中央空調(diào)冷凝水回用研究

摘 ?要：空調(diào)冷凝水一直以來被認為是空調(diào)系統(tǒng)中的副產(chǎn)物，作為一種負擔被處理，冷凝水沒有起到應有的價值，甚至帶來了負面的社會影響。如果它可以被回收，它將這將是回收大氣水的非常有效的節(jié)水節(jié)能方式。本文通過對空調(diào)冷凝水產(chǎn)生的原理、產(chǎn)水量、水質(zhì)的分析及對空調(diào)冷凝水回收方式優(yōu)缺點的對比，研究空調(diào)冷凝水的回用用途。關(guān)鍵詞：空調(diào)冷凝水;中水回用;中央空調(diào)

中圖分類號：TU831 文獻標識碼：?A 文章編號：1671-2064（2019）17-0000-00

1 空調(diào)冷凝水產(chǎn)水量及水質(zhì)

1.1空調(diào)冷凝水產(chǎn)生原理

空調(diào)冷凝水是由空調(diào)送風空氣中的水蒸氣液化產(chǎn)生的。空氣中溫濕度存在一個臨界范圍，即露點溫度，當空調(diào)的蒸發(fā)器或者線圈或管板的表面溫度比空氣露點溫度低的時候，空調(diào)送風空氣里的水汽將會液化，在空調(diào)的蒸發(fā)器上形成液態(tài)膜，并且持續(xù)和周圍的介質(zhì)進行熱質(zhì)交換，不斷產(chǎn)生液態(tài)水，也就是通常意義上的空調(diào)冷凝水。一般空調(diào)冷凝水會被收集到積水盤并通過管道排放到外部。冷凝水生產(chǎn)過程中實際上是蒸發(fā)器的表面上的空氣和冷凝薄膜的熱傳質(zhì)過程。冷凝水產(chǎn)生的原理如圖1所示。

1.2空調(diào)冷凝水產(chǎn)水量

1.2.1空調(diào)冷凝水的理論產(chǎn)水量

在實際生活中，空調(diào)冷凝水的產(chǎn)水量和很多室內(nèi)外環(huán)境參數(shù)有關(guān)，如空調(diào)循環(huán)的風量、室內(nèi)溫濕度、新風比、新風溫濕度、機器露點溫度、空調(diào)的產(chǎn)冷量等。國內(nèi)外研究人員^[1]對空調(diào)冷凝水的產(chǎn)水進行了研究，研究發(fā)現(xiàn)，在一定新風比下，如果空調(diào)送風量含濕量小于空調(diào)混合風含濕量，冷凝水便會產(chǎn)生;除此以外，相同室內(nèi)外環(huán)境溫濕度情況下，當空調(diào)的送風量足夠大，也可能會出現(xiàn)在環(huán)境溫濕度臨界范圍以下有冷凝水產(chǎn)生的現(xiàn)象。根據(jù)研究人員的研究，空調(diào)冷凝水的理論產(chǎn)水量計算公式如下：

式中： m—冷凝水質(zhì)量

d_混合—混合風含濕量

d_送風—送風含濕量

上述算出的空調(diào)冷凝水產(chǎn)水量是通過在穩(wěn)定狀態(tài)下的空氣調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的理論水體積：穩(wěn)定干球溫度、相對濕度和固定空氣供給量闡釋的理論水量。由于室外干球溫度和相對濕度都在不斷變化，相應的空氣供給的溫度和供給量也會不斷變化，所以由冷凝產(chǎn)生的冷凝水的量是連續(xù)不穩(wěn)定。然而，在一般情況下，冷凝物的生成量由室外濕空氣的熱性能和空氣的供給量來確定。溫度越高，更大的濕度，較大的空氣供給量，和更大的冷凝物的生成量。

1.2.2中央空調(diào)系統(tǒng)冷凝水產(chǎn)水量

中央空調(diào)系統(tǒng)的空調(diào)冷凝水的水量一般通過估算其制冷負荷的方式進行估算。一般情況下，當空調(diào)的制冷負荷為1000W·h時，每小時能夠產(chǎn)生0.4～0.8kg的冷凝水^[2]。

然而，對于一些建筑類型比較復雜的建筑，用簡單的制冷負荷往往不能準確的計算，這類建筑的空調(diào)冷凝水的估算則會根據(jù)空調(diào)的占比面積以及該建筑的冷負荷指標進行制冷負荷估算。各用途建筑空調(diào)面積占比如表1所示，冷負荷指標如表2所示。

例如，酒店的空調(diào)面積占比取80%，假設(shè)酒店總建筑面積為40000平方米，酒店冷負荷估值按100W/m²計算，工作時間為每天10小時，并且制冷能力按1500W·h產(chǎn)生0.9千克的冷凝水進行估算，那么這個酒店產(chǎn)生的冷凝水量為：40000×80%×100×0.9×10/1500=19200kg/d≈20m³/d。

1.3 空調(diào)冷凝水水質(zhì)

從理論上講，空調(diào)冷凝水應該是一種高純度的水，是由空氣中的水蒸氣直接凝結(jié)形成的。但事實上，在冷凝水產(chǎn)生的過程中，環(huán)境空氣中顆粒、懸浮物、微生物、各種化學物質(zhì)等都會一同被冷凝水吸收，因此空調(diào)冷凝水的水質(zhì)對空氣污染的變化具有高度敏感性，其化學成分十分復雜。

根據(jù)對冷凝水的水質(zhì)分析，對于建筑雜用水或城市雜用水來說，冷凝水的質(zhì)量是不錯的。考慮到冷凝水可以與軍團菌進行混合，從安全角度考慮出發(fā)，冷凝水還需要進行殺菌消毒后，才可再用于沖洗、綠化、冷卻塔用水和景觀用水。

2 空調(diào)冷凝水回收技術(shù)

空調(diào)冷凝水回收處理技術(shù)主要采用冷凝、吸附解吸和對流三原理提取水源。冷凝的主要方式就是把冷凝部件的表面溫度降低到低于環(huán)境露點溫度，常用的兩種方法有人工制冷/熱泵系統(tǒng)和輻射冷卻。人工制冷系統(tǒng)是回收空調(diào)冷凝水最為常用的方法。典型的制冷系統(tǒng)至少需要四個部件：壓縮機、蒸發(fā)器、膨脹閥和制冷劑。吸附的方法回收空調(diào)冷凝水主要是通過使用干燥劑蘇打水，蘇打水分有液體干燥劑和固體干燥劑兩種。固體干燥劑具有比液體干燥劑的較大的比表面積，并且水分子也冷凝在由靜電吸附的孔隙。液體干燥劑和固體干燥劑不同。在蒸氣壓力梯度的作用下，水蒸氣被吸附到液體表面形成相變變成液態(tài)水。對流提取冷凝水主要使用塔式結(jié)構(gòu)進行誘導與控制，塔式結(jié)構(gòu)的的誘導與控制是填充有潮濕空氣的垂直管裝置，當濕空氣以高速噴射到大氣中時，垂直管內(nèi)的溫度突然下降到露點溫度以下以形成冷凝水^[3]。三種冷凝水回收方法的優(yōu)缺點如表3所示。

3 空調(diào)冷凝水的用途

由于空調(diào)冷凝水有溫度低以及水質(zhì)較高的特點，目前，空調(diào)冷凝在國內(nèi)外的回收主要分為兩個方向，即冷凝水冷量回收和冷凝水水量回收。利用空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的冷凝水的量，將冷凝水回用作一種中水水源，可用于沖洗用水、冷卻塔水用水、綠化用水、景觀用水、地下水和工業(yè)冷卻水。

3.1沖洗用水

沖洗用水一般具有使用量大、使用量較為穩(wěn)定的特點，其水質(zhì)要求較低。在公共場所，如車站大廳、機場、商場等，由中央空調(diào)中產(chǎn)生的冷凝水的水量充足，且由坐便器、小便器等產(chǎn)生的沖洗水所需要的量相對較大。由于冷凝水的質(zhì)量是好的，它滿足了沖洗水有關(guān)指標要求，所以冷凝水用于沖洗是用冷凝水的一種回收利用途徑。

3.2冷卻塔用水

冷卻塔補水耗水是冷卻塔使用過程中的一個耗水環(huán)節(jié)，其用水對水質(zhì)要求相對較低。對于有中央空調(diào)系統(tǒng)冷卻塔，中央空調(diào)每天不僅產(chǎn)生大量的冷卻水，并且冷卻水的水溫較低、水質(zhì)符合冷卻塔水質(zhì)要求，作為冷卻塔補水不僅節(jié)約了水資源還節(jié)約了能耗。空調(diào)冷凝水是冷卻塔補水的優(yōu)質(zhì)水源，冷凝水的冷量和水量均得到充分利用。

3.3綠化用水

目前，城市建設(shè)有向生態(tài)化發(fā)展的趨勢，導致城市綠化面積大幅增加。根據(jù)《城市居住區(qū)規(guī)范設(shè)計規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，新區(qū)建設(shè)的綠化率需要大于30%，舊區(qū)改造的綠化率需要大于 25%。在這種情況下，使用冷凝水進行綠化和澆水是可行的。一般 10層辦公樓產(chǎn)生的冷凝水面積為8000平方米，遠遠大于綠化所需的水量，而且冷凝水的水質(zhì)完全符合綠化灌溉水的水質(zhì)標準。直接使用中央空調(diào)冷凝水進行綠地澆灌有著低成本、變廢為寶等優(yōu)點。

3.4景觀用水

水景是一種 景觀和給水、排水的有機結(jié)合，有創(chuàng)造優(yōu)美環(huán)境和宜人氣氛的功能。近些年，在很多公共建筑或者一些居民小區(qū)內(nèi)經(jīng)常能見到水景設(shè)施。這些水景設(shè)施的用水水量也相當驚人。對于人流量較大的公共建筑來說，景觀用水是空調(diào)冷卻水利用的理想對象。

3.5補充地下水

地下水是十分寶貴的人類水資源，在我國，特別是那些缺水城市中，人們生產(chǎn)生活所用的自來水往往都是由城市地下水所提供的，但由于長時間地使用地下水，導致地下水的水位正在每年持續(xù)下降。回收利用空調(diào)冷凝水可以補充調(diào)蓄地下水水量，防止地面下沉以及海水倒灌等現(xiàn)象，改善我們的生態(tài)環(huán)境。

3.6工業(yè)冷卻用水

工業(yè)園區(qū)內(nèi)一般都會設(shè)有中央空調(diào)系統(tǒng)，在設(shè)有中央空調(diào)系統(tǒng)的工業(yè)園內(nèi)，可以回收利用空調(diào)冷凝水，將冷凝水用作工業(yè)循環(huán)冷卻水補水。用空調(diào)冷凝回收水作為循環(huán)冷卻水的補水冷卻工業(yè)設(shè)備，可大大節(jié)約投資成本，經(jīng)濟效益良好。

4 結(jié)語

空調(diào)冷凝水，作為一種非常規(guī)水資源，被認為是空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的負擔，沒有起到應有的價值，甚至帶來了負面的社會影響。如果它可以被回收，它將這將是回收大氣水的非常有效的節(jié)水節(jié)能方式。空調(diào)冷凝水有更好的水質(zhì)，更水的生產(chǎn)和水溫較低的優(yōu)勢。回收利用空調(diào)冷凝水可以大大提高水資源利用率。

參考文獻

[1]朱娟娟.空調(diào)冷凝水回收利用潛力及處理技術(shù)研究[D].北京建筑大學，2018.

[2]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[3]張蓓蓓.建筑空調(diào)系統(tǒng)冷凝水與冷卻水的綜合利用研究[D].天津大學，2013.

收稿日期：2019-07-23

^*基金項目：項目名稱：上海市建設(shè)項目節(jié)水評估方法研究，項目類型：上海建科檢驗有限公司科研創(chuàng)新項目，項目編號：HT0018005F850。

作者簡介：范俊杰（1991—），男，上海人，本科，工程師，研究方向：建筑節(jié)水。