分析冷凝水形成原因及应对措施

赵丽丽

摘 要：水资源问题是制约社会和经济发展的关键。节约用水和高效利用水资源对促进国家经济和社会发展极其重要。冷凝水作为非常规水资源大气水中的一种，如果能将其回收利用，将会是非常高效节能的大气水回收方式。提高循环水的利用率，具有重要的现实意义。空气是氧、氮和其他少量气体的混合物，含有少量水蒸气。空气中最大水蒸汽含量取决于空气的温度。温暖的空气中，水蒸气含量就比冷空气中要多很多。当空气的湿度达到百分之百时，此时的水蒸气压力称饱和水蒸气压力。如果使一定温度下的饱和空气冷却，则较低温度的饱和水蒸气压力将低于被冷却空气的水蒸气压力。这样，过量的水蒸气才会冷凝成液体水。因此分析水蒸气冷凝的条件，可为高效回收冷凝水提供理论基础。

关键词：冷凝水;蒸汽水;热桥效应

中圖分类号：TB61  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2021）11-0030-04

全世界约12亿人面临缺水的状况，80多个国家水资源缺乏，超过20亿人无法保证正常饮水。据我们2018年对水资源统计总量27462.5亿m3[1]与按照国家统计的总人口13.95亿计算[2]，我国人均水资源都不到两千立方米，全球人均水资源是八千立方米，现有很多国家正在研究非常规水资源的再循环利用，从而使再循环水资源在特定条件下代替常规水资源，节约用水，进一步缓解全球各地区水资源紧张的现状。

冷凝水即空气中的水蒸气遇冷凝集成液态水。冷凝水作为非常规水资源——大气水中的一种，冷凝水无处不在，包括温室大棚、空调冷凝水、地面返潮、冶炼、化工等，都涉及冷凝水，但是冷凝水丢失也是普遍的，是水资源浪费的其中一种。而加强冷凝水重吸收和利用可提高水的循环利用，具有重要的现实意义。因此本文主要从空调冷凝水、地面返潮、酱油制曲室、纺织车间的冷凝水回收利用在内的多个方面进行阐述，并就目前冷凝水循环利用提出了建议和规划，从而为水资源的重吸收和利用提供理论依据。

1 如何产生空调冷凝水

空调产生的冷凝水是非常规水资源中的大气水资源，在夏季中，空调运行过程时空气中的水蒸气会在空调蒸发器表面结露，凝结产生冷凝水[3]。现在空调产生的冷凝水都直接排放到室外，并未得到有效合理的利用，目前关于空调冷凝水资源回收利用研究报告显示，冷凝水不干净的原因主要是接触空气中悬浮的微生物、烟雾、灰尘、化学物质等杂质，从而导致冷凝水存在细菌，不能直接当做民用饮用水。但是冷凝水ph值为中性，不属于污水，可用作冷却塔补水[4]，或用于降低压缩机排气温度、预冷却高温制冷剂、冷却空调系统冷凝器[4-7]。而空调冷凝水的回收处理可用于饮用水[8]，不仅节约水资源，还能让环境变得干净。

空气处理机组[9]的表冷器和空调末端如湿式风机盘管是空调系统产生冷凝水的两个主要地方。冷凝水形成的机理大致相同。空气处理机组为了干燥新风，而空调末端为了消除室内湿负荷而分别产生冷凝水。

1.1 空气处理机组产生冷凝水的原因[10]

当室外空气与空气处理机组的表冷器接触进行热交换冷却及除湿空气时，因室外空气露点温度高于表冷器的壁面温度，室外空气所含的水蒸气在表冷器壁面析出而形成水滴，当水滴增加到一定程度会滑落到表冷器下方的冷凝水盘，从而形成冷凝水。

1.2 空调末端产生冷凝水的原因

空调末端与室内空气进行换热冷却并除湿空气，因室内空气露点温度高于空调末端壁面温度，室内空气所含有的水蒸气会在空调末端壁面析出而形成水滴，当水滴增加到一定程度会滑落到空调末端下方的冷凝水盘，以此形成了冷凝水。

2 地面返潮

2.1 地面返潮原因

当地面温度维持在2℃左右，并且与大地土壤直接接触，地面即可出现冷凝水。南方雨水多，给住户带来许多不便，特别是开春时节和梅雨季节较为严重，还有室外的排水不畅，以及汽态水向上渗透。地面上的潮迹来自空气中的水分沉积。

地面返潮是很常见的一种现象，空气中湿度特别大时，就会有很多水珠附着在地面和物品上。每年春天梅雨季节情况导致某些地区就会有室内返潮现象出现，导致衣服、家具吊顶灯部位发霉返潮，南方也把这种叫做“南风天”。春季地面返潮的原因是由于冬季天气寒冷，导致室内地面和墙壁的温度都很低，春天以后室内温度比室外温度回升的快，当室外变暖天气回暖后温度突然升高，而且伴随潮湿天气时，进入室内的空气便在室内的地面和墙面凝结成水珠。这与水蒸气、冷媒体、冷凝有关。在一定的气压下，空气中水蒸气的含量影响水蒸气饱和状态下露点温度的高低。水蒸气含量少，水蒸气饱和露点温度越低，反之则越高，所以当温度较高时，便开始出现冷凝现象。冷媒体的温度越低，水蒸气含量则增多，地面产生的水分也会随之增多。

2.2 应对措施

2.2.1 提高地面表面温度

如果地面基础和外墙不做保温，地面的结构体和大地连成一体，造成地表面温度近似于大地温度，而且很难随气温改变而改变。当空气中湿度升高，导致空气中露点温度高于地表面建筑温度时就会出现凝结现象。如果进行保温设计，就可以把地表面建筑结构和大地隔绝，最常见的就是把地面做架空处理，使得地表面温度和室内空气温度趋于相同，在大多数时候是高于室内空气的露点温度，所以就不会出现凝结现象。

2.2.2 降低空气含湿量

（1）利用空调制冷除湿就是自然降低了空气的露点温度，由此达到缓解内表面冷凝问题[11]。

（2）新风除湿可以降低室内空气含湿量，缓解和解决地面冷凝返潮问题[11]。

（3）加强通风，当室外空气的含湿量低于地下室空气的含湿量的时候，加强通风用含湿量更低，露点温度更低的空气去替换掉地下室含湿量更高，露点温度更高的空气。

3 酱油生产车间内水蒸气冷凝

酱油生产车间内的水蒸气冷凝出现在下边两个方面：

3.1 围护结构表面产生的冷凝

酱油在生产过程中[12]对生产室内的相对湿度要在90%，车间室内温度保持在28℃。在当前的条件下水蒸气已经达到饱和的状态。当生产酱油的围护结构保温能力不能达到所规定的要求时候，便会产生热损失，当损失过大时，表面的温度便低于露点温度，或者会出现水蒸气饱和的状态，便会在结构表面出现冷凝现象产生冷凝水。

3.2 围护结构内部的冷凝

冬季的生产车间，室外的空气湿度和温度都比室内低很多，导致在围炉结构存在着水蒸气分子压力差，水蒸气的分子会在压力高的通过内部结构向低的一边渗透扩散，而结构所用的材料也有不同程度的吸湿能力，这样便导致水蒸气在材料缝隙中出现内部冷凝咸阳。

3.3 应对措施

新型制作生产酱油发酵装置采用双层结构，里层为发酵装置，外层起到保温作用，在两层中间用水作为作为保温传热媒介，同时在两层之间加装自动控制温度装置，可以进行温度调节，使生产装置始终保持适合的温度。

4 纺织车间的冷凝

纺织纤维在不同的温湿度条件下强力不同，比如棉和麻，湿态强度就比干态强度好很多，同样张力下湿态伸长也远远大于干态。为了保证生产效率，减少断头，保证纱线有固定的伸长，正规的纺织品生产车间都会调整成恒温恒湿。在我们北方冬天的室外温度都在-20℃左右，所以在纺织车间内冷凝现象很常见，在车间房顶悬挂塑料布来缓解冷凝水的现象随处可见。冷凝水的问题一直存在于纺织车间，因造价成本高导致很多问题一直不能彻底解决。但是我们可以改变设计结构防止结露来减少冷凝现象。

4.1 车间冷凝现象产生的原因

4.1.1 热桥效应

热桥，就是热量传导时走的桥梁，在厂房建筑的结构设计上，在纺织车间厂房外墙和屋面等围护结构中的钢筋混凝土或金属梁、柱、肋等部位与主墙体材料在传热能力的差异性，室内外温度差别的作用下，这些部位便产生了热流相对秘籍、内表面温度较低，与主墙体的传热相比，故热量流失的主要桥梁，称之为热桥，热桥的部位最容易产生冷凝水。

4.1.2 K值选择不当

K值，即是指传热系数。说通俗一点，就是隔绝热量的能力。为了防止产生冷凝水，墙体必须具有足够的保温能力。在计算墙体和建筑物所有结构的热量时，主要是K值，K值是中国检测标准，单位制为w/m2·k，它表示在稳定传热的条件下，外门窗两侧空气温差为1K，单位时间内，通过单位面积的传热量。当K值越大，热损失就越大，墙体就就会结露产生冷凝水，但是使K值减小就要增大墙体的造价成本，使墙体热传量小，不容易结露，这就需要和工程师沟通配合找出最佳的K值。

4.1.3 保温层失效

在老厂房的规划设计里，外墙的保温都采用的用保温层附着在结构层外面。由于纺织车间冬天室内水汽及其温度比室外高，室内绝对湿度比室外高，水分子向外运动，遇到外保温层存在水蒸气分压力很差。水蒸气的流动将在压力搞得一次通过边缘结构向低的一边渗透，扩散[13]当保温材料达到饱和水分的时候，保温层便失去保温的应起到效果，增加了冷凝现象。

4.2 应对措施

4.2.1 防止“热桥现象”

（1）尽量避免出现贯通式热桥[14]。

（2）阻断不同材料连接处的热桥。没有了热桥，也就不会有相对低温区域，就不会有结露，也减少了能量消耗。比如石墨聚苯乙烯[15]，聚苯乙烯是一种发泡塑料板，多孔结构中充满空气，由于空气导热性差，聚苯乙烯板有良好的绝热性。而石墨聚苯乙烯，是将一层石墨覆盖在一个个聚苯乙烯小泡的内壁，利用石墨反射热辐射，就像金属反光那样，进一步提高材料的绝热能力

（3）将所有的贯通式热桥尽量布置在靠近室外的一侧，因为热桥靠室内的一侧要比内表面温度低很多。d.尽可能减少热桥断面的面积，热桥断面面积越大，通过热桥的损失就越大。所以，在不影响结构功能的条件下，我们要减少热桥断面的面积，来减少热损失。

4.2.2 设置墙体保温隔气内外层

在设置墙体隔汽层一般都用渗透系数小的铝箔，铝箔则必须贴在空气间层温度较高的一侧墙的外表面，砂浆灰层属于透气的。即使渗透隔蒸汽层的一些水蒸汽，也将会通过墙的另一侧扩散掉，以达到室内和室外水蒸气的压力平衡.这样就会避免室内冷凝，并且隔汽层还能防漏。屋面的保温层下面更要有可靠的隔汽层[16]。

4.2.3 采取轴流风机排湿的措施

一般在工业场合都安装轴流风机，将室内过量的水蒸气通过轴流风机排除到室外，最大限度地控制室内的水蒸气含量，避免水蒸气的饱和。

4.2.4 几种有益尝试

新建厂房的设计，新厂房建造的时候把容易冷凝结霜的墙面改成双墙结构体，用聚苯乙烯泡沫塑料板放在双墙体之间，形成一隔汽层保温[17]，尽最大可能阻断水蒸气的渗透。因此还要在保温层温度高的一面用沥青油毡做成隔蒸汽层[16]。经过这样处理，新建的厂房在使用投入后便无冷凝结露的现象发生。

水是生命之源泉、生态之基础，是人类社会不可缺少的不可再生资源。随着社会发展，对水资源的需求增加。水问题是社会和经济发展的关键制约，而水资源的匮乏已使我国部分地区尤其是内蒙古中西部区的经济发展受阻[18]。因此高效和节约用水对内蒙古中西部地区经济和社会发展不可或缺。水资源浪费、水资源污染、等多重原因导致水资源匮乏。包括空调、酱油制曲、锻炼技术等在内的多项技术涉及冷凝水，而研究表明[19，20]冷凝水重新吸收利用不仅降低水资源消耗，还可降低制作成本。目前市场上出现越来越多的冷凝水回收装置[21-23]，而工厂冷凝水重收系统主要分为开式回收系统和闭式回收系统，回收方式主要是余压回收方式、加压回收方式、重力回收方式[24]。因此合理回收冷凝水，不仅降低能量消耗，还可促進水资源高效节能循环利用。因此，分析水蒸气冷凝的条件，不仅为促进冷凝水回吸收利用提供理论基础，还可为下一步开发智能冷凝水重吸收设备提供方向。

参考文献：

〔1〕中华人民共和国水利部.2018年中国水资源公报[R].北京：水利部，水利信息中心，2018.

〔2〕中华人民共和国国家统计局.中国统计年鉴[M]. 北京：中国统计出版社，2019.

〔3〕张雅君，朱娟娟，孙丽华，吕静静.空调冷凝水作为水资源回收利用研究进展[J].环境工程，2017，35（06）：142-145+150.

〔4〕陈鹏，卢军，张惠民，霍侦侦，曾潇.分体空调冷凝水回收利用实验研究[J].土木建筑与环境工程，2012，34（S2）：169-172.

〔5〕王赞社，王芳，刘丰榕，彭君君，罗昔联，顾兆林.湿热地区家用空调冷凝水回收研究[J].暖通空调，2015，45（12）：53-56+21.

〔6〕丁勇，史丽莎.分体式空调冷凝水回用节能潜力分析[J].建筑节能，2016，44（11）：97-101.

〔7〕王正伟，魏甲欣，范守华，褚东发，薛敏，杨燕华，宋志刚，詹旭，梁白月.一种组合式空调的冷凝水回收利用系统[P].河南省：CN110779125B，2021-03-19.

〔8〕Al-Farayedhiaa， Ibrahimin， Gandhidasanp. Condensate as a water source from vapor compression systems in hot and humid regions [J]. Desalination， 2014，349：60-67.

〔9〕李达，田彦法，秦强，郭桂霞.制冷剂过冷热量再利用热回收式空调机组空气处理方法及能效[J].暖通空调，2020，50（02）：100-105.

〔10〕郭玉润，刘俊红.多种空气调节方式下的冷凝水利用研究进展[J].建筑节能，2019，47（02）：16-20.

〔11〕王欣.空调新风用除湿与再热复合系统性能实验研究[D].广州大学，2020.

〔12〕王嘉波.怎样防止冷凝水的产生——谈酱油制曲室的建筑保温[J].调味副食品科技，1983，（11）：17-19.

〔13〕王晗，刘红波，李博，潘林梅，付廷明，张悦，宋忠兴，唐志书，朱华旭.基于超滤和蒸汽渗透膜法广藿香挥发油分离研究[J].中草药，2021，52（06）：1582-1590.

〔14〕张苏润.冷热桥对装配式墙体传热特性影响研究[D].石家庄铁道大学，2019.

〔15〕杨李宁，胡宝苓，张迎新，田俊岭.氧化石墨烯改性水泥基复合保温材料及其制备方法和应用[P].北京市：CN108793880B，2021-03-09.

〔16〕段刚.屋面隔汽层的重要性与铺设工艺探讨[J].科技创新与应用，2020，（01）：106-107.

〔17〕刘玉灿，张忠兴，苏庆亮，田一，迟尊浩，陈年文，孙慧娣，马明玉，张晓倩，耿梦泽.供热管道保温层厚度的动态优化数值模拟研究[J].建筑节能（中英文），2021，49（02）：97-102.

〔18〕陈新忠.切实把握洪水资源利用机遇做好自治区西部生态治理生态恢复水文章[J].内蒙古水利，2020（11）：10-12.

〔19〕穆连波，王随林，朱峰，孙海静，田昌荣，张立申.燃气锅炉烟气冷凝余热深度回收系统应用与节能分析[J].暖通空调，2020，50（12）：65-69.

〔20〕冯国静，秦中龙，倪国军.超薄洗烘一体机冷凝水使用效率提升研究[A].中国家用电器协会.2020年中国家用电器技术大会论文集[C].中国家用电器协会：《电器》杂志社，2020.4.

〔21〕黎昆.一种新型冷凝水余冷回用装置节能探讨[A].中国城市科学研究会、苏州市人民政府、中美绿色基金、中国城市科学研究会绿色建筑与节能专业委员会、中国城市科学研究会生态城市研究专业委员会.2020国际绿色建筑与建筑节能大会论文集[C].中国城市科学研究会、苏州市人民政府、中美绿色基金、中国城市科学研究会绿色建筑与节能专业委员会、中国城市科学研究会生态城市研究专业委员会：北京邦蒂会务有限公司，2020.4.

〔22〕张家鹤，陈凌阳，于林平，王伟，孙悦，陈玲钰，孟齐.温室大棚蒸腾水吸收与利用智能化系统研究[J].绿色科技，2019（10）：274-275+290.

〔23〕李星星.传统温室结构在冷凝水收集功能上的改进[J].农业工程技术，2020，40（28）：47-48+55.

〔24〕趙刚.蒸汽冷凝水回收技术研究[J].能源与节能，2019，61（09）：59-60+96.