摘要：中央厨房在熟化餐饮、冷冻餐饮和制冷空间中产生大量的热能，但目前回收率低。为了高效利用这些热量，不让其排放到室外，造成能源浪费，增加温室气体排放，通过对比分析热能回收的常见办法，分析水管里的水热能交换的过程，构建了热量回收的数学模型，获得回收热能产生的热水。利用热能回收的热水可二次利用，用于淋浴、清洗等，使热能得到有效的利用，减少能源消耗。结合中央厨房的整体格局，提出中央厨房热管换热式能量回收系统的布局，使水管里的水从热能制造源流向热源回收源，在泵和单向节流阀的作用下，流向热水箱，实现水的闭环流动。以某一个餐饮生产量为2万份/8h的中央厨房为例，建立热能式热能回收系统，每天至少节约1 190 kW·h的电能。

　　关键词：中央厨房；热能回收；热管换热；热水；清洗

　　0引言

　　中央厨房在餐饮熟化、冷库制冷、空调制冷时产生大量的热，主要包括蒸煮的蒸馏水、熟化的设备、空调的末端设备、空调的末调设备，这些设备产生的热能大部分被排出中央厨房，这样既不节约能源，又是使全球温度升高的一个因素。根据国家《公共建筑节能设计标准》(GB50189-2015)、《通风空调系统运行管理规范》(GB50365-2005)等规定，要求设置热能回收装置。因此热能回收是中央厨房必须考虑的一个课题，这对减少全年的能源消耗量、降低运行费用、减少温室气体的排放和对环境的污染都有好处。目前热能回收的方式有转轮换热式[1]、热管换热式[2]、板式显热换热式[3]、中间热媒式[4]等，但其各有优缺点，如表1所示。综合热管换热式能量回收的特点是在使用寿命和占用空间等方面的优势[5]，本文中央厨房采用热管换热式能量回收方式进行。

　　H Jouhara等[6]系统研究了热管换热式能量回收的技术发展历程，提出了其发展方向。罗群生等[7]就热传递过程中对流、辐射的特性进行了研究，引入中间节点，提出了较厚和厚空气处理夹层与两壁间的传热方法。Ahmadzadehtalatapeh[8]以空调系统的运行为研究对象，设计出热管式热能回收装置，通过对比发现其可大幅度减少能量损耗。裴秀英等[9]提出了收缩机氨蒸气与油冷却器组合回收热量的策略。Chaoling Han[10]研究了中温热管换热器的性能，分析了水管的水在温度场、流场的分布情况，获得单一热管的传热特性。Y H Diaoa,L Liang等[11]建立了小型平板热能回收装置的数学模型，分析了不同的室内外温度、风量、流速对热能回收性能的影响，使夏季热能回收效率达57.9%，冬季热能回收效率达70.6%。王磊等[12]建立了评价热回收装备的节能模型，获得了提高节能率的关键技术参数。韦中师[13]设计一款新的装置，通过改变系数确定新排风量，从而调节新风量来减少新风能耗。

　　本文通过分析建立中央厨房热源，建立热能回收系统布局图，探索热能回收的热交换过程，利用热管换热式能量回收的原理，节约中央厨房的能源，使中央厨房获得稳定有效的热水，且服务于中央厨房清洁和消毒等。

　　1.2其他热源分析

　　其他热源热能回收的数学模型与蒸馏水的热能回收相同，借鉴式(6)可获得熟化设备、冷库末端设备和空调末端设备等热源的热能回收水体积V2、V3、V4，以及相应热能回收的热量Q32、Q33、Q34，从而获得中央厨房通过热能回收系统产生总热水量为：

　　V=V1+V2+V3+V4

　　回收到的总热量为：

　　Q=Q31+Q32+Q33+Q34

　　1.3热能回收效率分析

　　热能回收过程中，水会出现层流和湍流现象：层流时，水以直线形态平稳流过，只有靠近加热一侧的管道壁的冷水参与了热交换，而中心处的水直接流过，不参加热交换，此时热能回收效果较差；湍流时，水在管道内呈涡旋翻滚的流动状态，水管内大部分都参与热交换，热效果较好，因此热能回收时需要水管里的水处于湍流状态。判断圆管内冷却水流动状态的指标为雷诺数：

　　Re=ud/ν(8)

　　式中：ν为水的运动黏度，自然温度下，水的运动黏度ν=0.805×10-6 m2/s。

　　以中央厨房的热水管采用304不锈钢无缝钢管为例，类型选为DN20的水管，其外径为25mm，内径为20 mm。根据计算，对于圆管的流雷诺数大于2 300时层流转湍流。要使得流雷诺数大于它，根据式(8)可得，水管里水的流速u≥0.092 5m/s才能保证其在水管里是湍流状态。在中央厨房实际运用中，为确保水管的水能及时快速地形成热交换，达到吸收更多热量的目的，建议u≥1.5 m/s。

　　2热能回收系统布局

　　2.1整体布局

　　中央厨房的热能回收是通过管道内的冷水吸收多余热量，实现热量的转移。中央厨房热能回收系统分为3段：吸热段、传热段、输送段。在吸热段，水管的管壁吸收大量来自热源的热量；在传热段，水管的管壁热量传递给水管里的冷水，使冷水加热，此段水管的水靠近水管壁的部分水温高于水管中心的温度；在输送段，将热水传递到下一个工位，此段水管的水通过热传递，使温度达到均匀。在流体压力差和密度差的共同作用下，在输送段水管的水温度低于传热段的温度，在毛细动力作用下克服流动过程的阻力，且在泵的作用下，水管的水实现向前运输送，直到热水箱，实现水的循环加热。

　　中央厨房的热能回收从冷水箱的水在泵1的作用下向热水箱，在泵2和单向节流阀1的作用下，热水箱的水流向蒸馏汽热能回收处，经过熟化设备热能回收处，以及冷库末端设备处、空调末端设备处，最后在泵3或泵4的作用下，回到热水箱内，完成水管回收热能的整个过程。如图1所示。

　　2.2工作过程

　　热水回收过程分为5个步骤。

　　(1)在泵1的作用下，水从冷水箱中流向热水箱，当热水箱的水低于最低位时，泵1自动启动向热水箱里加水；当热水箱的水高于最高位时，泵1停止工作。

　　(2)在泵2的作用下，水通过水管流经单向节流阀

　　1，经过蒸馏汽的设备热源后，流向熟化设备热源上方，并经过冷库设备末端设备热源回收热量。

　　(3)当在外界温度高于室内温度时，室内空调需要开启制冷模式，此时闸阀2关闭，闸阀1开启，水通过水管流向空调末端设备热源回收热量，在泵3的作用下，经过单向节流阀2的作用，流入热水箱。

　　(4)当外间温度低于室内温度时，室内空调开启制热模式，此时闸阀1关闭，闸阀2开启，在泵4的作用下，经过单向节流阀3的作用，流入热水箱。

　　(5)蒸馏汽水完成工作后，在泵6的作用下，经过单向节流阀5，流入热水箱，当水面超过热水箱最高位时，泵6自动停止。泵6的工作与否是由蒸馏汽的水是否还要用为标准，如果需要用，则泵6不工作；如果不用，泵6工作。

　　2.3热能后置处理

　　热能回收能量应用与污水排放分为5个步骤。

　　(1)各设备的通过热能回收后，产生的冷凝水集中回到到冷却塔中，通过排水管道直接排入市政管道。

　　(2)当需要用到热水箱的水时，泵5开启工作，经过单向节流阀4，流向用户，用户包括淋浴和清洗物品等。

　　(3)当水管的水温达到指定温度时，温度开关1开启，温度开关2关闭，中央厨房人员可利用热能回收的水直接淋浴。

　　(4)当水管的水温达不到指定温度时，温度开关1关闭，水经过水管流向热水器，经热水器加热后，达到温度开关2的温度时，中央厨房的人员才可利用此水进行淋浴。

　　(5)在清洁中央厨房的工具、地面等时，可直接利用热水箱的温度清洗。

　　热能回收系统的水管是封闭的循环管道，从热水箱流向需要回收热量的热源，经加热后，水回到热水箱。
      2.4热回管道设计

　　热管换热式能量回收时，水管的受热面积越大，热能回收的效果越好。为了增加热水管的受热面积，在热能回收的设备处的水管设为S型，如图2所示。

　　3热能回收能量应用

　　中央厨房利用热管换热式能量回收的原理，回收了大量热量，将产生的热水用到需要的地方，包括淋浴和清洗工具等区域。在使用热能回收水的区域，需要安装双温水龙头，方便使用者根据实际情况调节冷水和热水的比例，获得合适的温度。

　　热能回收的热水主要用于两大空间：淋浴空间、清洁空间。如图3所示。淋浴空间包括淋浴室淋浴龙头，以及风淋室、洗手间、初加工区域、熟化区域、分装区域等洗手盆的用水。清洁空间包括初加工区域、熟化区域、分包区域等地面清洗，以及周转箱、各区域工具及设备等清洗。

　　4热能回收效果

　　以某一个餐饮生产量为2万份/8 h的中央厨房为例，热能回收的热源点较多，员工人数为100人。一个人淋浴每4 h用水量为50 L，洗手用水量为5 L，每人每8 h用水量为110 L，一天用水量为11 000 L。清洁周转箱、地面、工具等每8 h用水量达40 000 L，总计8 h用热水量达51 000 L。将这些水从20℃加热到40℃，在不考虑热损耗的情况下，利用上述研究成果可节约1 190 kW·h的电能，而且中央厨房内部还可以随时随地用到热水。

　　5结束语

　　本文通过对中央厨房的热源的分析，发现中央厨房有大量的热量需要回收，在建立面向中央厨房的热管换热式能量回收系统后，探索出热交换全过程的规律，构建了热量交换的数学模式，获得了中央厨房的热能回收能产生的总热水量和总热量，分析了热能回收效率，提出热能回收时水的流速。通过设计热回管道的拓朴结构，布局管道的流向，并将热能回收产生的热水用于中央厨房的淋浴和清洗等岗位上，使能源再利用。通过热能回收全局的研究，提高了能源的利用率，并以一个餐饮生产量为2万份/8 h的中央厨房为例，每天可为国家节约1 190 kW·h的电能，证明了研究的有效性。

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