陳 才 劉利利

（1．重慶三峽學(xué)院 重慶市萬州區(qū) 404100 2.重慶大學(xué) 重慶市沙坪壩 400030）

0 引言

對于暖通空調(diào)而言，高層建筑具人員密度大，冷熱負(fù)荷大，新風(fēng)量多等特點。因而在高層建筑中暖通空調(diào)能耗占比很高。為了貫徹國家“節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、治污”八字方針，響應(yīng)國家節(jié)能減排保護(hù)環(huán)境的號召，建筑節(jié)能尤其是暖通空調(diào)的節(jié)能成為大多數(shù)學(xué)者的研究熱點?？照{(diào)制冷除濕過程中產(chǎn)生大量的冷凝水，這些冷凝水溫度很低、雜質(zhì)很少、硬度低、產(chǎn)生量穩(wěn)定，有很高的利用價值[1]。目前，暖通空調(diào)節(jié)能方面研究方向之一是空調(diào)冷凝水的回收利用。其中冷凝水作為冷卻塔補水的研究大多是基于工程實例進(jìn)行分析，本文結(jié)合具體工程案例著重從理論上探究高層建筑集中空調(diào)冷凝水收集用于冷卻塔補水的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

1 空調(diào)冷凝水量

無論是全空氣系統(tǒng)的空調(diào)形式，還是風(fēng)機盤管加新風(fēng)的空調(diào)系統(tǒng)形式，空調(diào)冷凝水產(chǎn)生源于兩方面：①室內(nèi)濕負(fù)荷。②新風(fēng)濕負(fù)荷。所以本文可以以風(fēng)機盤管加新風(fēng)的空調(diào)系統(tǒng)形式為例分析各種空調(diào)形式的冷凝水產(chǎn)生量。

1.1 空氣參數(shù)

根據(jù)《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》（GB 50376—2012）規(guī)范規(guī)定，室內(nèi)參數(shù)的選擇見表1。從節(jié)能、舒適度以及城市建設(shè)和人民生活水平的角度出發(fā)，設(shè)定室內(nèi)狀態(tài)為：溫度：25℃，相對濕度：50%。

1.2 室內(nèi)冷凝水量

相關(guān)規(guī)范[2]給出了一般室內(nèi)空調(diào)環(huán)境1kW冷負(fù)荷每小時約產(chǎn)生的冷凝水水量b1介于0.4～0.8kg。由此可見本文計算結(jié)果與已有的參考值吻合度較高。

表1 人員長期逗留區(qū)域空調(diào)室內(nèi)設(shè)計參數(shù)

表2 新風(fēng)處理后狀態(tài)點的參數(shù)和室內(nèi)空氣狀態(tài)點的參數(shù)

同時通過對重慶地區(qū)各類建筑（辦公、商業(yè)、博物館、超市、酒店、電影院）空調(diào)負(fù)荷的大量計算發(fā)現(xiàn)，室內(nèi)空調(diào)區(qū)內(nèi)1kW冷負(fù)荷每小時約產(chǎn)生的冷凝水水量b1介于0.12～0.43kg。圖1是不同建筑類型空調(diào)區(qū)內(nèi)1kW冷負(fù)荷每小時約產(chǎn)生的冷凝水水量的分布圖。圖中辦公建筑和酒店建筑實際工程計算值b1較低，主要原因是此兩類功能的空調(diào)建筑人流量較低，產(chǎn)生的濕負(fù)荷較少。其余各類功能的建筑實際計算的冷凝水水量b1結(jié)果接近理論計算結(jié)果。

圖1 不同建筑類型的分布

1.3 新風(fēng)冷凝水量

通過對重慶地區(qū)各類建筑（辦公、商業(yè)、博物館、超市、酒店、電影院）空調(diào)負(fù)荷的大量計算發(fā)現(xiàn)，對于新風(fēng)系統(tǒng)，各功能類型的空調(diào)建筑1kW冷負(fù)荷每小時約產(chǎn)生的冷凝水水量介于0.96～1.17kg。圖2是不同功能類型的建筑新風(fēng)每1kW冷負(fù)荷每小時約產(chǎn)生的冷凝水水量的分布圖。

圖2 每1kW新風(fēng)冷負(fù)荷每小時產(chǎn)生的冷凝水水量的分布

1.4 空調(diào)區(qū)總冷凝水量

按照目前我國暖通規(guī)范現(xiàn)有新風(fēng)量指標(biāo)，計算得到的高密度人群建筑新風(fēng)量所形成的新風(fēng)負(fù)荷在空調(diào)負(fù)荷中的比重一般高達(dá)20%～40%，對于人員密度超高建筑，新能能耗通常更高。呂莉[3]對空調(diào)冷負(fù)荷進(jìn)行計算分析，也發(fā)現(xiàn)新風(fēng)冷負(fù)荷在空調(diào)系統(tǒng)總冷負(fù)荷中占有較大比重，一般在35%～50%之間，處理新風(fēng)要消耗大量能源。

對于高層建筑來講，人員密度更大，所以取新風(fēng)量所形成的冷負(fù)荷在空調(diào)負(fù)荷中的比重為最大值50%，室內(nèi)負(fù)荷在空調(diào)負(fù)荷中的比重為50%。所以各區(qū)空調(diào)季節(jié)1kW空調(diào)冷負(fù)荷每小時產(chǎn)生冷凝水水量b（kg/h）的最大值計算公式為：

b=0.5b1+0.5b2（1）

計算可得，各區(qū)域空調(diào)季節(jié)1kW空調(diào)冷負(fù)荷每小時產(chǎn)生冷凝水水量的最大值介于0.63～0.85kg之間。

2 經(jīng)濟(jì)性

2.1 節(jié)水能力

冷卻塔循環(huán)水量為[4]：

式中：G-冷卻塔循環(huán)水量，kg/h；Q0-制冷機冷負(fù)荷，kW；Qc-冷卻塔冷負(fù)荷，kW；k-制冷機制冷時耗功的熱量系數(shù)：本文取1.2；c-水的比熱容，kJ/（kg·℃），取 4.19；tw1、tw2-冷卻塔進(jìn)出水溫度，℃。

空調(diào)冷凝水最大水量為：

式中：Gl-空調(diào)冷凝水水量，kg/h。

從式（3）可以看出，空調(diào)冷凝水量在冷卻塔循環(huán)水量中的比例。在工程設(shè)計過程中，冷卻水的進(jìn)出水水溫一般為37℃/32℃，所以冷卻塔進(jìn)出水溫差可以近似認(rèn)為5℃，因而（3）式可以寫為：

而冷卻塔補水量為[4]：

式中：Gb-冷卻塔補水量，kg/h。

通過（4）、（5）式計算得到，冷凝水回收量占冷卻塔補水量的比例在21%～42%之間。且此過程不需要依靠水泵來提升冷卻塔的補水，減少補水能耗，節(jié)約補水成本。

2.2 節(jié)能能力

目前大多數(shù)空調(diào)系統(tǒng)的進(jìn)出水溫度大多是7/12℃，所以經(jīng)過處理的空氣中凝結(jié)的冷凝水水溫一般在13℃～18℃[4]。

所以冷凝水能夠提供的冷量為：

式中：Ql-冷凝水提供的冷量，kW；tl-空調(diào)冷凝水水溫，℃。

冷卻塔提供的冷量為：

通過（6）、（7）式可以計算得到，冷凝水提供的冷量占冷卻塔所需冷量的比例在1.6%～2.02%之間。由此減少冷卻塔運行能耗。

同時，冷凝水的溫度對冷水主機的冷卻水溫有積極的影響。冷凝水與冷卻塔出水混合后的水溫為：

式中：t-混合后冷卻水水溫，℃；A-冷凝水在循環(huán)冷卻水總的占比，%；B-冷卻塔供水在循環(huán)冷卻水總的占比，%。

圖3 冷凝水占比及溫度對供冷主機冷卻水水溫的影響

從圖3中可以看出，隨著冷卻水溫的降低以及冷凝水在冷卻塔循環(huán)冷卻水中占比的增加，冷水主機的冷卻水溫在不斷降低。冷水主機的水溫分布在31.5℃～31.8℃之間，與32℃相比，降低了0.2℃～0.5℃。已有研究表明，當(dāng)蒸發(fā)溫度一定時，冷凝溫度每增加1℃，壓縮機單位制冷量耗功率約增加3%～4%。所以當(dāng)冷卻水水溫降低后會不同程度的提高冷水主機的COP，減小冷水主機能耗，節(jié)約電能。

3 結(jié)論

本文通過對空調(diào)冷凝水產(chǎn)生原理進(jìn)行分析，得到各區(qū)冷凝水產(chǎn)生量。以此為基礎(chǔ)，探究了高層建筑集中空調(diào)冷凝水收集用于冷卻塔補水的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性問題。研究表明，高層建筑集中空調(diào)冷凝水收集用于冷卻塔補水方案可行，不僅可以節(jié)約冷卻塔補水21%～42%，而且可以節(jié)約冷卻塔提供冷量1.6%～2.02%，并且可以降低冷水主機的冷卻水溫，提高冷水主機的COP。因此高層建筑冷凝水回收用于冷卻塔補水，即可以節(jié)約水資源，也能減少冷卻塔運行能耗，還能提高空調(diào)冷凍主機設(shè)備的COP，從而達(dá)到了節(jié)水、節(jié)能的效果。