曹振華

分體式空調(diào)冷凝水作為飲用水的回收利用技術(shù)研究

曹振華

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 西安 710300）

以格力KFR-26GW/NhDbB3型分體式室內(nèi)機(jī)為例，對其每小時(shí)產(chǎn)生的空調(diào)冷凝水量進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，其空調(diào)冷凝水每日產(chǎn)生量足以提供一家三口的人體每日所需水量。針對分體式空調(diào)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)出了將其冷凝水凈化為飲用水的裝置，凈化后的水經(jīng)水質(zhì)檢驗(yàn)其各項(xiàng)指標(biāo)均符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

分體式空調(diào)冷凝水；飲用水；回收利用

0 引言

當(dāng)前我國面臨的一個(gè)嚴(yán)峻的問題之一是水資源短缺，尤其是我國西北部地區(qū)，很多地方常年干旱，人民的飲用水都不能夠保證。解決其短缺的方法途徑很多，其中如何有效利用水資源的途徑值得我們所有人深思。目前，我國家用分體式空調(diào)在運(yùn)行過程中會(huì)將大量的冷凝水直接排放到室外，這樣不僅影響了室外環(huán)境而且也是對水資源的一種極大浪費(fèi)，那么如何能夠有效對其利用是一個(gè)非常值得行業(yè)人員研究的重要問題。

目前，我國對分體式空調(diào)冷凝水的再利用研究相對很少，其較少的利用也只是將其冷凝水經(jīng)簡單處理再次冷卻冷凝器。本文以一個(gè)家用分體式空調(diào)為例，計(jì)算其冷凝水產(chǎn)生量，設(shè)計(jì)其冷凝水凈化裝置，并對其空調(diào)冷凝水經(jīng)凈化后進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論，其完全可以作為飲用水源，從而實(shí)現(xiàn)了空調(diào)冷凝水作為飲用水的回收利用技術(shù)。

1 分體式家用空調(diào)冷凝水產(chǎn)生量的計(jì)算

冷凝水量與空調(diào)制冷量、室內(nèi)空氣含濕量、空調(diào)送風(fēng)溫度以及建筑物的使用情況有關(guān)。

以格力KFR-26GW/NhDbB3型壁掛式室內(nèi)機(jī)（制冷量2.6kW，標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量630m3/h）為例[1]。設(shè)室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為t=26℃，相對濕度為=55%，南京夏季室外計(jì)算溫度t=35℃，相對濕度=75%，室內(nèi)機(jī)的機(jī)器露點(diǎn)為t=12℃，相對濕度=95%，最小新風(fēng)量計(jì)算按總風(fēng)量的10%。根據(jù)室內(nèi)外空氣參數(shù)即可確定新風(fēng)W點(diǎn)和室內(nèi)N點(diǎn)，O點(diǎn)的確定可按新風(fēng)比10%確定其焓值；新回風(fēng)混合點(diǎn)O經(jīng)過表面式冷卻器冷卻去濕到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)1（即機(jī)器露點(diǎn)），沿?zé)釢癖染€ε至室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)N，送入室內(nèi)吸熱吸濕，然后再與新風(fēng)混合至狀態(tài)點(diǎn)O[2,3]，如此循環(huán)，如圖1所示。

由空氣的h-d圖可查得各狀態(tài)點(diǎn)含濕量為：

d=11.5g/kg；d=26.5g/kg；1=8.1g/kg；d=13.2g/kg

則室內(nèi)機(jī)的冷凝水量為：

=Δ/1000=(d-1)/1000 （1）

式中，為冷凝水量，kg/h；為空氣密度，取1.2kg/m3；為循環(huán)風(fēng)量，取630m3/h。

計(jì)算出KFR-26GW/NhDbB3型空調(diào)器的冷凝水量為3.86kg/h。隨著制冷量的增加，產(chǎn)生的冷凝水量也增加。因此，一臺(tái)大1匹的分體式空調(diào)器一天工作5h，可以產(chǎn)生大于19.2kg的冷凝水，足以提供一家三口（人均每日飲水量大約2500ml，即大約2.5kg，按此計(jì)算一個(gè)大1P的空調(diào)日產(chǎn)水量可供6～7人飲用）的日常飲水需求[4]。

圖1 新風(fēng)滲透混合循環(huán)h-d圖

2 壁掛式家用空調(diào)冷凝水凈化設(shè)計(jì)

針對其壁掛式家用空調(diào)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)出了對其產(chǎn)生的冷凝水凈化的工藝。經(jīng)過過濾、凈化及消毒這些工藝的處理，最終達(dá)到可供人體飲用的飲用水。

2.1 設(shè)計(jì)思路

針對壁掛式家用空調(diào)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出一下幾個(gè)步驟進(jìn)行冷凝水凈化處理工藝設(shè)計(jì)：

（1）在空調(diào)室內(nèi)機(jī)迎風(fēng)面格柵內(nèi)側(cè)裝上超細(xì)尼龍過濾網(wǎng)。使室內(nèi)外混合空氣經(jīng)過濾網(wǎng)流向蒸發(fā)器，從而不僅保證了空氣的潔凈度，也保證了冷凝水的凈化。

（2）空調(diào)器機(jī)體內(nèi)蒸發(fā)器的下端裝上冷凝水接水槽，通過接頭和連接管將冷凝水接水槽與飲用水存儲(chǔ)容器的側(cè)上端連接。

（3）飲用水存儲(chǔ)容器側(cè)上端的另一側(cè)設(shè)置有紫外線燈管，飲用水存儲(chǔ)容器的底部通過接頭與活性炭過濾器連接。

（4）活性炭過濾器連接分流三通，分流三通一路接冷水管路和冷水開關(guān)；一路連接內(nèi)裝有電加熱器而外側(cè)裝有保溫層的熱水容器，熱水容器的管路出口和熱水開關(guān)連接。

2.2 冷凝水凈化裝置設(shè)計(jì)

根據(jù)凈化設(shè)計(jì)思路，本文以1.5P分體式壁掛空調(diào)為例（見圖2）。在壁掛式空調(diào)器室內(nèi)機(jī)的吸氣口處設(shè)置有超細(xì)尼龍過濾網(wǎng)，這種超細(xì)尼龍材料過濾網(wǎng)的表面光滑，濾料容塵量小，清灰方便，強(qiáng)度高，耐磨性好。并且過濾網(wǎng)可以定期取下來進(jìn)行清灰[5]。在空調(diào)器運(yùn)行時(shí)，使室內(nèi)外混合空氣經(jīng)過濾網(wǎng)流向蒸發(fā)器，從而不僅保證了空氣的潔凈度，也保證了冷凝水的凈化。室內(nèi)熱空氣經(jīng)過較冷的蒸發(fā)器后，空氣中的水蒸汽就會(huì)凝結(jié)在蒸發(fā)器盤管的外表面上，隨著冷凝水的不斷增加，自然的會(huì)滴落于空調(diào)下端的接水槽，接水槽的冷凝水通過連接管流入設(shè)置有紫外線燈的飲用水存儲(chǔ)容器內(nèi)，經(jīng)紫外線燈滅菌消毒，紫外線燈可以殺滅各種微生物，包括細(xì)菌繁殖體、分支桿菌、芽胞、支原體、病毒、真菌等，凡被這些微生物污染的水和空氣均可采用紫外線燈消毒滅菌[6,7]。然后在通過活性炭過濾器的過濾即可供人飲用，活性炭過濾器孔壁上大量的分子可以產(chǎn)生強(qiáng)大的引力，把空氣和水中的雜質(zhì)吸引到孔隙中，從而起到去除水中懸浮物和臭味、色度及有機(jī)物等雜質(zhì)?？照{(diào)冷凝水經(jīng)紫外線燈管消毒處理和活性炭的二次過濾，即可達(dá)到國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)GB5749-85（包括測試大腸桿菌），達(dá)到供人飲用的安全衛(wèi)生要求。該裝置中所用的材料均符合國家規(guī)定的衛(wèi)生和環(huán)保要求，對水體不會(huì)產(chǎn)生二次污染。

圖2 壁掛式空調(diào)冷凝水凈化裝置圖

1—超細(xì)尼龍過濾網(wǎng)；2—接水槽；3—接頭；4—連接管；5—飲用水存儲(chǔ)容器蓋；6—紫外線燈管；7—飲用水存儲(chǔ)容器；8—活性炭過濾器；9—分流三通；10—熱水容器；11—電加熱器；12—熱水開關(guān)；13—保溫層；14—冷水開關(guān)

3 空調(diào)冷凝水凈化后水質(zhì)監(jiān)測實(shí)驗(yàn)

3.1 凈化后的水質(zhì)檢驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)的檢測項(xiàng)目以“冷凝水必測項(xiàng)目”為標(biāo)準(zhǔn)。其實(shí)驗(yàn)工況為常溫25℃，水樣為該裝置凈化后，消毒后容器內(nèi)取樣。監(jiān)測儀器采用美國YSI多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)[8]，并用隨機(jī)配送的PC6000軟件，對水樣的濁度、pH、硝酸鹽和氯化物等十余種水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測，得到表1數(shù)據(jù)。

表1 凈化后冷凝水水質(zhì)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.2 凈化后的冷凝水與桶裝飲用水大腸桿菌菌數(shù)比較

大腸桿菌檢測方法是應(yīng)用分子生物學(xué)中的聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)原理來檢測的[9]，其實(shí)驗(yàn)檢測工況為：常溫25℃，無陽光照射，裝盛冷凝水與桶裝飲用水容器均消毒處理，冷凝水與桶裝飲用水兩者檢測實(shí)驗(yàn)工況完全一樣。檢測大腸桿菌用PCR方法，包括以下幾個(gè)步驟：取1L桶裝飲用水和1L凈化后冷凝水，每12小時(shí)收集水樣中微生物、PCR擴(kuò)增、提取微生物基因組DNA、產(chǎn)物觀察。96小時(shí)內(nèi)比較結(jié)果見表2。

表2 冷凝水與桶裝飲用水96h內(nèi)大腸桿菌數(shù)目比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與對比

表1實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知，本設(shè)計(jì)裝置所產(chǎn)生的飲用水在一般化學(xué)指標(biāo)、毒理學(xué)指標(biāo)、細(xì)菌學(xué)指標(biāo)都符合國家生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。分析表2實(shí)驗(yàn)結(jié)果，普通桶裝飲用水與凈化后冷凝水在自動(dòng)飲水機(jī)中存放96h之后水體中大腸桿菌數(shù)量的對比得出，本裝置凈化后冷凝水中大腸桿菌數(shù)少于普通桶裝飲用水（凈化后冷凝水中大腸桿菌菌數(shù)小于國標(biāo)規(guī)定數(shù)值[10]，而普通桶裝飲用水大腸桿菌菌數(shù)遠(yuǎn)高于國標(biāo)規(guī)定值），經(jīng)過以上兩方面的檢測實(shí)驗(yàn)可得出結(jié)論，本裝置所產(chǎn)生的飲用水對人體健康無危害。

4 結(jié)論及前景展望

雖然我國水資源總量較多，但我國13億人口，數(shù)量龐大，人均用水量遠(yuǎn)低于西方發(fā)達(dá)國家，而其中真正能作為生活飲用水的水資源則更加有限。尤其在我國西北部有些城鎮(zhèn)，很多地方常年干旱，人民的飲用水都不能夠保證，偏遠(yuǎn)農(nóng)村的飲用水的水質(zhì)更不能保證。對于這些西北部城鎮(zhèn)飲用水相對短缺的區(qū)域，使用本文設(shè)計(jì)的空調(diào)冷凝水凈水裝置可以在很大程度上緩解當(dāng)?shù)氐娘嬘盟倘鼻闆r。所以該凈水裝置對任何飲用水水資源緊缺的地區(qū)都具有非常重要現(xiàn)實(shí)的意義。

本凈水裝置適應(yīng)范圍較廣，可適用于單個(gè)家庭、企事業(yè)單位等只要有分體式空調(diào)可用的私人或公共場合，特別適合飲用水水資源較短缺的地區(qū)。

本文提出設(shè)計(jì)的凈化裝置只需在現(xiàn)有的壁掛式空調(diào)上簡單加裝該凈化裝置，其設(shè)計(jì)組裝過程簡單，零部件設(shè)備低廉，因此可行性很強(qiáng)。通過計(jì)算一個(gè)大1P的空調(diào)日產(chǎn)水量即可供6-7人每日飲水的需求，如果成千上萬的家庭或企事業(yè)單位都運(yùn)用此設(shè)備，不僅解決了飲用水緊缺地區(qū)飲用水問題，而且其節(jié)能減排效果不可想象。

[1] 趙岐華.對房間空調(diào)器冷凝水的利用和節(jié)能的一點(diǎn)看法[J].暖通空調(diào),2005,(5):58-59.

[2] 張?zhí)?肖洪海,譚成斌.小型分體式空調(diào)器冷凝水利用與節(jié)能實(shí)驗(yàn)探索與研究[J].制冷與空調(diào),2006,(2):1-4.

[3] 陳楠,申江,鄒同華.房間空調(diào)器冷凝水的利用和節(jié)能[J].暖通空調(diào),2003,(2):117-118.

[4] 鄔志敏.制冷機(jī)工藝[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1989.

[5] 王蘭.現(xiàn)代環(huán)境微生物學(xué)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.

[6] 李紅霞.活性炭纖維及其在水處理中的應(yīng)用[J].山西能源與節(jié)能,2002,6(1):44-45.

[7] 李建堯.某酒店夏季空調(diào)冷凝熱回收系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[J].制冷與空調(diào),2016,(4):423-426

[8] 吳舜澤,王寶貞,王琳,等.飲用水深度凈化工藝現(xiàn)場對比試驗(yàn)[J].給水排水,1999,25(12):3-7.

[9] 張麗潔,楊晚生.空調(diào)系統(tǒng)冷凝水的回收利用分析[J].暖通與空調(diào),2011,39(8):14-29.

[10] 歐陽生春,張文宇,蔡龍俊.空調(diào)冷凝水作為水資源的回收利用[J].能源技術(shù),2006,27(6):268-270.

Study on Recycling Technology of Condensate Water from Separate Air Conditioning as Drinking Water

Cao Zhenhua

( Shaanxi Institute Of Technology, Xi’an, 710302 )

In this paper, GFR-26GW/NhDbB3 split indoor unit is taken as an example to calculate the air conditioning condensate produced per hour. The calculation results show that the daily production of air conditioning condensate is enough to provide the daily water requirement for a family of three. According to the structural characteristics of split air conditioning, a device is designed to purify the condensed water into drinking water. The purified water meets the relevant national standards through water quality test. The future development prospects of using air conditioning condensate as drinking water are also prospected.

Separate air conditioning condensate; Drinking water; Recycling and utilization

1671-6612（2019）06-617-04

TU831.6

A

陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院自然科學(xué)專項(xiàng)研究項(xiàng)目《分散式空調(diào)系統(tǒng)冷凝水回收利用為飲水的技術(shù)研究》（項(xiàng)目編號：Gfy19-25）

曹振華（1978.2-），男，研究生，副教授，E-mail：106741438@qq.com

2019-01-16