空調(diào)用其冷凝水冷卻冷凝器的節(jié)能技術(shù)研究與分析

曹振華，趙若焱，王 芳

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

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，分體式家用空調(diào)已經(jīng)進(jìn)入每個(gè)普通家庭，分體式家用空調(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)分體式家用空調(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[2]，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，分體式家用空調(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)冷卻自身的冷凝器再利用技術(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)分體式空調(diào)的能耗改善情況，通過(guò)這種對(duì)冷凝水的利用方式，不僅解決了分體式家用空調(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 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

如圖1所示，本系統(tǒng)在分體式家用空調(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)圖1 分體式家用空調(diào)利用冷凝水冷卻冷凝器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖

2 分體式家用空調(diào)冷凝水產(chǎn)生的原因及水量大小分析

2.1 分體式家用空調(diào)冷凝水產(chǎn)生的原因

分體式家用空調(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[3]。

2.2 分體式家用空調(diào)冷凝水量大小的取決因素

分體式家用空調(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)固定的分體式家用空調(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[4]。本文以一臺(tái)壓縮機(jī)型號(hào)為QXA-A085型，功率為1P的分體式家用空調(diào)進(jìn)行計(jì)算和分析，如圖2所示，是該分體式家用空調(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2所示，該空調(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2.4 kg/h。

圖2 分體式家用空調(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 分體式家用空調(diào)用冷凝水冷卻冷凝器的運(yùn)行情況分析

3.1 分體式家用空調(diào)用空氣冷卻冷凝器的散熱量計(jì)算

目前，我國(guó)分體式家用空調(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?，其在h-d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：

圖3 空氣冷卻冷凝器過(guò)程圖

QL=G(h2一h1)

式中，QL為冷凝器散熱量，單位為W ；G為流經(jīng)冷凝器空氣質(zhì)量，kg/s；hl，h2為空氣進(jìn)出冷凝器的焓值，KJ/kg。

Q=KFΔtm

式中，K為傳熱系數(shù)，W/m ·℃ ；F為冷凝器的傳熱面積，m；Δtm為冷凝器平均傳熱溫差，℃。

空氣流出冷凝器的溫度為：t2。

3.2 分體式家用空調(diào)用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，其中一部分跟普通分體式家用空調(diào)一樣，其熱量QK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QS，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[5]。此時(shí)冷凝器散熱量為：

QL=QS+QK

其中：

QK=G(h3一h1)

QS=G(h4一h3)

QL=QS+QK=G(h4一h1)=G(h2一h1)

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

QK=KFΔtmL

式中，ΔtmL為冷凝器平均傳熱溫差，℃；QK減小，但冷凝器的傳熱系數(shù)K和換熱面積F保持不變，因此ΔtmL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。分體式家用空調(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 分體式家用空調(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為減少的分體式家用空調(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為分體式家用空調(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[6]。從三個(gè)關(guān)系圖中可以看出，分體式家用空調(diào)冷凝水量越大，室外環(huán)境空氣溫度越低，則分體式家用空調(diào)的總功率減少的越多，制冷量增加的也越多，分體式空調(diào)總功率降低的百分比也越大。分體式家用空調(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。

圖5 減少的分體式家用空調(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 分體式家用空調(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

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)1匹分體式家用空調(diào)用其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，可以得出以下四個(gè)方面的結(jié)論：

(1)可有效延長(zhǎng)分體式家用空調(diào)的壽命。利用分體式家用空調(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)可有效防止分體式家用空調(diào)冷凝水亂排亂流現(xiàn)象，保護(hù)環(huán)境。利用分體式家用空調(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。

(3)可以增加分體式家用空調(diào)制冷量45～260 W。利用分體式家用空調(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45～260 W。且室外環(huán)境空氣溫度越低效果越明顯；

(4)可有效降低分體式家用空調(diào)的能耗。利用分體式家用空調(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[7]。