夏季空調冷凝水回收利用技術及實踐分析

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室外機的工作溫度對空調運行耗能的影響。對空調冷凝水的產生和水量進行了分析和計算。重點提出了如何利用空調冷凝水達到節能降耗的目的，同時比較了幾種空調冷凝水的回收利用技術。

關鍵詞：空調 冷凝水 節能

中圖分類號：TU83 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）09（b）-0088-02

夏天，大多數空調產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。據統計，一臺3匹空調一天能排出將近50kg水，那么2000臺空調一天就能排放一個小型水庫的水容量。因此，空調冷凝水利用至關重要。水由液態蒸發變成氣態這一相變過程將會吸收大量的熱量，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，放入空調室外機的背后，利用水蒸發時帶走大量熱量可以降低冷凝器的工作環境溫度。目前市場上的大多數機型是分體式掛機或柜機，利用冷凝水冷卻冷凝器來節能很有意義。本文將對此進行研究。

1 可行性技術分析

由卡諾定理得制冷系數[1]：

（1）

由上式可知，外界消耗的電功W使空調房間的熱量Q2轉移到室外，卡諾機的制冷系數：

卡諾 （2）

當室內溫度T2不變時，室外的工作溫度T1越小，卡諾機的制冷系數越大。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。根據文獻[2]可知，室外機的工作溫度每降低1℃，單位制冷量功耗減少3%～4%。可見，在室內外溫度和其他條件不變的情況下，通過在室外機背后蒸發冷凝水吸熱降低冷凝器的溫度來達到節能降耗的目的是可行的，同時冷凝器溫度降低，對其使用壽命也有提高。

2 空調冷凝水的形成與水量計算

2.1 空調冷凝水的形成

當溫度低于空氣的露點溫度時，空氣中的水蒸氣就會冷凝變成冷凝水。正常工作的空調蒸發器表面溫度都低于空氣的露點溫度[3]。當空氣流經空調蒸發器或風機盤管表面時，空氣中的水蒸氣就會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]，新風與室內空氣混合后進入空調蒸發器或風機盤管冷卻到露點溫度[5]，空氣中的水蒸氣冷凝為水，露點空氣從送風口進入室內。則只要空調運行，其產生的冷凝水將源源不斷的流出。

2.2 空調冷凝水水量的計算

以四川省成都市某學校教學樓的一間辦公室為例，辦公室總面積15m2，高度3m。設置室內溫度分別為24℃、25℃、26℃、27℃、28℃和相對濕度分別為30%、40%、60%的情況。由《空調工程》（第二版）附錄4可查得：四川成都地區夏季空氣調節室外計算干球溫度31.9℃，計算濕球溫度26.4℃；夏季通風室外計算相對濕度70%。

以專業的浩辰軟件計算辦公室的室內濕負荷。依次設計房間參數，外墻（門窗）結構系數，人體設計參數，辦公室設備使用率密度，照明參數，同時考慮滲透空氣等。計算的結果以溫度為28℃，相對濕度為30%的辦公室為例，室內冷負荷為2083W，室內濕負荷為1.615kg/h。則不同辦公室的冷濕負荷結果見表1。

同時考慮辦公室門經常開關的情況，則需要加入新風濕負荷。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常開關，其換氣可達0.3次/h。設計辦公室總體積45m3，則折算出新風量Q為：

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

則新風濕負荷（kg/h）：

W新=新風量Q×（室外空氣含濕量d1-室內空氣含濕量d2） （4）

計算以房間設計溫度28℃，相對濕度60%為例：

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

總濕負荷=室內濕負荷+新風濕負荷=0.9599kg/h （5）

則不同參數辦公室的總濕負荷結果見圖1。

從圖1可以看出，假定室內外空氣相對濕度不變的情況下，室內外溫差越大，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。當冷凝水在空調室外機背后蒸發吸熱時，冷凝器工作溫度降低，室內外溫差減小，耗電量就越小，同時冷凝溫度降低，可改善壓縮機工作條件，延長其壽命。

3 冷凝水回收方案

3.1 具體實施

通過以上的分析，合理利用空調冷凝水不但可以節能降耗，而且能夠消除冷凝水對環境帶來的影響。具體實施方案見圖2。

如圖2所示在空調室外機背面放置大約室外機背面面積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水槽。上方水槽底部有許多漏水孔。整個裝置也都用鋼架固定，可立于空調室外機背后支撐支架。這樣冷凝水通過重力作用快速均勻的分布在水簾上，同時空調室外機背后向里面吸氣，通過熱空氣蒸發水簾上的冷凝水達到其蒸發吸熱的目的。

3.2 方案對比

采用回收冷凝水方案的空調機與普通空調機的對比如下。

（1）解決了空調室外機的漏水問題，避免了管道腐蝕、線路漏電帶來的經濟損失和人身安全問題。（2）節約了樓棟成本。假若采用普通PVC排水管，以10元/m的價格計算，對于一棟普通的十層住宅建筑就可節約約1400元管材成本。（3）減小了施工和安裝難度。在結構施工階段，給排水工程中孔洞的預留、預埋工作量大，常常出現預留孔洞高度、位置不準確的問題。在給排水安裝作業時發現問題，就在外墻上鑿洞，剔鑿建筑結構，甚至切斷受力鋼筋，影響建筑物的安全性能，并且浪費人力、物力。（4）改善了美觀性。空調預留洞要穿過管道和室外機電源線以及保溫裝置，并且在建筑結構上二次剔鑿，影響墻面美觀性。

相對于其他利用冷凝水的方案，本次方案更為節能且便于實施。

（1）本方案是單獨立于室外機的設備，不受室外機外形限制，且存在長度調節，節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用，定期隨時可更換。同時，設備也起到了顯著的節能降耗的目的，具有很大的可推行性。

參考文獻

[1] 石秉三.制冷及低溫技術[M].北京：機械工業出版社， 1981.

[2] 彭紅圃.空調系統中冷凝水的危害及防治[J].廣西土木建筑，1995（6）：61-63.

[3] 韓寶琦.制冷空調原理及應用[M].北京：機械工業出版社1996.

[4] 金蘇敏.制冷技術及其應用[M].北京：機械工業出版社1999.

[5] 朱明善.工程熱力學[M].北京：清華大學出版社，1999.endprint