项技术的优点就是节能:在冬天,它需要加热的水本身就有15摄氏度,因此要比加热冷水耗费的能量少得多。而到了夏季,系统又可以倒转热泵,用其中15摄氏度的凉水来给建筑降温,从而降低空调费用。与之类似的一个装置是地热泵,它利用的是温和、持续的地热来加热房屋、降低制冷费用。但建设地热系统需要耗费巨资,在房屋底下深入挖掘,以导出地热。而“下水道热”系统采集的是人工的热量,所使用的也是现成的浅层管道,不必再大动干戈地重新排管。

 

废水热能的惊人潜力

眼下,废水热回收系统的初步成功已经赢得了人们的重视,大家逐渐意识到了废水具有解决能源短缺问题的潜力。加拿大温哥华城外有一家“国际废水热交换系统公司”,总裁林恩·穆勒打趣说:“干我们污水处理这一行的,很少有人愿意跟我们握手。但在过去两年里,和我交谈过的每一个人都认识到了从下水道流失的热量。这些热量都该回收。”

在这个形势下,有好几个国家开始研究下水道的热量回收,有的国家更是已经开始实践,比如日本的东京和挪威的奥斯陆。而在中国,面积达到十万平方米的北京火车南站也用上了热回收系统。现在,美国也对这个新能源开展了试验。

在芝加哥,一个废水热回收系统在 2012 年 5 月开始运作。这个耗资 175,000 美元的系统由一位芝加哥大学的教授设计,其经费有一半来自芝加哥水利事业局,另一半则来自公益性的私人机构。系统被安置在芝城的一家水处理厂内,运转至今,已经使加热和冷却的成本降低了五成。据估算,在三年之内,系统就能自负盈亏,而水处理厂所使用的能量只占到污水中回收能量的 2%,还有大量富余能量可供城里的其他设施使用。

华盛顿州的国王县(西雅图是其行政中心)政府也有意推广这种节能的手段。今年早些时候,县政府召集当地的房产开发商开了一个通报会。在会上,县废水处理部的资源回收经理杰西·以色列向开发商们介绍了热回收的前景。她在会上很受欢迎,与会者反响热烈:“两年之前,都还没有人听说过下水道和热回收。但是现在,大家都跑来跟我说‘嘿,下水道热回收,跟我好好说说。’”她还表示,虽然开发商的房子尚未动工,但他们已经盯上西雅图市内 400 公里长的管道了。

“下水道热回收是最酷的,”她说,“我从没想到有一天我会这么说。”

然而,要将这个资源利用起来却并不容易。到现在,国王县政府还在考虑向开发商开放下水道会有什么后果,也不知道该制定什么样的规章手续。一个简单的解决方法是从每座建筑物的下方和内部取得废水能量,而不必触及城内的公共基础设施。这就是林恩·穆勒的用武之地了,他设计的系统正可以安装在建筑内部,在废水流出建筑之前捕获其热量。这样做非但可以使公共设施免于破坏,而且还能获得更多能量:由于建筑物的隔热效果,这时的废水还有大约 21 摄氏度。穆勒的公司曾在温哥华的一组联排别墅里安装了这套系统,结果不仅使其能耗降低了 75%,还帮助开发商赢得了 LEED 铂金评级——这是由美国绿色建筑协会颁发的认证系统中最高的一级。

不过,虽然废水热回收事业已经起步,但是到今天,它的发展还只能算是蹒跚而行,技术的推广仍受到城市规模等因素的制约。比如明尼苏达州的布雷纳德,一座人口 13000 的小城,当局已经计算好了下水道中的水温和可资利用的能量,但是回收系统却迟迟建不起来——因为这里不是北京,没有十万平方米级别的建筑项目。

对此,杰西·以色列表示,热回收行业需要做出几个具有示范作用的项目,以证明这项技术可以在不同的环境中应用,而技术的其他推广者也需加倍努力,向公众多多宣传污水中产生清洁能量的惊人潜力。

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