夏季空调冷凝水回收利用技术及实践分析

陈文静++杨营++廖军睿++韩滔

摘 要：由卡诺定理，分析了夏季降低空调室外机的工作温度对空调运行耗能的影响。对空调冷凝水的产生和水量进行了分析和计算。重点提出了如何利用空调冷凝水达到节能降耗的目的，同时比较了几种空调冷凝水的回收利用技术。

关键词：空调 冷凝水 节能

中图分类号：TU83 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）09（b）-0088-02

夏天，大多数空调产生的冷凝水由排水管随意地排至室外（比如滴在街面），这不但影响了人们的正常出行，更造成了大量的能量损失。据统计，一台3匹空调一天能排出将近50kg水，那么2000台空调一天就能排放一个小型水库的水容量。因此，空调冷凝水利用至关重要。水由液态蒸发变成气态这一相变过程将会吸收大量的热量，通过一些装置将收集起来的冷凝水均匀地分布在某装置上，放入空调室外机的背后，利用水蒸发时带走大量热量可以降低冷凝器的工作环境温度。目前市场上的大多数机型是分体式挂机或柜机，利用冷凝水冷却冷凝器来节能很有意义。本文将对此进行研究。

1 可行性技术分析

由卡诺定理得制冷系数[1]：

（1）

由上式可知，外界消耗的电功W使空调房间的热量Q2转移到室外，卡诺机的制冷系数：

卡诺 （2）

当室内温度T2不变时，室外的工作温度T1越小，卡诺机的制冷系数越大。说明从房间吸取相同热量所消耗的功就较少，耗电量也就越小。根据文献[2]可知，室外机的工作温度每降低1℃，单位制冷量功耗减少3%～4%。可见，在室内外温度和其他条件不变的情况下，通过在室外机背后蒸发冷凝水吸热降低冷凝器的温度来达到节能降耗的目的是可行的，同时冷凝器温度降低，对其使用寿命也有提高。

2 空调冷凝水的形成与水量计算

2.1 空调冷凝水的形成

当温度低于空气的露点温度时，空气中的水蒸气就会冷凝变成冷凝水。正常工作的空调蒸发器表面温度都低于空气的露点温度[3]。当空气流经空调蒸发器或风机盘管表面时，空气中的水蒸气就会变成冷凝水随管道排出。由空气处理过程的焓湿图可以了解到[4]，新风与室内空气混合后进入空调蒸发器或风机盘管冷却到露点温度[5]，空气中的水蒸气冷凝为水，露点空气从送风口进入室内。则只要空调运行，其产生的冷凝水将源源不断的流出。

2.2 空调冷凝水水量的计算

以四川省成都市某学校教学楼的一间办公室为例，办公室总面积15m2，高度3m。设置室内温度分别为24℃、25℃、26℃、27℃、28℃和相对湿度分别为30%、40%、60%的情况。由《空调工程》（第二版）附录4可查得：四川成都地区夏季空气调节室外计算干球温度31.9℃，计算湿球温度26.4℃；夏季通风室外计算相对湿度70%。

以专业的浩辰软件计算办公室的室内湿负荷。依次设计房间参数，外墙（门窗）结构系数，人体设计参数，办公室设备使用率密度，照明参数，同时考虑渗透空气等。计算的结果以温度为28℃，相对湿度为30%的办公室为例，室内冷负荷为2083W，室内湿负荷为1.615kg/h。则不同办公室的冷湿负荷结果见表1。

同时考虑办公室门经常开关的情况，则需要加入新风湿负荷。一间封闭性好的房间的换气量最小为0.1次/h，封闭性不好的房间例如门经常开关，其换气可达0.3次/h。设计办公室总体积45m3，则折算出新风量Q为：

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

则新风湿负荷（kg/h）：

W新=新风量Q×（室外空气含湿量d1-室内空气含湿量d2） （4）

计算以房间设计温度28℃，相对湿度60%为例：

通过焓湿图查得空气含湿量d1=20g/kg；室内空气含湿量d2=13.8g/kg。新风湿负荷W新=Q×（d1-d2）=107.97g=0.10797kg。

总湿负荷=室内湿负荷+新风湿负荷=0.9599kg/h （5）

则不同参数办公室的总湿负荷结果见图1。

从图1可以看出，假定室内外空气相对湿度不变的情况下，室内外温差越大，得到的冷凝水量就越多。也就是说，室外温度越高，回收的冷凝水潜热就越多。当冷凝水在空调室外机背后蒸发吸热时，冷凝器工作温度降低，室内外温差减小，耗电量就越小，同时冷凝温度降低，可改善压缩机工作条件，延长其寿命。

3 冷凝水回收方案

3.1 具体实施

通过以上的分析，合理利用空调冷凝水不但可以节能降耗，而且能够消除冷凝水对环境带来的影响。具体实施方案见图2。

如图2所示在空调室外机背面放置大约室外机背面面积2/3的水帘，水帘使冷凝水均匀快速的分布在上面。同时为了让效果更显著可以将水帘拆分成几段，每两段中间都覆有与水帘相同长度的吸水海绵，目的也是为了让冷凝水均匀分布。水帘上下方都有一个水槽。上方水槽底部有许多漏水孔。整个装置也都用钢架固定，可立于空调室外机背后支撑支架。这样冷凝水通过重力作用快速均匀的分布在水帘上，同时空调室外机背后向里面吸气，通过热空气蒸发水帘上的冷凝水达到其蒸发吸热的目的。

3.2 方案对比

采用回收冷凝水方案的空调机与普通空調机的对比如下。

（1）解决了空调室外机的漏水问题，避免了管道腐蚀、线路漏电带来的经济损失和人身安全问题。（2）节约了楼栋成本。假若采用普通PVC排水管，以10元/m的价格计算，对于一栋普通的十层住宅建筑就可节约约1400元管材成本。（3）减小了施工和安装难度。在结构施工阶段，给排水工程中孔洞的预留、预埋工作量大，常常出现预留孔洞高度、位置不准确的问题。在给排水安装作业时发现问题，就在外墙上凿洞，剔凿建筑结构，甚至切断受力钢筋，影响建筑物的安全性能，并且浪费人力、物力。（4）改善了美观性。空调预留洞要穿过管道和室外机电源线以及保温装置，并且在建筑结构上二次剔凿，影响墙面美观性。

相对于其他利用冷凝水的方案，本次方案更为节能且便于实施。

（1）本方案是单独立于室外机的设备，不受室外机外形限制，且存在长度调节，节省了很大一部分空间，安装方式也极其简单。（2）其次该装置的成本极其低，每一种都是常见的材料，不需要消耗任何的电能和中途维修费用，定期随时可更换。同时，设备也起到了显著的节能降耗的目的，具有很大的可推行性。

参考文献

[1] 石秉三.制冷及低温技术[M].北京：机械工业出版社， 1981.

[2] 彭红圃.空调系统中冷凝水的危害及防治[J].广西土木建筑，1995（6）：61-63.

[3] 韩宝琦.制冷空调原理及应用[M].北京：机械工业出版社1996.

[4] 金苏敏.制冷技术及其应用[M].北京：机械工业出版社1999.

[5] 朱明善.工程热力学[M].北京：清华大学出版社，1999.endprint