3.2换热实验
为了得到上层换热器的平均换热系数，在进行换热实验前首先将下层换热器去除，并假设换热器只从淋浴废水中吸热，忽略空气对流换热。平均对流换热系数h应用牛顿冷却公式得到[7]：
其中q为换热器表面的平均热流密度，可由淋浴流量和淋浴冲击换热器表面的平均温度得到；tw和tf分别为所测换热器表面平均温度和换热器内流体的平均温度，且tf=(T1+T2)/2。
实验结果表明，当T3保持恒定时，h随T1的升高而稍有增大，如下图6所示：
由图6可以看出，系统的换热系数达到水强制对流所能达到的换热系数范围（1000-15000W/(m2K)），随冷水温度T1和淋浴水温T3的升高而增大。实际淋浴过程中，由于淋浴废水大多会随人体缓慢淌下，不具有喷洒冲击换热的效果，并且一部分水会发生飞溅，因此换热系数可能会有所降低。
4讨论
节能实验表明，余热回收器的节能效果非常明显，普通洗浴工况下的节能率都接近甚至超过50%。该余热回收器内部包含三个滤芯（图1未画出），可以在去除重金属的同时将水矿化，并起抑制和杀菌作用。滤芯的存在使得余热回收器冷水入口和预热水出口之间的压差ΔP较大，约为0.07MPa，而当三个滤芯去掉后ΔP约为0.035MPa，可见滤芯的存在使得整个回收器内流阻较大，因此有必要分析滤芯对余热回收器节能效果的影响。实验结果如图7所示。
由图可以看出滤芯的存在使系统的节能率η稍有提高，原因是滤芯使得冷水在换热器内部的流速减慢，使其吸收废水余热的时间和热量相对增长，因此能更有效地回收余热。
对只包含上层换热器的系统进行的节能分析结果表明，上层换热器的余热回收效果显著，其节能率占总节能率的70%-80%，因此设计改进具有单层换热器的高效余热回收器具有更广阔的应用前景，实际上最新型的余热回收器确实只具有单层换热器。
应用于淋浴余热回收的热泵热回收技术可以回收大量的洗浴废热，可能是解决此类系统的最佳技术方案[4]，且已经有一些实际工程应用，但由于热泵系统所需资金投入较大，维护费用较高，而且具有完善淋浴系统的用户采用该技术时必须对已有系统做较大改动才能重新使用，因此热泵技术未必是最好的产品方案。本研究所用的余热回收器小巧轻便、性价比高、安全环保，不需要对用户已有的系统做多大改动即可应用，可以广泛应用于酒店、学校等公共建筑以及家庭的浴室中起到节能作用。
5结语
人们在洗浴过程中大量的废水余热得不到充分回收，尤其是在公共建筑中，余热利用措施尚不完善。实验采用的快速高效余热回收器简便易用，余热回收效果明显，可以回收超过50%的淋浴余热，其社会效益和经济效益明显。尽管如此，仍有大量的余热可供回收，因此可以通过改进系统设计使得系统的余热回收性能更进一步提高。另一方面，需要考虑如何减小回收器对水压造成的损失。
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作者简介：郭永献（1981），男，河北栾城人，工学博士，讲师，机械工程专业，从事高效换热与余热利用研究。
（作者：郭永献1,2，蔡应麟3，梁世强1；作者联系方式：1.中国科学院工程热物理研究所，北京 100190；2.西安电子科技大学机电工程学院，陕西 西安 710071；3.佛山市三角洲电器科技有限公司，广东 佛山 528305）