夏季空調(diào)冷凝水回收利用技術(shù)及實(shí)踐分析

陳文靜++楊營++廖軍睿++韓滔

摘 要：由卡諾定理，分析了夏季降低空調(diào)室外機(jī)的工作溫度對(duì)空調(diào)運(yùn)行耗能的影響。對(duì)空調(diào)冷凝水的產(chǎn)生和水量進(jìn)行了分析和計(jì)算。重點(diǎn)提出了如何利用空調(diào)冷凝水達(dá)到節(jié)能降耗的目的，同時(shí)比較了幾種空調(diào)冷凝水的回收利用技術(shù)。

關(guān)鍵詞：空調(diào) 冷凝水 節(jié)能

中圖分類號(hào)：TU83 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）09（b）-0088-02

夏天，大多數(shù)空調(diào)產(chǎn)生的冷凝水由排水管隨意地排至室外（比如滴在街面），這不但影響了人們的正常出行，更造成了大量的能量損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一臺(tái)3匹空調(diào)一天能排出將近50kg水，那么2000臺(tái)空調(diào)一天就能排放一個(gè)小型水庫的水容量。因此，空調(diào)冷凝水利用至關(guān)重要。水由液態(tài)蒸發(fā)變成氣態(tài)這一相變過程將會(huì)吸收大量的熱量，通過一些裝置將收集起來的冷凝水均勻地分布在某裝置上，放入空調(diào)室外機(jī)的背后，利用水蒸發(fā)時(shí)帶走大量熱量可以降低冷凝器的工作環(huán)境溫度。目前市場上的大多數(shù)機(jī)型是分體式掛機(jī)或柜機(jī)，利用冷凝水冷卻冷凝器來節(jié)能很有意義。本文將對(duì)此進(jìn)行研究。

1 可行性技術(shù)分析

由卡諾定理得制冷系數(shù)[1]：

（1）

由上式可知，外界消耗的電功W使空調(diào)房間的熱量Q2轉(zhuǎn)移到室外，卡諾機(jī)的制冷系數(shù)：

卡諾 （2）

當(dāng)室內(nèi)溫度T2不變時(shí)，室外的工作溫度T1越小，卡諾機(jī)的制冷系數(shù)越大。說明從房間吸取相同熱量所消耗的功就較少，耗電量也就越小。根據(jù)文獻(xiàn)[2]可知，室外機(jī)的工作溫度每降低1℃，單位制冷量功耗減少3%～4%。可見，在室內(nèi)外溫度和其他條件不變的情況下，通過在室外機(jī)背后蒸發(fā)冷凝水吸熱降低冷凝器的溫度來達(dá)到節(jié)能降耗的目的是可行的，同時(shí)冷凝器溫度降低，對(duì)其使用壽命也有提高。

2 空調(diào)冷凝水的形成與水量計(jì)算

2.1 空調(diào)冷凝水的形成

當(dāng)溫度低于空氣的露點(diǎn)溫度時(shí)，空氣中的水蒸氣就會(huì)冷凝變成冷凝水。正常工作的空調(diào)蒸發(fā)器表面溫度都低于空氣的露點(diǎn)溫度[3]。當(dāng)空氣流經(jīng)空調(diào)蒸發(fā)器或風(fēng)機(jī)盤管表面時(shí)，空氣中的水蒸氣就會(huì)變成冷凝水隨管道排出。由空氣處理過程的焓濕圖可以了解到[4]，新風(fēng)與室內(nèi)空氣混合后進(jìn)入空調(diào)蒸發(fā)器或風(fēng)機(jī)盤管冷卻到露點(diǎn)溫度[5]，空氣中的水蒸氣冷凝為水，露點(diǎn)空氣從送風(fēng)口進(jìn)入室內(nèi)。則只要空調(diào)運(yùn)行，其產(chǎn)生的冷凝水將源源不斷的流出。

2.2 空調(diào)冷凝水水量的計(jì)算

以四川省成都市某學(xué)校教學(xué)樓的一間辦公室為例，辦公室總面積15m2，高度3m。設(shè)置室內(nèi)溫度分別為24℃、25℃、26℃、27℃、28℃和相對(duì)濕度分別為30%、40%、60%的情況。由《空調(diào)工程》（第二版）附錄4可查得：四川成都地區(qū)夏季空氣調(diào)節(jié)室外計(jì)算干球溫度31.9℃，計(jì)算濕球溫度26.4℃；夏季通風(fēng)室外計(jì)算相對(duì)濕度70%。

以專業(yè)的浩辰軟件計(jì)算辦公室的室內(nèi)濕負(fù)荷。依次設(shè)計(jì)房間參數(shù)，外墻（門窗）結(jié)構(gòu)系數(shù)，人體設(shè)計(jì)參數(shù)，辦公室設(shè)備使用率密度，照明參數(shù)，同時(shí)考慮滲透空氣等。計(jì)算的結(jié)果以溫度為28℃，相對(duì)濕度為30%的辦公室為例，室內(nèi)冷負(fù)荷為2083W，室內(nèi)濕負(fù)荷為1.615kg/h。則不同辦公室的冷濕負(fù)荷結(jié)果見表1。

同時(shí)考慮辦公室門經(jīng)常開關(guān)的情況，則需要加入新風(fēng)濕負(fù)荷。一間封閉性好的房間的換氣量最小為0.1次/h，封閉性不好的房間例如門經(jīng)常開關(guān)，其換氣可達(dá)0.3次/h。設(shè)計(jì)辦公室總體積45m3，則折算出新風(fēng)量Q為：

0.3×V=0.3×45=13.5m3/h=17.415kg/h（空氣密度取1.29） （3）

則新風(fēng)濕負(fù)荷（kg/h）：

W新=新風(fēng)量Q×（室外空氣含濕量d1-室內(nèi)空氣含濕量d2） （4）

計(jì)算以房間設(shè)計(jì)溫度28℃，相對(duì)濕度60%為例：

通過焓濕圖查得空氣含濕量d1=20g/kg；室內(nèi)空氣含濕量d2=13.8g/kg。新風(fēng)濕負(fù)荷W新=Q×（d1-d2）=107.97g=0.10797kg。

總濕負(fù)荷=室內(nèi)濕負(fù)荷+新風(fēng)濕負(fù)荷=0.9599kg/h （5）

則不同參數(shù)辦公室的總濕負(fù)荷結(jié)果見圖1。

從圖1可以看出，假定室內(nèi)外空氣相對(duì)濕度不變的情況下，室內(nèi)外溫差越大，得到的冷凝水量就越多。也就是說，室外溫度越高，回收的冷凝水潛熱就越多。當(dāng)冷凝水在空調(diào)室外機(jī)背后蒸發(fā)吸熱時(shí)，冷凝器工作溫度降低，室內(nèi)外溫差減小，耗電量就越小，同時(shí)冷凝溫度降低，可改善壓縮機(jī)工作條件，延長其壽命。

3 冷凝水回收方案

3.1 具體實(shí)施

通過以上的分析，合理利用空調(diào)冷凝水不但可以節(jié)能降耗，而且能夠消除冷凝水對(duì)環(huán)境帶來的影響。具體實(shí)施方案見圖2。

如圖2所示在空調(diào)室外機(jī)背面放置大約室外機(jī)背面面積2/3的水簾，水簾使冷凝水均勻快速的分布在上面。同時(shí)為了讓效果更顯著可以將水簾拆分成幾段，每兩段中間都覆有與水簾相同長度的吸水海綿，目的也是為了讓冷凝水均勻分布。水簾上下方都有一個(gè)水槽。上方水槽底部有許多漏水孔。整個(gè)裝置也都用鋼架固定，可立于空調(diào)室外機(jī)背后支撐支架。這樣冷凝水通過重力作用快速均勻的分布在水簾上，同時(shí)空調(diào)室外機(jī)背后向里面吸氣，通過熱空氣蒸發(fā)水簾上的冷凝水達(dá)到其蒸發(fā)吸熱的目的。

3.2 方案對(duì)比

采用回收冷凝水方案的空調(diào)機(jī)與普通空調(diào)機(jī)的對(duì)比如下。

（1）解決了空調(diào)室外機(jī)的漏水問題，避免了管道腐蝕、線路漏電帶來的經(jīng)濟(jì)損失和人身安全問題。（2）節(jié)約了樓棟成本。假若采用普通PVC排水管，以10元/m的價(jià)格計(jì)算，對(duì)于一棟普通的十層住宅建筑就可節(jié)約約1400元管材成本。（3）減小了施工和安裝難度。在結(jié)構(gòu)施工階段，給排水工程中孔洞的預(yù)留、預(yù)埋工作量大，常常出現(xiàn)預(yù)留孔洞高度、位置不準(zhǔn)確的問題。在給排水安裝作業(yè)時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，就在外墻上鑿洞，剔鑿建筑結(jié)構(gòu)，甚至切斷受力鋼筋，影響建筑物的安全性能，并且浪費(fèi)人力、物力。（4）改善了美觀性?？照{(diào)預(yù)留洞要穿過管道和室外機(jī)電源線以及保溫裝置，并且在建筑結(jié)構(gòu)上二次剔鑿，影響墻面美觀性。

相對(duì)于其他利用冷凝水的方案，本次方案更為節(jié)能且便于實(shí)施。

（1）本方案是單獨(dú)立于室外機(jī)的設(shè)備，不受室外機(jī)外形限制，且存在長度調(diào)節(jié)，節(jié)省了很大一部分空間，安裝方式也極其簡單。（2）其次該裝置的成本極其低，每一種都是常見的材料，不需要消耗任何的電能和中途維修費(fèi)用，定期隨時(shí)可更換。同時(shí)，設(shè)備也起到了顯著的節(jié)能降耗的目的，具有很大的可推行性。

參考文獻(xiàn)

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