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某办公楼中央空调冷凝水回收节能分析

2019/12/28

摘 要:中央空调冷凝水一般都忽略,将其排入下水。本文介绍的工程是将中央空调系统的冷凝水收集起来,用来作为空调的冷却水系统的补水,起到了不可忽视节能减排效果。文章还利用h-d图计算中央空调系统的冷凝水水量,验证了GB50736-2012《民用建筑供热通风与空气调节设计规范》中条文说明第6条的正确合理,并给出冷凝水系统原理图。

       工程概况

       该大楼包括主楼、招待所、会堂三部分,总建筑面积100,000m2。其中主楼10层高,面积83,000m2,为办公建筑。中央空调制冷机房设计在地下一层,安装有4台开利水冷冷水机组:其中3台800RT离心式冷水机组,1台400RT螺杆式冷水机组。

       冷凝水量计算

       根据GB50736-2012《民用建筑供热通风与空气调节设计规范》8.5.23条文说明第6条:1kW冷负荷每小时约产生0.4~0.8kg的冷凝水。深圳市属于高温高湿地区,理应取上限值0.8kg/h。又根据业主制冷机房操作师傅反应:夏天最热时间,开三台800RT机组就够了。就此,我们可以估算出该大楼中央空调系统的冷凝水设计流量,即

       Δd=0.8×800×3×3.516=6751kg/h

       为了可靠,我们进一步从理论上来验证,为此我们在h-d图上作出深圳市夏季室外空调状态点1(亦即待处理的新风状态点)。其参数是干球温度T1 =33.7℃、湿球温度T1 =27.5℃、相对湿度Φ1=65%、含湿量d1=21g/kg、焓值i1=88kj/kg、水蒸气分压力p1=33×10pa。

       室外新风从1点在表冷器中先等湿降温到2点(露点)。湿空气参数变成:T2 =26℃、Φ2=100%(理论值)、含湿量d2=21g/kg、焓值i2=80kj/kg(见图1)。此时,新风中的呈过热状态的水蒸气达到饱和状态,开始在表冷器表面凝结成冷凝水。

       湿空气继续在表冷器中沿着等100%线降温减湿到新风送风点3,该点参数为:T3 =16℃(设室内温度为26℃)、d3=11.4g/kg、焓值i3=44kj/kg。因此,每kg新风的除湿量为Δd=d1-d3=21-11.4=9.6g/kg,其耗冷量为Δi=i1-i3=88-44=44kj/kg。也就是说处理1kg新风的除湿耗冷量是44kj。1kW的空调冷负荷每小时是3600kj,可处理新风3600/44=82kg,那么除湿量应该是9.6×82=785g,亦即0.785kg,非常接近0.8kg。

       在很多的文章和书本中,新风处理过程是直接将点1和点3连接,(图中虚线所示)而忽略湿空气实际的处理过程。从数学的观点来看,h-d图中的那些物理量形成的是数量场,故湿空气从1点经2点到达3点的状态变化过程中,其参数的变化仅与初、終状态的参数有关而与途径无关。所以两种途径计算的结果是一样的。

       该大楼为行政办公大楼,办公人数大约600人左右,同时也有400多人来大楼办理行政事务,也就是说大约总计有1000人左右的散湿量,即109×1000=109000g/h。那么,大楼空调冷负荷3×800×3.516=8438.4kW,每kW空调冷负荷将承担人体散湿量是 109000/8438.4=13g/h,也即0.013kg/h。最后得出每kW空调冷负荷处理的湿负荷是:0.785+0.013=0.798≈0.8kg/h。

       3 冷凝水系统原理图

       4 工程效益

       如上述冷凝水流量是6751kg/h,即6.751m³/h。而冷却水流量是0.21×3×800×3.516=1772m³/h。冷却水补水量为1772×1.3%=23m³/h。

       那么,冷凝水量占冷却水补水量的(6.751/23)×100%≈30%。

       年节省自来水量 6.751×1800=12152m³/a。相当于节省标煤12152×0.0857=1041kgce/a(等价值)

       年节省自来水费用 3.5×12152=42532元/a。

       年节省生产自来水电耗0.8×12152=9722kWh/a。相当于节省标煤

       9722×0.32=3111kgce/a(等价值)

       由于冷凝水温只有16℃,冷却水温度一般30~32℃,冷凝水补充到冷却水中,起到了降低冷却水温的作用,客观上也起到了提高制冷主机的制冷效率作用。

       年节省冷量:4.18×12152×1000×(32-16)=812725760kj/a=225757kWh/a。

       相當于节省标煤 225757×0.32=72242kgce/a(等价值)

       另外,附带将冷却塔的溢流水也收集在冷凝水系统里。

       在环保效果方面,出了上述年节省自来水量12.152t/a外,减少CO2排放2.18×(3.111+72.242)=2.18×75.353=164.3t/a;

       减少SO2排放0.0678×75.353=5.11t/a;

       减少NOx排放0.0328×75.353=2.47t/a

       5 工程造价、回收年限

       本工程主要耗材是管材(PE管)、保温材料、保温水箱一座、水泵2台(1用1备)、管路阀门和配件、配电等等,工程造价约20万元左右,回收年限4.7年。

       6 结论

       6. 空调冷凝水回收对节能减排是有意义、有价值的,特别是对大型的中央空调系统。

       6. 空调冷凝水回收工程花钱不多,节能减排的作用不小,性价比高。

       6.3 GB50736-2012《民用建筑供热通风与空气调节设计规范》8.5.23条文说明第6条关于空调冷凝水量的估算是正确、合理、可信的。

       参考文献

       [1] GB/T50736-201 民用建筑供热通风与空气调节设计规范[S] 131-132

       [2] В。И。Смирнов。Курс высщей математики[M]。Москва:Государственное издательство технико‐теоретической литературы,1952.том II,том второй.137-141

       [3] 廉乐明,李力能。工程热力学[M]。北京:中国建筑工业出版社,2007:166-170

       [4] GB/T2589-2008综合能耗计算通册[S] 2-5


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