来源：《制冷》2024年6月   文章编号:ISSN1005-9180(2024)06-0004-04 

刘福城

(中国电子系统工程第三建设有限公司，福建厦门，361000)

[摘要]相比于传统空调系统，冷凝水热回收中央空调系统通过集中回收中央空调冷凝水并利用冷凝水的残余冷量，降低冷却水温度，降低冷凝温度，提高空调设备制冷性能效率，实现节能降低能耗，冷凝水热回收中央空调系统适用于沿海地区等高湿负荷场所，医疗制药领域、锂电池领域等湿度要求较高的工业厂房，节能效果显著，以厦门某洁净厂房为例，根据厦门空气状态及洁净室空气要求，通过计算洁净厂房空调系统冷凝水量和实测冷凝水工况，通过设备厂家制造商论证，冷凝水热回收中央空调系统节能效果明显。

[关键词] 逆卡诺循环:湿负荷;冷凝水热回收中央空调系统

[中图分类号] TU8313  [文献标志码]A   doi:10.3969/J.ISSN.1005-9180.2024.06.0002

Application of Condensation Water Heat Recovery Air Conditioning

LIU Fucheng

(China Electronic Systems Engineering Third Construction Co, Ltd. Tianma Project Department,361000.Xiamen)

Abstract: In contrast to conventional air - conditioning systems, the condensate heat recovery air conditioning reduces the temperature of the cooling water by concentrating the air conditioning condensate and utilizing the residual cooling capacity of the condensate, improve the refrigeration performance efficiency of air - conditioning equipment to achieve energy saving and reduce energy consumption. Condensate water and heat recovery air conditioning are suitable for industrial plants with high humidity requirements, such as those in coastal areas, medical and pharmaceutical fields, and lithium - ion batteries, taking a clean workshop in Xiamen as an example, according to the air condition of Xiamen and the air requirement of clean room, through calculating the condensed water volume of air conditioning system in clean workshop and measuring the condensed water working condition, through the demonstration of equipment manufacturer, condensing water and heat recovery air conditioning are energy efficient.

Key words: Inverse Carnot Cycle; Wet Load; Condensate Heat Recovery Air Conditioning

1 制冷机组制冷效率

COP=Q/W   (1)

式中: Q— 制冷量，W— 压缩机输入功率

根据逆卡诺循环^[1]; 理想状态下，逆卡诺制冷效: COP=q_o/W_o=(T_o+273)/(T_k-T_o)    (2)

式中: q_o— 制冷量；W_o— 压缩机输入功率；T_k— 冷凝温度℃; T_o— 蒸发温度℃；

可得降低冷凝温度，或者提高蒸发温度均可提高制冷效率COP，本文根据工程实际应用情景、采用新型中央空调系统降低冷凝温度，提高制冷效率COP，实现节能。

传统中央空调系统里面，室内空调冷凝水作为废水直接排放，新型热回收中央空调系统通过对室内空调冷凝水进行集中收集，并将收集到的冷凝水导流至冷却系统与经冷却塔冷却后的冷却水进行混合降低冷却水温度降低冷凝温度，提高能效;

取热交换温差为8℃，则冷冻水出水温度等于蒸发温度T_o+8℃，冷却水进水温度等于冷凝温度T_k-13℃(冷却水温差5℃)，即冷却水出水温度等于冷凝温度T_k-8℃，冷凝水温度等于冷水温度T+8℃即冷凝水温度等于蒸发温度T_o+16℃，根据GB/T18430.1-2007^[2]，冷水机组制冷名义工况:冷水出水温度7℃，单位制冷量水流量:0.172m³/(hkW)，冷却水进水温度30℃，单位制冷量冷却水流量:0.215m³/(hkw)，根据逆卡诺循环代入式(2)计算得国标工况制冷机组COP=(273-1)/44≈6.18，假设冷水出水温度不变，制冷机组COP分布如表1，冷却水进水温度每下降1℃提升约0.15.

表1制冷机组COP分布计算表

图1制冷机组COP分布曲线图

2 冷凝水量计算

净化空调系统(集中式空调系统):根据夏季室外和室内空气的温湿度工况，确定室外0点和室内R点，其中送风状态点S由过室内状态点R的热湿比线与送风温差△t_o确定，室内空气状态点R点与室外空气状态点0的空气混合到M点后，冷却除湿度到露点温度D点后，等湿加热到送风状态点S点送入室内车间，如此循环，其空气处理过程如图2所示。

图2 净化空调系统空气处理过程图

图3 空调系统空气处理流程

由焓湿图查得各状态点参数:d_R，d_O，d_M ，d_D 。

冷凝水量计算公式为:W_凝=W_R+W_O =P_空V_R(d_R- d_D)+ P_空V_O(d_O- d_R)       (3)

式中W_凝为冷凝水量kg/h，W_R为室内湿负荷，W_O为新风湿负荷，P_空为空气密度，V_R为室内循环风量，V_O为新风量。

3 湿负荷确定

3.1 室内湿负荷

夏季计算散湿量应根据散湿源的种类，分别选用适宜的人员群集系数、同时使用系数以及通风系数等，并根据下列各项确定:^[3](1)人体散湿量;(2)渗透空气带人的湿量;(3)非围护结构各种潮湿表面、液面或液流的散湿量;(4)食品或气体物料的散湿量;(5)设备的散湿量:(6)围护结构的散湿量。设计民用建筑空调系统时，室内湿负荷一般取人体的散湿量队W，由式(4)表示为:W_r=gnn’   (4)

式中:g为不同室温和劳动性质时成年男子散湿量，kg/h; n为室内人数; n’为群集系数。

3.2 新风湿负荷

新风湿负荷为空调系统新风量与室内外含湿量差值的乘积，新风量一般取总循环风量30%。新风量相同时，新风湿负荷大小取决于市内各外含湿量的差值，差值越大，表示从新风中回收冷凝水量越多，由于气候差异，夏热冬冷地区冷凝水回收量较大^[4] 。

4冷凝水与冷却回水混合水温度计算

T_湿=(W_冷却-W_凝)T_冷却/W_冷却+W_凝T_凝/W_冷却   (5)

△T= T_冷却 - T_湿   (6)

式中：T_湿为冷凝水与冷却回水混合水温度(℃)；W_冷却冷却水量(m³/h)；W_凝为冷凝水量(m³/h)；T_冷却为冷却水回水温度(℃); T_凝为冷凝水温度(℃); △T冷却水回水温度与混合水温度温差。

根据GB/T18430.1-2007，冷水机组制冷名义工况和1中的假设得: T_冷却=30℃，T_凝=15℃;冷水机组名义制冷量:Q(kW)，W_冷却=0.215Q(m³/h)。代人式(5)、(6)得:

△T≈69.767 W_凝/Q   (7)

设△T为1℃，代人式(7)得: W_凝/Q≈0.0143，每单位制冷量的湿负荷冷凝水量达到0.0143m³/h时，根据表1和图1可提高COP值0.15。

5 系统应用

5.1、实际运行工况冷却水与冷凝水混合水温度差计算

以厦门某洁净厂房空调系统为例，该系统总制冷量:7032kW，采用两台3516kW离心机，选用某品牌空调，实际运行工况:冷水出水温度7℃，单位制冷量水流量:0.172m³/(hkW)，冷却水进水温度32℃，单位制冷量冷却水流量:0.215m³/(hkW)，单台空调主机制冷量3510kW，输入功率:591.3kW，COP值5.936，详见表2;据GB50457-2019医药工业洁净厂房设计标准，环境准设计要求:药品生产工艺及产品对温湿度无特殊要求时，空气洁净度A级、B级、C级的医药洁净室温度应为20~24℃，相对湿度应为45-60%:空气洁净度D级的医药洁净室温度应为18-26℃相对湿度应为45~65%。按设计要求:厦门某洁厂房(千级)，设计室内工况:温度22℃±2℃，相对湿度55%±5%;厦门室外气候设计参数:夏季工况:干球温度33.4℃，湿球温度27.6℃，新风量30%，根据洁净等级要求最小循环次数为60次，取4℃温差送风，按图2空气处理过程图进行空气处理，由焓湿图查得各状态点参数:dR=9.06 g/kg，H_R=45.16 Kj/kg，d_O=21.05 g/kg, H_O=87.56 kJ/kg, d_M=12.60 g/kg,H_M=57.88 kJ/kg 。

状态点D到S过程为等湿加热过程得:dD=d_s  (8)

新风比为30%，故G_R=0.7G_总      (9)

G_O=0.3G_总      （10）

总湿负荷 W_总=G_总（d_M-d_D）=W_R+W_O=G_R(d_R-d_s)+G_O(D_O-D_R) ≈W凝   (11)

式中W_总为总湿负荷，G_总为总送风量，G_R为室内循环风量，G_O为新风量，将式(8)、(9)(10)代人(11)得:d_D=(d_M-0.4d_R-0.3d_O)/0.3=8.87 g/kg;

由D点为露点相对湿度90%与d_D确认D点状态点查得焓值H_D=36.34 kJ/kg。

洁净车间总冷量Q=G_总(H_M-H_D)=21.54 G_总    (12)

将式(11)(12)代入式(7)得: △T =69.767(d_M-d_D)/21.54=12.08℃

根据上述取热交换温差为8℃，国标工况下，T_O=-1℃，T_K=43℃，将冷凝水与冷却水混合后T_K混=43-12.08=30.92℃，代入式(2)得COP≈8.52，比混合冷凝水前COP≈6.18，提升了2.34。

5.2 某品牌空调厂家选型复核

冷凝水热回收中央空调系统中，冷凝水热回收混合工况:冷水出水温度7℃，单位制冷量水流量:0.172m³/(hkW)，冷却水进水温度T_混=32℃-△T=32-12.08=19.92℃，单台空调主机制冷量3516kW，输入功率:418.6kW，COP值8.399，详见表3，与实际运行工况COP值5.936对比，提升了2.463、节能效果显著。

表2运行工况选型参数表

表3冷凝水热回收混合工况选型参数表

6 结论

综上，冷凝水热回收中央空调系统在医药工业洁净厂房、工业电子洁净厂房等湿度要求较高的环境系统上应用可大幅度提高冷水机组COP。

在国标工况下，冷凝水热回收中央空调系统当每单位制冷量的湿负荷冷凝水量达到0.0143m3/h，制冷机组性能COP提高0.15。

冷凝水热回收中央空调系统适用于低湿度环境要求和湿负荷较高的空调系统，如厦门等沿海地区制药厂、锂电池厂房、低湿度要求洁净厂房等空调系统，可大幅度提高冷水机组COP。

参考文献:

[1]曾丹苓等,工程热力学[M].北京:高等教育出版社，2002.

[2]约克(无锡)空调冷冻科技有限公司,合肥通用机械研究院,特灵空调器有限公司,等蒸汽压缩循环冷水(热泵)机组第1部分工业或商业用及类似用途的冷水(热泵)机组GBT18430.1-2007[S].北京:中国标准出版社，2008.

[3]中国建筑科学研究院.民用建筑供暖通风与空气调节设计规范GB50736-2012[S].北京:中国计划出版社，2012.

[4]刘俊红等.基于焓湿图的空调冷凝水生成量计算与分析[J].山东建筑大学学报,2020.35(04):18-24.

[5]中石化上海工程有限公司,中国医药集团联合工程有限公司,中国医药集团重庆医药设计院等医药工业洁净厂房设计标准GB50457-2019S1.北京:中国计划出版社，2019.

[6]赵荣义等.空气调节[M].北京:中国建筑工业出版社，2009.

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