宮克勤

（上海環(huán)境工程設(shè)計(jì)研究院有限公司,上海 200072）

1 工程概況

這個(gè)城市科技廣場的位置,是在大廠回族自治縣的潮白河工業(yè)區(qū)內(nèi),隸屬于河北廊坊市管轄。本工程案例的總建筑面積約為10800m2; 其中設(shè)計(jì)地面以上的部分約7800m2,設(shè)計(jì)地面以下面積約3000m2。地上2 層,地下1 層,總高度為22m。地上功能為室內(nèi)泳池、籃球場、羽毛球場館、乒乓球館、休息室等。地下功能主要為設(shè)備用房。

2 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1 室外計(jì)算參數(shù)

夏季：空氣調(diào)節(jié)的室外計(jì)算干球溫度為34.4℃,濕球溫度為26.6℃,通風(fēng)的室外計(jì)算溫度為30.1℃[1]。冬季：空氣調(diào)節(jié)的室外計(jì)算干球溫度為-11℃,戶外計(jì)算相對(duì)濕度為54%,通風(fēng)的室外計(jì)算溫度為-4.4℃,采暖的室外計(jì)算溫度為-8.3℃[1]。

2.2 室內(nèi)計(jì)算溫度

表1

3 空調(diào)冷熱源

3.1 冷源

冷源是利用兩臺(tái)風(fēng)冷熱泵機(jī)組提供,每臺(tái)的制冷量為475 千瓦。兩臺(tái)冷凍水泵,外加一臺(tái)同規(guī)格的作為備用。為了使冷凍水的水質(zhì)維持在一定的范圍內(nèi),在冷凍水泵進(jìn)出口設(shè)置了一套全自動(dòng)加藥裝置。

3.2 熱源

熱源由市政熱力提供,熱水溫度是95/50℃,用戶側(cè)則是通過兩臺(tái)換熱機(jī)組,制備75/50℃的熱水,供采暖和空調(diào)系統(tǒng)使用,換熱機(jī)組設(shè)于設(shè)備用房內(nèi)。從換熱站出口分兩個(gè)環(huán)路,一路供散熱器采暖,另一路再經(jīng)板式換熱器后,供地面輻射供暖以及新風(fēng)空調(diào)箱預(yù)熱新風(fēng)使用,供回水溫度為45/35℃。

a.換熱站：采暖熱負(fù)荷520kw,共設(shè)兩臺(tái)板式換熱器,單臺(tái)換熱量為340kw（每臺(tái)負(fù)擔(dān)計(jì)算熱負(fù)荷的65%）[1]。b.地暖新風(fēng)系統(tǒng)：采暖熱負(fù)荷250kw,共設(shè)兩臺(tái)板式換熱器,單臺(tái)換熱量為165kw（每臺(tái)負(fù)擔(dān)計(jì)算熱負(fù)荷的65%）。

以上三路水系統(tǒng)均在循環(huán)泵入口前設(shè)置一臺(tái)工作壓力為0.8MPa 的隔膜式氣壓罐,滿足定壓補(bǔ)水要求,并且共用一套軟化水處理設(shè)備。

4 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置原則：設(shè)計(jì)以豎向分層、橫向按防火分區(qū)及滿足各業(yè)態(tài)獨(dú)立使用。

泳池、籃球場、羽毛球場館和大廳等區(qū)域,采用全空氣定風(fēng)量系統(tǒng),一次回風(fēng)。其余小房間,采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng),新風(fēng)機(jī)設(shè)置于空間頂部。

4.1 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)

空氣調(diào)節(jié)的氣流方式,全部采用上部送上部回的方式,泳池區(qū)域用孔口送風(fēng)和射流噴口組合設(shè)計(jì),延圍護(hù)結(jié)構(gòu)布置,有效防止冬季幕墻結(jié)露,回風(fēng)口設(shè)于池面正上方,有利排出室內(nèi)氯氣；籃球場地同時(shí)設(shè)排風(fēng)系統(tǒng)利用百葉頂部排風(fēng)。

4.2 空調(diào)水系統(tǒng)

空調(diào)的冷凍水系統(tǒng),運(yùn)用的是一次泵系統(tǒng),水泵裝有變頻器?？照{(diào)水管系統(tǒng),采用兩管制,干管異程式布置。

4.3 供暖系統(tǒng)

4.3.1 散熱器供暖系統(tǒng)。采暖散熱器水系統(tǒng)的供水方式,采用的是雙管系統(tǒng),非同程式布置,下供下回。

4.3.2 地板輻射供暖系統(tǒng)。一層大廳和泳池的池岸區(qū)域設(shè)置地板輻射供暖系統(tǒng),熱源為經(jīng)過二次換熱45/35℃熱水[2]。

5 項(xiàng)目特點(diǎn)

本案例的泳池,很好的結(jié)合空調(diào)、除濕和加熱的需求,采用兩臺(tái)泳池恒溫除濕熱泵機(jī)組。

5.1 機(jī)組的工作原理

就是潮濕熱空氣在恒溫除濕熱泵機(jī)組中冷卻除濕時(shí),釋放出大量的冷凝熱,被機(jī)組回收利用,并將這部分熱量傳遞給池水和空氣。

圖1

首先,泳池室內(nèi)的大量潮濕熱空氣,在開啟泳池恒溫除濕熱泵機(jī)組的回風(fēng)機(jī)之后,由于風(fēng)機(jī)抽吸的作用,而被源源不斷的吸入回風(fēng)管。一部分濕熱空氣用來與室外新風(fēng)進(jìn)行全熱交換后排出室外,其余的濕熱空氣則流向蒸發(fā)器,在冷卻除濕的同時(shí),將該過程中產(chǎn)生的冷凝熱回收,并傳遞給初始狀態(tài)下的液態(tài)冷媒中。在能量傳遞交換的過程中,當(dāng)空氣溫度降低到空氣的露點(diǎn)以下時(shí),空氣中的水蒸氣會(huì)在蒸發(fā)器盤管上凝結(jié)成水霧,隨著能量交換過程的繼續(xù)進(jìn)行而變成冷凝水,在重力作用下,最終流入機(jī)組內(nèi)部的滴水盤,并通過設(shè)置的排水管排出,這便將潮濕的熱空氣變成干燥涼爽的空氣。液態(tài)制冷劑（冷媒）,在流經(jīng)蒸發(fā)器的時(shí)候,由于熱傳導(dǎo)的作用,吸收機(jī)組回收的冷凝熱,吸熱氣化,將液態(tài)的冷媒,轉(zhuǎn)化為低溫低壓的氣態(tài)狀態(tài)。隨后,在高品位電能的驅(qū)動(dòng)下,壓縮機(jī)將低溫氣態(tài)冷媒壓縮之后,排出高溫氣態(tài)冷媒[3]。高溫氣態(tài)冷媒,之后再流經(jīng)機(jī)組的冷凝器,或者是池水加熱的輔助冷凝器,亦或者是室外機(jī)組的冷凝器,向外釋放其回收的熱量,冷媒狀態(tài)接著由氣態(tài)再變成液態(tài),周而復(fù)始的進(jìn)行這種物理相變過程,從而對(duì)室內(nèi)的空氣,或者是池水進(jìn)行加熱處理[4]。

圖2

當(dāng)室內(nèi)空氣需要加熱的時(shí)候,開啟機(jī)組內(nèi)部的冷凝器,利用冷凝器釋放的熱量,對(duì)室內(nèi)的空氣進(jìn)行加熱。如果室內(nèi)的空氣溫度,符合要求時(shí),機(jī)組回收的冷凝熱,就可以用于池水的加熱,而室內(nèi)需要冷卻處理的空氣,則可以通過機(jī)組送出的干燥涼爽冷空氣來完成。如果池水的溫度和室內(nèi)空氣的溫度,同時(shí)滿足我們的要求時(shí),此時(shí)機(jī)組回收的冷凝熱,將被室外的冷凝器排放到自然界中。如果室內(nèi)空氣的溫度,比我們要求的上限還要高時(shí),潮濕熱空氣在通過蒸發(fā)器冷卻除濕后,被直接送回到室內(nèi),無需再流經(jīng)機(jī)組冷凝器,而主機(jī)的風(fēng)冷冷凝器,也將會(huì)停止工作。綜上所述,該泳池恒溫除濕熱泵機(jī)組,將同時(shí)具有除濕、新風(fēng)處理、空氣冷卻、空氣加熱、池水輔助加熱等功能。

5.2 各系統(tǒng)流程

圖3

氣流循環(huán)流程: 室內(nèi)回風(fēng)→恒溫除濕熱泵機(jī)組→排風(fēng)(污濁濕空氣經(jīng)全熱交換器后排到室外) →新風(fēng)、回風(fēng)混合→制冷除濕→加熱-→室內(nèi)送風(fēng)[4]

排風(fēng)系統(tǒng):室內(nèi)潮濕熱空氣(回風(fēng)支管)→全熱交換器→恒溫除濕熱泵機(jī)組→排至室外。

新風(fēng)系統(tǒng): 室外新鮮空氣→全熱交換器→恒溫除濕熱泵機(jī)組→室內(nèi)送風(fēng)[4]。

5.3 池水恒溫系統(tǒng)

游泳池池水的日常溫度恒定要求,是利用泳池恒溫除濕熱泵機(jī)組回收潮濕熱空氣的冷凝熱,再傳遞給池水來維持溫度,當(dāng)無法滿足時(shí),應(yīng)當(dāng)采用市政熱源,或是鍋爐輔助加熱,也可以用空氣源熱泵進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)充。

池水恒溫控制采用全自動(dòng)運(yùn)行模式,池水初始加熱由市政熱力管網(wǎng)提供的熱源完成,或者是鍋爐提供的熱源,亦可是空氣源熱泵加熱完成。

5.4 冷熱水盤管

在冬季,由于室內(nèi)的初始溫度通常比較低,這時(shí)就需要給室內(nèi)空氣進(jìn)行加熱,如果選擇泳池恒溫除濕熱泵機(jī)組,勢必會(huì)需要很長的時(shí)間,能耗肯定非常大,為了充分節(jié)約能源,很好的一個(gè)辦法就是,利用已具備的熱源,接入機(jī)組內(nèi)的熱水盤管,來加熱室內(nèi)的冷空氣,升溫迅速,連風(fēng)管系統(tǒng)內(nèi)的電加熱器都可以不必安裝了。在夏季,則可以將7/12℃的空調(diào)冷凍水,接入泳池恒溫除濕熱泵機(jī)組的冷水盤管,進(jìn)而控制室內(nèi)空氣的溫度和濕度。

5.5 恒溫計(jì)算

池水加熱所需的熱量應(yīng)包含以下四個(gè)部分[5]（①+②+③+④）

①池水表面蒸發(fā)損失的熱量Q1

其中：ρ- 水的密度(kg/L),取1；Y- 與池水溫度相同的飽和蒸汽的蒸發(fā)汽化潛熱(kJ/kg)[5]；U- 池水表面上的風(fēng)速(m/s),室內(nèi)泳池取0.2～0.5m/s[5]；Pb- 與池水溫度相同時(shí)的飽和空氣的水蒸氣分壓力(Pa)[5]；Pq- 與泳池的環(huán)境空氣溫度相同的水蒸氣分壓力(Pa)[5]；A- 泳池的水表面面積(m2)；B-

標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力(Pa)；B′- 當(dāng)?shù)氐拇髿鈮毫?Pa)。

經(jīng)查閱焓濕圖,得以下兩個(gè)水蒸氣分壓力；

27℃時(shí)飽和空氣的水蒸氣分壓力為3567.3Pa；28℃時(shí)飽和空氣的水蒸氣分壓力為3782.2Pa。即可得出28℃,相對(duì)濕度65%時(shí)的水蒸氣分壓力為2458.4Pa。

②池壁和池底傳導(dǎo)損失的熱量

③管道和凈化水設(shè)備損失的熱量

（②+③）應(yīng)按泳池表面蒸發(fā)損失熱量的20%計(jì)算確定[5]

④補(bǔ)充新鮮水加熱所需要的熱量Q2

其中：t- 加熱時(shí)間,取24；c- 水的比熱容[kJ/(kg*℃)]；V- 泳池新鮮水的補(bǔ)充量（L/d）；Td- 池水的設(shè)計(jì)溫度(℃)；Tf- 泳池補(bǔ)充新鮮水的溫度(℃)。

綜上,本案例維持恒溫的加熱量Q=1.2Q1+Q2=320kW

5.6 除濕計(jì)算

室內(nèi)空氣的除濕量應(yīng)包含以下四個(gè)部分（①+②+③+④）

①室內(nèi)人體散濕量W1

W1=0.001*N*n*g

其中：g- 一名成年男子的小時(shí)散濕量[6],取120g/（h*人）；N- 室內(nèi)人總數(shù),按人均5m2統(tǒng)計(jì)；n- 群體系數(shù),取0.92；W1=0.001*(1050/5)*0.92*120=23.2kg/h。

②池邊散濕量W2

W2=0.0171*（Tg-Td）*F*n

其中：Td- 室內(nèi)空調(diào)計(jì)算干球溫度(℃),取28.0；Td- 室內(nèi)空調(diào)計(jì)算濕球溫度(℃),取22.9；F- 池邊面積(m2)；n- 潤濕系數(shù),取0.2～0.4；W2=0.0171* (28.0-22.9)*(1950-1050)*0.2=15.7kg/h。

③敞開水面的散濕量W3

W3=F*g。

其中：F- 計(jì)算時(shí)刻的蒸發(fā)表面積,m2；g- 水面的單位蒸發(fā)量[5],取值參考表2。

表2

室內(nèi)溫度28℃,相對(duì)濕度65%；水溫20℃,水面蒸發(fā)量是-0.08kg/(h*m2)；水溫30℃,水面蒸發(fā)量是0.28kg/(h*m2)。

根據(jù)內(nèi)插法,水溫27℃的水面蒸發(fā)量取0.172kg/(h*m2)

再結(jié)合當(dāng)?shù)氐拇髿鈮盒拚禂?shù),最終取水面蒸發(fā)量為0.172*101325/100440=0.174kg/(h*m2)

W3=1050*0.174=182.7kg/h

④新風(fēng)含濕量W4

W4=0.001*G*（d-d′）*ρ

其中：G- 新風(fēng)量（m3/h）；d- 新風(fēng)含濕量（g/kg）,取19.0；d′- 室內(nèi)空氣含濕量（g/kg）,取15.6；ρ- 空氣密度（kg/m3）,取1.15。

室內(nèi)人員所需新風(fēng)量：20*1050/5=4200m3/h

再根據(jù)美國ASHRAE62.1-2007 標(biāo)準(zhǔn),游泳館新風(fēng)量不低于8.64m3/h*m2（池水面積）

1050*8.64=9387m3/h,所以新風(fēng)量取9400m3/h

W4=0.001*9400*(19.0-15.6)*1.15=36.8kg/h

綜 上 , 本 案 例 室 內(nèi) 空 氣 的 除 濕 量W=W1+W2+W3+W4=258.4kg/h

如上所述,本工程案例采用兩臺(tái)除濕量135kg/h 的恒溫除濕熱泵機(jī)組,送風(fēng)量是60000CMH,新風(fēng)量占比10%～20%,機(jī)組可回收冷凝熱約為129kW,與傳統(tǒng)的通風(fēng)除濕模式相比,綜合能效比達(dá)到7.0 以上,平均節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用可達(dá)40%左右,由于篇幅限制,不再贅述。

6 結(jié)論

對(duì)于室內(nèi)泳池的項(xiàng)目,筆者提出以下建議,以供同行或其他有需要的朋友參考。首先,必須考慮氣流的形式,保證室內(nèi)空氣的整體溫度與濕度的均勻性,有效避免可能出現(xiàn)的結(jié)露現(xiàn)象,因此風(fēng)管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是否合理就顯得非常重要。送回風(fēng)管道的設(shè)計(jì)和風(fēng)口的點(diǎn)位布置需要均勻,不能出現(xiàn)氣流死角,送風(fēng)和回風(fēng)之間,必須杜絕短路現(xiàn)象的產(chǎn)生。按照以往經(jīng)驗(yàn)來看,送風(fēng)口與回風(fēng)口的位置,互成斜對(duì)角安裝,不失為一個(gè)值得考慮的方法,不僅可以保證氣流穩(wěn)定,相應(yīng)的設(shè)備也處在最有效的狀態(tài)；其次,在風(fēng)管道安裝時(shí),必須在主風(fēng)管上安裝風(fēng)量調(diào)節(jié)閥（包含新風(fēng)、回風(fēng)和送風(fēng)的主干管）,以便日后可根據(jù)室內(nèi)人員數(shù)量和季節(jié)氣候變化,合理選擇新風(fēng)比；第三,在主機(jī)設(shè)備出口的各風(fēng)管主干管上應(yīng)安裝靜壓箱,以此降低噪音；第四,風(fēng)管的質(zhì)料建議選用酚醛復(fù)合材料或者玻璃材料,因?yàn)檫@些材料的防腐性能比較好,而盡量不要采用防腐性能比較差的鍍鋅鋼板,尤其是泳池的水蒸氣里含有氯離子成分,如已選用鍍鋅鋼板作為風(fēng)管主材的工程,后期一定要在風(fēng)管內(nèi)壁進(jìn)行防腐處理,例如進(jìn)行環(huán)氧樹脂的噴涂,從而延長使用壽命；第五,泳池恒溫除濕熱泵機(jī)組內(nèi)的蒸發(fā)器和冷能器,為有效避免腐蝕,整體需要陰極電泳處理；第六,為充分保證池水換熱器的使用壽命,可以選擇PVC 材料的外殼,能有效防止含氯離子池水的腐蝕,換熱器本體也可選用體積小,效率高的雙流程鈦盤管；第七,泳池恒溫除濕熱泵機(jī)組的箱體,應(yīng)采用雙層鋼板,采用熱鍍鋅處理工藝,兩層鋼板間填充30mm厚的聚氨酯材料,需整體發(fā)泡,作用是防火保溫且隔音,箱體的表面處理需考慮防腐要求,在工藝選擇上可以采用環(huán)氧樹脂噴涂；第八,過濾器應(yīng)選用板式初效G4 過濾器和板式靜電中效F7 過濾器,以保證室內(nèi)空氣質(zhì)量。