趙麗麗

摘 要：水資源問題是制約社會和經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵。節(jié)約用水和高效利用水資源對促進國家經(jīng)濟和社會發(fā)展極其重要。冷凝水作為非常規(guī)水資源大氣水中的一種，如果能將其回收利用，將會是非常高效節(jié)能的大氣水回收方式。提高循環(huán)水的利用率，具有重要的現(xiàn)實意義。空氣是氧、氮和其他少量氣體的混合物，含有少量水蒸氣?？諝庵凶畲笏羝咳Q于空氣的溫度。溫暖的空氣中，水蒸氣含量就比冷空氣中要多很多。當(dāng)空氣的濕度達到百分之百時，此時的水蒸氣壓力稱飽和水蒸氣壓力。如果使一定溫度下的飽和空氣冷卻，則較低溫度的飽和水蒸氣壓力將低于被冷卻空氣的水蒸氣壓力。這樣，過量的水蒸氣才會冷凝成液體水。因此分析水蒸氣冷凝的條件，可為高效回收冷凝水提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：冷凝水;蒸汽水;熱橋效應(yīng)

中圖分類號：TB61? 文獻標(biāo)識碼：A? 文章編號：1673-260X（2021）11-0030-04

全世界約12億人面臨缺水的狀況，80多個國家水資源缺乏，超過20億人無法保證正常飲水。據(jù)我們2018年對水資源統(tǒng)計總量27462.5億m3[1]與按照國家統(tǒng)計的總?cè)丝?3.95億計算[2]，我國人均水資源都不到兩千立方米，全球人均水資源是八千立方米，現(xiàn)有很多國家正在研究非常規(guī)水資源的再循環(huán)利用，從而使再循環(huán)水資源在特定條件下代替常規(guī)水資源，節(jié)約用水，進一步緩解全球各地區(qū)水資源緊張的現(xiàn)狀。

冷凝水即空氣中的水蒸氣遇冷凝集成液態(tài)水。冷凝水作為非常規(guī)水資源——大氣水中的一種，冷凝水無處不在，包括溫室大棚、空調(diào)冷凝水、地面返潮、冶煉、化工等，都涉及冷凝水，但是冷凝水丟失也是普遍的，是水資源浪費的其中一種。而加強冷凝水重吸收和利用可提高水的循環(huán)利用，具有重要的現(xiàn)實意義。因此本文主要從空調(diào)冷凝水、地面返潮、醬油制曲室、紡織車間的冷凝水回收利用在內(nèi)的多個方面進行闡述，并就目前冷凝水循環(huán)利用提出了建議和規(guī)劃，從而為水資源的重吸收和利用提供理論依據(jù)。

1 如何產(chǎn)生空調(diào)冷凝水

空調(diào)產(chǎn)生的冷凝水是非常規(guī)水資源中的大氣水資源，在夏季中，空調(diào)運行過程時空氣中的水蒸氣會在空調(diào)蒸發(fā)器表面結(jié)露，凝結(jié)產(chǎn)生冷凝水[3]。現(xiàn)在空調(diào)產(chǎn)生的冷凝水都直接排放到室外，并未得到有效合理的利用，目前關(guān)于空調(diào)冷凝水資源回收利用研究報告顯示，冷凝水不干凈的原因主要是接觸空氣中懸浮的微生物、煙霧、灰塵、化學(xué)物質(zhì)等雜質(zhì)，從而導(dǎo)致冷凝水存在細(xì)菌，不能直接當(dāng)做民用飲用水。但是冷凝水ph值為中性，不屬于污水，可用作冷卻塔補水[4]，或用于降低壓縮機排氣溫度、預(yù)冷卻高溫制冷劑、冷卻空調(diào)系統(tǒng)冷凝器[4-7]。而空調(diào)冷凝水的回收處理可用于飲用水[8]，不僅節(jié)約水資源，還能讓環(huán)境變得干凈。

空氣處理機組[9]的表冷器和空調(diào)末端如濕式風(fēng)機盤管是空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生冷凝水的兩個主要地方。冷凝水形成的機理大致相同。空氣處理機組為了干燥新風(fēng)，而空調(diào)末端為了消除室內(nèi)濕負(fù)荷而分別產(chǎn)生冷凝水。

1.1 空氣處理機組產(chǎn)生冷凝水的原因[10]

當(dāng)室外空氣與空氣處理機組的表冷器接觸進行熱交換冷卻及除濕空氣時，因室外空氣露點溫度高于表冷器的壁面溫度，室外空氣所含的水蒸氣在表冷器壁面析出而形成水滴，當(dāng)水滴增加到一定程度會滑落到表冷器下方的冷凝水盤，從而形成冷凝水。

1.2 空調(diào)末端產(chǎn)生冷凝水的原因

空調(diào)末端與室內(nèi)空氣進行換熱冷卻并除濕空氣，因室內(nèi)空氣露點溫度高于空調(diào)末端壁面溫度，室內(nèi)空氣所含有的水蒸氣會在空調(diào)末端壁面析出而形成水滴，當(dāng)水滴增加到一定程度會滑落到空調(diào)末端下方的冷凝水盤，以此形成了冷凝水。

2 地面返潮

2.1 地面返潮原因

當(dāng)?shù)孛鏈囟染S持在2℃左右，并且與大地土壤直接接觸，地面即可出現(xiàn)冷凝水。南方雨水多，給住戶帶來許多不便，特別是開春時節(jié)和梅雨季節(jié)較為嚴(yán)重，還有室外的排水不暢，以及汽態(tài)水向上滲透。地面上的潮跡來自空氣中的水分沉積。

地面返潮是很常見的一種現(xiàn)象，空氣中濕度特別大時，就會有很多水珠附著在地面和物品上。每年春天梅雨季節(jié)情況導(dǎo)致某些地區(qū)就會有室內(nèi)返潮現(xiàn)象出現(xiàn)，導(dǎo)致衣服、家具吊頂燈部位發(fā)霉返潮，南方也把這種叫做“南風(fēng)天”。春季地面返潮的原因是由于冬季天氣寒冷，導(dǎo)致室內(nèi)地面和墻壁的溫度都很低，春天以后室內(nèi)溫度比室外溫度回升的快，當(dāng)室外變暖天氣回暖后溫度突然升高，而且伴隨潮濕天氣時，進入室內(nèi)的空氣便在室內(nèi)的地面和墻面凝結(jié)成水珠。這與水蒸氣、冷媒體、冷凝有關(guān)。在一定的氣壓下，空氣中水蒸氣的含量影響水蒸氣飽和狀態(tài)下露點溫度的高低。水蒸氣含量少，水蒸氣飽和露點溫度越低，反之則越高，所以當(dāng)溫度較高時，便開始出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象。冷媒體的溫度越低，水蒸氣含量則增多，地面產(chǎn)生的水分也會隨之增多。

2.2 應(yīng)對措施

2.2.1 提高地面表面溫度

如果地面基礎(chǔ)和外墻不做保溫，地面的結(jié)構(gòu)體和大地連成一體，造成地表面溫度近似于大地溫度，而且很難隨氣溫改變而改變。當(dāng)空氣中濕度升高，導(dǎo)致空氣中露點溫度高于地表面建筑溫度時就會出現(xiàn)凝結(jié)現(xiàn)象。如果進行保溫設(shè)計，就可以把地表面建筑結(jié)構(gòu)和大地隔絕，最常見的就是把地面做架空處理，使得地表面溫度和室內(nèi)空氣溫度趨于相同，在大多數(shù)時候是高于室內(nèi)空氣的露點溫度，所以就不會出現(xiàn)凝結(jié)現(xiàn)象。

2.2.2 降低空氣含濕量

（1）利用空調(diào)制冷除濕就是自然降低了空氣的露點溫度，由此達到緩解內(nèi)表面冷凝問題[11]。

（2）新風(fēng)除濕可以降低室內(nèi)空氣含濕量，緩解和解決地面冷凝返潮問題[11]。

（3）加強通風(fēng)，當(dāng)室外空氣的含濕量低于地下室空氣的含濕量的時候，加強通風(fēng)用含濕量更低，露點溫度更低的空氣去替換掉地下室含濕量更高，露點溫度更高的空氣。

3 醬油生產(chǎn)車間內(nèi)水蒸氣冷凝

醬油生產(chǎn)車間內(nèi)的水蒸氣冷凝出現(xiàn)在下邊兩個方面：

3.1 圍護結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生的冷凝

醬油在生產(chǎn)過程中[12]對生產(chǎn)室內(nèi)的相對濕度要在90%，車間室內(nèi)溫度保持在28℃。在當(dāng)前的條件下水蒸氣已經(jīng)達到飽和的狀態(tài)。當(dāng)生產(chǎn)醬油的圍護結(jié)構(gòu)保溫能力不能達到所規(guī)定的要求時候，便會產(chǎn)生熱損失，當(dāng)損失過大時，表面的溫度便低于露點溫度，或者會出現(xiàn)水蒸氣飽和的狀態(tài)，便會在結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象產(chǎn)生冷凝水。

3.2 圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)部的冷凝

冬季的生產(chǎn)車間，室外的空氣濕度和溫度都比室內(nèi)低很多，導(dǎo)致在圍爐結(jié)構(gòu)存在著水蒸氣分子壓力差，水蒸氣的分子會在壓力高的通過內(nèi)部結(jié)構(gòu)向低的一邊滲透擴散，而結(jié)構(gòu)所用的材料也有不同程度的吸濕能力，這樣便導(dǎo)致水蒸氣在材料縫隙中出現(xiàn)內(nèi)部冷凝咸陽。

3.3 應(yīng)對措施

新型制作生產(chǎn)醬油發(fā)酵裝置采用雙層結(jié)構(gòu)，里層為發(fā)酵裝置，外層起到保溫作用，在兩層中間用水作為作為保溫傳熱媒介，同時在兩層之間加裝自動控制溫度裝置，可以進行溫度調(diào)節(jié)，使生產(chǎn)裝置始終保持適合的溫度。

4 紡織車間的冷凝

紡織纖維在不同的溫濕度條件下強力不同，比如棉和麻，濕態(tài)強度就比干態(tài)強度好很多，同樣張力下濕態(tài)伸長也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于干態(tài)。為了保證生產(chǎn)效率，減少斷頭，保證紗線有固定的伸長，正規(guī)的紡織品生產(chǎn)車間都會調(diào)整成恒溫恒濕。在我們北方冬天的室外溫度都在-20℃左右，所以在紡織車間內(nèi)冷凝現(xiàn)象很常見，在車間房頂懸掛塑料布來緩解冷凝水的現(xiàn)象隨處可見。冷凝水的問題一直存在于紡織車間，因造價成本高導(dǎo)致很多問題一直不能徹底解決。但是我們可以改變設(shè)計結(jié)構(gòu)防止結(jié)露來減少冷凝現(xiàn)象。

4.1 車間冷凝現(xiàn)象產(chǎn)生的原因

4.1.1 熱橋效應(yīng)

熱橋，就是熱量傳導(dǎo)時走的橋梁，在廠房建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計上，在紡織車間廠房外墻和屋面等圍護結(jié)構(gòu)中的鋼筋混凝土或金屬梁、柱、肋等部位與主墻體材料在傳熱能力的差異性，室內(nèi)外溫度差別的作用下，這些部位便產(chǎn)生了熱流相對秘籍、內(nèi)表面溫度較低，與主墻體的傳熱相比，故熱量流失的主要橋梁，稱之為熱橋，熱橋的部位最容易產(chǎn)生冷凝水。

4.1.2 K值選擇不當(dāng)

K值，即是指傳熱系數(shù)。說通俗一點，就是隔絕熱量的能力。為了防止產(chǎn)生冷凝水，墻體必須具有足夠的保溫能力。在計算墻體和建筑物所有結(jié)構(gòu)的熱量時，主要是K值，K值是中國檢測標(biāo)準(zhǔn)，單位制為w/m2·k，它表示在穩(wěn)定傳熱的條件下，外門窗兩側(cè)空氣溫差為1K，單位時間內(nèi)，通過單位面積的傳熱量。當(dāng)K值越大，熱損失就越大，墻體就就會結(jié)露產(chǎn)生冷凝水，但是使K值減小就要增大墻體的造價成本，使墻體熱傳量小，不容易結(jié)露，這就需要和工程師溝通配合找出最佳的K值。

4.1.3 保溫層失效

在老廠房的規(guī)劃設(shè)計里，外墻的保溫都采用的用保溫層附著在結(jié)構(gòu)層外面。由于紡織車間冬天室內(nèi)水汽及其溫度比室外高，室內(nèi)絕對濕度比室外高，水分子向外運動，遇到外保溫層存在水蒸氣分壓力很差。水蒸氣的流動將在壓力搞得一次通過邊緣結(jié)構(gòu)向低的一邊滲透，擴散[13]當(dāng)保溫材料達到飽和水分的時候，保溫層便失去保溫的應(yīng)起到效果，增加了冷凝現(xiàn)象。

4.2 應(yīng)對措施

4.2.1 防止“熱橋現(xiàn)象”

（1）盡量避免出現(xiàn)貫通式熱橋[14]。

（2）阻斷不同材料連接處的熱橋。沒有了熱橋，也就不會有相對低溫區(qū)域，就不會有結(jié)露，也減少了能量消耗。比如石墨聚苯乙烯[15]，聚苯乙烯是一種發(fā)泡塑料板，多孔結(jié)構(gòu)中充滿空氣，由于空氣導(dǎo)熱性差，聚苯乙烯板有良好的絕熱性。而石墨聚苯乙烯，是將一層石墨覆蓋在一個個聚苯乙烯小泡的內(nèi)壁，利用石墨反射熱輻射，就像金屬反光那樣，進一步提高材料的絕熱能力

（3）將所有的貫通式熱橋盡量布置在靠近室外的一側(cè)，因為熱橋靠室內(nèi)的一側(cè)要比內(nèi)表面溫度低很多。d.盡可能減少熱橋斷面的面積，熱橋斷面面積越大，通過熱橋的損失就越大。所以，在不影響結(jié)構(gòu)功能的條件下，我們要減少熱橋斷面的面積，來減少熱損失。

4.2.2 設(shè)置墻體保溫隔氣內(nèi)外層

在設(shè)置墻體隔汽層一般都用滲透系數(shù)小的鋁箔，鋁箔則必須貼在空氣間層溫度較高的一側(cè)墻的外表面，砂漿灰層屬于透氣的。即使?jié)B透隔蒸汽層的一些水蒸汽，也將會通過墻的另一側(cè)擴散掉，以達到室內(nèi)和室外水蒸氣的壓力平衡.這樣就會避免室內(nèi)冷凝，并且隔汽層還能防漏。屋面的保溫層下面更要有可靠的隔汽層[16]。

4.2.3 采取軸流風(fēng)機排濕的措施

一般在工業(yè)場合都安裝軸流風(fēng)機，將室內(nèi)過量的水蒸氣通過軸流風(fēng)機排除到室外，最大限度地控制室內(nèi)的水蒸氣含量，避免水蒸氣的飽和。

4.2.4 幾種有益嘗試

新建廠房的設(shè)計，新廠房建造的時候把容易冷凝結(jié)霜的墻面改成雙墻結(jié)構(gòu)體，用聚苯乙烯泡沫塑料板放在雙墻體之間，形成一隔汽層保溫[17]，盡最大可能阻斷水蒸氣的滲透。因此還要在保溫層溫度高的一面用瀝青油氈做成隔蒸汽層[16]。經(jīng)過這樣處理，新建的廠房在使用投入后便無冷凝結(jié)露的現(xiàn)象發(fā)生。

水是生命之源泉、生態(tài)之基礎(chǔ)，是人類社會不可缺少的不可再生資源。隨著社會發(fā)展，對水資源的需求增加。水問題是社會和經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵制約，而水資源的匱乏已使我國部分地區(qū)尤其是內(nèi)蒙古中西部區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展受阻[18]。因此高效和節(jié)約用水對內(nèi)蒙古中西部地區(qū)經(jīng)濟和社會發(fā)展不可或缺。水資源浪費、水資源污染、等多重原因?qū)е滤Y源匱乏。包括空調(diào)、醬油制曲、鍛煉技術(shù)等在內(nèi)的多項技術(shù)涉及冷凝水，而研究表明[19，20]冷凝水重新吸收利用不僅降低水資源消耗，還可降低制作成本。目前市場上出現(xiàn)越來越多的冷凝水回收裝置[21-23]，而工廠冷凝水重收系統(tǒng)主要分為開式回收系統(tǒng)和閉式回收系統(tǒng)，回收方式主要是余壓回收方式、加壓回收方式、重力回收方式[24]。因此合理回收冷凝水，不僅降低能量消耗，還可促進水資源高效節(jié)能循環(huán)利用。因此，分析水蒸氣冷凝的條件，不僅為促進冷凝水回吸收利用提供理論基礎(chǔ)，還可為下一步開發(fā)智能冷凝水重吸收設(shè)備提供方向。

參考文獻：

〔1〕中華人民共和國水利部.2018年中國水資源公報[R].北京：水利部，水利信息中心，2018.

〔2〕中華人民共和國國家統(tǒng)計局.中國統(tǒng)計年鑒[M]. 北京：中國統(tǒng)計出版社，2019.

〔3〕張雅君，朱娟娟，孫麗華，呂靜靜.空調(diào)冷凝水作為水資源回收利用研究進展[J].環(huán)境工程，2017，35（06）：142-145+150.

〔4〕陳鵬，盧軍，張惠民，霍偵偵，曾瀟.分體空調(diào)冷凝水回收利用實驗研究[J].土木建筑與環(huán)境工程，2012，34（S2）：169-172.

〔5〕王贊社，王芳，劉豐榕，彭君君，羅昔聯(lián)，顧兆林.濕熱地區(qū)家用空調(diào)冷凝水回收研究[J].暖通空調(diào)，2015，45（12）：53-56+21.

〔6〕丁勇，史麗莎.分體式空調(diào)冷凝水回用節(jié)能潛力分析[J].建筑節(jié)能，2016，44（11）：97-101.

〔7〕王正偉，魏甲欣，范守華，褚東發(fā)，薛敏，楊燕華，宋志剛，詹旭，梁白月.一種組合式空調(diào)的冷凝水回收利用系統(tǒng)[P].河南省：CN110779125B，2021-03-19.

〔8〕Al-Farayedhiaa， Ibrahimin， Gandhidasanp. Condensate as a water source from vapor compression systems in hot and humid regions [J]. Desalination， 2014，349：60-67.

〔9〕李達，田彥法，秦強，郭桂霞.制冷劑過冷熱量再利用熱回收式空調(diào)機組空氣處理方法及能效[J].暖通空調(diào)，2020，50（02）：100-105.

〔10〕郭玉潤，劉俊紅.多種空氣調(diào)節(jié)方式下的冷凝水利用研究進展[J].建筑節(jié)能，2019，47（02）：16-20.

〔11〕王欣.空調(diào)新風(fēng)用除濕與再熱復(fù)合系統(tǒng)性能實驗研究[D].廣州大學(xué)，2020.

〔12〕王嘉波.怎樣防止冷凝水的產(chǎn)生——談醬油制曲室的建筑保溫[J].調(diào)味副食品科技，1983，（11）：17-19.

〔13〕王晗，劉紅波，李博，潘林梅，付廷明，張悅，宋忠興，唐志書，朱華旭.基于超濾和蒸汽滲透膜法廣藿香揮發(fā)油分離研究[J].中草藥，2021，52（06）：1582-1590.

〔14〕張?zhí)K潤.冷熱橋?qū)ρb配式墻體傳熱特性影響研究[D].石家莊鐵道大學(xué)，2019.

〔15〕楊李寧，胡寶苓，張迎新，田俊嶺.氧化石墨烯改性水泥基復(fù)合保溫材料及其制備方法和應(yīng)用[P].北京市：CN108793880B，2021-03-09.

〔16〕段剛.屋面隔汽層的重要性與鋪設(shè)工藝探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2020，（01）：106-107.

〔17〕劉玉燦，張忠興，蘇慶亮，田一，遲尊浩，陳年文，孫慧娣，馬明玉，張曉倩，耿夢澤.供熱管道保溫層厚度的動態(tài)優(yōu)化數(shù)值模擬研究[J].建筑節(jié)能（中英文），2021，49（02）：97-102.

〔18〕陳新忠.切實把握洪水資源利用機遇做好自治區(qū)西部生態(tài)治理生態(tài)恢復(fù)水文章[J].內(nèi)蒙古水利，2020（11）：10-12.

〔19〕穆連波，王隨林，朱峰，孫海靜，田昌榮，張立申.燃?xì)忮仩t煙氣冷凝余熱深度回收系統(tǒng)應(yīng)用與節(jié)能分析[J].暖通空調(diào)，2020，50（12）：65-69.

〔20〕馮國靜，秦中龍，倪國軍.超薄洗烘一體機冷凝水使用效率提升研究[A].中國家用電器協(xié)會.2020年中國家用電器技術(shù)大會論文集[C].中國家用電器協(xié)會：《電器》雜志社，2020.4.

〔21〕黎昆.一種新型冷凝水余冷回用裝置節(jié)能探討[A].中國城市科學(xué)研究會、蘇州市人民政府、中美綠色基金、中國城市科學(xué)研究會綠色建筑與節(jié)能專業(yè)委員會、中國城市科學(xué)研究會生態(tài)城市研究專業(yè)委員會.2020國際綠色建筑與建筑節(jié)能大會論文集[C].中國城市科學(xué)研究會、蘇州市人民政府、中美綠色基金、中國城市科學(xué)研究會綠色建筑與節(jié)能專業(yè)委員會、中國城市科學(xué)研究會生態(tài)城市研究專業(yè)委員會：北京邦蒂會務(wù)有限公司，2020.4.

〔22〕張家鶴，陳凌陽，于林平，王偉，孫悅，陳玲鈺，孟齊.溫室大棚蒸騰水吸收與利用智能化系統(tǒng)研究[J].綠色科技，2019（10）：274-275+290.

〔23〕李星星.傳統(tǒng)溫室結(jié)構(gòu)在冷凝水收集功能上的改進[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2020，40（28）：47-48+55.

〔24〕趙剛.蒸汽冷凝水回收技術(shù)研究[J].能源與節(jié)能，2019，61（09）：59-60+96.