厨房节能饮水系统设计说明书

1、厨房节能饮水系统设计说明书设计者：唐 浩,董建华,张景舒,李超辉,商鲲鹏（中国矿业大学徐海学院，机电系，热能与动力工程专业） 作品内容简介针对目前市场上饮水机存在的问题：反复加热带来的高能耗、千滚水、易结碱等，我们组提出了“家庭厨房节能饮水系统设计”的研究课题。本着节能减排、健康饮水、方便用水的原则，设计内容如下：利用新能源太阳能加热自来水，作为提高饮用水初温热源，间接将饮用水加热到60左右，省去部分传统电能加热。通过过滤装置，提高饮水品质。通过转变加热方式，采用即热器即时加热过滤后的水至沸腾，达到即开即饮的目的。避免反复加热，杜绝千滚水的存在，保证健康饮用水。为了进一步提高节能效率，充分利用

2、余热，我们设计了余热回收装置，开水与自来水间接对流，将开水降温为50左右的温开水（据调查人体最适宜饮水温度为40左右，考虑到冬季温水降温较快，所以取50左右），更加适宜饮用。同时冷却余热回收的热量可提高自来水温度，作为生活用水。通过合理设计及优化分析，该系统能够克服传统饮水机弊端，引入了清洁能源太阳能，并且利用了余热回收，提高了能量利用率，降低了耗电量，间接地减少co2排放量，从而达到节能减排的效果。联系人联系方式邮箱唐浩18648689778921054825董建华180521497212423616608张景舒18051365382654101086李超辉15062148767909143

3、357商鲲uaiguai892242041 研制背景及意义随着生活水平的提高以及人们对生活质量的追求越来越高，现有饮水机不节能、不健康的问题已经成为制约社会和谐 、可持续发展的短板。传统饮水机存在的问题主要有以下四个方面：一是饮水反复加热问题， 传统饮水机功率一般在500w 2000w之间，但其保温系统很不完善，为了保持加热罐中水的温度，即使饮水机在闲置状态下，也会对水进行反复加热，导致耗能增加；二是对于温水的反复加热，形成所谓的“千滚水”（这种水含有重金属砷化物等有害物质），这种水会危害人体健康； 三是人们从饮水机处取水时，桶内的纯净水将会减少，由于大气压的存在，饮

4、水机周围的空气将会在未经过任何处理的情况下进人到大水桶内，而被空气所带入的细菌会不断繁殖，造成二次污染，一桶纯净水喝的时间越长，细菌繁殖的数字就越惊人；四是传统饮水机的水在高温下经过反复烧煮，易产生水垢。水垢积累到一定量就会和水一起进入人体，长期饮用会对健康不利，容易引起肠道疾病。而且水垢对传统饮水机发热管的功率和保温性能也有影响。因此，健康、节能饮水产品的研究至关重要。在“绿色、低碳、节能、健康 ”的社会背景下，太阳能作为一种可再生的绿色能源，其利用技术一直受到各界的高度重视。近年来，我国太阳能热水系统快速发展，在住宅工程中已有较大规模的应用，取得了良好的节能减排效益，如果将太阳能很好的引入

5、饮水系统，并得到大面积的推广将可以实现有效的节能，这将是饮水机技术的一次革命。因此，研究一种新型健康节能的饮水系统已成为饮水产品研究领域的重要方向。2 设计方案2.1工作原理本系统由太能能热水器、即热饮水机、冷却余热回收装置三大部件组成。采用即热式加热，水被快速加热至100（直接引出可以冲茶、泡咖啡），再通过冷却余热回收装置，管内水降温，成为人体适宜引用的温开水（50）；管外冷却水升温后进入保温水箱，作为生活用水，有效利用了水的冷却余热。同时在即热器前加入太阳能热水器，间接加热，提高了饮用水加热的初始温度，因而节省了电能，提高了加热效率。100水：按下开关r1，阀1打开，储热水箱a4内管水流出

6、，经过过滤装置b后流入即热式加热器c，阀2开启，可得到100开水50水：按下开关r2，过程同上，c中阀2关闭，阀3开启，开水通过冷却余热回收装置d，降温至50从内管流出，作为饮用的温开水，最终从阀4流出。生活用热水：d中外管的冷却水由阀5进入，升温后流入保温水箱e。考虑到换热得到的生活用水量较少，所以直接从a4中引出一路水，由阀6补充进入e。 图1 系统流程图 图2 温度对应颜色示图 2.2 flash动画演示（源文件见附件1） flash动态图演示分为饮用水与洗用水两种用水系统，k1出水为洗用水，k2出水为饮用水，饮用水由开水和温开水两种档位设置来满足不同温度的用水需求。k1k2k2k1 图

7、3 flash动画演示截图 图4 flash动画演示截图如图3所示，当按下r1（热水开关），水从太阳能水箱下来经过即热器加热到100直接流出可供引用。如图4所示，当按下r2（温开水开关），水从即热器加热后经过冷却余热回收装置后水温降到40后流出，可供引用。图3与图4中水温见图2所示3 系统各部件选型与设计计算3.1 太阳能热水器计算及选型图5 太阳能热水器假设热水器上的集热器对太阳能的利用效率为40%，水箱容积为100l,在与阳光垂直的地球表面上每平方米得到的太阳辐射功率约为p=1400w如果将整箱水的温度从10加热到75，需要阳光照射5h。(1)水吸收的热量：(2)太阳辐射5h获得的太阳能：

8、 (3)面积：(4)真空管根数：直径为58mm，长度为1.8m 取整9根最终设计参数：表1 太阳能热水器最终设计参数水箱容积（l）真空管根数（根）真空管直径（mm）真空管长度（m）参考价格（元）1009581.85003.2 太阳能储热水箱里的换热器假设管内自来水由10被加热到60，太阳能水箱里的水由75被冷却到72。(1)温差：(2)换热面积：(3)换热管长：(4)选取盘旋管大径为0.25m(5)盘旋管数: 取整4圈表2 太阳能储热水箱里的换热器最终设计参数换热管长（m）盘旋管大径（m）盘旋圈数（圈）2.80.2543.3 即热式加热器图6 即热式加热器 即热式加热器采用的材质：石英管 镀膜

9、，根据选型部分参数如表3 表3 即热式加热器部分参数管径（mm）功率（w）工作电压（v）ø16×14202203.4 冷却余热回收装置的设计与计算（1）计算过程： 1）热水放热量： 2）求换热面积: 对流温差 传热系数 换热面积 3）螺旋管长度： 4）壳径： 5）螺旋管直径： 圈 6）高度：（2） 最终设计参数： 表4 冷却余热回收装置的部分参数参数数据紫铜管内径（mm）6紫铜管外径（mm）7管间距（mm）12缠绕圈数（圈）14壳体直径（mm）90壳体高度（mm）200壳体壁厚（mm）2（3）二维与三维图截图展示（源文件见附件2） 图7 冷却余热回收装置主视图与剖面图 图8

10、 冷却余热回收装置俯视图图9 冷却余热回收装置立体图3.5 水泵的选型水泵采用进出水口为4分管螺纹，部分参数如表5表5 水泵的部分参数参数数据电压(v)24最大负载电流（a）1.3最大静态流量(l/min)16最大静态扬程(m)6最大输出功率（w）31.2参考价格(元)804 三维模型展示（源文件见附件3）图10 厨房节能饮水系统立体模型图5 节能效益分析 （1）为了准确分析即热式饮水机的节能效率，对传统饮水机24h 耗电量、即热器饮水机耗电量及太阳能加即热器饮水机电耗计算如下：传统型：式中：q1传统饮水机24h 耗电量 水的比热容，取4200j/(kg· )水的密度，取1kg/l

11、家庭平均饮水量，取6l传统饮水机热胆的容积，取1l 电加热效率，取0.95传统饮水机平均水温升高度数，取93-26=67传统饮水机保温时水温变化度数，取93-78=15传统饮水机24h 重复加热次数，取48次即热式饮水机：即热式加太阳能饮水机：式中: 即热式节能饮水机24h 耗电量太阳能加即热器节能饮水机24h 耗电量太阳能加即热器节能饮水机加热温度100-60=40即热式节能饮水机加热时耗电功率，取420w-即热式饮水机加热时间太阳能加即热器节能饮水机加热时间代入数据，得： 即热式饮水机： 即热式加太阳能饮水机： 即热式饮水机效率：即热式加太阳能饮水机效率：（2）节约电费即热式饮水机节约的电

12、费：即热式加太阳能饮水机节约的电费：（3）少排放量（600mw机组）：即热式饮水机：即热式加太阳能饮水机：（4）冷却余热回收装置回收的热量效益分析： 如果不考虑热量的损失及换热效率，冷却余热回收装置回收的热量为： 一年可以节省的电量： 若用电加热要花费： 释放：由于太阳能加即热式饮水机待机几乎不用耗电，如果饮水机24h处于待机状态，那么节能效率将接近100%。表6 节能效益分析节能效率（%）每台每年节约电量（度）每台每年节约电费（元）全国每年每台少排（kg）即热式54.48273144.69270.27即热式加太阳能79.68400.77212.4390.76冷却余热回收装置127.7567.71126.476 创新点及应用1. 引入家庭太阳能热水器，间接加热饮用水，提高被加热水的初始温度，节省电能；2. 预热后的饮用水过滤后，用即热式饮水机加热至沸腾，避免了传统饮水机的高能耗、千滚水、易结垢、二次污染等问题，即开即饮；3. 本系统设计了冷却余热回收装置，对100的热水间接冷却到50的温开水，将冷却水作为生活用水，充分利用余热，再次节能。 参考文献1 罗运俊太阳能利用技术化学工业出版社2011，127-302 杨世铭 陶文铨译，传热学，高等教育出版社，2006，08：36-783 罗惕乾,流体力学，机械工业出版社，2007-7-1：47