李水枝

(天廈建筑設(shè)計(廈門)有限公司 福建廈門 361000 )

0 引言

隨著人們生活質(zhì)量的提高，越來越多的人參與到娛樂健身項目中，室內(nèi)游泳館的建設(shè)也在不斷發(fā)展。為營造游泳的舒適環(huán)境，更多的游泳館要求設(shè)置空調(diào)控制游泳館內(nèi)的溫度和濕度。同時，游泳館是具有特殊功能的建筑，在空調(diào)負荷計算、空氣處理方式、設(shè)備選擇上都有不同于常規(guī)建筑的地方。工程實踐證明，該空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備選用泳池專用熱泵型除濕機組，能滿足游泳館功能要求并達到節(jié)能目的。

1 工程概況

該項目為體育館地下室擴建項目，地下室建筑面積5652m2，室內(nèi)設(shè)游泳池和SPA水療池、兒童嬉戲池。泳池區(qū)空間部分面積為1837m2，游泳池區(qū)有2個泳池，池水面積約為1000m2。平時為健身娛樂型游泳館，戰(zhàn)時轉(zhuǎn)為人防功能。平面圖如圖1所示。

圖1 泳池平面圖

2 室內(nèi)外空氣參數(shù)(表1)

表1 室外參數(shù)(該工程項目位于廈門地區(qū))

表2 室內(nèi)參數(shù)

游泳館室內(nèi)參數(shù)的確定要考慮諸多因素，其中水溫是首要因素，因為環(huán)境參數(shù)的變化對散濕量影響很大。室內(nèi)池水溫度設(shè)定為28℃，為保證人在出水后和入水前的舒適性，減少人出水后的冷感，池廳空氣溫度采取高于池水溫度2℃[1]，室內(nèi)空氣溫度取30℃，如表2所示。游泳館內(nèi)空氣濕度與人們的舒適感有著密切的關(guān)系，相對濕度低，空氣干燥，同時空氣中水蒸氣分壓力低，使剛出水面的人體皮膚水分蒸發(fā)加快，人因帶走蒸發(fā)潛熱多而有冷感，但相對濕度如果過低，池水會加速蒸發(fā)，空調(diào)系統(tǒng)除濕風(fēng)量和池水加熱量大大增加?？諝庀鄬穸却?，空氣露點溫度提高，容易形成墻壁、玻璃窗結(jié)露，促使室內(nèi)霉菌和微生物的生長，環(huán)境相對濕度在40%～60%范圍內(nèi)時，空氣中的細菌、微生物數(shù)量會很少。因此，該設(shè)計相對濕度采用65%，此時室內(nèi)空氣的含濕量為17.62g/kg，露點溫度為22.7℃。

3 泳池區(qū)域散濕量計算

地下空調(diào)房間計算得散濕量應(yīng)包括人體散濕量、圍護結(jié)構(gòu)散濕量、潮濕表面和液面的散濕量、設(shè)備散濕量。游泳館特點是泳池表面水分蒸發(fā)，水面面積巨大，水表面散濕量大，室內(nèi)濕負荷大。

3.1 水表面散濕量

游泳池主要濕負荷也即為池廳水表面散濕量。池廳散濕量按式(1)計算：

W1=3600(α+0.00363v)10-5·(Pqb-Pq)FB/B′

(1)

W1—池水的散濕量(kg/h)；

Pcb—水表面溫度下的飽和空氣的水蒸汽分壓力(Pa)；

Pcn—空氣中水蒸汽分壓力(Pa)；

F—散濕水表面面積(m2)；

B—當?shù)氐拇髿鈮毫?Pa);

B′—標準大氣壓(Pa);值為101 325Pa；

v—池水表面風(fēng)速(m/s),按以下規(guī)定采用:

室內(nèi)泳池: 0.2～0.5m/s;泳池區(qū)取0.2m/s；

α—周圍空氣溫度為15℃～30℃時，不同水溫下的擴散系數(shù)kg/(N·S)如表3所示。

表3 不同水溫下的擴散系數(shù)

引自《空氣調(diào)節(jié)》[2]

W1=3600×(0.0046+0.00363×0.2)×10-5×(3567-2597)×1000×101325/99450=188.28kg/h

3.2 圍護結(jié)構(gòu)散濕量W2

地下室圍護結(jié)構(gòu)散濕量受地質(zhì)條件、圍護結(jié)構(gòu)形式、材料及厚度、室內(nèi)空氣溫濕度、風(fēng)速等影響，一般取0.5～1.0g/(m2·h),設(shè)計取0.8g/ (m2·h)

W2=0.8×1837=1469.6(g/h)

3.3 人體散濕量(g/h)

W3=w·n

(2)

w—單個人員散濕量(g/ (P·h))；

n—人數(shù)；泳池人數(shù)取150人；

W3=115×150=17250 (g/h)。

所以總散濕量W=W1+W2+W3=188.28+1.47+17.25=207(kg/h)

新風(fēng)濕負荷：

娛樂性游泳館新風(fēng)量按人員數(shù)量每人30m3/h選取，新回風(fēng)比不小于10%，設(shè)計計算新風(fēng)量取4500m3/h，由焓濕圖得出，夏季新風(fēng)含濕量為21.21g/kg

夏季：W新=ρ·V·Δd

(3)

ρ— 空氣的密度kg/m3

V— 空氣的體積 m3

Δd— 空氣含濕量差g/kg；

W新=1.2 ×30×150×(21.21-17.62)×10-3=19.4(kg/h)；空調(diào)系統(tǒng)的濕負荷，應(yīng)包括空調(diào)房間計算濕負荷和新風(fēng)濕負荷，所以泳池內(nèi)最大濕負荷W= 207+19.4=226.4kg/h。

4 泳池區(qū)域空調(diào)冷負荷計算

空調(diào)房間的計算得熱量包括圍護結(jié)構(gòu)傳熱量、人體散熱量、照明散熱量、設(shè)備散熱量以及伴隨各種散濕過程產(chǎn)生的潛熱量。

4.1 圍護結(jié)構(gòu)傳熱量

此游泳館屬于地下建筑，圍護結(jié)構(gòu)傳熱量計算方法借鑒《人民防空地下室設(shè)計規(guī)范》[3]里面的公式。地下室埋深小于6m，按淺埋恒溫要求的地下室圍護結(jié)構(gòu)傳熱量計算，按公式Q=Q1+Q2±Q3計算：

Q1=N·(tnc-t0)

(4)

N=αl(b+2h)(1-Tpb)

(5)

Q3=2αhlθdΘdb

(6)

Q1—恒溫傳熱量(W)；

Q2—地面與地下溫差引起的頂板傳熱量(W)；

Q3—地表面溫度年周期性波動通過地下室外墻傳遞的熱量；

N—壁面年平均傳熱計算參數(shù) (W/℃)

tnc—地下室室內(nèi)恒定溫度(℃)；

t0—地下室周圍巖體年平均溫度(℃)；

Tpb—年平均溫度參數(shù)

l—建筑物長度(m)；

b—建筑物寬度(m)；

h—建筑物高度(m)；

α—換熱系數(shù)，取8.7(W/(m2·℃))；

k—樓板傳熱系數(shù) (W/(m2·℃))；

Θdb—地表面溫度年周期性波動引起的側(cè)壁面溫度參數(shù)，查表。

θd—地表面溫度年周期性波動波幅(℃)；查表。

圍護結(jié)構(gòu)傳熱量QW經(jīng)軟件計算總傳熱量為64.3kW。

4.2 人體散熱量QR

QR=φnq1

(7)

q1—單個人員散熱量(w/ P)；

n—人數(shù)；泳池人數(shù)取150人；

φ—群集系數(shù)，取0.92；

QR=57×150×0.92=7866 (W)

4.3 燈光照明散熱量按15W/m2計算，照明散熱量

Qd=15×1837=27555 (W)

4.4 各種散濕的潛熱負荷

Qs=0.28rW(kW)

(8)

0.28 —單位換算系數(shù)；

r—汽化熱(KJ/ kg)；

W—散濕量(Kg/h)=

0.28×207×2440=140.3 kW

泳池區(qū)總得熱量為：

Q=QW+QR+Qd+Qs=

64.3+7.8+27.5+140.3=239.9kW

5 泳池區(qū)通風(fēng)量計算

(1)按換氣次數(shù)計算：綜合相關(guān)文獻數(shù)據(jù)，健身娛樂型游泳館泳池區(qū)空調(diào)換氣次數(shù)一般按4～6次/h。設(shè)計考慮后期可能有吊頂，按4次/h考慮。

LS=1837×6×4=44 088m3/h

(2)按消除室內(nèi)余濕計算：考慮圍護結(jié)構(gòu)結(jié)露的可能性，設(shè)計計算過渡季通風(fēng)量作為最小通風(fēng)量。

LS′=W/(dn-do)

(9)

W—散濕量(kg/h)

dn—室內(nèi)空氣含濕量(g / kg)；

do—送風(fēng)點含濕量(g / kg)；

過渡季送風(fēng)點含濕量采用一年12個月的通風(fēng)曲線與室內(nèi)空氣露點溫度加1℃的濕度線的相交點，根據(jù)《游泳館空調(diào)設(shè)計》中經(jīng)驗值取11.5～13g/kg，取13g/kg；

LS′=207×1000/(17.965-13)=41 692 m3/h

(3)按排除余熱的風(fēng)量計算：

LS″=3600Q/C(tn-twf)

(10)

Q—室內(nèi)產(chǎn)生的余熱(kW)；

C—比熱容(KJ/ kg·℃)；

tn—室內(nèi)工作地點溫度(℃)；

twf—排風(fēng)溫度(℃)；

工作地點溫度與排風(fēng)溫度溫差不宜大于5℃，計算取3℃[4]

LS″=3600×99.6/4.2/3=28 457m3/h

通風(fēng)量取上述計算大值，即通風(fēng)量為44 088m3/h。

6 常規(guī)空調(diào)處理過程及計算

(1)空調(diào)系統(tǒng)如采用常規(guī)冷熱盤管處理的組合式空氣處理機時，夏季空氣處理過程如圖2焓濕圖所示：室外空氣焓值大于室內(nèi)空氣焓值，回風(fēng)與室外最小新風(fēng)量混合后進入表冷器冷卻除濕后，再經(jīng)加熱盤管使室內(nèi)溫度維持設(shè)定值。

圖2 夏季空調(diào)設(shè)計焓濕圖

狀態(tài)點室外室內(nèi)送風(fēng)點機器露點溫度(℃)33 5302220 6含濕量(g/kg)21 6717 961313焓(KJ/kg)89 3776 2255 2553 4

熱濕比線ε=Q/W=239.9/207×3600=4172KJ/ kg；

空調(diào)系統(tǒng)夏季送風(fēng)狀態(tài)點O，過O點向下作垂線與90%相對濕度線相交于L點。

最小新風(fēng)量取4500m3/h；

新回風(fēng)比4500/44 088=10.2%，hC=77.54KJ/kg ；

空調(diào)設(shè)備制冷量為Q=LS·1.2×(hc-hL)/3600kW；

Q=44088×1.2/(77.54-53.4)/3600=355kW；

需要再熱量為QR=LS·1.2×(hO-hL)/3600=44088×1.2/(55.25-53.4)/3600=27.2kW。

(2)冬季空外空氣含濕量大大小于室內(nèi)含濕量，可采用室外干燥新風(fēng)來消除室內(nèi)的余濕。冬季新風(fēng)量按Lx=W/(dn-dw)計算得：

LS′=207×1000/(17.96-4.85)=15 789m3/h；

同時，冬季通風(fēng)量還要滿足人員所需新風(fēng)量以及為排除游泳池空氣中氯氣所需換氣次數(shù)1-4次/h的要求。

LS=1837×6×1.5=16 533m3/h

7 選用的空調(diào)設(shè)備

游泳館室內(nèi)一般是高溫高濕的環(huán)境，室內(nèi)空氣濕度高，所以空調(diào)設(shè)備采用以除去濕負荷為主的調(diào)溫除濕機。采用泳池專用熱泵型除濕機(除濕量為240kg/h)室內(nèi)潮濕空氣由回風(fēng)管道進入除濕熱泵機組，排掉部分潮濕空氣后再與新風(fēng)混合，混合后的空氣經(jīng)過熱泵處理段進行溫濕度調(diào)節(jié)，除濕過程中當室內(nèi)溫度低于設(shè)定溫度下限時，主機室內(nèi)冷凝器工作，對空氣進行加熱。當室內(nèi)溫度超過溫度設(shè)定值上限時，室內(nèi)冷凝器停止工作。這時除濕熱泵自動運行降溫工況，熱泵回收池水蒸發(fā)量和新風(fēng)熱量通過水冷冷凝器釋放到泳池中，從而達到對池水輔助加熱的效果。當空氣溫度和池水溫度同時達到要求時，回收的多余熱量將通過室外冷凝器排放到室外。原理圖如圖3所示。

圖3 游泳池空調(diào)系統(tǒng)原理圖

機組采用雙風(fēng)機空調(diào)系統(tǒng)，機組配置回風(fēng)段、直接蒸發(fā)式除濕段、排風(fēng)段、新風(fēng)段加熱段、送風(fēng)段。排風(fēng)排至室外。

泳池專用熱泵型除濕機功能段如圖4所示。

圖4 泳池空調(diào)機組配置圖

回風(fēng)經(jīng)蒸發(fā)器降溫除濕后，一定數(shù)量的排風(fēng)經(jīng)自動控制的排風(fēng)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥排出，再與室外新風(fēng)混合，經(jīng)初中效過濾后的干燥空氣送入池廳。游泳池區(qū)域需保持一定的負壓。

泳池專用雙風(fēng)機熱泵機組的選型，首先計算除濕負荷和泳池區(qū)顯熱負荷，根據(jù)游泳池蒸發(fā)量和通風(fēng)量確定潛熱負荷，送風(fēng)風(fēng)量按照推薦的換氣次數(shù)確定。

防結(jié)露傳感器安裝在室內(nèi)防結(jié)露最不利點上,當其感應(yīng)該點溫度低于室內(nèi)空氣露點溫度2.8℃時 , 熱泵型除濕機會自動調(diào)低濕度控制,使該點溫度始終高于室內(nèi)空氣露點溫度,以防止結(jié)露。

相比于常規(guī)空調(diào)空氣處理形式：采用泳池專用熱泵除濕機組可以將蒸發(fā)器吸收的熱量全部回收，用于夏季的再熱和冬季空調(diào)系統(tǒng)加熱，多余的部分還可以用于池水加熱，達到節(jié)能的目的。

該項目建成完工后，系統(tǒng)調(diào)試良好，室內(nèi)溫濕度能滿足設(shè)計要求，如圖5所示。

圖5 完工后的現(xiàn)場圖片以及機組圖

8 結(jié)語

通過對地下室游泳館空調(diào)負荷的詳細計算，對游泳館的類型、特點、參數(shù)多做詳細考察，空氣參數(shù)選擇在適當取值范圍的濕度即是游泳館舒適性的重要保證，又使空調(diào)能耗大大減少，達到節(jié)能目的。選擇泳池專用的雙風(fēng)機熱回收熱泵空調(diào)機組，能較好地完成溫濕度的控制，利用可回收的熱量用于空調(diào)系統(tǒng)的再熱，達到節(jié)能的目的，同時預(yù)防了游泳館容易結(jié)露的問題。

[1] 賀綺華，鄒月琴.體育建筑空調(diào)設(shè)計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,1991.

[2] 趙榮義，范存養(yǎng)，薛殿華，等.空氣調(diào)節(jié)(第四版)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2009.

[3] 全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施—防空地下室2009[S].2009.

[4] 陸耀慶.實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊(第二版)[M].中國建筑工業(yè)出版社,2007.