騫鵬博 曹振華

家用空調(diào)冷凝器用其冷凝水進(jìn)行冷卻的技術(shù)研究

騫鵬博 曹振華

（陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 西安 710302）

對(duì)家用空調(diào)設(shè)計(jì)了一套利用空調(diào)在運(yùn)行中產(chǎn)生的冷凝水來(lái)冷卻冷凝器的系統(tǒng)，并通過(guò)計(jì)算分析了利用冷凝水量的大小與空調(diào)制冷量、能耗等的變化關(guān)系。經(jīng)分析和研究，結(jié)果表明有效利用空調(diào)產(chǎn)生的冷凝水來(lái)冷卻冷凝器，空調(diào)的能耗將會(huì)大大降低，同時(shí)制冷量增加，且冷凝水量越大效果越明顯。

家用空調(diào)；冷凝水；制冷量；能耗

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人民的生活水平和工作環(huán)境也越來(lái)越好，家用空調(diào)已經(jīng)進(jìn)入每個(gè)普通家庭，家用空調(diào)給人們帶來(lái)舒適和美好環(huán)境的同時(shí)，同樣也帶來(lái)了一些煩惱，諸如，浪費(fèi)能源，冷凝水排放問(wèn)題等等[1]。

目前，我國(guó)家用空調(diào)在運(yùn)行中產(chǎn)生的冷凝水排放方式一般都是無(wú)序無(wú)組織的直接排放到室外或收集起來(lái)排往下水道，但隨著我國(guó)開(kāi)始大力實(shí)施節(jié)能減排政策，居民們的節(jié)能的意識(shí)開(kāi)始增強(qiáng)了，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生的冷凝水是否能夠回收利用及怎么回收利用問(wèn)題也漸漸開(kāi)始關(guān)心和關(guān)注了。實(shí)際上，家用空調(diào)產(chǎn)生的冷凝水完全可以不向室外排放，本文研究將其冷凝水用來(lái)冷卻空調(diào)冷凝器的再利用技術(shù)。設(shè)計(jì)冷凝器用冷凝水冷卻系統(tǒng)，通過(guò)該系統(tǒng)的運(yùn)行，分析對(duì)冷凝器的傳熱效果的改善情況及對(duì)空調(diào)的能耗改善情況，通過(guò)這種對(duì)冷凝水的利用方式，不僅解決了空調(diào)冷凝水亂排放的環(huán)境污染，也有效的降低了空調(diào)的能耗，一舉兩得。希望本研究能對(duì)空調(diào)從業(yè)人員具有一定的參考價(jià)值，共同提高空調(diào)的節(jié)能效果。

1 冷凝水冷卻冷凝器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如圖1所示，本系統(tǒng)在家用空調(diào)的基礎(chǔ)上，在室外冷凝器上加裝了冷凝水水箱、冷凝水噴淋器、水管和輸送水泵。該系統(tǒng)的工作過(guò)程如下：首先當(dāng)室內(nèi)環(huán)境空氣進(jìn)入室內(nèi)機(jī)時(shí)，當(dāng)室內(nèi)機(jī)的蒸發(fā)溫度比環(huán)境空氣的露點(diǎn)溫度還低時(shí)，則室內(nèi)蒸發(fā)器上就會(huì)有冷凝水產(chǎn)生，產(chǎn)生的冷凝水流入室外冷凝水水箱，然后，冷凝水經(jīng)輸送水泵送入冷凝

水噴淋器對(duì)冷凝器進(jìn)行噴灑冷卻，從而達(dá)到冷卻冷凝器的目的。經(jīng)噴淋的冷凝水有部分吸收冷凝器的熱量成為水蒸氣被室外空氣帶走，沒(méi)有變成水蒸氣的冷凝水落到冷凝水水箱循環(huán)利用。

1—輸送水泵；2—冷凝水水箱；3—室內(nèi)蒸發(fā)器積水盤(pán)；4—水管；5—冷凝水噴淋器；6—室外冷凝器；7—室外風(fēng)機(jī)；8—室內(nèi)蒸發(fā)器；9—室內(nèi)風(fēng)機(jī)

2 冷凝水產(chǎn)生的原因及大小分析

2.1 冷凝水產(chǎn)生的原因

家用空調(diào)在夏天使用時(shí)為什么會(huì)向室外流水呢？此水就是室內(nèi)機(jī)產(chǎn)生的冷凝水。這是因?yàn)樵谙奶?，室?nèi)機(jī)蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度都比室內(nèi)環(huán)境空氣的露點(diǎn)溫度低，當(dāng)室內(nèi)空氣進(jìn)入溫度較低的蒸發(fā)器時(shí)空氣中的水蒸氣就會(huì)冷凝成為水。在炎熱的夏天，由于室內(nèi)環(huán)境溫度比較高，當(dāng)空調(diào)正常工作后室內(nèi)空氣被冷卻降溫，空氣的相對(duì)濕度就會(huì)升高，露點(diǎn)溫度也會(huì)相應(yīng)升高，因此在夏天所有空調(diào)正常工作時(shí)都會(huì)有冷凝水產(chǎn)生。

2.2 冷凝水量大小的取決因素

家用空調(diào)產(chǎn)生的冷凝水量的大小取決于三個(gè)參數(shù)，分別是室內(nèi)環(huán)境空氣的溫度、室內(nèi)環(huán)境空氣的相對(duì)濕度和空調(diào)的制冷量的大小。相對(duì)于一臺(tái)固定的家用空調(diào)，產(chǎn)生的冷凝水量大小就主要取決于室內(nèi)環(huán)境空氣的溫度和相對(duì)濕度的大小。本文以一臺(tái)壓縮機(jī)型號(hào)為QXA-A085型，功率為1P的家用空調(diào)進(jìn)行計(jì)算和分析，如圖2所示，是該家用空調(diào)產(chǎn)生的冷凝水量大小與室內(nèi)環(huán)境空氣相對(duì)濕度及溫度之間的三者變化關(guān)系。如圖所示，空調(diào)產(chǎn)生的冷凝水量隨著室內(nèi)環(huán)境空氣的相對(duì)濕度和溫度的升高而升高。例如，在室內(nèi)環(huán)境溫度為28℃，相對(duì)濕度為90%時(shí)空調(diào)產(chǎn)生的冷凝水量為2.4kg/h。

圖2 空調(diào)冷凝水量與室內(nèi)環(huán)境空氣溫度及相對(duì)濕度之間的變化關(guān)系

3 用冷凝水冷卻冷凝器的運(yùn)行情況分析

3.1 空氣冷卻冷凝器的散熱量計(jì)算

圖3 冷凝器冷卻過(guò)程圖

目前，我國(guó)家用空調(diào)普遍采用的都是空氣冷卻冷凝器，此方法是用室外空氣直接吹向冷凝器，冷凝器的高溫?zé)崃繉⑷勘皇彝饪諝鈳ё?，其?圖上是一條等濕線，如圖3所示過(guò)程為1點(diǎn)到2點(diǎn)。此時(shí)冷凝器散熱量：

Q=(2-1)

式中：Q為冷凝器散熱量，W；為流經(jīng)冷凝器空氣質(zhì)量，kg/s；l，2為空氣進(jìn)出冷凝器的焓值，kJ/kg。

=Δt

式中：為傳熱系數(shù)，W/m·℃；為冷凝器的傳熱面積，m；Δt為冷凝器平均傳熱溫差，℃?？諝饬鞒隼淠鞯臏囟葹椋?。

3.2 冷凝水冷卻冷凝器的散熱量計(jì)算

當(dāng)用本文設(shè)計(jì)的冷凝水冷卻冷凝器時(shí)，其冷凝器的散熱量就分為兩個(gè)部分，其中一部分跟普通家用空調(diào)一樣，其熱量Q被室外吹來(lái)的空氣帶走，這部分帶走的熱量同空氣冷卻冷凝器過(guò)程，可以被認(rèn)為是一個(gè)等濕加熱過(guò)程，如圖3所示，其過(guò)程為1點(diǎn)到3點(diǎn)的一條等濕線；另一部分是冷凝水冷卻冷凝器所吸收的汽化潛熱Q，此過(guò)程為一個(gè)等溫過(guò)程，如圖3所示，其過(guò)程為3點(diǎn)到4點(diǎn)的一條等溫線。其中4點(diǎn)的焓值應(yīng)與2點(diǎn)的焓值相等。此時(shí)冷凝器散熱量為：

Q=Q+Q

其中：

Q=(3-1)

Q=(4-3)

Q=Q+Q=(4-1)=(2-1)

由以上公式可知，冷凝水吸收冷凝器的Q越大則用于空氣冷卻冷凝器的熱量Q就越小，根據(jù)傳熱方程：

Q=Δt

式中：Δt為冷凝器平均傳熱溫差，℃。

Q減小，但冷凝器的傳熱系數(shù)和換熱面積保持不變，因此Δt將減小，冷凝溫度將降低，冷凝溫度降低會(huì)使得空調(diào)的壓縮機(jī)耗功量降低，從而增加制冷量。家用空調(diào)的制冷量增加將會(huì)使得空調(diào)的運(yùn)行總功率進(jìn)一步降低，從而起到了節(jié)能作用。

3.3 空調(diào)各種參數(shù)之間的運(yùn)行關(guān)系分析

如圖4所示為冷凝水量與降低冷凝器的冷凝溫度的關(guān)系圖。從圖中可以看出冷凝水量越大，冷凝器降低的冷凝溫度就越大，此過(guò)程與室外環(huán)境空氣的相對(duì)濕度和溫度無(wú)關(guān)。

圖4 冷凝水量與降低冷凝器的冷凝溫度的關(guān)系

圖5 減少的空調(diào)總功率與冷凝水量及室外環(huán)境空氣溫度的關(guān)系圖

圖6 制冷量的增加與冷凝水量及室外環(huán)境空氣溫度的關(guān)系圖

圖7 空調(diào)總功率降低的百分比與冷凝水量及室外環(huán)境空氣溫度的關(guān)系圖

圖5為減少的空調(diào)總功率與冷凝水量及室外環(huán)境空氣溫度的關(guān)系圖；圖6為制冷量的增加與冷凝水量及室外環(huán)境空氣溫度的關(guān)系圖；圖7為空調(diào)總功率降低的百分比與冷凝水量及室外環(huán)境空氣溫度的關(guān)系圖。從三個(gè)關(guān)系圖中可以看出，空調(diào)冷凝水量越大，室外環(huán)境空氣溫度越低，則家用空調(diào)的總功率減少的越多，制冷量增加的也越多，空調(diào)總功率降低的百分比也越大。家用空調(diào)總功率的減少量由兩部分組成：一部分組成是由于空調(diào)冷凝器的冷凝溫度的降低而導(dǎo)致的壓縮機(jī)功耗的降低，另一部分組成是由于增加的制冷量而使得空調(diào)在運(yùn)行中減少了功率。

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)1匹家用空調(diào)利用冷凝水冷卻冷凝器的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并進(jìn)行運(yùn)行分析和研究，可以得出一下四個(gè)方面的結(jié)論：

（1）可有效延長(zhǎng)家用空調(diào)的壽命。利用家用空調(diào)本身產(chǎn)生的冷凝水冷卻冷凝器可以降低冷凝溫度，降低了壓縮機(jī)的功耗，從而改善了空調(diào)壓縮機(jī)的工作條件，延長(zhǎng)了空調(diào)的壽命；

（2）可有效降低家用空調(diào)的能耗。利用家用空調(diào)本身產(chǎn)生的冷凝水冷卻冷凝器最高可以減少空調(diào)能耗35%，且室外環(huán)境空氣溫度越低節(jié)能效果越明顯；

（3）可以增加空調(diào)制冷量45～260W。利用家用空調(diào)本身產(chǎn)生的冷凝水冷卻冷凝器可以增加空調(diào)制冷量45～260W。且室外環(huán)境空氣溫度越低效果越明顯；

（4）可有效防止空調(diào)冷凝水亂排亂流現(xiàn)象，保護(hù)環(huán)境。利用家用空調(diào)本身產(chǎn)生的冷凝水冷卻冷凝器可以有效防止空調(diào)冷凝水亂排亂流現(xiàn)象給環(huán)境造成的污染和給廣大用戶帶來(lái)的煩惱。

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Research on Cooling Technology of Condenser of Household Air Conditioner with its Condensate

Qian Pengbo Cao Zhenhua

( Shaanxi Institute Of Technology, Xi’an, 710302 )

In this paper, a set of household air conditioning system is designed to cool the condenser by using the condensate produced in the operation of the air conditioning, and the relationship between the amount of condensate used and the cooling capacity and energy consumption of the air conditioning is analyzed through calculation. Through analysis and research, the results show that the energy consumption of air conditioning will be greatly reduced, and the cooling capacity will be increased, and the greater the condensation capacity, the more obvious the effect.

Household air conditioning; condensate; cooling capacity; energy consumption

TU831.6

A

1671-6612（2020）04-500-04

騫鵬博（1974-），男，本科，講師，E-mail：106741438@qq.com

2019-11-09