黃山某娛樂性游泳館暖通空調(diào)設計

任立君 祝 健

黃山某娛樂性游泳館暖通空調(diào)設計

任立君 祝 健

合肥工業(yè)大學土木與水利工程學院

介紹了黃山某娛樂性游泳館的特點。該游泳館在空調(diào)系統(tǒng)的設計過程中，針對其室內(nèi)外參數(shù)的確定、濕負荷計算、通風量確定、冬季采暖等問題進行了詳細的分析計算，并最終提出了解決方案。

娛樂性游泳館濕負荷通風量地板輻射采暖地源熱泵

1 工程概況

某黃山培訓中心的游泳館項目位于黃山市黃山區(qū)黃山北大門耿城鎮(zhèn)，緊鄰浦溪河。該游泳館有一個26.3m×20.6m的游泳池及一些輔助用房。室內(nèi)設計計算參數(shù)如下：游泳池水溫為27℃，館內(nèi)空氣溫度28℃，相對濕度為70%，池面和池邊的風速定為0.25m/s。

2 室內(nèi)外參數(shù)的確定

2.1 設計計算參數(shù)選取

1）室外計算參數(shù)。夏季空調(diào)室外計算干球溫度35.4℃，夏季空調(diào)室外計算濕球溫度27.4℃，夏季空調(diào)室外計算日平均溫度30.6℃，夏季室外大氣壓力988.9hPa，冬季室外大氣壓力1007.6hPa。

2）室內(nèi)設計計算參數(shù)。池水溫度26～28℃，相對濕度50%～75%，空氣速度0.2m/s左右，室內(nèi)空氣溫度為池水溫度加上1～2℃。

2.2 參數(shù)的選取依據(jù)

1）池水溫度的確定

池水溫度的確定跟人們的年齡、體質(zhì)及游泳館的性質(zhì)有關。國際游泳池設計標準提出26～28℃，《游泳池和水上游樂池給水排水設計規(guī)程》（CECS 14:2002）中給出的公共游泳池及賓館內(nèi)游泳池的池水設計溫度為26～28℃，兒童池池水設計溫度為28～30℃。因該工程為娛樂性游泳館，考慮到偶爾會有兒童的因素，所以本工程池水溫度選取27℃。

2）室內(nèi)設計溫度的確定

室內(nèi)設計溫度與池水溫度有關，也與館內(nèi)供暖通風空調(diào)的形式有關。如果空氣溫度低于水溫，那么在室內(nèi)相對濕度一定的情況下，會加劇池水面的蒸發(fā)，造成除濕所需要的通風量、池水的蓄水量及池水的加熱量增大，并且會容易造成室內(nèi)“霧化”現(xiàn)象；當室內(nèi)溫度過低時，會使游泳者出水面后產(chǎn)生“寒冷”的感覺,反之會使人產(chǎn)生悶熱感，并且使得建筑物的耗熱量增大。室內(nèi)空氣溫度至少要大于或等于1℃，國際游泳池設計標準提出高于2℃，所以取1～3℃為宜。

該工程采用地面輻射供暖系統(tǒng)，室內(nèi)設計溫度可適當降低，所以該工程的室內(nèi)設計溫度選取28℃。

3）池區(qū)的空氣相對濕度的選取

池區(qū)空氣的相對濕度一般為50%～70%，不允許超過75%。當相對濕度在50%～65%時，在實際工程中采暖通風空調(diào)很難滿足這一要求，即使達到了，其能耗及運行費用都將成倍增加，在經(jīng)濟上也不合算。當相對濕度為65%～70%，這樣既可滿足游泳池內(nèi)人員的舒適性要求，在采暖通風空調(diào)及實際運行中能夠給予保證，并且設備運行費用相對較低，這是較經(jīng)濟的方式。在實際工程中，許多游泳館都是如此設計運行的。文獻[1]中就某工程不同相對濕度下各種熱指標的比較得出相對濕度在70%時熱損失量最低。所以本工程相對濕度選取70%。

4）池區(qū)空氣流速要加以限制，因為池面的空氣流速直接影響到池水的蒸發(fā)量。當水溫和空氣溫度一定時，池水蒸發(fā)量與空氣流速成正比。當風速過高時，會使游泳者上岸后有吹風感和寒冷感；當風速過低時，氣流組織較困難。因此對于娛樂性游泳館池區(qū)的空氣流速一般定為0.2m/s左右。所以本工程取空氣流速為0.25m/s。

3 室內(nèi)游泳池的除濕與通風

3.1 除濕方式選擇

對于娛樂性游泳館等場所含有大量的余濕，用通風方式來消除余濕是一種設備費、運行費及能耗均低的除濕方式。

通過計算得出該工程游泳館內(nèi)的含濕量為16.77g/kg。通過黃山市典型年氣象參數(shù)統(tǒng)計（圖1）可知對于過渡季節(jié)及冬季可以采用通風除濕方式，但是在夏季，黃山地區(qū)夏季的含濕量高于館內(nèi)含濕量，且含濕量居高不下，所以夏季采用由空調(diào)系統(tǒng)對部分補風進行除濕降溫處理，來達到室內(nèi)設計參數(shù)。

圖1 黃山市典型年氣象參數(shù)統(tǒng)計

3.2 冬季及過渡季通風除濕

3.2.1 濕負荷計算

總濕負荷按式（1）計算[2]：

式中：W為游泳館總濕負荷，kg/h；W1為游泳池池水蒸發(fā)量，kg/h；W2為池邊濕潤地面產(chǎn)濕量，kg/h；W3為游泳館內(nèi)人員散濕量，kg/h。

1）池水的蒸發(fā)量[3]

式中：va為游泳池水面風速，0.25m/s；Pw為游泳池池水表面溫度下的飽和空氣的水蒸汽分壓力，Pa；Pt為館內(nèi)空氣的飽和水蒸汽分壓力，Pa；Fm為游泳池水面面積，m2。

經(jīng)計算得：W1=0.0075(0.0152×0.25+0.00178) (3782.2-2759.9)×500=84.33kg/h。

2）池邊濕潤地面散濕量[3]

式中：tn為館內(nèi)空氣干球溫度，℃；ts為館內(nèi)空氣濕球溫度，℃；F為池邊濕潤地面面積，m2；ns為濕潤系數(shù)，ns值對應不同的使用條件，取0.2～0.4為宜，對于娛樂性場館，人員密集，ns取大值。

經(jīng)計算得：W2=0.0171(28-23.5)×360×0.4=11.08 kg/h。

3）人體散濕量[2]

式中：φ為群集系數(shù)；n為游泳館內(nèi)的人數(shù)；q為成年男子的散濕量，kg/h。

其中n值應為館內(nèi)總?cè)藬?shù)減去池水中的人數(shù)，因為池水中的人員散濕已包括在池水蒸發(fā)量中。

經(jīng)計算得：W3=0.001×0.9×100×134=12.06kg/h。

則散濕量合計：W=W1+W2+W3=107.47kg/h。

3.2.2 通風量計算

游泳館通風量應計算排除室內(nèi)余濕所需要的通風量、使館內(nèi)空氣中含氯量小于1×10-6所需的通風量、人員所需新風量以及夏季空調(diào)所需送風量。通過計算取得其中最大值為通風量。

1）排除室內(nèi)余濕所需的通風量

式中：L1為排除室內(nèi)余濕所需通風量kg/h；d2為室內(nèi)空氣含濕量，g/kg；d1為室外空氣含濕量，g/kg。

經(jīng)計算得出d2為16.77g/kg。

在冬季和過渡季節(jié)，在冬季室外含濕量較小，吸濕能力較強，到了過渡季，室外含濕量增加，如果按照冬季的除濕通風量，不能滿足過渡季節(jié)的除濕要求。所以對于全年運行的游泳館，通風量計算應按過渡季節(jié)的室外含濕量確定。

其中d1為過渡季節(jié)含濕量，取13.0g/kg（根據(jù)表1黃山市典型年氣象參數(shù)統(tǒng)計表分析取13.0g/kg比較合適），則L1=1000×107.47/(16.77-13.0)=28507m3/h。

2）使館內(nèi)空氣中含氯量小于1×10-6所需通風量

游泳館面積為873m2，平均高度為5.2m，已知室內(nèi)換氣次數(shù)需要達到1～4次/h，換氣次數(shù)取2次，則L1=873×5.2×2=9079m3/h。

3）人員所需新風量

人均新風量取30m3/h，人員總數(shù)為180人，則人員所需新風量為：L3=30×180=5400m3/h。

4）夏季空調(diào)所需送風量

經(jīng)計算得出夏季負荷為為了防止發(fā)生霧化現(xiàn)象，送風溫度應該不小于室內(nèi)空氣的露點溫度，經(jīng)計算得出室內(nèi)露點溫度為22℃。送風溫度為23℃，夏季總負荷為96.9kW，則夏季空調(diào)處理的風量為：

經(jīng)計算可得風量為L4=13209m3/h。

綜上可得夏季所需通風量為13209m3/h，過渡季節(jié)通風量為28507m3/h，冬季所需通風量為9079m3/h。

3.3 除濕運行控制探討

夏季采用空調(diào)系統(tǒng)對部分補風進行除濕降溫處理，來達到館內(nèi)除濕。通過計算夏季除濕通風量得出夏季除濕通風量分段所占時間百分比統(tǒng)計圖2。

圖2 夏季除濕通風量分段所占時間百分比統(tǒng)計

冬季及過渡季所取通風量是按過渡季節(jié)設計工況下計算出來的，然而室外空氣含濕量是全年動態(tài)變化的，通過DeST所提供的黃山市全年室外空氣含濕量值計算得出該游泳館冬季及過渡季、全年除濕通風量分段所占時間百分比統(tǒng)計圖（圖3、4）。

筆者發(fā)現(xiàn)夏季有高達33%的時間可以通過通風來達到除濕；在冬季及過渡季如果通風量只按照過渡季計算出的結果進行運行，將會造成不必要的浪費。所以除濕可以采用空調(diào)除濕、通風除濕分段進行調(diào)節(jié)，并且送風機如果能夠變頻調(diào)節(jié)所需送風量將會更節(jié)能。

圖3 冬季及過渡季除濕通風量分段所占時間百分比統(tǒng)計

圖4 全年除濕通風量分段所占時間百分比統(tǒng)計

4 室內(nèi)游泳池的冬季采暖

由于人們在娛樂性游泳館內(nèi)以赤足活動為主，所以對池區(qū)的舒適性要求比較高。有關文獻表明，當室溫為28℃時，相對舒適的人腳部溫度約為32℃，當?shù)匕逦醋黾訜崽幚頃r，地板與足部的溫差大于10℃，若采暖系統(tǒng)沒有啟動，這一溫差將大于20℃，腳部與室內(nèi)溫度兩者之間的巨大溫差會使腳部熱量迅速損失而使人感到不適。所以本工程在池岸四周設置了地板輻射采暖，采用了3組分集水器，經(jīng)計算該工程冬季采暖熱負荷為50.4kW，地板輻射采暖滿足不了負荷需要，所以采用熱風輔助采暖。如設置散熱器，其在濕度如此大的游泳館內(nèi)必須考慮其防腐蝕性，采用地板輻射采暖正好能避免此問題。

據(jù)文獻[4]中，地板輻射采暖的設計經(jīng)驗：

1）全面輻射采暖的熱負荷，應按有關規(guī)范進行。對計算出的熱負荷乘以修正系數(shù)（0.9～0.95）或?qū)⑹覂?nèi)計算溫度取值降低2℃均可。

2）局部采暖的熱負荷，應再乘以附加系數(shù)（表1）

表1 局部采暖熱負荷附加系數(shù)

本工程在供熱方式上，采用地表水源熱泵系統(tǒng)，因為該工程附近有大量的地表水源這個有利條件。該工程為娛樂性游泳館，其無觀眾席，只需布置一套送回風系統(tǒng)。供回水設計溫度為50℃/40℃。埋管系統(tǒng)采用“回”型布置埋于地面面層下面，埋管間距為300mm。埋管做法見圖5。

圖5 地板輻射采暖示意圖

5 結語

對于大空間娛樂性游泳館暖通空調(diào)設計，應合理地確定室內(nèi)設計參數(shù)，尤其除濕量的計算以及除濕方式，在建筑外圍結構上也要下足工夫，只有這樣才能在滿足人們舒適性的前提下有效地防止結露與屋頂鋼結構腐蝕、降低能耗及運行成本。在冬季采暖時，為保證池區(qū)范圍的舒適性及節(jié)能，在池區(qū)周邊地面設置地板輻射采暖，并且本項目采用了地源熱泵系統(tǒng)，響應國家節(jié)能減排、可再生能源的應用，有效節(jié)約能源。

[1]楊森.游泳館空調(diào)的熱濕負荷計算與節(jié)能[J].制冷空調(diào)與電力機械,2010,31(1):5-8

[2]張鐵輝.娛樂性游泳館暖通空調(diào)設計探討[J].暖通空調(diào),2005, 35(10):93-97

[3]虞霞,趙磊.娛樂性游泳館的空調(diào)設計[J].制冷空調(diào)與電力機械, 2005,26(3):46-52

[4]王崇杰,薛一冰.太陽能建筑設計[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2007

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

[6]魏文宇,丁高,張力.游泳館空調(diào)設計[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2004

[7]廉樂明,譚羽非.工程熱力學(第5版)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2007

The HVAC De s ign for a Re c re a tiona l Na ta toria in Hua ngs ha n

REN Li-jun,ZHU Jian
School of Civil Engineering,Hefei University of Technology

Presents the characteristics of a recreational natatoria of Huangshan.In the HVAC design of the Natatorium, the inter design parameters,moisture load calculation,ventilation rate determination and winter heating were analyzed with solutions.

recreational natatorium,moisture load,ventilation rate,radiant floor heating,ground source heat pump

1003-0344（2014）04-084-4

2013-6-9

任立君（1987～），女，碩士研究生；合肥市屯溪路193號合肥工業(yè)大學土木與水利工程學院（230009）；E-mail:1808005784@qq.com