夏季用中央空調(diào)系統(tǒng)冷凝水回收量的動態(tài)變化分析

騫鵬博 曹振華

夏季用中央空調(diào)系統(tǒng)冷凝水回收量的動態(tài)變化分析

騫鵬博 曹振華

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 西安 710300）

簡要介紹了夏季用中央空調(diào)系統(tǒng)冷凝水產(chǎn)生的特點(diǎn)和一般的利用方式。對中央空調(diào)系統(tǒng)冷凝水的產(chǎn)生途徑及產(chǎn)生量的大小進(jìn)行計算分析。以西安地區(qū)典型辦公類建筑為例，對中央空調(diào)在設(shè)計工況下產(chǎn)生的冷凝水量進(jìn)行靜態(tài)計算，然后利用能耗分析軟件DeST中西安地區(qū)的逐時氣象參數(shù)對夏季空調(diào)在運(yùn)行期產(chǎn)生可利用的冷凝水總量進(jìn)行動態(tài)計算模擬分析，從而為夏季用中央空調(diào)系統(tǒng)冷凝水利用方案的制定提供了相關(guān)依據(jù)及指導(dǎo)意見。

中央空調(diào)冷凝水；能量回收；動態(tài)變化量

0 引言

空調(diào)冷凝水是空調(diào)在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的。目前，大多數(shù)的處理空調(diào)冷凝水的方法是將其直接排放，這種做法帶來了很多的問題，諸如，水量的浪費(fèi)（尤其在缺水地區(qū)更為顯著），環(huán)境的污染等 等[1]。現(xiàn)如今，隨著社會的發(fā)展，人們對能源利用的思想觀念不斷提高，如何有效的利用空調(diào)產(chǎn)生的冷凝水越來越受到人們的關(guān)注和重視。

中央空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生的冷凝水特點(diǎn)是比較分散，分布于每個房間、辦公室和大廳等，收集比較困難，并且容易出現(xiàn)泄漏問題，因此一般都是就近直接排放。但隨著人們環(huán)保意識的加強(qiáng)，如何能夠?qū)照{(diào)冷凝水加以高效回收利用是空調(diào)行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。在實(shí)際工程中，回收冷凝水現(xiàn)在一般采用逐層、逐區(qū)域的收集，最后通過豎向立管匯集至空調(diào)冷凝水箱或其他回收裝置并加以集中利用。

當(dāng)前，從中央空調(diào)冷凝水的性質(zhì)來說，其利用方式主要有以下兩種：第一是利用空調(diào)冷凝水可進(jìn)行綠化灌溉、作為空調(diào)冷卻塔的補(bǔ)水系統(tǒng)等，第二是可以利用空調(diào)冷凝水對空調(diào)冷凝器進(jìn)行冷卻，也可作為其他工業(yè)用水的冷卻冷源等。不管如何利用空調(diào)冷凝水，首要問題是要正確的計算出空調(diào)產(chǎn)生的冷凝水量大小。目前，由于是研究初期，沒有專門的設(shè)計規(guī)范針對空調(diào)冷凝水量進(jìn)行計算，本文將依據(jù)中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行設(shè)計原理，查閱相關(guān)設(shè)計手冊，并采用能耗分析軟件DeST提供的室外逐時氣象參數(shù)進(jìn)行相關(guān)研究，希望能給中央空調(diào)冷凝水回收利用的相關(guān)研究人員提供一定的參考依據(jù)和指導(dǎo)意見。

1 中央空調(diào)系統(tǒng)冷凝水量的計算方法

中央空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生的冷凝水主要來自于兩個途徑，第一是中央空調(diào)系統(tǒng)引進(jìn)的新風(fēng)產(chǎn)生的冷凝水，第二是空調(diào)房間人員散濕產(chǎn)生的冷凝水[2]。

圖1 一次回風(fēng)全空氣系統(tǒng)夏季空氣處理過程h-d圖

圖2 風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)夏季空氣處理過程h-d圖

對于第一個來源途徑，即由空調(diào)引進(jìn)的新風(fēng)產(chǎn)生的冷凝水，其中央空調(diào)系統(tǒng)不管是采用的一次回風(fēng)全空氣系統(tǒng)（圖1所示），還是采用的風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)的系統(tǒng)（圖2所示），其計算公式都可以采用如下公式（1）：

=ρQ·(d-d)·103（1）

式中，為冷凝水的流量，kg/h；Q為房間新風(fēng)量m/h；為新風(fēng)密度，kg/m3；d為室外空氣含濕量，g/kg；d為室內(nèi)空氣含濕量，g/kg。

對于第二個來源途徑，即空調(diào)房間人員散濕產(chǎn)生的冷凝水。可采用如下公式（2）：

以上兩種來源途徑所得冷凝水之和，就是舒適性中央空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生的冷凝水總量。

2 模型建立與軟件模擬結(jié)果計算分析

2.1 計算模型的建立

模型建立基礎(chǔ)假設(shè): 西安地區(qū)某辦公大樓，空調(diào)室內(nèi)設(shè)計參數(shù)為t=26℃，φ=50%，d=10.3g/kg，人員勞動強(qiáng)度為輕度勞動，使用空調(diào)時間按5月15日—9月15日計算，空調(diào)系統(tǒng)每天運(yùn)行時段為7:00—19:00，群集系數(shù)0.87。

根據(jù)GB50736—2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》中的西安地區(qū)室外設(shè)計氣象參數(shù)以及能耗模擬軟件DeST中的西安地區(qū)全年逐時氣象參數(shù),分別計算并進(jìn)行分析相關(guān)空氣參數(shù)變化時產(chǎn)生的冷凝水量變化情況[3,4]。

2.2 在設(shè)計工況下中央空調(diào)系統(tǒng)冷凝水產(chǎn)生量的計算分析

經(jīng)相關(guān)暖通空調(diào)手冊可查，西安地區(qū)夏季室外設(shè)計計算參數(shù)：t=35.2℃，t=26.0℃，d=17.8g/kg。則單位體積新風(fēng)量在設(shè)計工況下產(chǎn)生的冷凝水量為：1m3/h×1.2kg/m3×(17.8g/kg-10.3g/kg)=9g/h。

從《供熱空調(diào)設(shè)計手冊》中可查的相關(guān)數(shù)據(jù)，當(dāng)設(shè)計室內(nèi)溫度t=26℃，人員勞動強(qiáng)度為輕度勞動時，一名成年男子的散濕量為=184g/h[5,6]。按上述方法計算即可得到中央空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計工況下對應(yīng)于空調(diào)間不同人員密度和人員新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)的單位建筑面積產(chǎn)生的冷凝水量圖，如圖3所示。

從圖3可以得出結(jié)論，中央空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生的冷凝水量將會隨空調(diào)間人員密度和人員新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)的增大而增大。上述計算是在中央空調(diào)設(shè)計工況下進(jìn)行的靜態(tài)分析計算，其計算結(jié)果可以作為中央空調(diào)冷凝水回收設(shè)備容量、管徑等的選擇依據(jù)，但要具體分析中央空調(diào)冷凝水回收系統(tǒng)的節(jié)能效益，就需要對中央空調(diào)在整個運(yùn)行期產(chǎn)生的冷凝水量進(jìn)行合理計算。

圖3 中央空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計工況下對應(yīng)于空調(diào)間不同人員密度和人員新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)的單位建筑面積產(chǎn)生的冷凝水量圖

2.3 在夏季運(yùn)行期中央空調(diào)系統(tǒng)冷凝水量模擬計算分析

根據(jù)2.2計算的中央空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計工況下冷凝水量主要取決于空調(diào)間人員密度和新風(fēng)量大小的兩個因素，而在人均新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)確定的前提下，總新風(fēng)量的大小主要取決于空調(diào)間人員密度。所以，空調(diào)間人員密度與空調(diào)運(yùn)行期產(chǎn)生的總冷凝水量將是雙重關(guān)聯(lián)。現(xiàn)就中央空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)行期產(chǎn)生的冷凝水量的影響因素從以下兩個方面進(jìn)行計算分析。

2.3.1 中央空調(diào)系統(tǒng)在夏季運(yùn)行期空調(diào)間人員密度變化對產(chǎn)生的冷凝水量大小的影響

空調(diào)間人員密度對中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行期冷凝水量的影響除受人員密度影響外，另一個重要的影響因素是人員在辦公建筑的停留率。參照DB29—153—2010《西安市公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》來計算人員停留率[7]，詳見表1。

表1 辦公建筑房間人員逐時停留率

再根據(jù)表1計算繪制出空調(diào)間不同人員密度下空調(diào)運(yùn)行期冷凝水量變化曲線，如圖4所示。

圖4 空調(diào)間不同人員密度下中央空調(diào)運(yùn)行期單位面積冷凝水量變化圖

空調(diào)間人員密度增加，則空調(diào)間單位面積的人員散濕量就會增大，從而導(dǎo)致單位面積中央空調(diào)運(yùn)行期的冷凝水量增加。

2.3.2 中央空調(diào)系統(tǒng)在夏季運(yùn)行期新風(fēng)量大小對冷凝水量的影響

新風(fēng)帶來的濕負(fù)荷是隨著室外氣象參數(shù)的變化而變化的，本文采用建筑能耗模擬軟件DeST的西安地區(qū)室外逐時氣象參數(shù)，通過計算得到逐時的新風(fēng)含濕量d，從而計算出新風(fēng)逐時濕負(fù)荷，繪制出中央空調(diào)運(yùn)行期單位體積新風(fēng)濕負(fù)荷逐時變化曲線如圖5所示[8]。

圖5 中央空調(diào)運(yùn)行期單位體積新風(fēng)濕負(fù)荷逐時變化曲線圖

圖5中逐時濕負(fù)荷的累計值即為單位體積新風(fēng)量空調(diào)運(yùn)行期的總濕負(fù)荷。基于這個基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，我們可以繼續(xù)研究不同新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)下的中央空調(diào)運(yùn)行期濕負(fù)荷，即中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行期的凝結(jié)水量。

當(dāng)空調(diào)間人員密度為某一定值時，對應(yīng)于不同的新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)，可以分別計算出相對應(yīng)的人員產(chǎn)生的濕負(fù)荷和新風(fēng)濕負(fù)荷，將兩者進(jìn)行疊加，即可得到空調(diào)間不同人員密度及不同新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)下的中央空調(diào)運(yùn)行期的單位面積冷凝水量變化圖[9]，如圖6所示。

圖6 中央空調(diào)運(yùn)行期不同人員新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)下產(chǎn)生的冷凝水量隨人員密度變化曲線圖

同樣，從圖6可以得出，空調(diào)間人員密度增大，新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)提高，則空調(diào)間單位面積的人員散濕量也將隨之增大，中央空調(diào)運(yùn)行期可利用的冷凝水量也將隨之增多。并且通過圖6，可以方便地查出西安地區(qū)辦公類建筑在給定的空調(diào)間人員密度和新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)下，中央空調(diào)運(yùn)行期單位面積可供利用的冷凝水量。

3 結(jié)論

根據(jù)本文以上對中央空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生的冷凝水量的分析計算，可以得出以下三個結(jié)論：

（1）中央空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生的冷凝水量主要由新風(fēng)濕負(fù)荷形成的冷凝水和空調(diào)間人員濕負(fù)荷形成的冷凝水組成；

（2）對中央空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計工況下產(chǎn)生的冷凝水建模，并進(jìn)行靜態(tài)計算分析，其計算結(jié)果可以作為空調(diào)冷凝水回收設(shè)備容量、管徑等的選擇依據(jù)；

（3）根據(jù)能耗計算軟件DeST中的逐時氣象參數(shù)，可計算得到對應(yīng)于空調(diào)間不同人員密度及不同新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)下的中央空調(diào)運(yùn)行期冷凝水回收量，其結(jié)果可作為節(jié)能收益的衡量依據(jù)。

[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] 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[J].制冷與空調(diào),2019,(5):509-512.

[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(jìn)展[J].低溫與超導(dǎo),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(shí)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):62,69.

[6] 李琦,翁榮華.夏季空調(diào)冷凝水回收利用方案的實(shí)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] 曹振華.分體式空調(diào)冷凝水作為飲用水的回收利用技術(shù)研究[J].制冷與空調(diào),2019,(6):617-620.

Analysis of Dynamic Change of Condensate Recovery of Central Air Conditioning System in Summer

Qian Pengbo Cao Zhenhua

( Shaanxi Institute Of Technology, Xi’an, 710302 )

This paper briefly introduces the characteristics and general utilization of the condensate produced by the central air conditioning system in summer. This paper calculates and analyzes the way and amount of condensate produced in the central air conditioning system. Taking the typical office buildings in Xi'an as an example, the static calculation of the condensation water produced by the central air conditioning under the design condition is carried out, and then the energy consumption analysis software DeST is used The hourly meteorological parameters in central Xi'an area are used to dynamically calculate and analyze the total amount of condensate produced by summer air conditioning during operation, which provides the relevant basis and guidance for the formulation of condensate utilization scheme of summer central air conditioning system.

Condensation water of central air conditioning; energy recovery; Dynamic variation

1671-6612（2020）06-682-04

TU831.6

A

騫鵬博（1974-），男，本科，講師，E-mail：106741438@qq.com

2020-03-06