某大廈中央空調(diào)冷凝水回收利用節(jié)能改造

文_曾浩然 深圳市寶鷹建設(shè)集團(tuán)股份有限公司

1 大廈中央空調(diào)系統(tǒng)概況

某大廈位于深圳市福田區(qū)CBD中央商務(wù)中心，是一幢超高層甲級(jí)寫字樓，空調(diào)使用面積72000m2，地面以上總高度193m。主樓部分地下4層，地上40層，分高、中、低三個(gè)區(qū)。主要用途為辦公寫字樓，同時(shí)設(shè)有銀行、高檔餐飲等商業(yè)機(jī)構(gòu)，是一座功能齊全、技術(shù)先進(jìn)、造型新穎的綜合性智能辦公大樓。每天供冷高峰期從早上（8:00-18:00），晚上（18:00-22:30）及節(jié)假日（8:00-22:30）的空調(diào)平均負(fù)荷約為高峰期的30%，空調(diào)系統(tǒng)能耗所占大廈總能耗比例較高，相關(guān)能源費(fèi)用支出較大。

該大廈的中央空調(diào)設(shè)計(jì)裝機(jī)容量為3346RT，共配置了4臺(tái)水冷式冷水機(jī)組，其中3臺(tái)離心式水冷機(jī)組，1臺(tái)螺桿式冷水機(jī)組，部分主要空調(diào)設(shè)備安裝位置、參數(shù)（見表1）。

表1 主要空調(diào)設(shè)備參數(shù)表

2 大廈冷凝水回收利用的可行性分析

進(jìn)行冷凝水回收節(jié)能改造，首先必須考慮冷凝水水質(zhì)是否達(dá)標(biāo)，其次需考慮現(xiàn)場施工條件，以及工程量、投入成本、回報(bào)率等。只有對(duì)上述因素予以充分調(diào)查、研究，才能做出合理的判斷和選擇，才能確保節(jié)能改造工程的順利實(shí)施。

2.1 冷凝水水質(zhì)及利用方式分析

為確?；厥盏睦淠疂M足冷卻水水質(zhì)要求，首先對(duì)冷凝水進(jìn)行了抽樣檢查，并出具了水質(zhì)檢驗(yàn)報(bào)告，結(jié)果表明冷凝水水質(zhì)酸堿度及各種離子濃度、細(xì)菌數(shù)等均合乎要求，是一種高品質(zhì)的空調(diào)冷卻水水源。

該大廈樓層冷凝水均采取集中排入本層管井地漏的方式排放。由于大廈各樓層平面布局基本一致，因此實(shí)施冷凝水回收利用只需按照大廈中、高區(qū)與低區(qū)兩個(gè)區(qū)分別進(jìn)行冷凝水收集，將冷卻塔安裝位置以上樓層的冷凝水直接收集至冷卻塔，冷卻塔以下樓層的冷凝水收集至水箱后再通過水泵將水泵入冷卻塔，即可完成對(duì)大廈冷凝水的回收利用。

2.2 全年空調(diào)負(fù)荷分布情況

首先對(duì)該大廈空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置情況進(jìn)行了綜合分析和研究，發(fā)現(xiàn)末端總冷負(fù)荷為明顯超出冷水機(jī)組的設(shè)計(jì)總冷負(fù)荷（Q總）3346RT，低區(qū)冷負(fù)荷約為總冷負(fù)荷的36%，高、中區(qū)冷負(fù)荷約為64%?？紤]到供冷季節(jié)的變化性，正常工作日高峰期、節(jié)假日及晚上冷負(fù)荷的差異，并結(jié)合冷水機(jī)組不同時(shí)段的實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷，將空調(diào)冷負(fù)荷根據(jù)環(huán)境氣候變化大體分為三個(gè)階段（見表2）。

表2 空調(diào)運(yùn)行各階段平均冷負(fù)荷

2.3 冷凝水水量、水費(fèi)計(jì)算

據(jù)《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50019-2003有關(guān)條文說明：“1kW冷負(fù)荷每小時(shí)約產(chǎn)生0.4～0.8kg冷凝水。在潛熱負(fù)荷較高的場合，每1kW冷負(fù)荷每小時(shí)約產(chǎn)生0.8kg左右的冷凝水?！痹摯髲B按平均每1kW冷負(fù)荷每小時(shí)產(chǎn)生0.6kg的冷凝水計(jì)算。

據(jù)大廈各階段空調(diào)冷負(fù)荷、每小時(shí)產(chǎn)生的冷凝水量、空調(diào)運(yùn)行時(shí)間，計(jì)算得出各階段冷凝水量（見表3）。

由表3可知，如對(duì)該大廈每年排入市政管網(wǎng)的冷凝水加以利用，可直接節(jié)約用水13459m3/a，節(jié)約水費(fèi)60566元（取綜合水價(jià)4.5元/m3）。

表3 大廈中央空調(diào)冷凝水量測算匯總表

3 電量、電費(fèi)節(jié)約分析

根據(jù)表1得知：空調(diào)轉(zhuǎn)輸泵電機(jī)功率為18.5kW/臺(tái),流量為30m3/h,冷卻塔補(bǔ)水泵電機(jī)功率為2.2kW/臺(tái),補(bǔ)水流量為30m3/h，則二者合計(jì)功率為20.7kW。

因高、中區(qū)的空調(diào)負(fù)荷為總冷負(fù)荷的64%，故高、中區(qū)的冷凝水回收水量為：13459m3×64%=8614m3（該部分冷凝水可直接進(jìn)入冷卻塔）。如通過空調(diào)轉(zhuǎn)輸泵和冷卻塔補(bǔ)水泵向冷卻塔補(bǔ)水8614m3，則2臺(tái)泵需連續(xù)運(yùn)行約為287h，需消耗電功率約為5941kWh。

由此可知，僅高、中區(qū)冷凝水收集一項(xiàng)一年便可節(jié)約空調(diào)補(bǔ)水電量5941kWh、節(jié)約冷卻水補(bǔ)水電費(fèi)6875元（綜合電價(jià)1.15元/kWh）。

4 冷凝水水溫及對(duì)冷水機(jī)組的影響

根據(jù)大廈空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明，其夏季室外設(shè)計(jì)參數(shù)為：空調(diào)計(jì)算干球溫度33℃，空調(diào)計(jì)算濕球溫度27.9℃；室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)為：溫度24～26℃，相對(duì)濕度40%～60%,新風(fēng)量30m3/h人。

根據(jù)新風(fēng)量的設(shè)計(jì)參數(shù)及風(fēng)機(jī)盤管技術(shù)參數(shù)得出：每臺(tái)風(fēng)機(jī)盤管新風(fēng)量約為150m3/h、回風(fēng)量為1500m3/h。由此可以確定新風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)和回風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)，并找到二者的混合點(diǎn)，混合點(diǎn)溫度為25.8℃,相對(duì)濕度53%，露點(diǎn)溫度15.5℃，由此可以得出冷凝水溫度為15.5℃，考慮到吸熱及溫升，取冷凝水溫度為16℃。

大廈中央空調(diào)冷卻塔進(jìn)、出水的設(shè)計(jì)溫度為32℃/37℃，冷卻系統(tǒng)總水量為85 m3,從空調(diào)使用的三個(gè)不同階段可知：第一、第二、第三階段正常工作時(shí)段單位時(shí)間內(nèi)空調(diào)冷凝水水量分別約為:2.1m3/h、3.5m3/h、5.6m3/h。

設(shè)各階段冷凝水（M1）的溫升為△T1，冷卻水（M2）的降溫為△T2，二者混合后溫度為T，根據(jù)式（1）：

可得：

即：

式中 C為水的比熱容，kJ/(kg·℃)。

由此可求得第一、二、三階段的混合冷卻水水溫分別為 31.7℃、31.4℃、31.0℃。即各階段冷卻水水溫分別降低了0.3℃、0.6℃、1.0℃。則月度加權(quán)平均降溫（T降）為：

由于冷卻水溫度降低，從而冷凝溫度也跟著降低。

根據(jù)分析可知：制冷循環(huán)過程中，在蒸發(fā)溫度不變的條件下，當(dāng)冷凝溫度降低時(shí)，單位質(zhì)量制冷量增加、功耗減少，即冷水機(jī)組的制冷量上升、功耗減少、制冷系數(shù)提高。結(jié)合機(jī)組的性能測試數(shù)據(jù)可知：當(dāng)機(jī)組冷凝水溫度由32℃降低至31℃時(shí)，機(jī)組產(chǎn)生同樣的制冷量所需功耗相應(yīng)降低約3%，當(dāng)機(jī)組冷凝水溫度由32℃降低至31.25℃時(shí)，機(jī)組產(chǎn)生同樣的制冷量所需功耗相應(yīng)降低約2.2%（按2%測算）。

5 冷凝水回收利用改造方案

由于冷卻塔位于第一避難層，所以中、高區(qū)冷凝水可通過水管井內(nèi)冷凝水主管直接引入第一避難層的冷卻塔塔盤；低區(qū)冷凝水通過水管井內(nèi)冷凝水立管及水平管引入地下室（負(fù)4層）冷凝水回收水箱，然后通過加壓水泵把水箱冷凝水泵入冷卻塔內(nèi)。在冷凝水回收水箱內(nèi)加裝液位浮球控制閥，通過浮球控制閥自動(dòng)控制水泵的啟停。同時(shí)，為確保冷凝水不至于因浮球控制閥失靈而導(dǎo)致冷凝水外溢造成浪費(fèi)，把水箱的溢水管直接引入冷卻塔的補(bǔ)水池，從而確保冷凝水的充分回收利用。

6 改造效果

改造工程實(shí)際投資費(fèi)用約36000元，基本合乎投資預(yù)期。工程實(shí)施一年后,對(duì)日常抄表數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，并將各階段冷凝水實(shí)際回收量與測算量進(jìn)行了對(duì)比，如表4所示。

表4 冷凝水實(shí)際回收量與測算量對(duì)比表

由表4可知：冷凝水實(shí)際回收量與測算量各階段偏差范圍在-6.7%～+3.9%之間，年平均偏差率約1%，整體效果符合預(yù)期。

根據(jù)日常冷凝水溫度測量，冷凝水水溫在15.5～16.5℃，與理論分析值16℃基本相符。冷凝水實(shí)際回收量為13588m3/a，冷卻塔補(bǔ)水泵實(shí)際節(jié)電6000kWh/a,空調(diào)主機(jī)實(shí)際運(yùn)行效率年平均提高2%左右，空調(diào)主機(jī)年節(jié)電約93000kWh。

實(shí)施該工程一年實(shí)際節(jié)省費(fèi)用為：冷凝水水費(fèi)+冷卻塔補(bǔ)水泵節(jié)約電費(fèi)+空調(diào)主機(jī)節(jié)約電費(fèi)=(13588m3×4.5元/m3)+(6000kWh×1.1元/kWh)+ (93000kWh×1.15元/ kWh)=174996元。

全年節(jié)約能源費(fèi)用174996元，超出投入費(fèi)用36000元，因此實(shí)施該工程3個(gè)月內(nèi)就可收回改造投資費(fèi)用。

7 結(jié)語

通過對(duì)空調(diào)冷凝水回收利用的節(jié)能改造，有效減少了空調(diào)冷卻水的消耗，改善了冷水機(jī)組的運(yùn)行條件，提高了機(jī)組運(yùn)行效率，降低了冷水機(jī)組的功耗；縮短了冷卻水補(bǔ)水泵的運(yùn)行時(shí)間，節(jié)約了電能，并減少了水泵的機(jī)械磨損，從而降低了維護(hù)成本。冷凝水回收利用節(jié)能改造工程不僅減少了企業(yè)的直接能源費(fèi)用支出，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也具有一定的環(huán)保價(jià)值。