洗浴废水制洗浴热水的水箱储能控制方法与流程

1.本发明涉及一种洗浴废水生产制备热水的技术领域，具体涉及一种洗浴废水制洗浴热水的水箱储能控制方法。


背景技术：

2.洗浴废水具有面广量大的特点，作为低品位热源，废水中蕴含着大量热能，同时也正因其温度不高，储存时热损小，如果采用聚氨酯发泡保温，水箱中废水24小时的温降可控制在1℃以内。本技术人之前所申请的名称为《热泵清水流量与废水流量一比一的废热利用方法》的专利，就公开了一种可以利用洗浴废水进行制备热水的技术方案。
3.另外，电厂发电是相对恒定的，在白天及晚间22:00点以前是工厂及居民生活用电负荷的高峰，此时的用电价格较高；而深夜至凌晨是用电负荷的低谷，此时的用电价格较低。因此为了平抑电网的负荷波动，也为了通过降低用电成本进一步降低使用成本，从而产生了晚间储能的需求。为此本技术人通过分析洗浴废水制热水系统特点，从而提出了本技术用洗浴废水制备热水储能的控制方案。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种洗浴废水制洗浴热水的水箱储能控制方法，利用使用场所内所产生的洗浴热水换热后将自来水进行加热制备得到洗浴热水，恰好利用人们洗浴的洗浴废水大部分都是晚上，存储在废水箱内至通过本技术在谷电阶段进行制热所等待的时间并不长，从而可以更加有效减少温降，从而提高制热效率，降低制热成本。
5.本发明所采取的技术方案是：洗浴废水制洗浴热水的水箱储能控制方法，包括以下步骤：1）废水箱液位传感器、热水箱液位传感器和plc控制器内置时钟分别将对应的废水箱液位h1、热水箱液位h2和当前时间t1分别传送至plc控制器；2）如果当前时间t1不处于plc控制器所设定的供水时段内时，关闭热水箱的热水箱出水管上的泵b；如果当前时间t1处于plc控制器所设定的供水时段内，并且plc控制器判断热水箱液位h2小于热水箱的供水泵启动保护水位h2c时，则plc控制器控制报警器报警并且泵b关闭；如果当前时间t1处于plc控制器所设定的供水时段内，并且plc控制器判断热水箱液位h2大于热水箱的供水泵启动保护水位h2c与热水箱回差之和时，则plc控制器控制泵b启动供热水；3）如果当前时间t1处于谷电时段内，并且plc控制器判断热水箱液位h2小于热水箱的谷电制热水启动水位h2a、plc控制器判断废水箱液位h1大于废水箱的制热水启动水位h1a与废水箱回差之和时；或者如果当前时间t1不处于谷电时段内，并且plc控制器判断热水箱液位h2小于热水箱的紧急制热水启动水位h2b、plc控制器判断废水箱液位h1大于废水箱的制热水启动水位h1a与废水箱回差之和时；
则plc控制器控制废水排水管上的阀a、热水箱的热水箱进水管上的阀b、废水箱的废水箱出水管上的泵a以及洗浴废水制热水机组均开启；4）如果当前时间t1处于谷电时段内，并且plc控制器判断热水箱液位h2大于热水箱的谷电制热水启动水位h2a与热水箱回差之和时；或者如果当前时间t1不处于谷电时段内，并且plc控制器判断热水箱液位h2大于热水箱的紧急制热水启动水位h2b与热水箱回差之和时；则plc控制器控制洗浴废水制热水机组、阀a、阀b、泵a、与热水箱连通的辅热装置、连通自来水管网与热水箱的热水箱补水管上所设的阀c、连通热水箱与辅热装置的辅热进水管上所设的泵c均关闭；5）如果当前时间t1处于谷电时段内，并且plc控制器判断热水箱液位h2小于热水箱的谷电制热水启动水位h2a、plc控制器判断废水箱液位h1小于废水箱的制热水启动水位h1a时；则plc控制器控制洗浴废水制热水机组、阀a、阀b和泵a均关闭，并且plc控制器控制阀c、泵c和辅热装置均开启；6）如果当前时间t处于谷电时段内，并且plc控制器判断热水箱液位h2小于热水箱的谷电制热水启动水位h2a、plc控制器判断废水箱液位h1大于废水箱的制热水启动水位h1a且小于废水箱的制热水启动水位h1a与废水箱回差之和、plc控制器收到洗浴废水制热水机组关闭时；则plc控制器控制洗浴废水制热水机组、阀a、阀b和泵a均关闭，并且plc控制器控制阀c、泵c和辅热装置均开启。
6.本发明进一步改进方案是，所述废水箱的制热水启动水位h1a与废水箱内底面的高度差和热水箱的供水泵启动保护水位h2c与热水箱内底面的高度差均在0.2~0.5米的范围内。
7.本发明更进一步改进方案是，所述热水箱的谷电制热水启动水位h2a与热水箱内底面的高度差占热水箱内腔高度的80%~90%的范围内。
8.本发明更进一步改进方案是，所述热水箱的紧急制热水启动水位h2b高于热水箱的供水泵启动保护水位h2c。
9.本发明更进一步改进方案是，所述热水箱的紧急制热水启动水位h2b与热水箱内底面的高度差占热水箱内腔高度的30%~40%的范围内。
10.本发明更进一步改进方案是，所述废水箱回差和热水箱回差均在3~8厘米的范围内。
11.本发明更进一步改进方案是，所述供水时段通过plc控制器进行设置。
12.本发明更进一步改进方案是，所述废水箱的容积和热水箱的容积均大于等于使用场所的日用水量。
13.本发明更进一步改进方案是，所述洗浴废水制热水机组包括换热器和至少一个水源热泵，所述废水箱通过废水箱出水管与换热器内的废水换热管的一端连通，所述废水换热管的另一端通过废水换热出水管与水源热泵的蒸发器连通后、通过废水排水管与市政排水管网连通，所述自来水管网通过自来水进水管a与换热器内的自来水换热管的一端连通，所述自来水换热管的另一端通过自来水换热出水管与水源热泵的冷凝器连通后、通过热水
箱进水管与热水箱连通。
14.本发明更进一步改进方案是，所述废水箱通过洗浴废水管与使用场所的各洗浴废水收集端分别连通，所述热水箱通过热水箱出水管与使用场所的各洗浴出水端分别连通。
15.本发明的有益效果在于：第一、本发明的洗浴废水制洗浴热水的水箱储能控制方法，利用使用场所内所产生的洗浴热水换热后将自来水进行加热制备得到洗浴热水，恰好利用人们洗浴的洗浴废水大部分都是晚上，存储在废水箱内至通过本技术在谷电阶段进行制热所等待的时间并不长，从而可以更加有效减少温降，从而提高制热效率，降低制热成本。
16.第二、本发明的洗浴废水制洗浴热水的水箱储能控制方法，通过辅热装置的设置，以及辅热装置的工作时间也在谷电时段，从而即使在洗浴废水量较少的情况下也能保证热水箱内的温度。
17.第三、本发明的洗浴废水制洗浴热水的水箱储能控制方法，在非谷电期无需启动设备制水，通过配置满足全天热水量的较大热水箱，可在任意时段满足供水需求，配置满足全天废水排入量的较大废水箱，可在任意时段满足废水收集需求。
18.第四、本发明的洗浴废水制洗浴热水的水箱储能控制方法，无论是热泵主机，还是辅热设备，均在谷电期间工作，平抑电网波动，降低制热水的能源成本。
19.第五、本发明的洗浴废水制洗浴热水的水箱储能控制方法，如果因为白天热水使用量过大、而导致在非谷电时段，若出现热水不足的紧急情况，热泵主机或辅热设备，可及时启动，优先保证热水供应。
20.第六、本发明的洗浴废水制洗浴热水的水箱储能控制方法，无论是谷电时段制热水，还是非谷电时段紧急情况制热水，均优先使用洗浴废水制热水，只有在废水热能不足时，才会启动辅热设备，系统节能得到保证。
附图说明
21.图1为本发明的管路示意图。
22.图2为本发明的控制系统电连接示意图。
23.图3为本发明的控制方法逻辑示意图。
具体实施方式
24.结合图1~图2可知，洗浴废水制洗浴热水的水箱储能系统，包括与使用场所的各洗浴废水收集端分别通过洗浴废水管6连通的废水箱1，所述洗浴废水管6与废水箱1顶部连通，还包括洗浴废水制热水机组39，所述洗浴废水制热水机组39包括换热器2和水源热泵a3和水源热泵b4，所述废水箱1的侧壁底部通过设有阀e26和泵a32的废水箱出水管10与换热器2内的废水换热管一端连通，所述废水换热管另一端通过废水换热出水管11与水源热泵a3的蒸发器a18一端连通，蒸发器a18另一端通过废水连通管13与水源热泵b4的蒸发器b20一端连通，蒸发器b20另一端通过设有阀a29与废水排水管8与市政排水管网连通；设有阀d25的自来水管网7通过自来水换热进水管12与换热器2内的自来水换水管一端连通，所述自来水换水管另一端通过自来水换热出水管14与水源热泵b4的冷凝器b21一端连通，冷凝器b21另一端通过自来水连通管15与水源热泵a3的冷凝器a19一端连通，冷凝器a19另一端
通过设有阀b30的热水箱进水管16与热水箱5的顶部连通；所述自来水管网7还通过设有阀门c31的热水箱补水管17与热水箱5顶部连通，所述热水箱5的侧壁底部通过设有阀g27和泵b33的热水箱出水管9与使用场所的各洗浴出水端分别连通；所述热水箱5的侧壁底部通过设有阀g28和泵c34的辅热进水管23与辅热装置22的侧壁底部连通，所述辅热装置22的侧壁底部通过辅热出水管24与热水箱5的侧壁顶部连通；所述废水箱1的一侧侧壁下部设有废水箱液位传感器35，所述热水箱5的一侧侧壁下部设有热水箱液位传感器36。
25.所述阀d25、阀e29、阀f27和阀g28均为保持常开的手动截止阀，所述阀d25、阀 e26、阀f27和阀g28维修时关闭。
26.所述洗浴废水制洗浴热水的水箱储能系统，还包括plc控制器37、plc控制器内置时钟38和报警器40，所述plc控制器37分别与辅热装置22、阀a29、阀b30、阀c31、泵a32、泵b33、泵c34、废水箱液位传感器35、热水箱液位传感器36、洗浴废水制热水机组39和报警器40分别信号连接。
27.所述分别将液位信息通过信号传送给plc控制器37，所述plc控制器内置时钟38将时间信息通过信号传送给plc控制器37，所述洗浴废水制热水机组39将洗浴废水制热水机组39工作状态信息通过信号传送给plc控制器37；所述plc控制器37分别通过信号控制阀a29、阀b30、泵a32、洗浴废水制热水机组39、泵b33、阀c31、泵c34、辅热装置22和报警器40的启动或关闭。
28.结合图1~图3可知，洗浴废水制洗浴热水的水箱储能控制方法，包括以下步骤：1）废水箱液位传感器35、热水箱液位传感器36和plc控制器内置时钟38分别将对应的废水箱液位h1、热水箱液位h2和当前时间t1分别传送至plc控制器37；2）如果当前时间t1不处于plc控制器37所设定的供水时段内时，关闭热水箱5的热水箱出水管9上的泵b33；如果当前时间t1处于plc控制器37所设定的供水时段内，并且plc控制器37判断热水箱液位h2小于热水箱5的供水泵启动保护水位h2c时，则plc控制器37控制报警器40报警并且泵b33关闭；如果当前时间t1处于plc控制器37所设定的供水时段内，并且plc控制器37判断热水箱液位h2大于热水箱5的供水泵启动保护水位h2c与热水箱回差之和时，则plc控制器37控制泵b33启动供热水；3）如果当前时间t1处于谷电时段内，并且plc控制器37判断热水箱液位h2小于热水箱5的谷电制热水启动水位h2a、plc控制器37判断废水箱液位h1大于废水箱1的制热水启动水位h1a与废水箱回差之和时；或者如果当前时间t1不处于谷电时段内，并且plc控制器37判断热水箱液位h2小于热水箱5的紧急制热水启动水位h2b、plc控制器37判断废水箱液位h1大于废水箱1的制热水启动水位h1a与废水箱回差之和时；则plc控制器37控制废水排水管8上的阀a29、热水箱5的热水箱进水管16上的阀b30、废水箱1的废水箱出水管10上的泵a32以及洗浴废水制热水机组39均开启；4）如果当前时间t1处于谷电时段内，并且plc控制器37判断热水箱液位h2大于热水箱5的谷电制热水启动水位h2a与热水箱回差之和时；或者如果当前时间t1不处于谷电时段内，并且plc控制器37判断热水箱液位h2大于热水箱5的紧急制热水启动水位h2b与热水箱回差之和时；则plc控制器37控制洗浴废水制热水机组39、阀a29、阀b30、泵a32、与热水箱5连通的辅热装置22、连通自来水管网7与热水箱5的热水箱补水管17上所设的阀c31、连通热水箱
5与辅热装置22的辅热进水管23上所设的泵c34均关闭；5）如果当前时间t1处于谷电时段内，并且plc控制器37判断热水箱液位h2小于热水箱5的谷电制热水启动水位h2a、plc控制器37判断废水箱液位h1小于废水箱1的制热水启动水位h1a时；则plc控制器37控制洗浴废水制热水机组39、阀a29、阀b30和泵a32均关闭，并且plc控制器37控制阀c31、泵c34和辅热装置22均开启；6）如果当前时间t1处于谷电时段内，并且plc控制器37判断热水箱液位h2小于热水箱5的谷电制热水启动水位h2a、plc控制器37判断废水箱液位h1大于废水箱1的制热水启动水位h1a且小于废水箱1的制热水启动水位h1a与废水箱回差之和、plc控制器37收到洗浴废水制热水机组39关闭时；则plc控制器37控制洗浴废水制热水机组39、阀a29、阀b30和泵a32均关闭，并且plc控制器37控制阀c31、泵c34和辅热装置22均开启。
29.所述废水箱1的制热水启动水位h1a与废水箱1内底面的高度差和热水箱5的供水泵启动保护水位h2c与热水箱5内底面的高度差均为0.3米。
30.所述热水箱5的谷电制热水启动水位h2a与热水箱5内底面的高度差占热水箱5内腔高度的90%。
31.所述热水箱5的紧急制热水启动水位h2b高于热水箱5的供水泵启动保护水位h2c。
32.所述热水箱5的紧急制热水启动水位h2b与热水箱5内底面的高度差占热水箱5内腔高度的30%。
33.所述废水箱回差和热水箱回差均为5厘米。
34.在通过液位进行控制的过程中，若启动值和停止值为同一个设定值，则有可能出现系统频繁启停的不利情况，因此将启动值与停止值之间设置一个回差值，即当测量值低于设定值时，系统启（或停），当测量值高于设定值+回差时，系统停（或启），这样可以避免系统频繁启停。
35.所述供水时段通过plc控制器37进行设置。
36.所述废水箱1的容积和热水箱5的容积均大于等于使用场所的日用水量。
37.所述洗浴废水制热水机组39包括换热器2和至少一个水源热泵，所述废水箱1通过废水箱出水管10与换热器2内的废水换热管的一端连通，所述废水换热管的另一端通过废水换热出水管11与水源热泵的蒸发器连通后、通过废水排水管8与市政排水管网连通，所述自来水管网7通过自来水进水管a12与换热器2内的自来水换热管的一端连通，所述自来水换热管的另一端通过自来水换热出水管14与水源热泵的冷凝器连通后、通过热水箱进水管16与热水箱5连通。
38.所述废水箱1通过洗浴废水管6与使用场所的各洗浴废水收集端分别连通，所述热水箱5通过热水箱出水管9与使用场所的各洗浴出水端分别连通。
39.所述辅热装置22可以使用空气源热泵、电加热等循环加热制热水的设备。
40.本技术通过将全天使用的洗浴废水储存到保温水箱中，在夜间谷电时段，以洗浴废水为热源，使用前置换热器和水源热泵制取洗浴热水，充分有效利用电网低谷电能,可达到减小电力负荷峰谷差、参与需求侧调节、提升电力系统运行效率等效果。
41.根据《建筑给水排水设计标准》（gb50015），一般的热水系统在设计水箱容量时，是
按系统高峰时段热水需求量与设备制水能力差值为依据的，以恒信的废热梯级利用水源热泵在学校、住宅、宾馆的应用为例，一般配置的废水箱、热水箱容积为全天用水量的65%左右。
42.而本技术则按全天用水量的100%配置废水箱、热水箱，即热水箱容积=日用水量（m
³
）
×
100%，废水箱容积=日用水量（m
³
）
×
100%，。
43.以一栋日用水量为20吨（温升30℃）的住宅楼为例，配置的废水箱、热水箱容积均为：20m
³×
100%=20m
³
。注：水密度按1吨/m
³
计，水比热按1000大卡/吨
·
℃计（下同）。
44.以水源热泵为例，根据《建筑给水排水设计标准》（gb50015），在设计时的工作时长是按8~16小时取值，但在本系统中，则按10小时计，即热水机的制热量=日用水量（t）
×
平均温升（℃）
×
1000（大卡/吨
·
℃）
÷
10（小时）
÷
860（大卡/千瓦时）。
45.以一栋日用水量为20吨（温升30℃）的住宅楼为例，配置的热水机的制热量为：20（吨）
×
30（℃）
×
1000（大卡/吨
·
℃）
÷
10（小时）
÷
860（大卡/千瓦时）=69.8（千瓦）。
46.以往的热水系统，在白天特别是在用水高峰期（一般在晚7~9点），必须启动设备，以将热水制备补充、便于使用场所的人们使用；而本技术则仅在晚间谷电时段工作（例如22:000~次日8:00，不同地区的谷电时段可能不同，根据具体地区的谷电时段的不同时间可以进行人工设置）。
47.以本技术人的废热梯级利用水源热泵热水机为例，在年均cop约6.0、年均使用电加热辅热约3%、年均热水温升30℃情况下，每吨热水能耗约为6.8kw.h，以江苏电价0.5283元/kw
·
h计，吨热水能源成本约3.59元，若使用储能方案，以江苏谷电价格0.3583元/ kw
·
h计，则制热水能源成本为6.8kw
·h×ꢀ
0.3583元/ kw
·
h =2.44元/吨。
48.以日用水量20吨计，不考虑储能时配置的热水箱与废水箱均为13m
³
，考虑储能后，增加的热水箱与废水箱各为7m
³
，增加造价约为7m
³×
1100元/ m
³×
2= 15400元，每天节省的电费约为：20吨
×
（3.59元/吨-2.44元/吨）=23元，年投资回报率约为：360天
×
23元/天
÷
15400元
×
100%=54%，即约1.8年收回投资。