黃紫旭 賈春輝 田 政 陳 璐

基于濕簾蒸發(fā)冷卻技術(shù)回收利用制冷冷凝水的分體式空調(diào)設(shè)計與實驗應(yīng)用

黃紫旭1賈春輝2田 政1陳 璐1

（1.西南科技大學城市學院 綿陽 621000;2.西南科技大學 綿陽 621010）

分體式空調(diào)在我國建筑中廣泛使用，暖通空調(diào)能耗占建筑能耗可達到40%～50%，分體式空調(diào)的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計是空調(diào)節(jié)能的重要環(huán)節(jié)。分體式空調(diào)在濕負荷較大的場所，每1kW冷負荷每小時產(chǎn)生約0.8kg的冷凝水，冷凝水溫度較低約為10～15℃。空氣露點溫度越高，含濕量越大，產(chǎn)生的冷凝水越多，而冷凝水需要設(shè)置排水管進行有組織排放，這既造成冷凝水冷量浪費又增加了排水管的管材使用。本文提出了一種基于濕簾蒸發(fā)冷卻技術(shù)回收利用制冷冷凝水的分體式空調(diào)設(shè)計與實驗應(yīng)用。通過實驗、計算和對比分析出利用制冷冷凝水后的實際節(jié)能效果，結(jié)果表明：通過利用濕簾蒸發(fā)冷卻回收利用制冷冷凝水的分體式空調(diào)不僅可以提高制冷量約4.612%和能效比約9.302%，降低冷凝溫度約4.685%，而且不需要設(shè)置排水管。

濕簾；分體式空調(diào)；制冷冷凝水；回收利用

0 引言

我國的經(jīng)濟迅速發(fā)展，能源消耗的缺口日趨增大，截止到2010年，我國已取代美國成為世界上最大的能源消耗國[1]。暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能是建筑節(jié)能中一個迫切的問題。暖通空調(diào)能耗占建筑能耗可達到40%～50%[2]，分體式空調(diào)的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計是空調(diào)節(jié)能的重要環(huán)節(jié)。分體式空調(diào)制冷時產(chǎn)生的冷凝水通常作為廢水直接排向室外，但冷凝水品質(zhì)較高且溫度較低，一般10～15℃，帶有很大的冷量，如果直接排向室外會造成制冷時的冷量浪費[3-5]。在環(huán)境與能源問題嚴重的今天，空調(diào)冷凝水也是一項寶貴的資源，因此通過排水管將空調(diào)冷凝水直接排放至室外的傳統(tǒng)做法需要改進[6]，本文提出了一種基于利用濕簾蒸發(fā)冷卻回收利用制冷冷凝水的分體式空調(diào)。

1 利用濕簾蒸發(fā)冷卻技術(shù)回收制冷冷凝水的分體式空調(diào)設(shè)計

分體式空調(diào)制冷運行時室內(nèi)機通常采用大溫差、機器露點送風方式[7]，此時蒸發(fā)器表面就會有冷凝水產(chǎn)生，若能把室內(nèi)機產(chǎn)生的冷凝水送到室外機冷凝器通過與風冷散熱結(jié)合用于輔助冷凝器散熱，則既保留了風冷方式簡單的特點，又發(fā)揮了冷凝水蒸發(fā)吸熱來強化冷凝器散熱的優(yōu)勢，提高分體式空調(diào)的制冷能效比，從而實現(xiàn)節(jié)能的目的。

分體式空調(diào)在制冷運行時，室內(nèi)機的蒸發(fā)器通過冷卻除濕時產(chǎn)生冷凝水，這部分冷凝水通過冷凝水回收管進入到分水槽，分水槽里的制冷冷凝水在重力作用下沿著濕簾緩慢下降，這時濕簾蒸發(fā)冷卻加濕進入室外機冷凝器的空氣，該過程可近似認為是對進入室外機冷凝器的空氣等焓加濕過程。在分體式空調(diào)制冷運行初期，冷凝水產(chǎn)生量大時，會存在部分未及時蒸發(fā)的冷凝水通過濕簾下降到蓄水槽中；在冷凝水產(chǎn)生量小時，蓄水槽中的冷凝水通過毛細力沿濕簾上升繼續(xù)加濕進入室外機冷凝器的空氣。

2 分體式空調(diào)制冷冷凝水水量計算

以四川省綿陽市某學校30m2的教師辦公室為空調(diào)制冷冷凝水水量計算對象,夏季大氣壓力95060Pa，空調(diào)室外計算干球溫度32.8℃,室外相對濕度為65%[8]。教師辦公室室內(nèi)設(shè)計溫度26℃，相對濕度為55%，人均新風量取30m3/h·人。教師辦公室人數(shù)為6人，靜坐狀態(tài)下成年男子在室內(nèi)溫度26℃的散濕量為=68g/h,辦公室的群集系數(shù)為1=0.96[9]。本實驗所用的分體式空調(diào)室外風量為1150m3/h，額定輸入功率1.18kW，額定輸入電流5.6A，制冷劑為R22。空調(diào)系統(tǒng)冷凝水量主要包括新風濕負荷和室內(nèi)人員濕負荷形成的冷凝水，當空調(diào)房間人員密度增加或新風量增加，空調(diào)系統(tǒng)的冷凝水量則增加[10]。

（1）新風濕負荷形成的冷凝水水量計算

該教師辦公室新風量為：=30×6=180m3/h，查焓濕圖得該教師辦公室空調(diào)設(shè)計參數(shù)下室內(nèi)空氣含濕量d=12.3g/kg，室外空氣含濕量d=21.9g/kg。

新風濕負荷形成的冷凝水水量：

Δ=0.001(d-d)=2.074kg/h （1）

式中，Δ為冷凝水流量，kg/h；為新風量，m3/h；為新風密度，kg/m3；d為室內(nèi)含濕量，g/kg；d為室外的含濕量，g/kg。

（2）人員散濕形成的冷凝水水量計算

人員散濕形成的冷凝水水量計算：

∑=0.0011∑2=0.392kg/h （2）

式中，∑為冷凝水流量，kg/h；1為群集系數(shù)；2為室內(nèi)人數(shù)，人；為成年男子散濕量，g/h。則該教師辦公室分體式空調(diào)產(chǎn)生的制冷冷凝水水量為：=Δ+∑=2.403kg/h

3 利用濕簾蒸發(fā)冷卻技術(shù)回收制冷冷凝水的分體式空調(diào)實驗測試

3.1 制冷冷凝水冷量回收潛力

分體式空調(diào)在濕負荷較大的場所，每1kW冷負荷每小時產(chǎn)生約0.8kg的冷凝水，當冷凝水量溫度為15℃時，在理想情況下可增加室外機冷凝器散熱量0.562kW。

3.2 分體式空調(diào)室外機風量測試

本實驗室外機增加了濕簾，使室外機冷凝器的風量減少。通過實驗測量利用濕簾后分體式空調(diào)室外機風量。將室外機上的風機形成的圓斷面分成若干個面積相等的同心圓環(huán)，在每個圓環(huán)上布置4個測點且使4個測點位于互相垂直的兩條直徑。使用葉輪風速儀測量各點的風速，實驗測得各點的風速見表1和表2。

圖2 圓形風機測點布置

表1 利用濕簾測點的風速

表2 未利用濕簾測點的風速

由實驗測得的各點風量數(shù)據(jù)可以算出平均風速，從而算出風量。

式中，1、2、3、4為各個圓環(huán)上平均風速，m/s；為所測圓環(huán)的個數(shù)；為所測圓環(huán)的面積，0.058m2。

代入數(shù)據(jù)得：未利用=1127m3/h，利用=1049.72m3/h，利用濕簾后室外機風量減少6.86%。

3.3 分體式空調(diào)室外機散熱量測試

3.3.1 未利用冷凝水的分體式空調(diào)室外機散熱量

進入室外機的空氣被冷凝器等濕加熱，在焓濕圖上為1-2過程，如圖3所示。

1.未利用冷凝水時冷凝器的進風狀態(tài)點；2.未利用冷凝水時冷凝器的出風狀態(tài)點

表3 未利用冷凝水冷凝器的進出風口測試數(shù)據(jù)

未利用冷凝水的分體式空調(diào)室外機散熱量Q未利用：

Q未利用=未利用（2-1）=4.428kW （5）

式中：1為1點焓值，kJ/kg；2為2點焓值，kJ/kg；未利用為室外機風量，kg/s。

3.3.2 利用制冷冷凝水的分體式空調(diào)室外機散熱量

進入室外機的空氣可近似看作先經(jīng)過濕簾等焓加濕，在焓濕圖上為1-3過程，再被冷凝器等濕加熱，在焓濕圖上為3-4過程，如圖4所示。

1.利用冷凝水時室外空氣狀態(tài)點；3.利用冷凝水時冷凝器進風狀態(tài)點；4.利用冷凝水時冷凝器出風狀態(tài)點

表4 利用冷凝水冷凝器的進出風口測試數(shù)據(jù)

利用制冷冷凝水的分體式空調(diào)室外機散熱量Q利用：

Q利用=利用（4-3）=4.548kW （6）

式中，3為3點焓值；4為4點焓值；利用為利用制冷冷凝水后室外機風量，kg/s。

3.3.3 分體式空調(diào)實際制冷量與壓縮機能耗變化

利用濕簾蒸發(fā)冷卻技術(shù)回收利用制冷冷凝水的分體式空調(diào)比未利用冷凝水的分體式空調(diào)室外機冷凝器的冷凝溫度低，其壓縮機能耗也會下降，冷凝溫度每下降1℃壓縮機能耗下降約1.97%[11]。

為了簡化計算，可以認為制冷劑的溫度等于冷凝溫度。因此，冷凝器內(nèi)制冷劑和冷卻劑的平均對數(shù)傳熱溫差為：

式中，ΔT為制冷劑與冷卻劑間的平均對數(shù)溫差，℃；t為進風溫度，℃；t為出風溫度，℃；t為冷凝溫度，℃。對于空氣強制流動的風冷式冷凝器，冷凝溫度與空氣進風口溫度之差取10～16℃左右（取13℃）[12]。

冷凝器的散熱量：

Q=ΔT（8）

冷凝器的散熱量：

Q=Q+（9）

全封閉壓縮機的制冷系統(tǒng)的冷凝負荷：

Q=0(+Bt) （10）

式（8）、（9）中，為傳熱系數(shù)，W/（m2·K)；為傳熱面積，m2；ΔT為平均對數(shù)溫差，K；Q為冷凝器散熱量，kW；為壓縮機的軸功率，kW；Q為全封閉壓縮機的制冷系統(tǒng)的冷凝負荷，kW；0為實際制冷量即蒸發(fā)器的得熱量，kW；t為冷凝溫度，℃；=0.86，=0.0042[12]。

未利用冷凝水的分體式空調(diào)實際制冷量0未利用及冷凝溫度t未利用：t未利用=45.8℃

利用冷凝水的分體式空調(diào)實際制冷量0利用及冷凝溫度t利用：t利用=43.65℃

則制冷量增加了：

3.4 利用制冷冷凝水的分體式空調(diào)實驗結(jié)果分析

經(jīng)實驗測定與計算，利用制冷冷凝水的分體式空調(diào)與未利用制冷冷凝水的分體式空調(diào)對比，室外機風量下降6.86%；冷凝溫度下降約2.15℃；散熱量增加0.138kW；制冷量增加0.142kW。

空調(diào)能效比：

式中，0為空調(diào)實際制冷量，kW；為輸入功率，kW。

未利用冷凝水時：

利用冷凝水時：

4 結(jié)論

本文通過對分體式空調(diào)冷凝水量的計算和實驗測試，結(jié)合綿陽市夏季空調(diào)運行的室內(nèi)外條件，對未利用冷凝水和利用冷凝水節(jié)能性進行對比，得出以下結(jié)論：

（1）濕簾上的冷凝水和冷凝器周圍的空氣進行熱質(zhì)交換，降低了進入冷凝器空氣的溫度，從而增大冷凝器的換熱能力。

（2）濕簾上的冷凝水溫度相對于周圍的空氣較低，使制冷劑和冷卻劑的平均對數(shù)傳熱溫差降低，降低了冷凝溫度約3℃；增加了空調(diào)制冷量約0.142kW；提高空調(diào)能效比約0.243，即提高約9.302%，節(jié)能效果顯著。

（3）冷凝水回收利用的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、價格低廉等優(yōu)點，由于濕簾的使用，該設(shè)備有使用壽命短等缺點。

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Split-type Air Conditioning Design and Experimental Application based on Wet Curtain Evaporative Cooling Technology for Recycling Refrigeration Condensate

Huang Zixu1Jia Chunhui2Tian Zheng1Chen Lu1

( 1.City college, southwest University of science and Technology, Mianyang, 621000;2.Southwest University of science and Technology, Mianyang, 621010 )

Split-type air conditioners are widely used in China's buildings. HVAC energy consumption accounts for 40%～50% of building energy consumption. The energy-saving optimization design of split-type air conditioners is an important part of air-conditioning energy conservation. The split type air conditioner generates about 0.8 kg of condensed water per hour of cold load in a place with a large wet load, and the condensed water temperature is about 10 to 15℃ lower. The higher the air dew point temperature, the greater the moisture content, the more condensed water is produced, and the condensate needs to be equipped with a drain pipe for organized discharge, which causes waste of condensed water and increases the use of the pipe of the drain pipe. This paper presents a design and experimental application of a split air conditioner based on the wet curtain evaporative cooling technology to recycle refrigeration condensate. Through experiments, calculations and comparisons, the actual energy efficiency after using refrigeration condensate is analyzed. The results show that the split air conditioner that utilizes the cooling condensate by using the wet curtain evaporative cooling can not only increase the cooling capacity. About 4.612% and the energy efficiency ratio is about 9.302%, the condensation temperature is lowered by about 4.685%, and there is no need to install a drain pipe.

wet curtain; split type air conditioner; cooling condensate; recycling and utilization

TU831

A

1671-6612（2020）02-257-05

西南科技大學城市學院科學研究（基于冷凝水回收利用的分體式空調(diào)研制2019XJXM32）項目資助

黃紫旭（1992.08-），男，本科，助教，E-mail：1315723896@qq.com

2019-05-30