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

曹振華

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

通過(guò)理論研究分析計(jì)算了冷凝水在戶(hù)式空調(diào)和中央空調(diào)系統(tǒng)末端裝置（新風(fēng)加風(fēng)機(jī)盤(pán)管）的產(chǎn)生量，介紹了空調(diào)冷凝水目前作為城市綠化用水、冷卻塔補(bǔ)充水、景觀用水等回收利用的可行性及注意事項(xiàng)。

空調(diào)系統(tǒng)；冷凝水；水資源；回收利用

0 引言

隨著人們節(jié)能節(jié)水的意識(shí)不斷提高和我國(guó)節(jié)能減排政策的大力提倡和堅(jiān)決貫徹，空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生的大量冷凝水的有效回收利用進(jìn)入了大眾的視野，經(jīng)空調(diào)行業(yè)相關(guān)研究人員分析研究探索，已經(jīng)取得了一定的碩果，但目前而言，人們對(duì)空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生的冷凝水認(rèn)知還不是很足，對(duì)其回收利用技術(shù)不認(rèn)可及不接受、對(duì)其回收的冷凝水水質(zhì)問(wèn)題的懷疑等原因，真正將其付諸于建筑實(shí)際工程中的并不多。

空調(diào)冷凝水的回收利用技術(shù)研究在國(guó)外早已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，并已經(jīng)廣泛應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域。例如，在德國(guó)，基本所有的家用空調(diào)產(chǎn)生的冷凝水都回收用于直接冷卻室外的冷凝器，這個(gè)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。在中東國(guó)家伊朗，其僅國(guó)際機(jī)場(chǎng)一個(gè)地方每年就能回收利用10000m3左右的中央空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生的冷凝水，他們將回收來(lái)的冷凝水用來(lái)灌溉機(jī)場(chǎng)周?chē)幕ú輼?shù)木、沖刷機(jī)場(chǎng)周邊廁所等，這樣不僅合理的回收并充分的利用了空調(diào)產(chǎn)生的大量冷凝水，而且給國(guó)際機(jī)場(chǎng)節(jié)約了大量的水資源，對(duì)這些水資源短缺的國(guó)家該技術(shù)具有重要的借鑒意義。

當(dāng)前，我國(guó)大部分空調(diào)系統(tǒng)的冷凝水都是直接外排，不僅大大增加了城市的排水系統(tǒng)壓力，也對(duì)國(guó)家的資源是很大的浪費(fèi)，如果能夠設(shè)計(jì)出一套完整的冷凝水回收利用系統(tǒng)，不但大大的緩解了城市的污水外排量，又可以節(jié)約水資源，而且降低了水環(huán)境的污染?？梢?jiàn)，研究空調(diào)系統(tǒng)如何回收利用冷凝水已迫在眉睫。

本文以戶(hù)式中央空調(diào)系統(tǒng)和中央空調(diào)系統(tǒng)末端裝置（風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)系統(tǒng)）為例，介紹空調(diào)冷凝水的計(jì)算方法，并根據(jù)其計(jì)算結(jié)果進(jìn)一步分析空調(diào)冷凝水的回收利用潛力。

1 戶(hù)式中央空調(diào)產(chǎn)生的冷凝水量的計(jì)算

冷凝水量與室內(nèi)外空氣溫濕度、空調(diào)送風(fēng)溫度、空調(diào)制冷量及建筑物的使用情況有關(guān)。

以格力GMV-NH22PL/B型多聯(lián)機(jī)室內(nèi)機(jī)（制冷量2.2kW，標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量500m3/h）為例[1]。設(shè)室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為t=26℃，相對(duì)濕度為?=55%，南京夏季室外計(jì)算溫度t=35℃，相對(duì)濕度=75%，室內(nèi)機(jī)的機(jī)器露點(diǎn)為t=12℃，相對(duì)濕度=95%，最小新風(fēng)量計(jì)算按總風(fēng)量的10%。根據(jù)室內(nèi)外空氣參數(shù)即可確定新風(fēng)W點(diǎn)和室內(nèi)N點(diǎn)，O點(diǎn)的確定可按新風(fēng)比10%確定其焓值；新回風(fēng)混合點(diǎn)O經(jīng)過(guò)表面式冷卻器冷卻去濕到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)1（即機(jī)器露點(diǎn)），沿?zé)釢癖染€至室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)N，送入室內(nèi)吸熱吸濕，然后再與新風(fēng)混合至狀態(tài)點(diǎn)O[2,3]，如此循環(huán)（如圖1）。

圖1 新風(fēng)滲透混合循環(huán)h-d圖

由空氣的h-d圖可查得各狀態(tài)點(diǎn)含濕量為：

d=11.5g/kg

d=26.5g/kg

1=8.2g/kg

d=12.7g/kg

則室內(nèi)機(jī)的冷凝水量為：

=Δ/1000=(d-1)/1000 （1）

式中，為冷凝水量，kg/h；為空氣密度，取1.2kg/m3；為循環(huán)風(fēng)量，取500m3/h。

計(jì)算出GMV-NH22PL/B型空調(diào)器的冷凝水量為2.70kg/h。同理，還可計(jì)算制冷量為2.8kW、3.6kW和4.5kW的同型號(hào)空調(diào)冷凝水的生產(chǎn)量，見(jiàn)表1?？梢钥吹揭粋€(gè)小小的戶(hù)式中央空調(diào)一天工作10h，可以產(chǎn)生27～37kg的冷凝水。

表1 戶(hù)式中央空調(diào)系統(tǒng)冷凝水量

2 風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)系統(tǒng)產(chǎn)生冷凝水量的計(jì)算

以松下BV-F403風(fēng)機(jī)盤(pán)管（制冷量3.5kW，標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量570m3/h）為例，計(jì)算冷凝水量[4]。設(shè)室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為t=26℃，相對(duì)濕度為=55%，南京夏季室外計(jì)算溫度t=35℃，相對(duì)濕度=75%，風(fēng)機(jī)盤(pán)管的機(jī)器露點(diǎn)為t=12℃，相對(duì)濕度為=95%，設(shè)新風(fēng)經(jīng)過(guò)新風(fēng)機(jī)組處理到室內(nèi)空氣等焓線，相對(duì)濕度為95%的狀態(tài)點(diǎn)2，最小新風(fēng)量按總風(fēng)量的10%計(jì)算，即63m3/h。根據(jù)室內(nèi)外空氣參數(shù)確定室外W點(diǎn)和室內(nèi)N點(diǎn)，室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)N經(jīng)過(guò)表面式冷卻器冷卻去濕到風(fēng)機(jī)盤(pán)管送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)1（1點(diǎn)在W點(diǎn)和2點(diǎn)的延長(zhǎng)線上），與狀態(tài)點(diǎn)2的新風(fēng)按比例混合至送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)O后沿?zé)釢癖染€送入室內(nèi)至室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)N[5,6]，如此循環(huán)（如圖2）。

圖2 新風(fēng)補(bǔ)充混合循環(huán)處理過(guò)程焓濕圖

由空氣的焓濕圖可查得各狀態(tài)點(diǎn)含濕量為：

d=11.5g/kg

d=26.5g/kg

d=8.2g/kg

2=13.8g/kg

則風(fēng)機(jī)盤(pán)管的冷凝水量為：

=[(d-d)+ρV(d-2)]/1000 （2）

式中，V為新風(fēng)量，63m3/h；為室內(nèi)回風(fēng)風(fēng)量，570m3/h；，同(1)式。

可以計(jì)算出BV-F403的冷凝水量為3.22kg/h，同理可計(jì)算BV-F603，BV-F803，BV-F1003的冷凝水產(chǎn)量，見(jiàn)表2。

表2 風(fēng)機(jī)盤(pán)管冷凝水量

以上計(jì)算出來(lái)的是空調(diào)冷凝水的最大理論流量，而實(shí)際流量與空調(diào)的實(shí)際運(yùn)行狀況有關(guān)。假定南京某商務(wù)樓為4.8m×8.6m×3.3m（長(zhǎng)×寬×高）的辦公室，在辦公室辦公人員一天滯留的時(shí)間為10h，風(fēng)機(jī)盤(pán)管加獨(dú)立新風(fēng)的形式空調(diào)（循環(huán)方式如圖2所示），空調(diào)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的冷凝水需要考慮一下幾個(gè)因素。

（1）風(fēng)機(jī)盤(pán)管需要附加產(chǎn)生的冷凝水量1：在空調(diào)剛運(yùn)行時(shí)，由于室外的空氣通過(guò)各種途徑如沒(méi)有緊閉的門(mén)窗和縫隙滲漏到室內(nèi)，室內(nèi)空氣的各種相關(guān)參數(shù)與室外空氣幾乎一樣，風(fēng)機(jī)盤(pán)管會(huì)產(chǎn)生大量的冷凝水[7]。

1=(d-d)=1.2×136.22×(26.5-11.5)/1000=2.45kg

式中，為處理空氣量，即等于房間的體積4.8m×8.6m×3.3m=136.22m3。

（2）室內(nèi)人員的散濕量2：根據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》按高級(jí)辦公室考慮，人員密度要求8m2人，每人散濕量按120g/h計(jì)，常居辦公室人員以5人計(jì)，這些人員一天的散濕量2將析出成為冷凝水。

2==5×0.120×10=6kg

式中，為人數(shù)；為成年男子散濕量，kg/h；為時(shí)間，h。

（3）新風(fēng)處理過(guò)程中產(chǎn)生的冷凝水3：新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)取每人30m3/h。

3=ρV(d-2)=1.2×30×5×(26.5-13.8)/1000×10=22.86kg

式中，V為新風(fēng)量，每人30m3/h。

（4）每天的總冷凝水量W：

W=1+2+3=31.31kg

其中新風(fēng)處理過(guò)程中產(chǎn)生的冷凝水量占73%，室內(nèi)人員散濕產(chǎn)生冷凝水量占19%，室內(nèi)空氣產(chǎn)生冷凝水量占8%。

由此可以算出每單位空調(diào)面積上產(chǎn)生的冷凝水量為：

=W/=31.31/（10×3600×4.8×8.6）=2.11×10-5kg/(m2·s)。

式中，為空調(diào)面積，即等于房間的面積4.8m×8.6m=41.28m2。

空調(diào)面積如果是10000m2的辦公建筑，一天則可以產(chǎn)生約7.58t的空調(diào)冷凝水量。數(shù)據(jù)十分可觀。

3 冷凝水的回收利用

空調(diào)冷凝水作為水資源，其比自來(lái)水更純凈,可以廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)，冷卻塔補(bǔ)水系統(tǒng)、城市綠化用水及景觀用水等。

3.1 城市綠化用水

隨著城市建設(shè)向生態(tài)化發(fā)展的趨勢(shì)，城市綠化面積大量的增加，據(jù)相關(guān)規(guī)定，城市新建小區(qū)的綠化率不得低于30%，舊小區(qū)改造綠化率不得低于25%，隨著城市綠化率的增長(zhǎng)、綠化面積的不斷增大，綠化用水量將大幅增加。解決此問(wèn)題的方法除了采用節(jié)水型灌溉技術(shù)噴灌或者滴灌，也有采用選用耐旱草來(lái)節(jié)約水量的方法。那么，現(xiàn)在可以采用空調(diào)冷凝水來(lái)進(jìn)行綠地灌溉，可大大節(jié)約水資源。

將空調(diào)系統(tǒng)冷凝水用于城市綠化用水可行，主要原因如下：第一，根據(jù)計(jì)算可知，一個(gè)占地8500m2的11層辦公樓，全天可產(chǎn)生冷凝水量為21m3左右，城市綠化用水量一般為2L/(m2?d)，照此計(jì)算，每天可服務(wù)綠化面積達(dá)10000m2之多，其遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其綠化率[8]。第二，空調(diào)冷凝水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)完全滿(mǎn)足城市綠化用水灌溉，不需用專(zhuān)門(mén)水處理。第三，冷凝水作為城市綠化用水敷設(shè)管道較易，整個(gè)回收裝置僅需投資儲(chǔ)水設(shè)備、管道和閥門(mén)等，投資較小，經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單。

3.2 用于冷卻塔補(bǔ)水

中央空調(diào)系統(tǒng)的冷卻塔由于與室外直接相通，并靠水的汽化來(lái)降溫，因此每天都會(huì)消耗大量的自來(lái)水所以需要用大量的自來(lái)水來(lái)補(bǔ)水，而中央空調(diào)冷凝水具有溫度低、雜質(zhì)少、含鹽量低、產(chǎn)量大的特點(diǎn)。冷卻塔的回水溫度一般為32℃，而冷凝水的溫度通常為10～15℃，將其冷凝水回用于冷卻塔補(bǔ)水，大大提高了冷卻塔的制冷運(yùn)行效率和冷卻能力，節(jié)約了電能的耗量和自來(lái)水量[8]。

例如，南京某辦公樓，設(shè)計(jì)冷負(fù)荷為1981kW，空調(diào)面積為10588m2，兩臺(tái)制冷量為1680kW的冷水機(jī)組，2臺(tái)循環(huán)水量410m3/h冷卻塔，其冷卻塔補(bǔ)水量為11m3/h(11000kg/h)。根據(jù)前面計(jì)算的單位空調(diào)面積上產(chǎn)生的冷凝水量，可以得出冷凝水量為803kg/h。冷凝水量為補(bǔ)水量的7.3%。水價(jià)格為3元/t，每天運(yùn)行10h，運(yùn)行6個(gè)月，則每年可以節(jié)約水費(fèi)4336元。由于冷凝水都采用冷凝水管集中排放，收集比較容易，只需要一個(gè)蓄水箱和水泵就可以了，一年就可回收成本。因此，若在空調(diào)冷凝水系統(tǒng)收集設(shè)計(jì)中將收集的冷凝水用于冷卻塔補(bǔ)水，將可起到節(jié)能和節(jié)水作用。

3.3 用作景觀用水

近年來(lái)新建的各個(gè)居住小區(qū)和公共建筑大都設(shè)置了水景，水景可以讓人感覺(jué)環(huán)境優(yōu)美和宜人的氛圍，但其用水量很大，因此可以考慮空調(diào)冷凝水回收的水來(lái)送入水景系統(tǒng)，其用過(guò)的池水還可以繼續(xù)作為城市綠化水加以利用。

將空調(diào)冷凝水作為景觀用水的方法已經(jīng)有很多成功的實(shí)例。例如，對(duì)于建筑內(nèi)設(shè)有水景的，可以專(zhuān)門(mén)設(shè)置冷凝水立管，通過(guò)立管將收集到的冷凝水送入景觀用水的水箱，從而實(shí)現(xiàn)景觀用水的補(bǔ)充[9]。

4 注意問(wèn)題

空調(diào)冷凝水在中央空調(diào)機(jī)組的表面式冷卻器（蒸發(fā)器）上形成和流動(dòng)的過(guò)程中會(huì)攜帶污染物和細(xì)菌。冷凝水如果直接用于冷卻塔補(bǔ)充水系統(tǒng)，相關(guān)消毒處理可以不用，但若要先將冷凝水儲(chǔ)存在蓄水池中，則必須用臭氧或氯進(jìn)行消毒。

其次，空調(diào)冷凝水是一種高度純凈的水，其腐蝕性比地表水、地下水更強(qiáng)烈，因此承載空調(diào)冷凝水的相關(guān)的容器及輸送管道必須考慮采用抗腐蝕的材料。

5 總結(jié)及結(jié)論

（1）本文對(duì)戶(hù)式中央空調(diào)和中央空調(diào)系統(tǒng)（新風(fēng)加風(fēng)機(jī)盤(pán)管）的冷凝水發(fā)生量進(jìn)行了理論計(jì)算，并以西安某高級(jí)辦公樓為例，計(jì)算出單位空調(diào)面積上產(chǎn)生的冷凝水量為1.93×10-5kg/(m2?s)。其中新風(fēng)處理過(guò)程中產(chǎn)生的冷凝水量占74%，室內(nèi)人員散濕產(chǎn)生冷凝水量占19%，室內(nèi)空氣產(chǎn)生冷凝水量占7%。

（2）空調(diào)中回收的冷凝水可以作為冷卻塔補(bǔ)充水，城市綠化用水和景觀用水。經(jīng)舉例計(jì)算分析，結(jié)果表明，投資的回收系統(tǒng)設(shè)備一年即可收回成本，其節(jié)能和節(jié)水效果明顯。

（3）空調(diào)冷凝水是一種高度純凈的水，腐蝕性強(qiáng)，必須考慮采用防腐蝕材料；同時(shí)也可能攜帶污染物和細(xì)菌，應(yīng)根據(jù)具體情況對(duì)冷凝水進(jìn)行消毒處理。

總之，空調(diào)系統(tǒng)冷凝水的回收利用技術(shù)，既回收了冷凝水本身，又利用了其熱量，達(dá)到了節(jié)水節(jié)能效果。在我國(guó)東南部，比西北部的氣候要濕潤(rùn)很多，且空調(diào)使用頻繁度更高，因此在我國(guó)東南部空調(diào)冷凝水的回收利用潛力更大。但對(duì)于我國(guó)西北部，由于是干旱地區(qū)，如果能很好的利用空調(diào)冷凝水，其影響意義更加深遠(yuǎn)，更值得我們空調(diào)專(zhuān)業(yè)人員深思。

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Research on Recycling and Utilization Technology of Condensate Water as Water Resources in Air Conditioning System

Cao Zhenhua

( Shaanxi Institute of Technology, Xi’an, 710300 )

This paper calculates the production of condensate water in household air-conditioning and central air-conditioning system terminal devices (fresh air plus fan coil unit) through theoretical analysis, and introduces the feasibility and precautions of the recycling and utilization of condensate water as urban greening water, cooling tower supplementary water, landscape water, etc.

air conditioning system; condensate water; water resources; recycling

TU831.6

A

1671-6612（2019）05-509-04

陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院自然科學(xué)專(zhuān)項(xiàng)研究項(xiàng)目《空調(diào)系統(tǒng)冷凝水回收利用技術(shù)研究》（項(xiàng)目編號(hào)：Gfy18-08）

曹振華（1978.02-），男，研究生，副教授，E-mail：106741438@qq.com

2018-12-24