某大厦中央空调冷凝水回收利用节能改造

文_曾浩然 深圳市宝鹰建设集团股份有限公司

1 大厦中央空调系统概况

某大厦位于深圳市福田区CBD中央商务中心，是一幢超高层甲级写字楼，空调使用面积72000m2，地面以上总高度193m。主楼部分地下4层，地上40层，分高、中、低三个区。主要用途为办公写字楼，同时设有银行、高档餐饮等商业机构，是一座功能齐全、技术先进、造型新颖的综合性智能办公大楼。每天供冷高峰期从早上（8:00-18:00），晚上（18:00-22:30）及节假日（8:00-22:30）的空调平均负荷约为高峰期的30%，空调系统能耗所占大厦总能耗比例较高，相关能源费用支出较大。

该大厦的中央空调设计装机容量为3346RT，共配置了4台水冷式冷水机组，其中3台离心式水冷机组，1台螺杆式冷水机组，部分主要空调设备安装位置、参数（见表1）。

表1 主要空调设备参数表

2 大厦冷凝水回收利用的可行性分析

进行冷凝水回收节能改造，首先必须考虑冷凝水水质是否达标，其次需考虑现场施工条件，以及工程量、投入成本、回报率等。只有对上述因素予以充分调查、研究，才能做出合理的判断和选择，才能确保节能改造工程的顺利实施。

2.1 冷凝水水质及利用方式分析

为确保回收的冷凝水满足冷却水水质要求，首先对冷凝水进行了抽样检查，并出具了水质检验报告，结果表明冷凝水水质酸碱度及各种离子浓度、细菌数等均合乎要求，是一种高品质的空调冷却水水源。

该大厦楼层冷凝水均采取集中排入本层管井地漏的方式排放。由于大厦各楼层平面布局基本一致，因此实施冷凝水回收利用只需按照大厦中、高区与低区两个区分别进行冷凝水收集，将冷却塔安装位置以上楼层的冷凝水直接收集至冷却塔，冷却塔以下楼层的冷凝水收集至水箱后再通过水泵将水泵入冷却塔，即可完成对大厦冷凝水的回收利用。

2.2 全年空调负荷分布情况

首先对该大厦空调系统设置情况进行了综合分析和研究，发现末端总冷负荷为明显超出冷水机组的设计总冷负荷（Q总）3346RT，低区冷负荷约为总冷负荷的36%，高、中区冷负荷约为64%。考虑到供冷季节的变化性，正常工作日高峰期、节假日及晚上冷负荷的差异，并结合冷水机组不同时段的实际运行负荷，将空调冷负荷根据环境气候变化大体分为三个阶段（见表2）。

表2 空调运行各阶段平均冷负荷

2.3 冷凝水水量、水费计算

据《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003有关条文说明：“1kW冷负荷每小时约产生0.4～0.8kg冷凝水。在潜热负荷较高的场合，每1kW冷负荷每小时约产生0.8kg左右的冷凝水。”该大厦按平均每1kW冷负荷每小时产生0.6kg的冷凝水计算。

据大厦各阶段空调冷负荷、每小时产生的冷凝水量、空调运行时间，计算得出各阶段冷凝水量（见表3）。

由表3可知，如对该大厦每年排入市政管网的冷凝水加以利用，可直接节约用水13459m3/a，节约水费60566元（取综合水价4.5元/m3）。

表3 大厦中央空调冷凝水量测算汇总表

3 电量、电费节约分析

根据表1得知：空调转输泵电机功率为18.5kW/台,流量为30m3/h,冷却塔补水泵电机功率为2.2kW/台,补水流量为30m3/h，则二者合计功率为20.7kW。

因高、中区的空调负荷为总冷负荷的64%，故高、中区的冷凝水回收水量为：13459m3×64%=8614m3（该部分冷凝水可直接进入冷却塔）。如通过空调转输泵和冷却塔补水泵向冷却塔补水8614m3，则2台泵需连续运行约为287h，需消耗电功率约为5941kWh。

由此可知，仅高、中区冷凝水收集一项一年便可节约空调补水电量5941kWh、节约冷却水补水电费6875元（综合电价1.15元/kWh）。

4 冷凝水水温及对冷水机组的影响

根据大厦空调系统设计说明，其夏季室外设计参数为：空调计算干球温度33℃，空调计算湿球温度27.9℃；室内设计参数为：温度24～26℃，相对湿度40%～60%,新风量30m3/h人。

根据新风量的设计参数及风机盘管技术参数得出：每台风机盘管新风量约为150m3/h、回风量为1500m3/h。由此可以确定新风状态点和回风状态点，并找到二者的混合点，混合点温度为25.8℃,相对湿度53%，露点温度15.5℃，由此可以得出冷凝水温度为15.5℃，考虑到吸热及温升，取冷凝水温度为16℃。

大厦中央空调冷却塔进、出水的设计温度为32℃/37℃，冷却系统总水量为85 m3,从空调使用的三个不同阶段可知：第一、第二、第三阶段正常工作时段单位时间内空调冷凝水水量分别约为:2.1m3/h、3.5m3/h、5.6m3/h。

设各阶段冷凝水（M1）的温升为△T1，冷却水（M2）的降温为△T2，二者混合后温度为T，根据式（1）：

可得：

即：

式中 C为水的比热容，kJ/(kg·℃)。

由此可求得第一、二、三阶段的混合冷却水水温分别为 31.7℃、31.4℃、31.0℃。即各阶段冷却水水温分别降低了0.3℃、0.6℃、1.0℃。则月度加权平均降温（T降）为：

由于冷却水温度降低，从而冷凝温度也跟着降低。

根据分析可知：制冷循环过程中，在蒸发温度不变的条件下，当冷凝温度降低时，单位质量制冷量增加、功耗减少，即冷水机组的制冷量上升、功耗减少、制冷系数提高。结合机组的性能测试数据可知：当机组冷凝水温度由32℃降低至31℃时，机组产生同样的制冷量所需功耗相应降低约3%，当机组冷凝水温度由32℃降低至31.25℃时，机组产生同样的制冷量所需功耗相应降低约2.2%（按2%测算）。

5 冷凝水回收利用改造方案

由于冷却塔位于第一避难层，所以中、高区冷凝水可通过水管井内冷凝水主管直接引入第一避难层的冷却塔塔盘；低区冷凝水通过水管井内冷凝水立管及水平管引入地下室（负4层）冷凝水回收水箱，然后通过加压水泵把水箱冷凝水泵入冷却塔内。在冷凝水回收水箱内加装液位浮球控制阀，通过浮球控制阀自动控制水泵的启停。同时，为确保冷凝水不至于因浮球控制阀失灵而导致冷凝水外溢造成浪费，把水箱的溢水管直接引入冷却塔的补水池，从而确保冷凝水的充分回收利用。

6 改造效果

改造工程实际投资费用约36000元，基本合乎投资预期。工程实施一年后,对日常抄表数据进行了统计，并将各阶段冷凝水实际回收量与测算量进行了对比，如表4所示。

表4 冷凝水实际回收量与测算量对比表

由表4可知：冷凝水实际回收量与测算量各阶段偏差范围在-6.7%～+3.9%之间，年平均偏差率约1%，整体效果符合预期。

根据日常冷凝水温度测量，冷凝水水温在15.5～16.5℃，与理论分析值16℃基本相符。冷凝水实际回收量为13588m3/a，冷却塔补水泵实际节电6000kWh/a,空调主机实际运行效率年平均提高2%左右，空调主机年节电约93000kWh。

实施该工程一年实际节省费用为：冷凝水水费+冷却塔补水泵节约电费+空调主机节约电费=(13588m3×4.5元/m3)+(6000kWh×1.1元/kWh)+ (93000kWh×1.15元/ kWh)=174996元。

全年节约能源费用174996元，超出投入费用36000元，因此实施该工程3个月内就可收回改造投资费用。

7 结语

通过对空调冷凝水回收利用的节能改造，有效减少了空调冷却水的消耗，改善了冷水机组的运行条件，提高了机组运行效率，降低了冷水机组的功耗；缩短了冷却水补水泵的运行时间，节约了电能，并减少了水泵的机械磨损，从而降低了维护成本。冷凝水回收利用节能改造工程不仅减少了企业的直接能源费用支出，提高了企业的经济效益，同时也具有一定的环保价值。