我国的水资源十分匮乏,人均水资源仅为世界水平的1/4^[1],因此节水是落实科学发展观的一项重要内容,也是绿色建筑设计的一项重要工作。海南省属于热带岛屿性气候区^[2],其气候的基本特点是炎热潮湿,不仅夏季室外空气十分潮湿,而且冬季气候也相当潮湿,海口市冬季空调计算相对湿度高达86%。另外,其全年平均气温较高,海口市全年平均气温为24.1℃,因此该地区建筑空调系统的运行时间长、空调冷凝水量大,空调冷凝水回收利用的条件好。空调冷凝水的回收利用是建筑空调节水的一个重要途径,但以往相关设计人员很少考虑空调冷凝水回收问题,空调冷凝水通常都是直接通过排水管道排掉。国内有一些学者对空调冷凝水利用问题进行了研究探讨^[3~14],但这些研究工作主要集中在住宅分体空调器的冷凝水利用方面^[3~9],很少涉及到大型工业建筑集中空调系统空调冷凝水回收利用问题。另外,节水量计算是空调冷凝水回收利用的技术经济性分析的重要基础,空调冷凝水量与室外气候条件密切相关,而室外气候条件时刻都在发生变化,空调冷凝水回收利用节水量的准确计算难度较大,以往空调冷凝水量的计算都是采用设计工况的空调冷凝水量乘以运行时间的简化算法进行估算,这种单点估算法的计算结果与实际情况存在较大误差,必须采用全年逐时模拟计算方法才能进行准确的计算。低温低湿洁净厂房是航天器等精密仪器设备测试工作必备的测试设施。本文以海南某低温低湿洁净厂房为例,采用全年逐时模拟分析的方法,根据空调系统的实际运行工况,对空调冷凝水回收利用的节水效益进行详细的定量计算分析,并进行实测验证,另外对不同气候条件对空调冷凝水回收系统节水量的影响进行计算对比分析,为相关工程的节水设计与评价提供科学依据。

　　 计算对象为海南琼海附近的某低温低湿洁净厂房,要求室内保持低温、低湿、洁净的环境条件,室内空调设计参数:干球温度为20 ℃,相对湿度为40%,洁净度为8级。夏季空调室外设计参数:空调计算温度为34.8℃,湿球温度为28.4℃,含湿量为22.07g/kg。该厂房采用了温湿度独立控制的空调设计方案,设置新风除湿系统,采用水冷表冷器和直接蒸发冷却器两级冷冻除湿,将新风冷却到5 ℃,新风除湿系统采用定露点送风方式,其总风量为70 000m^３/h。该新风除湿系统在冷冻除湿过程中会产生大量冷凝水,在该项目的空调设计中,将新风除湿系统的冷凝水回收用于空调冷冻水系统的补水。空调冷凝水回收系统十分简单,只要将新风除湿系统的冷凝水用管道接到空调冷冻水系统的补水箱即可,因此其造价很低,增加费用不超过2万元,但节省了一套软化水设备,因此总体来说并不增加投资。补水箱设置在新风除湿机房的下一层,其容积适当增大。补水箱上接一根上水管,为空调冷冻水系统初次上水提供补水。在补水箱下部接一根通向室外的水管,将多余的空调冷凝水用于室外绿化。由于空调冷凝水的温度较低,且硬度低于软化水,因此将其用作空调冷冻水系统补水不仅可以起到节水效果,也会起到一定的节能作用,还可以省去一套软化水设备,但其节水效果如何?必须进行详细定量计算分析。

　　 由于室外气候条件时刻都在发生变化,因此空调系统的冷凝水量每一小时都在发生变化,以往常用的设计工况单点估算法的误差较大。为了提高计算准确性,本文采用全年逐时模拟分析法,根据当地典型气象年的逐时气象数据,对全年8 760h的空调冷凝水回收量进行逐时计算统计分析。每小时空调冷凝水回收量的计算式如下:

　　 式中W_ｔ———全年空调冷凝水回收总量,t;

　　 W_ｎ———全年第n小时的空调冷凝水回收量,kg,式(2)中只统计W_n>0的值;

　　 L———新风除湿系统的风量,m³/h;

　　 ρ———空气密度,kg/m³;

　　 d_in———全年第n小时新风的含湿量,g/kg干空气;

　　 d_on———全年第n小时的新风除湿系统出口空气的含湿量,g/kg干空气;

　　 x₁——— 空调系统的使用率,该厂房的使用率按80%计算;

　　 x₂———空调冷凝水的回收率,按85%计算。

　　 典型气象年的逐时气象参数采用《中国建筑热环境分析专用气象数据集》^[15]中海南琼海市的数据。为了解气候条件对低温低湿洁净厂房空调冷凝水回收的节水效益的影响,针对该厂房的设计条件,依据我国一些典型气候区代表性城市的气象数据,对不同气候区空调冷凝水回收的节水效益进行定量计算和对比分析。

　　 该厂房空调冷凝水回收量的全年逐时模拟计算结果见图1。该厂房在不同地区气候条件下空调冷凝水回收量的全年逐时计算结果见表1。

　　 由这些计算结果可见:

　　 (1)该厂房空调冷凝水回收的节水效益十分显著。由于海南地区气候炎热潮湿,该厂房要求新风除湿系统的送风露点较低,因此新风除湿系统全年都要开机运行,空调冷凝水量较大,空调冷凝水回收的最大流量为1 736g/h,一年回收水量为5 870t。该厂房的建筑寿命按50年计算,在其寿命周期内可节水293 500t,可产生十分显著的节水效果,水价按4元/t计算,可节约水费约117万元。

　　 (2)气象条件对空调冷凝水回收的节水效果影响很大。由表1可见,气象条件对空调冷凝水回收的节水效果影响很大,对于相同的建筑空调设计条件,海南地区的节水量最大,西北干燥地区的节水量最小,海南琼海的节水量是酒泉的10.6 倍。在海南、广州等气候潮湿地区其节水效益更为显著。另外室内空调设计参数对空调冷凝水回收的节水效益也有重要影响,低温低湿厂房的空调冷凝水量更大,因此其空调冷凝水回收的节水效益也更大。尽管一栋建筑1天的空调冷凝水回收量可能并不大,但大量建筑长年累月的累计节水效益是巨大的。

　　 (3)以往常用的空调冷凝水回收量算法的误差较大。由图1可见,全年空调冷凝水量变化较大,按相同的冷凝水回收率,以往通常采用设计工况单点估算法进行节水量计算,得到一年回收水量为8 466t,比采用全年逐时模拟计算的结果大了44.2%,可见采用设计工况单点估算法进行节水量估算的计算结果偏大较多。

　　 该低温低湿洁净厂房于2015年7月进行了空调系统夏季工况调试考核,空调系统连续运行6天状态稳定后,于7月6日晚上对其空调冷凝水回收系统的回收水量进行测试,通过记录30min内冷凝水回收水箱的水位增高量对空调冷凝水的回收水量进行测量,测试工作连续进行了2次,冷凝水回收量为2次测量结果的平均值。测试结果见表2,由于新风除湿系统的风机进行了变频调节,因此新风除湿系统的实际风量小于设计风量,表中空调冷凝水回收量的计算结果是按本文的计算方法得到的计算结果,可见计算结果与实测结果很接近,只偏大了2%,实测数据证明了本文的空调冷凝水量计算方法是准确的,采用的空调冷凝水量回收率也是符合实际的。

　　 另外,实际观察结果表明,该厂房空调冷冻水系统一周的补水量只有约3t,平均补水量为17.8kg/h,而全年的最小冷凝水回收量为29.5kg/h,可见全年逐时空调冷凝水回收量均大于空调冷冻水系统的补水量,因此空调冷凝水回收量可以满足空调冷冻水系统的补水要求,而且夏季空调冷凝水的回收量远大于空调冷冻水系统的补水量,可以用于室外的绿化用水等其他用途。

　　 节水是绿色建筑设计需要考虑的一个重要问题,空调冷凝水回收利用是实现建筑空调节水的一个重要途径,但以往在实际工程中空调冷凝水基本上都是直接排放,很少回收利用。海南某低温低湿洁净厂房对空调冷凝水进行回收利用,本文采用全年逐时模拟分析的方法,对其空调冷凝水回收利用的节水效益进行定量分析,并对不同气候区空调冷凝水回收的节水效益进行对比分析,主要结论如下:

　　 (1)该厂房空调冷凝水回收的最大流量为1 736kg/h,一年回收的总水量为5 870t,在其寿命周期内可节水293 500t,节水效果十分显著。尽管一栋建筑1天的空调冷凝水回收量并不大,但大量建筑、长年累月的累计节水效益是巨大的,因此应重视建筑空调冷凝水的回收利用,尤其是在海岛、海上钻探平台、大型舰艇、潜艇等淡水资源缺乏的地方,更要充分利用空调冷凝水。

　　 (2)气象条件对空调冷凝水回收的节水效果影响很大,对于相同的建筑空调设计条件,海南的节水量最大,西北干燥地区的节水量最小,海南琼海可回收的空调冷凝水量是酒泉的10.6倍,可见在海南和广州等气候潮湿地区空调冷凝水回收的节水效益十分显著,因此气候炎热潮湿气候区建筑集中空调系统的空调冷凝水应充分利用。另外室内空调设计参数对空调冷凝水回收的节水效益也有重要影响,低温低湿厂房的空调冷凝水回收的节水效益更大。

　　 (3)利用空调冷凝水作为空调冷冻水系统或冷却水系统的补水是一种简单、经济、节能、可行的建筑空调冷凝水回收利用方式。

　　 (4)以往常用的空调冷凝水回收节水量的设计工况单点估算法的误差较大,计算结果通常偏大较多,全年逐时模拟计算则是一种较为准确的计算方法。