空调用其冷凝水冷却冷凝器的节能技术研究与分析

2022-02-26曹振华赵若焱

应用能源技术 2022年1期

曹振华，赵若焱，王芳

(陕西国防工业职业技术学院，西安 710302)

0 引言

随着我国经济的高速发展，人民的生活水平和工作环境也越来越好，分体式家用空调已经进入每个普通家庭，分体式家用空调给人们带来舒适和美好环境的同时，同样也带来了一些烦恼，诸如，浪费能源，冷凝水排放问题等等[1]。

目前，我国分体式家用空调在运行中产生的冷凝水排放方式一般都是无序无组织的直接排放到室外或收集起来排往下水道[2]，但随着我国开始大力实施节能减排政策，居民们的节能的意识开始增强了，对空调系统产生的冷凝水是否能够回收利用及怎么回收利用问题也渐渐开始关心和关注了。实际上，分体式家用空调产生的冷凝水完全可以不向室外排放，本文研究将其冷凝水用来冷却自身的冷凝器再利用技术。设计冷凝器用冷凝水冷却系统，通过该系统的运行，分析对冷凝器的传热效果的改善情况及对分体式空调的能耗改善情况，通过这种对冷凝水的利用方式，不仅解决了分体式家用空调冷凝水乱排放的环境污染，也有效的降低了空调的能耗，一举两得。希望本研究能对空调从业人员具有一定的参考价值，共同提高空调的节能效果。

1 冷却系统的设计

如图1所示，本系统在分体式家用空调的基础上，在室外冷凝器上加装了冷凝水水箱、冷凝水喷淋器、水管和输送水泵。该系统的工作过程如下：首先当室内环境空气进入室内机时，当室内机的蒸发温度比环境空气的露点温度还低时，则室内蒸发器上就会有冷凝水产生，产生的冷凝水流入室外冷凝水水箱，然后，冷凝水经输送水泵送入冷凝水喷淋器对冷凝器进行喷洒冷却，从而达到冷却冷凝器的目的。经喷淋的冷凝水有部分吸收冷凝器的热量成为水蒸气被室外空气带走，没有变成水蒸气的冷凝水落到冷凝水水箱循环利用。

1.输送水泵;2.冷凝水水箱;3.室内蒸发器积水盘;4.水管;5.冷凝水喷淋器;6.室外冷凝器;7.室外风机;8.室内蒸发器;9.室内风机图1 分体式家用空调利用冷凝水冷却冷凝器的系统设计图

2 分体式家用空调冷凝水产生的原因及水量大小分析

2.1 分体式家用空调冷凝水产生的原因

分体式家用空调在夏天使用时为什么会向室外流水呢？此水就是室内机产生的冷凝水。这是因为在夏天，室内机蒸发器的蒸发温度都比室内环境空气的露点温度低，当室内空气进入温度较低的蒸发器时空气中的水蒸气就会冷凝成为水。在炎热的夏天，由于室内环境温度比较高，当空调正常工作后室内空气被冷却降温，空气的相对湿度就会升高，露点温度也会相应升高，因此在夏天所有空调正常工作时都会有冷凝水产生[3]。

2.2 分体式家用空调冷凝水量大小的取决因素

分体式家用空调产生的冷凝水量的大小取决于三个参数，分别是室内环境空气的温度、室内环境空气的相对湿度和空调的制冷量的大小。相对于一台固定的分体式家用空调，产生的冷凝水量大小就主要取决于室内环境空气的温度和相对湿度的大小[4]。本文以一台压缩机型号为QXA-A085型，功率为1P的分体式家用空调进行计算和分析，如图2所示，是该分体式家用空调产生的冷凝水量大小与室内环境空气相对湿度及温度之间的三者变化关系。如图2所示，该空调产生的冷凝水量随着室内环境空气的相对湿度和温度的升高而升高。例如，在室内环境温度为28 ℃，相对湿度为90%时空调产生的冷凝水量为2.4 kg/h。

图2 分体式家用空调冷凝水量与室内环境空气温度及相对湿度之间的变化关系

3 分体式家用空调用冷凝水冷却冷凝器的运行情况分析

3.1 分体式家用空调用空气冷却冷凝器的散热量计算

目前，我国分体式家用空调普遍采用的都是空气冷却冷凝器，此方法是用室外空气直接吹向冷凝器，冷凝器的高温热量将全部被室外空气带走，其在h-d图上是一条等湿线，如图3所示过程为1点到2点.此时冷凝器散热量：

图3 空气冷却冷凝器过程图

QL=G(h2一h1)

式中，QL为冷凝器散热量，单位为W ；G为流经冷凝器空气质量，kg/s；hl，h2为空气进出冷凝器的焓值，KJ/kg。

Q=KFΔtm

式中，K为传热系数，W/m ·℃ ；F为冷凝器的传热面积，m；Δtm为冷凝器平均传热温差，℃。

空气流出冷凝器的温度为：t2。

3.2 分体式家用空调用冷凝水冷却冷凝器的散热量计算

当用本文设计的冷凝水冷却冷凝器时，其冷凝器的散热量就分为两个部分，其中一部分跟普通分体式家用空调一样，其热量QK被室外吹来的空气带走，这部分带走的热量同空气冷却冷凝器过程，可以被认为是一个等湿加热过程，如图3所示，其过程为1点到3点的一条等湿线；另一部分是冷凝水冷却冷凝器所吸收的汽化潜热QS，此过程为一个等温过程，如图3所示，其过程为3点到4点的一条等温线。其中4点的焓值应与2点的焓值相等[5]。此时冷凝器散热量为：

QL=QS+QK

其中：

QK=G(h3一h1)

QS=G(h4一h3)

QL=QS+QK=G(h4一h1)=G(h2一h1)

由以上公式可知，冷凝水吸收冷凝器的QS越大则用于空气冷却冷凝器的热量QK就越小，根据传热方程：

QK=KFΔtmL

式中，ΔtmL为冷凝器平均传热温差，℃；QK减小，但冷凝器的传热系数K和换热面积F保持不变，因此ΔtmL将减小，冷凝温度将降低，冷凝温度降低会使得空调的压缩机耗功量降低，从而增加制冷量。分体式家用空调的制冷量增加将会使得空调的运行总功率进一步降低，从而起到了节能作用。

3.3 分体式家用空调各种参数之间的运行关系分析

如图4所示为冷凝水量与降低冷凝器的冷凝温度的关系图。从图中可以看出冷凝水量越大，冷凝器降低的冷凝温度就越大，此过程与室外环境空气的相对湿度和温度无关。

图4 冷凝水量与降低冷凝器的冷凝温度的关系

图5为减少的分体式家用空调总功率与冷凝水量及室外环境空气温度的关系图；图6为制冷量的增加与冷凝水量及室外环境空气温度的关系图；图7为分体式家用空调总功率降低的百分比与冷凝水量及室外环境空气温度的关系图[6]。从三个关系图中可以看出，分体式家用空调冷凝水量越大，室外环境空气温度越低，则分体式家用空调的总功率减少的越多，制冷量增加的也越多，分体式空调总功率降低的百分比也越大。分体式家用空调总功率的减少量由两部分组成：一部分组成是由于空调冷凝器的冷凝温度的降低而导致的压缩机功耗的降低，另一部分组成是由于增加的制冷量而使得空调在运行中减少了功率。