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1、. . . 空调冷凝水回收利用计算方法及节能分析 摘 要：提出采用公式法计算冷凝水理论产生量，并通过实验得出理论产生平均值与冷凝水的实际产生平均值的相对误差，验证了公式法计算冷凝水理论产生量的快速可靠性。分析了家用空调器在运行时冷凝水的产生量和水温冷却冷凝器后空调器的节能效果变化。 关键词：冷凝水；产生量；公式法；节能效果 前言 随着我国经济快速发展和城镇化建设的不断推进，小高层和高层建筑的不断涌现，家用空调利用数量急剧增加，大多数家用空调所产生的冷凝水采用随意排放方式，既造成环境污染和生活不便，也浪费了冷凝水产生的冷量和水量。由空气调节原理可知，当空气流过空调蒸发器时，其表面温度低于空气露点
2、温度，就会产生冷凝水。目前，有研究者对冷凝水回收再利用提出了多种方法，然而对冷凝水理论产生量的计算，大部分的计算方法均通过假定或者设计的状态参数并采用查焓湿图，增加了数据处理的人为误差可能性。本文对某一台家用空调器进行实验研究，通过所测得的运行状态参数采用公式法计算冷凝水理论产生量，并测得家用空调器运行时冷凝水实际产生量，验证公式法计算冷凝水理论产生量的可靠性，且通过测得的实际冷凝水产生量的水量和冷量分析其可回收利用的价值。 1.冷凝水产生量计算方法 1.1 查焓湿图法 在对冷凝水理论产生量的计算研究中，很多研究者均采用通过温湿度查焓湿图得到其状态参数下空气的含湿量，其室空气状态参数按空调房室
3、设计标准选取，而室外状态参数按当地室外空气设计参数选取，通过室（回风）和室外（新风）温湿度查焓湿图得到回风和新风状态点下空气的含湿量，将新风与回风按比例混合确定回风状态点，根据机器的送风状态点，进而计算出空调器冷凝水理论产生量。而在查焓湿图过程中增加了人为误差，且用设计状态参数最终得到的冷凝水理论产生量与空调器在实际运行中所产生的冷凝水量有很大的误差，因为空调器在实际运行中，新风、回风等各点状态参数是变化的，则冷凝水理论产生量也在变化。当有多组各状态点参数通过查焓湿图方法计算冷凝水理论产生量时，将耗费计算人员大量的时间。针对查焓湿图法计算冷凝水理论产生量存在的误差及耗时的缺陷，提出通过测量空气
4、状态参数，采用快速计算冷凝水理论产生量的公式法。 1.2 公式法 单纯的求湿空气的状态参数用公式计算即可满足要求，而戈夫-格雷奇公式是国外常用且最为准确1，采用常用求饱和水蒸汽分压力经验公式，通过所测得的回风（室）、新风（室外）及送风温度计算出各自温度下饱和水蒸气分压力，再 结合其相对湿度计算出其含湿量： ， 从而得到冷凝水生成量。 戈夫-格雷奇（Goff-Gratch）公式1 当T273.15K时 当T273.15K时 （公式中 单位为 ） 2.冷凝水理论产生量与实际产生量 2.1 实验对象 本文以KFR-50LW/（50520）Aa-2型空调器为实验对象（额定制冷量为5200W，标准制冷功
5、率为1530W，能效比为3.4，循环风量为930m3/h）。空调设定26进行实验研究，风速模式选定低速运行，经检测送风量为500 m3/h。本实验空调房间无独立的新风系统，在实验期间，门窗均为关闭状态，室新风主要通过门窗缝隙进入室，新风量按送风量q的10%计算， 即 。实验测试时间从上午10：30到下午5：30，每 隔一小时记录一次数据，同时测试冷凝水实际产生量。 2.2 冷凝水理论产生量计算 以11：30所测得的实验数据为例，室回风温度 为26.6，相对湿度 为79.4%，利用戈夫-格雷奇公式计算得出饱和水蒸汽分压力 ，含湿量 。同理，可通过送风与新 风所测得的温湿度状态参数下的含湿量分别为
6、 、 。混合点含湿量 ，式中 为回风量， =500-50=450m3/h。冷凝水生产量为： ，式中 为参与混合循环的空气总质量（kg），取 ， 。 通过前面计算，空调冷凝水产生量与室外温湿度、新风比和空调自身性能参数等因素有着密切关系。对于实验空调房间，新风比与送风量未发生较大变化，通过所测试记录的各点状态参数运用Excel对冷凝水理论产生量进行计算，如表1所示。 从表1中可知，冷凝水量随着时间的变化由少到多，再由多到少，在14：30时间点上冷凝水量最多，高达1607.38g/h，从10：30到17：30时间段冷凝水量实验计算平均值为678.78g/h。 2.3 冷凝水理论产生量与实际产生量对
7、比分析 冷凝水实际产生量每隔一小时测量一次，测试结果如图1所示。 由图1可知，测试时间段，冷凝水实际产生量由少到多，再由多到少，与公式法计算的冷凝水理论产生量变化趋势基本一致，冷凝水实际产生量平均值为670g/h，与冷凝水理论产生量平均值相对误差为1.29%。可见，通过饱和水蒸汽分压力公式计算得出含湿量，从而得出的冷凝水理论产生量与实际产生量基本相等，利用excel采用公式法既减少查焓湿图方法所增加的人为误差，也能提高数据处理效率，节省计算时间。 图1 不同时间段下冷凝水实际产生量 3.冷凝水冷却冷凝器效果分析 冷凝器常见的冷却方式有：水冷、风冷和蒸发式冷却。一般家用空调多数采用风冷式，但蒸发
8、冷却的传热系数更高，且在通过情况下，冷凝器能蒸发的水量远大于空调运行时所产生的冷凝水量2，使用冷凝水冷却冷凝器时，会形成蒸发式和风冷式的混合冷却方式，因有水的汽化潜热的影响，这种混合式的传热效果应高于单一的风冷式冷却。在冷凝器其他条件不变的情况下，冷凝水产生量和水温对冷却冷凝器有着重要影响。 利用冷凝水直接冷却冷凝器，冷凝器散热量 理论上有两部分组成：一部分是冷凝水汽化潜热的散热量 ，另一部分为空气所带走的热量 。以本例空调为 例，用冷凝水冷却冷凝器， ，式中 为 冷凝水汽化潜热的散热量，W； 为不同时间点所测得的冷凝水量，g/h； 为不同温度下水的汽化潜热，J/g。 3.1 冷凝水产生量冷却
9、冷凝器效果分析 因冷凝器能蒸发的水量远大于空调运行时所产生的冷凝水量，根据图1冷凝水实际产生量的变化，假设不考虑冷凝水低温水对原系统影响，40时水的汽化潜热为2406J/g冷凝水汽化潜热的散热量 变化如图2，冷凝水汽化散热量最大达781.95W，最小为60.15W。 图2 不同冷凝水产生量的汽化潜热散热量 分别以冷凝水实际产生水量最少和最多（即时间点11：30和14：30）为例计算冷凝水冷却冷凝器的节能效果。 制冷量： ，式中 为制冷量，W； 为室回风点的焓值，kJ/kg； 为送风点的焓值，kJ/kg。经计算两个测试点下制冷量分别为793.81W和6825.70W，不利用冷凝水时此空调器的能效
10、比为3.4，则输入功率 分别为233.47W和2007.56W，由此得到不使用冷凝 水冷却冷凝器条件下散热量分别为1027.28W和8833.26W。此时两个测试点汽化潜热散热量为60.15W和781.95W，若用冷凝水冷却冷凝器，则散热效率在冷凝水实际产生量最少的情况下散热效率至少提高60.15/1027.28=6%，在冷凝水实际产生量最多的情况下散热效率至少提高781.95/8833.26=9%。 3.2 冷凝水水温冷却冷凝器效果分析 根据测试得不同时间点冷凝水水温见图3。 由图3可知，冷凝水水温最低可达18.4，且冷凝水水温越低，冷凝水汽化潜热的散热量 越大，则用于空气冷却的热量 越小，
11、冷凝器平均传热温差 减小，由 （ 、 分别为冷却介质 进出冷凝器的温度， 为冷凝温度）可知 减小则冷凝温度降低，使得空调器压缩机的功率减少，运行的总功率消耗进一步减少。而冷凝器散热量 ， 则冷凝器散热量越大，制冷量越大，能效比越高。冷凝工作温度每降低1，单位制冷量功耗减少3%4%3，由测试出冷凝水水温最高为25.5，冷凝水最高出水温度远小于冷凝工作温度，即利用冷凝水水温可使冷凝工作温度降低，假设冷凝工作温度降低1时，此空调器新的能效比 。可见，有 效利用冷凝水的产生量和水温，既可以提高冷凝器的散热效率，也可以提高空调的能效比。 图3 不同时间点冷凝水水温 4.结论 通过公式法能够快速计算出冷凝
12、水在不同状态点下的理论产生量，得到冷凝水理论产生量平均值为678.78g/h，并用冷凝水实际产生量平均值为670g/h证明了公式法的可靠性。 根据测得冷凝水实际产生量用于冷却冷凝器分析，散热效率在冷凝水产生量最少的情况下散热效率至少提高6%，在冷凝水产生量最多的情况下散热效率至少提高9%。 冷凝水出水温度能够降低冷凝器的冷凝温度，当冷凝度降低1时，本实验空调器新的能效比提高到3.513.54。 参考文献 1 周西华、梁茵、王小毛、周令昌.饱和水蒸汽分压力经验公式的比较J. 工程技术大学学报，2007.26（3）：331-333 2 姬利明、祁影霞、欧阳心萍.家用空调冷凝水节能利用探讨J.制冷技术，2011，39（5）：53-56 3 徐博.冷凝水冷却冷凝器节能效果的理论分析与实验C. 江平.中国制冷学会2009年学术年会论文集，2009. .
