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发布时间：2017-07-11 16:39所属平台：学报论文发表咨询网浏览： 次
这篇物理学论文投稿发表了空调冷凝水作为水资源回收利用研究，空调在制冷的同时也凝集了空气中的水资源，提供了一条重要的回收利用水资源的途径，同时也解决了社会环境问题，冷凝水具有很大的回收潜能，这些水回收来之后可以用作很多用途，论文接介绍了冷凝水
这篇物理学论文投稿发表了空调冷凝水作为水资源回收利用研究，空调在制冷的同时也凝集了空气中的水资源，提供了一条重要的回收利用水资源的途径，同时也解决了社会环境问题，冷凝水具有很大的回收潜能，这些水回收来之后可以用作很多用途，论文接介绍了冷凝水的特点和回收利用的现状。
关键词:物理学论文投稿,冷凝水,回收利用;水资源
1冷凝水的特点
空调冷凝水产生于蒸发器或盘管表面，当蒸发器或盘管表面温度低于空气露点温度，送风中的水蒸气就会发生液化形成水膜，周围空气与水膜不断进行热质交换产生冷凝水，冷凝水汇集到积水盘，经由管道排至室外[3]。对于不同类型的空调，冷凝水产生的原理相同，但在水质和水量上有很大差异。空调冷凝水具有以下几个共同特点:1)冷凝水温度低。空调室内机组换热管表面温度通常为7～12℃，冷凝水温度略高于换热机组表面温度，一般为10～15℃，比室内温度低。且空气露点温度越高，含湿量越大，产生的冷凝水越多[4]。冷凝水温度比较低，可以回收利用其冷量，冷凝水的冷量包括低温和蒸发潜能两个部分。
国内外大量研究表明，将空调冷凝水回收的冷量用于直接或间接冷凝器具有相当可观的经济效益。DusanL等[5]设计了一套中央空调冷凝水回收系统，系统中6个空调机组产生的冷凝水重力自流入底层集水容器，然后通过提升泵提升至其中1台机组，用于直接冷却冷凝器，剩余的水量用于补充冷却塔用水。结果表明，该系统可节省10%的能耗，同时产生水量足以满足全部的预冷却水用水和50%冷却塔补水量。王赞社等[6]通过改造一套实验制冷系统装置，提出一种冷凝水与压缩机气管进行大温差换热的方法，实现了空调冷凝水对高温制冷剂的预冷却。实验结果表明，利用冷凝水间接冷却冷凝器，系统的制冷量和性能指数(coefficientofperformance，COP)分别提高了0.93%和1.7%。陈鹏等[7]通过自制的一套冷凝水回收装置预冷冷凝器进风，并对未装冷凝器、提供足够冷水预冷装置以及空调提供自身冷凝水预冷装置3种工况进行测试，计算分析结果表明提供足量冷凝水和空调提供自身冷凝水，性能指数COP分别提高了12.94%和9.52%。2)冷凝水品质整体较高，但成分复杂。理论上空调冷凝水是高度纯净的水，由空气中的水蒸气直接凝结而成;实际上在水蒸气凝结的过程中会吸收空气中的悬浮尘埃、烟雾、微生物及化学排放物等杂质，因此冷凝水并不是纯净的水，化学成分比较复杂，但其总体水平还是较高。
空调冷凝水普遍具有较低的pH、低电导率、很低的浊度和硬度，这些特点也是之前的一些学者认为冷凝水经过简单的过滤消毒就可以作为饮用水的依据[8-9]。最新研究认为冷凝水水质化学成分复杂，尤其受环境污染影响较大，并对空气污染变化有较高的敏感度，可以很好地反映空气污染状况。IsaacB等[10]通过监测空调冷凝水水质作为室内空气质量污染物程度指标，利用液相色谱质谱联用技术监测10种目标内分泌干扰物在冷凝水中的存在情况，结果发现所有冷凝水样品中至少有1种干扰物的存在;同时利用气相色谱质谱联用技术检测到其他100多种有机物的存在，其中有20种有机物被列为加利福利亚环境污染生物监测化学物质。占永革等人[11]利用空调除湿机采集广州市城区、工业区、道路、城郊、景区5个不同区域的冷凝水样品，进行化学成分分析，发现不同区域冷凝水化学成分存在明显差异，阴阳离子、微量元素、总溶解性有机碳的质量浓度与空气污染状况密切相关。
2冷凝水作为水资源回收利用的现状
空调类型是决定冷凝水回收利用的一个重要因素。根据空调的工作方式及部件结合的方式不同，一般可分为分体式、一体式和中央空调。除了集中式中央空调系统设有专门的冷凝水系统，其他类型的空调冷凝水一般都是分散处置，要回收利用必须增设1套专门的冷凝水收集管网系统，增加投资施工难度。对于集中式中央空调系统，冷凝水产水量大，水质好，回收相对集中，可用于冷却塔补充水、园林绿化灌溉以及卫生用水等。国内外不少研究与实践证明，回收利用中央空调冷凝水具有直接快速的经济效益。TomL等[12]在乔治亚大学改造设计了1套新的中央空调系统，预测每年可产生1.7亿L冷凝水。
该系统总投资费用3200美元，而每年可节省3375美元，总投资回收期不超过1年。NohaM等[13]对阿联酋地区中央空调冷凝水用于冷却塔补充水的可行性进行深入分析，采用现值折算的方法，计算了在25年投资回收期、3.11%的内部收益率下冷凝水回收系统现值仅为3865迪拉姆。韩靖等[14]通过对某工厂冷凝水回收利用方案的实施，发现厂房26台组合空气处理机组在额定工况下冷凝水产水量为10.95m3/h，完全可以满足1.25m3/h的冷冻水和6.405～47.31m3/h部分冷却塔补充水。对于分体式和一体式空调，冷凝水产水量差别较大，水质影响因素多，收集点分散，回收利用要充分考虑其经济可行性。目前，我国对分体式空调冷凝水收集系统并没有强制性的相关规定。现有的分体式空调冷凝水一般都采用就地排放或接入地漏、雨水管道等方式，而新建住宅、办公、公共建筑等即使设有专门的冷凝水排水立管，大多还是排放到市政管道，冷凝水并没有得到充分利用，发挥其应有价值。
3冷凝水作为水资源回收利用的问题
国内外学者在空调冷凝水作为水资源的回收利用方面做了很大努力，但在全球范围内并没有取得突出的进展，很大程度上是由于冷凝水在水量和水质上的制约因素。本文试图对冷凝水的水量和水质进行分析，阐明冷凝水作为水资源回收利用存在的问题。
3.1冷凝水水量分析
根据《实用供热空调设计手册》第2版[15]，冷凝水理论水量计算公式如下:其中，室外含湿量可由室外气温和相对湿度计算得到，室内含湿量由空调房的标准状态决定，可由焓湿图得到，新风比根据室内空气质量要求确定。由此可见，室外气温和相对湿度是决定冷凝水产水量的主要因素。在气候炎热，空气湿润的阿拉伯半岛、非洲西部、东南亚、美国南部等地区，空调冷凝水水量相当惊人，最高可达1700000L/a。KarenG等人[16]在圣安东尼奥市中心商业区的冷凝水回收项目，每天可收集946L的空调冷凝水，中心图书馆空调系统每月可产生163530L的水量。John等人[17]对卡塔尔一所行政办公楼的2个空调系统冷凝水量进行监测，数据显示夏季最高气温可达45℃，冬季气温最高达25℃，全年可收集6000000L水量。对于全球其他气候地区冷凝水的回收潜能，KolinJL等[18]给出了具有建设性的参考意见。
以2001—2010年近10年气候数据为基础利用气候模型对全球典型城市冷凝水水量进行计算分析。韩培等[19]在此研究基础上，对我国各省市冷凝水回收潜能做出进一步研究。根据收集潜力不同将全国划分为全年收集区、大量收集区、部分收集区、可收集区、不接受收集区5个区域;同时根据空调间歇运行时的年收集量与各城市人均水资源占有量对冷凝水价值进行评定分区。由于室外气温和相对湿度随时间、气候差异变化大，冷凝水产水量有很大差别，夏季冷凝水量可能是冬季的几万倍。因此，开发一整套能准确模拟计算冷凝水在不同时刻产水量的方法和技术对冷凝水回收利用来说是至关重要的。Painter等[20]构建了一种以焓湿图为基本原理的预测模型，根据日平均温度和相对湿度对德克萨斯州3个地区的冷凝水量进行模拟。
LawrenceTM等[12]利用2009年全年室内外温度和相对湿度、送风量、实测冷凝水数据对其研发的预测模型进行验证，发现模型的准确性取决于湿度传感器的精度。ShashiKant等[21]开发了一种基于心理测量学的计算模型，通过计录器获取室内外相对湿度、温度、露点温度实时数据，对冷凝水水量进行模拟，并且用不同空调机组的实测数据进行校准，结果表明该模型模拟水量与实测水量有很好的一致性，4，5，7月的线性回归分析模拟方程相关系数分别达0.99、0.97、0.98。综上，尽管存在区域气候差异，冷凝水还是具有很大的回收潜能。但由于室外气温和相对湿度随时间、气候差异变化大，引起冷凝水回收系统在水量上的不连续性、不可靠性是回收利用最大的障碍。
3.2冷凝水水质分析
冷凝水水质较好，国内外的相关研究表明，不同国家地区冷凝水水质均能满足直接用于冲厕、农业灌溉、园林绿化的要求，经过简单的处理也可以应用于工业冷却等，但冷凝水深度处理用于饮用水的相关案例还未见相关报道。冷凝水水质不仅受空调机组类型的影响，还与建筑物年龄、空气状况、大气污染、人类活动等因素有关。冷凝水中可能存在着大量的微生物、未知有毒有害有机物、重金属等物质，这也是冷凝水目前并没有直接回用的主要原因。ShashiKant[21]等人对卡塔尔大学一行政楼空调冷凝水进行pH、浊度、离子浓度、重金属检测。结果显示该区域冷凝水重金属离子浓度较高，ρ(Cu)为1.69mg/L，ρ(Zn)为1.19mg/L，ρ(Se)为0.038mg/L，均不满足我国现行饮用水标准，用于饮用时必须进行深度处理。
AlipourVali等[22]对家用空调冷凝水水质进行定量分析时，发现冷凝水中存在大量微生物，其中一种能引起人群呼吸系统疾病的噬肺军团菌在水样中大量检出，检出率高达22%，此外白喉棒状杆菌、微球菌、芽孢杆菌、假单胞菌、金黄色酿脓葡萄球菌等细菌和青霉菌、曲霉菌、黑霉菌、链格孢菌、毛霉菌、木霉菌等真菌也大量存在。根据实际水质状况，ValiAlipour等人建议空调冷凝水可用于市政、工业等用途，但不建议用作饮用水源。方叶珍等学者对集中空调冷凝水中军团菌污染状况的研究表明，在大型公共场所如超市、酒店、商场、地铁等地，冷凝水中军团菌检出率较高，存在很大的安全隐患。陈志勇等人对2011—2012年常州市超市、宾馆饭店中央空调冷凝水中军团菌的检出率分别为50%和28.6%;黄建林等人对长沙酒店、超市场所军团菌的检出率为11.29%和4.55%;朱水荣等在医院、宾馆饭店空调冷凝水中的检测率分别为54.2%和51.1%;方叶珍等人在杭州市江干区宾馆超市等集中空调军团菌的检出率为25%，军团菌血清型以LP7和LP1为主。综上，冷凝水水质成分复杂，作为饮用水源可能在化学、毒理、微生物指标上不合格，必须进行深度处理。
4结论与建议
1)尽管存在区域气候差异，且冷凝水水量受室内外气温和相对湿度的影响，但空调冷凝水仍具有很大的回收潜能。在考虑设计空调冷凝水回收系统时，可参考韩培等人的回收潜能和价值分区，初步确定系统的可行性。2)空调冷凝水水质总体水平较高，但化学成分复杂，尤其受环境污染影响较大，并对空气污染变化有较高的敏感度，可以很好地反映空气污染状况。因此，可考虑建立以冷凝水水质为基础的室内空气质量检测系统。3)空调冷凝水在水量上供给的不连续、不可靠性以及水质成分复杂成为水资源回收利用的最大障碍。可以考虑冷凝水与雨水、中水联用技术，提高系统运行的稳定性。4)空调冷凝水作为水资源回收利用，可用于冷却塔补充水、绿化灌溉用水、卫生用水、工业冷却水，不建议直接用于饮用为目的，需要对冷凝水水质做进一步研究。
作者：张雅君 朱娟娟 孙丽华 吕静静 单位：北京建筑大学 城市雨水系统与水环境省部共建教育部重点实验室 北京建筑大学 环境与能源工程学院
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《空调冷凝水作为水资源回收利用研究》