空調冷凝水回收利用計算方法及節能分析

2017-06-06 10:38:58陳艷秋

中國建筑科學 2017年5期

摘要：提出采用公式法計算冷凝水理論產生量，并通過實驗得出理論產生平均值與冷凝水的實際產生平均值的相對誤差，驗證了公式法計算冷凝水理論產生量的快速可靠性。分析了家用空調器在運行時冷凝水的產生量和水溫冷卻冷凝器后空調器的節能效果變化。

關鍵詞：冷凝水；產生量；公式法；節能效果

Abstract：A formula method for the calculated theoretical values of condensed water quantity is presented. Drawing a conclusion about the relative error between theoretical and actual average value of condensed water through experiments， and verifying the convenience and reliability of theoretical values of condensed water quantity by the formula methodWe analyzed the generant quantity of condensed water and cooling capacity during the operation of household air-conditioner， and the change of energy consumption andcooling capacity of air-conditioner after condensed water cooling condenser.

Keywords：household air-conditioner，formula method，theoretical quantity of condensed water，Actual quantity of condensed water，Condensed water temperature.

前言

隨著我國經濟快速發展和城鎮化建設的不斷推進，小高層和高層建筑的不斷涌現，家用空調利用數量急劇增加，大多數家用空調所產生的冷凝水采用隨意排放方式，既造成環境污染和生活不便，也浪費了冷凝水產生的冷量和水量。由空氣調節原理可知，當空氣流過空調蒸發器時，其表面溫度低于空氣露點溫度，就會產生冷凝水。目前，有研究者對冷凝水回收再利用提出了多種方法，然而對冷凝水理論產生量的計算，大部分的計算方法均通過假定或者設計的狀態參數并采用查焓濕圖，增加了數據處理的人為誤差可能性。本文對某一臺家用空調器進行實驗研究，通過所測得的運行狀態參數采用公式法計算冷凝水理論產生量，并測得家用空調器運行時冷凝水實際產生量，驗證公式法計算冷凝水理論產生量的可靠性，且通過測得的實際冷凝水產生量的水量和冷量分析其可回收利用的價值。

1.冷凝水產生量計算方法

1.1 查焓濕圖法

在對冷凝水理論產生量的計算研究中，很多研究者均采用通過溫濕度查焓濕圖得到其狀態參數下空氣的含濕量，其室內空氣狀態參數按空調房室內設計標準選取，而室外狀態參數按當地室外空氣設計參數選取，通過室內（回風）和室外（新風）溫濕度查焓濕圖得到回風和新風狀態點下空氣的含濕量，將新風與回風按比例混合確定回風狀態點，根據機器的送風狀態點，進而計算出空調器冷凝水理論產生量。而在查焓濕圖過程中增加了人為誤差，且用設計狀態參數最終得到的冷凝水理論產生量與空調器在實際運行中所產生的冷凝水量有很大的誤差，因為空調器在實際運行中，新風、回風等各點狀態參數是變化的，則冷凝水理論產生量也在變化。當有多組各狀態點參數通過查焓濕圖方法計算冷凝水理論產生量時，將耗費計算人員大量的時間。針對查焓濕圖法計算冷凝水理論產生量存在的誤差及耗時的缺陷，提出通過測量空氣狀態參數，采用快速計算冷凝水理論產生量的公式法。

1.2 公式法

單純的求濕空氣的狀態參數用公式計算即可滿足要求，而戈夫-格雷奇公式是國內外常用且最為準確[1]，采用常用求飽和水蒸汽分壓力經驗公式，通過所測得的回風（室內）、新風（室外）及送風溫度計算出各自溫度下飽和水蒸氣分壓力，再

結合其相對濕度計算出其含濕量：，

從而得到冷凝水生成量。

戈夫-格雷奇（Goff-Gratch）公式[1]

2.冷凝水理論產生量與實際產生量

2.1 實驗對象

本文以KFR-50LW/（50520）Aa-2型空調器為實驗對象（額定制冷量為5200W，標準制冷功率為1530W，能效比為3.4，循環風量為930m3/h）。空調設定26℃進行實驗研究，風速模式選定低速運行，經檢測送風量為500 m3/h。本實驗空調房間無獨立的新風系統，在實驗期間，門窗均為關閉狀態，室內新風主要通過門窗縫隙進入室內，新風量按送風量q的10%計算，

即。實驗測試時間從上午10：30到下午5：30，每

隔一小時記錄一次數據，同時測試冷凝水實際產生量。

2.2 冷凝水理論產生量計算

以11：30所測得的實驗數據為例，室內回風溫度為26.6℃，相對濕度為79.4%，利用戈夫-格雷奇公式計算得出飽和水蒸汽分壓力，含濕量

通過前面計算，空調冷凝水產生量與室內外溫濕度、新風比和空調自身性能參數等因素有著密切關系。對于實驗空調房間，新風比與送風量未發生較大變化，通過所測試記錄的各點狀態參數運用Excel對冷凝水理論產生量進行計算，如表1所示。

從表1中可知，冷凝水量隨著時間的變化由少到多，再由多到少，在14：30時間點上冷凝水量最多，高達1607.38g/h，從10：30到17：30時間段內冷凝水量實驗計算平均值為678.78g/h。

2.3 冷凝水理論產生量與實際產生量對比分析

冷凝水實際產生量每隔一小時測量一次，測試結果如圖1所示。

由圖1可知，測試時間段內，冷凝水實際產生量由少到多，再由多到少，與公式法計算的冷凝水理論產生量變化趨勢基本一致，冷凝水實際產生量平均值為670g/h，與冷凝水理論產生量平均值相對誤差為1.29%。可見，通過飽和水蒸汽分壓力公式計算得出含濕量，從而得出的冷凝水理論產生量與實際產生量基本相等，利用excel采用公式法既減少查焓濕圖方法所增加的人為誤差，也能提高數據處理效率，節省計算時間。

3.冷凝水冷卻冷凝器效果分析

冷凝器常見的冷卻方式有：水冷、風冷和蒸發式冷卻。一般家用空調多數采用風冷式，但蒸發冷卻的傳熱系數更高，且在通過情況下，冷凝器能蒸發的水量遠大于空調運行時所產生的冷凝水量[2]，使用冷凝水冷卻冷凝器時，會形成蒸發式和風冷式的混合冷卻方式，因有水的汽化潛熱的影響，這種混合式的傳熱效果應高于單一的風冷式冷卻。在冷凝器其他條件不變的情況下，冷凝水產生量和水溫對冷卻冷凝器有著重要影響。

利用冷凝水直接冷卻冷凝器，冷凝器散熱量理論上有兩部分組成：一部分是冷凝水汽化潛熱的散熱量，另一部分為空氣所帶走的熱量。以本例空調為

3.1 冷凝水產生量冷卻冷凝器效果分析

因冷凝器能蒸發的水量遠大于空調運行時所產生的冷凝水量，根據圖1冷凝水實際產生量的變化，假設不考慮冷凝水低溫水對原系統影響，40℃時水的汽化潛熱為2406J/g冷凝水汽化潛熱的散熱量變化如圖2，冷凝水汽化散熱量最大達781.95W，最小為60.15W。

分別為233.47W和2007.56W，由此得到不使用冷凝

水冷卻冷凝器條件下散熱量分別為1027.28W和8833.26W。此時兩個測試點汽化潛熱散熱量為60.15W和781.95W，若用冷凝水冷卻冷凝器，則散熱效率在冷凝水實際產生量最少的情況下散熱效率至少提高60.15/1027.28=6%，在冷凝水實際產生量最多的情況下散熱效率至少提高781.95/8833.26=9%。

3.2 冷凝水水溫冷卻冷凝器效果分析

根據測試得不同時間點冷凝水水溫見圖3。

由圖3可知，冷凝水水溫最低可達18.4℃，且冷凝水水溫越低，冷凝水汽化潛熱的散熱量越大，則用于空氣冷卻的熱量越小，冷凝器平均傳熱溫差

則冷凝器散熱量越大，制冷量越大，能效比越高。冷凝工作溫度每降低1℃，單位制冷量功耗減少3%～4%[3]，由測試出冷凝水水溫最高為25.5℃，冷凝水最高出水溫度遠小于冷凝工作溫度，即利用冷凝水水溫可使冷凝工作溫度降低，假設冷凝工作溫度降低1℃時，此空調器新的能效比

效利用冷凝水的產生量和水溫，既可以提高冷凝器的散熱效率，也可以提高空調的能效比。

4.結論

通過公式法能夠快速計算出冷凝水在不同狀態點下的理論產生量，得到冷凝水理論產生量平均值為678.78g/h，并用冷凝水實際產生量平均值為670g/h證明了公式法的可靠性。

根據測得冷凝水實際產生量用于冷卻冷凝器分析，散熱效率在冷凝水產生量最少的情況下散熱效率至少提高6%，在冷凝水產生量最多的情況下散熱效率至少提高9%。

冷凝水出水溫度能夠降低冷凝器的冷凝溫度，當冷凝度降低1℃時，本實驗空調器新的能效比提高到3.51～3.54。

參考文獻

[1] 周西華、梁茵、王小毛、周令昌.飽和水蒸汽分壓力經驗公式的比較[J]. 遼寧工程技術大學學報，2007.26（3）：331-333

[2] 姬利明、祁影霞、歐陽心萍.家用空調冷凝水節能利用探討[J].制冷技術，2011，39（5）：53-56