空調(diào)系統(tǒng)中冷凝水作為水資源的回收利用技術(shù)研究

曹振華

空調(diào)系統(tǒng)中冷凝水作為水資源的回收利用技術(shù)研究

曹振華

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 西安 710300）

通過理論研究分析計算了冷凝水在戶式空調(diào)和中央空調(diào)系統(tǒng)末端裝置（新風加風機盤管）的產(chǎn)生量，介紹了空調(diào)冷凝水目前作為城市綠化用水、冷卻塔補充水、景觀用水等回收利用的可行性及注意事項。

空調(diào)系統(tǒng)；冷凝水；水資源；回收利用

0 引言

隨著人們節(jié)能節(jié)水的意識不斷提高和我國節(jié)能減排政策的大力提倡和堅決貫徹，空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生的大量冷凝水的有效回收利用進入了大眾的視野，經(jīng)空調(diào)行業(yè)相關(guān)研究人員分析研究探索，已經(jīng)取得了一定的碩果，但目前而言，人們對空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生的冷凝水認知還不是很足，對其回收利用技術(shù)不認可及不接受、對其回收的冷凝水水質(zhì)問題的懷疑等原因，真正將其付諸于建筑實際工程中的并不多。

空調(diào)冷凝水的回收利用技術(shù)研究在國外早已經(jīng)取得了很大的進展，并已經(jīng)廣泛應(yīng)用在多個領(lǐng)域。例如，在德國，基本所有的家用空調(diào)產(chǎn)生的冷凝水都回收用于直接冷卻室外的冷凝器，這個技術(shù)已經(jīng)相當成熟。在中東國家伊朗，其僅國際機場一個地方每年就能回收利用10000m3左右的中央空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生的冷凝水，他們將回收來的冷凝水用來灌溉機場周圍的花草樹木、沖刷機場周邊廁所等，這樣不僅合理的回收并充分的利用了空調(diào)產(chǎn)生的大量冷凝水，而且給國際機場節(jié)約了大量的水資源，對這些水資源短缺的國家該技術(shù)具有重要的借鑒意義。

當前，我國大部分空調(diào)系統(tǒng)的冷凝水都是直接外排，不僅大大增加了城市的排水系統(tǒng)壓力，也對國家的資源是很大的浪費，如果能夠設(shè)計出一套完整的冷凝水回收利用系統(tǒng)，不但大大的緩解了城市的污水外排量，又可以節(jié)約水資源，而且降低了水環(huán)境的污染。可見，研究空調(diào)系統(tǒng)如何回收利用冷凝水已迫在眉睫。

本文以戶式中央空調(diào)系統(tǒng)和中央空調(diào)系統(tǒng)末端裝置（風機盤管加新風系統(tǒng)）為例，介紹空調(diào)冷凝水的計算方法，并根據(jù)其計算結(jié)果進一步分析空調(diào)冷凝水的回收利用潛力。

1 戶式中央空調(diào)產(chǎn)生的冷凝水量的計算

冷凝水量與室內(nèi)外空氣溫濕度、空調(diào)送風溫度、空調(diào)制冷量及建筑物的使用情況有關(guān)。

以格力GMV-NH22PL/B型多聯(lián)機室內(nèi)機（制冷量2.2kW，標準風量500m3/h）為例[1]。設(shè)室內(nèi)設(shè)計溫度為t=26℃，相對濕度為?=55%，南京夏季室外計算溫度t=35℃，相對濕度=75%，室內(nèi)機的機器露點為t=12℃，相對濕度=95%，最小新風量計算按總風量的10%。根據(jù)室內(nèi)外空氣參數(shù)即可確定新風W點和室內(nèi)N點，O點的確定可按新風比10%確定其焓值；新回風混合點O經(jīng)過表面式冷卻器冷卻去濕到送風狀態(tài)點1（即機器露點），沿熱濕比線至室內(nèi)狀態(tài)點N，送入室內(nèi)吸熱吸濕，然后再與新風混合至狀態(tài)點O[2,3]，如此循環(huán)（如圖1）。

圖1 新風滲透混合循環(huán)h-d圖

由空氣的h-d圖可查得各狀態(tài)點含濕量為：

d=11.5g/kg

d=26.5g/kg

1=8.2g/kg

d=12.7g/kg

則室內(nèi)機的冷凝水量為：

=Δ/1000=(d-1)/1000 （1）

式中，為冷凝水量，kg/h；為空氣密度，取1.2kg/m3；為循環(huán)風量，取500m3/h。

計算出GMV-NH22PL/B型空調(diào)器的冷凝水量為2.70kg/h。同理，還可計算制冷量為2.8kW、3.6kW和4.5kW的同型號空調(diào)冷凝水的生產(chǎn)量，見表1?？梢钥吹揭粋€小小的戶式中央空調(diào)一天工作10h，可以產(chǎn)生27～37kg的冷凝水。

表1 戶式中央空調(diào)系統(tǒng)冷凝水量

2 風機盤管加新風系統(tǒng)產(chǎn)生冷凝水量的計算

以松下BV-F403風機盤管（制冷量3.5kW，標準風量570m3/h）為例，計算冷凝水量[4]。設(shè)室內(nèi)設(shè)計溫度為t=26℃，相對濕度為=55%，南京夏季室外計算溫度t=35℃，相對濕度=75%，風機盤管的機器露點為t=12℃，相對濕度為=95%，設(shè)新風經(jīng)過新風機組處理到室內(nèi)空氣等焓線，相對濕度為95%的狀態(tài)點2，最小新風量按總風量的10%計算，即63m3/h。根據(jù)室內(nèi)外空氣參數(shù)確定室外W點和室內(nèi)N點，室內(nèi)狀態(tài)點N經(jīng)過表面式冷卻器冷卻去濕到風機盤管送風狀態(tài)點1（1點在W點和2點的延長線上），與狀態(tài)點2的新風按比例混合至送風狀態(tài)點O后沿熱濕比線送入室內(nèi)至室內(nèi)狀態(tài)點N[5,6]，如此循環(huán)（如圖2）。

圖2 新風補充混合循環(huán)處理過程焓濕圖

由空氣的焓濕圖可查得各狀態(tài)點含濕量為：

d=11.5g/kg

d=26.5g/kg

d=8.2g/kg

2=13.8g/kg

則風機盤管的冷凝水量為：

=[(d-d)+ρV(d-2)]/1000 （2）

式中，V為新風量，63m3/h；為室內(nèi)回風風量，570m3/h；，同(1)式。

可以計算出BV-F403的冷凝水量為3.22kg/h，同理可計算BV-F603，BV-F803，BV-F1003的冷凝水產(chǎn)量，見表2。

表2 風機盤管冷凝水量

以上計算出來的是空調(diào)冷凝水的最大理論流量，而實際流量與空調(diào)的實際運行狀況有關(guān)。假定南京某商務(wù)樓為4.8m×8.6m×3.3m（長×寬×高）的辦公室，在辦公室辦公人員一天滯留的時間為10h，風機盤管加獨立新風的形式空調(diào)（循環(huán)方式如圖2所示），空調(diào)實際運行過程中產(chǎn)生的冷凝水需要考慮一下幾個因素。

（1）風機盤管需要附加產(chǎn)生的冷凝水量1：在空調(diào)剛運行時，由于室外的空氣通過各種途徑如沒有緊閉的門窗和縫隙滲漏到室內(nèi)，室內(nèi)空氣的各種相關(guān)參數(shù)與室外空氣幾乎一樣，風機盤管會產(chǎn)生大量的冷凝水[7]。

1=(d-d)=1.2×136.22×(26.5-11.5)/1000=2.45kg

式中，為處理空氣量，即等于房間的體積4.8m×8.6m×3.3m=136.22m3。

（2）室內(nèi)人員的散濕量2：根據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》按高級辦公室考慮，人員密度要求8m2人，每人散濕量按120g/h計，常居辦公室人員以5人計，這些人員一天的散濕量2將析出成為冷凝水。

2==5×0.120×10=6kg

式中，為人數(shù)；為成年男子散濕量，kg/h；為時間，h。

（3）新風處理過程中產(chǎn)生的冷凝水3：新風量標準取每人30m3/h。

3=ρV(d-2)=1.2×30×5×(26.5-13.8)/1000×10=22.86kg

式中，V為新風量，每人30m3/h。

（4）每天的總冷凝水量W：

W=1+2+3=31.31kg

其中新風處理過程中產(chǎn)生的冷凝水量占73%，室內(nèi)人員散濕產(chǎn)生冷凝水量占19%，室內(nèi)空氣產(chǎn)生冷凝水量占8%。

由此可以算出每單位空調(diào)面積上產(chǎn)生的冷凝水量為：

=W/=31.31/（10×3600×4.8×8.6）=2.11×10-5kg/(m2·s)。

式中，為空調(diào)面積，即等于房間的面積4.8m×8.6m=41.28m2。

空調(diào)面積如果是10000m2的辦公建筑，一天則可以產(chǎn)生約7.58t的空調(diào)冷凝水量。數(shù)據(jù)十分可觀。

3 冷凝水的回收利用

空調(diào)冷凝水作為水資源，其比自來水更純凈,可以廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)，冷卻塔補水系統(tǒng)、城市綠化用水及景觀用水等。

3.1 城市綠化用水

隨著城市建設(shè)向生態(tài)化發(fā)展的趨勢，城市綠化面積大量的增加，據(jù)相關(guān)規(guī)定，城市新建小區(qū)的綠化率不得低于30%，舊小區(qū)改造綠化率不得低于25%，隨著城市綠化率的增長、綠化面積的不斷增大，綠化用水量將大幅增加。解決此問題的方法除了采用節(jié)水型灌溉技術(shù)噴灌或者滴灌，也有采用選用耐旱草來節(jié)約水量的方法。那么，現(xiàn)在可以采用空調(diào)冷凝水來進行綠地灌溉，可大大節(jié)約水資源。

將空調(diào)系統(tǒng)冷凝水用于城市綠化用水可行，主要原因如下：第一，根據(jù)計算可知，一個占地8500m2的11層辦公樓，全天可產(chǎn)生冷凝水量為21m3左右，城市綠化用水量一般為2L/(m2?d)，照此計算，每天可服務(wù)綠化面積達10000m2之多，其遠遠大于其綠化率[8]。第二，空調(diào)冷凝水的水質(zhì)標準完全滿足城市綠化用水灌溉，不需用專門水處理。第三，冷凝水作為城市綠化用水敷設(shè)管道較易，整個回收裝置僅需投資儲水設(shè)備、管道和閥門等，投資較小，經(jīng)濟、簡單。

3.2 用于冷卻塔補水

中央空調(diào)系統(tǒng)的冷卻塔由于與室外直接相通，并靠水的汽化來降溫，因此每天都會消耗大量的自來水所以需要用大量的自來水來補水，而中央空調(diào)冷凝水具有溫度低、雜質(zhì)少、含鹽量低、產(chǎn)量大的特點。冷卻塔的回水溫度一般為32℃，而冷凝水的溫度通常為10～15℃，將其冷凝水回用于冷卻塔補水，大大提高了冷卻塔的制冷運行效率和冷卻能力，節(jié)約了電能的耗量和自來水量[8]。

例如，南京某辦公樓，設(shè)計冷負荷為1981kW，空調(diào)面積為10588m2，兩臺制冷量為1680kW的冷水機組，2臺循環(huán)水量410m3/h冷卻塔，其冷卻塔補水量為11m3/h(11000kg/h)。根據(jù)前面計算的單位空調(diào)面積上產(chǎn)生的冷凝水量，可以得出冷凝水量為803kg/h。冷凝水量為補水量的7.3%。水價格為3元/t，每天運行10h，運行6個月，則每年可以節(jié)約水費4336元。由于冷凝水都采用冷凝水管集中排放，收集比較容易，只需要一個蓄水箱和水泵就可以了，一年就可回收成本。因此，若在空調(diào)冷凝水系統(tǒng)收集設(shè)計中將收集的冷凝水用于冷卻塔補水，將可起到節(jié)能和節(jié)水作用。

3.3 用作景觀用水

近年來新建的各個居住小區(qū)和公共建筑大都設(shè)置了水景，水景可以讓人感覺環(huán)境優(yōu)美和宜人的氛圍，但其用水量很大，因此可以考慮空調(diào)冷凝水回收的水來送入水景系統(tǒng)，其用過的池水還可以繼續(xù)作為城市綠化水加以利用。

將空調(diào)冷凝水作為景觀用水的方法已經(jīng)有很多成功的實例。例如，對于建筑內(nèi)設(shè)有水景的，可以專門設(shè)置冷凝水立管，通過立管將收集到的冷凝水送入景觀用水的水箱，從而實現(xiàn)景觀用水的補充[9]。

4 注意問題

空調(diào)冷凝水在中央空調(diào)機組的表面式冷卻器（蒸發(fā)器）上形成和流動的過程中會攜帶污染物和細菌。冷凝水如果直接用于冷卻塔補充水系統(tǒng)，相關(guān)消毒處理可以不用，但若要先將冷凝水儲存在蓄水池中，則必須用臭氧或氯進行消毒。

其次，空調(diào)冷凝水是一種高度純凈的水，其腐蝕性比地表水、地下水更強烈，因此承載空調(diào)冷凝水的相關(guān)的容器及輸送管道必須考慮采用抗腐蝕的材料。

5 總結(jié)及結(jié)論

（1）本文對戶式中央空調(diào)和中央空調(diào)系統(tǒng)（新風加風機盤管）的冷凝水發(fā)生量進行了理論計算，并以西安某高級辦公樓為例，計算出單位空調(diào)面積上產(chǎn)生的冷凝水量為1.93×10-5kg/(m2?s)。其中新風處理過程中產(chǎn)生的冷凝水量占74%，室內(nèi)人員散濕產(chǎn)生冷凝水量占19%，室內(nèi)空氣產(chǎn)生冷凝水量占7%。

（2）空調(diào)中回收的冷凝水可以作為冷卻塔補充水，城市綠化用水和景觀用水。經(jīng)舉例計算分析，結(jié)果表明，投資的回收系統(tǒng)設(shè)備一年即可收回成本，其節(jié)能和節(jié)水效果明顯。

（3）空調(diào)冷凝水是一種高度純凈的水，腐蝕性強，必須考慮采用防腐蝕材料；同時也可能攜帶污染物和細菌，應(yīng)根據(jù)具體情況對冷凝水進行消毒處理。

總之，空調(diào)系統(tǒng)冷凝水的回收利用技術(shù)，既回收了冷凝水本身，又利用了其熱量，達到了節(jié)水節(jié)能效果。在我國東南部，比西北部的氣候要濕潤很多，且空調(diào)使用頻繁度更高，因此在我國東南部空調(diào)冷凝水的回收利用潛力更大。但對于我國西北部，由于是干旱地區(qū)，如果能很好的利用空調(diào)冷凝水，其影響意義更加深遠，更值得我們空調(diào)專業(yè)人員深思。

[1] 陳楠,申江,鄒同華.房間空調(diào)器冷凝水的利用和節(jié)能[J].暖通空調(diào),2003,33(2):117-118.

[2] 張?zhí)?肖洪海,譚成斌.小型分體式空調(diào)器冷凝水利用與節(jié)能實驗探索與研究[J].制冷與空調(diào),2006,(2):1-4.

[3] 金聽祥,張彩榮.冷凝水在家用空調(diào)中回收利用技術(shù)的研究進展[J].低溫與超導,2016,(1):41-45.

[4] 何志豪,王龍,黃偉雄.中央空調(diào)冷凝水回收利用工程實例與分析[J].建筑節(jié)能,2008,36(12):22-24.

[5] 李景帥,董忠國.淺述商場中央空調(diào)冷凝水回收利用[J].建筑技術(shù)研究,2012,(10):62.

[6] 李琦,翁榮華.夏季空調(diào)冷凝水回收利用方案的實施[J].能源工程,2006,(2):59-61.

[7] 張麗潔,楊晚生.空調(diào)系統(tǒng)冷凝水的回收利用分析[J].暖通與空調(diào),2011,39(8):14-29.

[8] 歐陽生春,張文宇,蔡龍俊.空調(diào)冷凝水作為水資源的回收利用[J].能源技術(shù),2006,27(6):268-270.

[9] 李建堯.某酒店夏季空調(diào)冷凝熱回收系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟分析[J].制冷與空調(diào),2016,(4):423-426.

Research on Recycling and Utilization Technology of Condensate Water as Water Resources in Air Conditioning System

Cao Zhenhua

( Shaanxi Institute of Technology, Xi’an, 710300 )

This paper calculates the production of condensate water in household air-conditioning and central air-conditioning system terminal devices (fresh air plus fan coil unit) through theoretical analysis, and introduces the feasibility and precautions of the recycling and utilization of condensate water as urban greening water, cooling tower supplementary water, landscape water, etc.

air conditioning system; condensate water; water resources; recycling

TU831.6

A

1671-6612（2019）05-509-04

陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院自然科學專項研究項目《空調(diào)系統(tǒng)冷凝水回收利用技術(shù)研究》（項目編號：Gfy18-08）

曹振華（1978.02-），男，研究生，副教授，E-mail：106741438@qq.com

2018-12-24