淋浴废水源热泵系统全年COPZui高达4.1

中国研究团队开发了一种淋浴废水源热泵（WSHP）与空气源热泵（ASHP）耦合系统，并在大学宿舍进行为期一年的实际运行监测，全面评估了其能源性能、生命周期成本（LCC）及环境影响。该系统主要应用于大型住宅、机构及酒店建筑中回收废水热量的利基技术领域。

研究团队在中国山东省青岛中国石油大学的两栋学生宿舍楼内安装了该套设备，宿舍可容纳约2500名学生。系统主体包含一台200 kW的WSHP、一台120 kW的ASHP，以及两个容积均为40 m³的热水箱和废水箱。WSHP内置预热器换热器和两级蒸气压缩循环，作为主热源。当储存箱内的淋浴废水达到预设液位时，WSHP回收其热量，用于加热等量流入的冷水。当废水不足或WSHP无法将水加热至所需温度时，ASHP提供辅助加热；在非每日淋浴时段，ASHP负责维持热水箱温度。系统于每日12:00至23:00向浴室供水，并根据水温及可用废水量进行控制。

为获取精准数据，研究组搭建了在线监控平台，每小时记录进水温度、流量、水箱温度及系统耗电量等运行参数。此外，团队还构建了独立的WSHP实验台，在不同工况下测试系统性能。通过调节冷水进水温度和冷热水流量，每种工况重复测试七次，以确定系统的制热能力、功耗及性能系数（COP）。随后，研究组利用TRNSYS软件对完整混合系统进行动态模拟验证，模型整合了实测热水需求、宿舍废水温度与流量、当地气象数据、独立WSHP实验得出的性能曲线以及ASHP制造商数据。

模拟结果与实际运行数据高度吻合：小时级水箱温度的Zui大相对误差不超过9%，月度耗电量的相对误差控制在6%以内。TRNSYS模拟显示，与ASHP不同，WSHP的COP在冬季Zui高、夏季Zui低。WSHP-ASHP耦合系统的月度COP全年保持相对稳定，范围在3.4至4.1之间。

环境与经济评估表明，该混合系统相比传统锅炉具有显著的生命周期成本优势，并实现Zui低的二氧化碳排放。与传统电锅炉相比，该系统年碳排放量减少77.77%；与燃煤锅炉相比，减少60.76%。生命周期成本差异等高线图也显示，在典型市场条件下，该WSHP-ASHP系统相较于燃气锅炉仍保有经济优势。

相关研究成果以《基于实际运行数据验证的淋浴废水源热泵辅助空气源热泵的技术经济与环境影响评估》为题，发表在《案例研究：热能工程》期刊上。研究团队来自中国西安交通大学、中国科学技术大学及江苏恒新诺克科技有限公司。