熱泵在室內(nèi)泳池中的應(yīng)用

陸紹云

【摘要】通過分析室內(nèi)恒溫泳池?zé)釢褙?fù)荷計算，提出室內(nèi)泳池單獨采用除濕熱泵時面臨的冬季制熱量不足的問題，并提出將除濕熱泵與熱水熱泵聯(lián)合運用的解決方案。

【關(guān)鍵詞】恒溫泳池；除濕熱泵；空氣源熱水熱泵

引言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，室內(nèi)游泳館逐漸普及到人們的生活中，尤其是在學(xué)校游泳館、以及一些商業(yè)健身會所、高檔住宅小區(qū)。室內(nèi)游泳館屬于高濕環(huán)境，對室內(nèi)空氣的處理占了泳池運行能耗的很大一部分。因此，選擇一套合理高效的水暖系統(tǒng)，是室內(nèi)游泳場館良好運營、穩(wěn)定盈利的關(guān)鍵。

室內(nèi)泳池空調(diào)、除濕和池水加熱常見的問題

室內(nèi)泳池水溫一般控制在26～28℃，空氣溫度則比水溫高出1～2℃，相對濕度控制在人體最舒適的60～65%范圍內(nèi)。游泳池日常能耗主要來自夏季空調(diào)制冷、冬季采暖和池水加熱三方面。當(dāng)前泳池區(qū)暖通和水加熱部分的設(shè)計主要面臨下列問題：

1、除濕 泳池區(qū)有大量水分蒸發(fā)，消毒的余氯揮發(fā)，是高濕環(huán)境，易產(chǎn)生細(xì)菌、霉菌，極易破壞室內(nèi)空氣質(zhì)量和裝飾材料。傳統(tǒng)做法是通風(fēng)除濕，技術(shù)簡單，但通風(fēng)除濕的做法導(dǎo)致室內(nèi)暖濕空氣中的能量被白白浪費，有悖節(jié)能宗旨。

2、供熱費用高昂、能量未得到綜合利用。傳統(tǒng)泳池加熱采用燃油燃煤鍋爐，燃料價格年年攀升，尤其是燃燒煙氣排放處理不當(dāng)極易引起周邊投訴。時下常壓天燃?xì)鉄崴畽C組得到了廣泛應(yīng)用，但采用燃?xì)忮仩t作為泳池?zé)嵩矗瑹崴到y(tǒng)只能間接加熱，而且為了維持水溫，鍋爐需要常態(tài)運行，而且燃料價格的上漲是不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。在寸土寸金的商業(yè)面積內(nèi)，鍋爐房的選址建設(shè)苦難重重，消防審批苛刻，物業(yè)單位需配備專職司爐工，設(shè)備每年保養(yǎng)費用也很可觀。

由于上面提到的這些問題，目前在市面上興起很多專門針對室內(nèi)泳池開發(fā)的恒溫恒濕熱泵。一種為常規(guī)的空氣源熱水熱泵，只提供池水的加熱，還有一種能將除濕、空調(diào)、加熱等功能集合于一體，其工作原理簡言之，即是將池水表面蒸發(fā)熱損（包括顯熱和潛熱）回收利用，轉(zhuǎn)移入池水和空氣中，彌補池水和空氣熱損，同時實現(xiàn)空氣調(diào)節(jié)除濕功能，當(dāng)春秋的過渡季節(jié)時，（空氣溫度在15℃～26℃，相對濕度小于60%），設(shè)備運行全新風(fēng)模式，此時，只有熱泵的通風(fēng)機在工作，這種狀態(tài)下，熱泵的節(jié)能優(yōu)勢是顯而易見的。但在冬季，除濕熱泵的運用卻面臨制熱不足的問題。以下結(jié)合具體項目，通過實例計算予以說明。

案例分析：

某健身會所泳池主要參數(shù)：室內(nèi)泳池水面面積F池==300 m2 、總水量V=345 m3 ；游泳池廳游泳池廳高度5m～9.6m 、面積585 m2

1、除濕計算

泳池區(qū)蒸發(fā)量LW =（0.0174Vf+0.0229）（Pb-Pq）×F池×760/B=42.93 kg/hr

人體散濕量L人=5.50 kg/hr 泳池區(qū)人數(shù)n=F/S人=50人 新風(fēng)量Q新=0.30 m3/s

夏季新風(fēng)最大增濕量L新 =（dw-dn）×Q新×ρ=18.33kg/hr

夏季泳池最大濕負(fù)荷=Lw+L人+L新=66.76 kg/hr

2、泳池維持水溫?zé)嶝?fù)荷計算：

（1）泳池區(qū)水面蒸發(fā)損失的熱量

Q1=4.187γ（0.0174Vf+0.0229）（Pb-Pq）×F池×760/B=29.09 KW

池底、池壁管道和設(shè)備等傳導(dǎo)損失的熱量，按蒸發(fā)損失熱量的20%計算

Q2=29.09×20%=5.82 KW

補充水加熱需要的熱量

Q3=CMΔΤ=35.1 KW

泳池維持水溫?zé)嶝?fù)荷為Q=Q1+Q2+Q3=70.01 KW

3、泳池初次加熱時間校核

根據(jù)規(guī)范要求，游泳池的初次加熱宜在48個小時內(nèi)完成。

初次加熱池水每小時所需熱量

Q升=175.55 KW

（2） 在加熱的同時，泳池也在散熱，散熱按維持水溫?zé)崃康?/3計算，則

Q散=（29.09KW+5.82KW）÷3=11.63KW

（3） 初次加熱每小時所需要的熱量： Q=Q升+Q散=187.18KW

4、淋浴熱負(fù)荷

男女淋浴間共配有14個淋浴器 計算得淋浴熱負(fù)荷14.7kw，60度熱水用量 230L/h

注意：游泳池除濕熱泵出水溫度低，不能滿足淋浴水溫要求。

5、采暖空調(diào)負(fù)荷

計算得出夏季冷負(fù)荷為64KW，冬季采暖負(fù)荷為88KW

參考市面上主流泳池除濕熱泵參數(shù)，除濕量60kg/h左右的熱泵，約可提供熱量約120kw，制冷量約90 kw。顯然，除濕熱泵冬季制熱量無法同時滿足加熱池水以及室內(nèi)采暖負(fù)荷（缺口將近40kw），更無法滿足淋浴用熱，初次加熱時間經(jīng)校核也不能滿足，必須提供輔助熱源，較為常見的有兩種做法：

第一種：風(fēng)管上安裝電加熱器直接加熱空氣，所配置的電加熱器根據(jù)室內(nèi)的空氣溫度來逐級投加的。

第二種：在風(fēng)管上安裝表冷器來加熱（制冷）空氣，直接把熱水（冷凍水）接入表冷器，此方式需要外部提供循環(huán)熱水。

上述第一種方式，根據(jù)GB50189-2015 4.2.2條：除個別情況下，一般不得采用電直接加熱設(shè)備作為采暖熱源。從計算例子中可看到，光初次加熱，熱負(fù)荷缺口就將近70kw，如采用電加熱，其功率甚至遠(yuǎn)超過熱泵本身的輸入電功率，并將導(dǎo)致開關(guān)、電纜，乃至變配電所低壓開關(guān)柜的投資都要增加。

面對上述問題，建設(shè)方經(jīng)過研究，提出以下解決方案：既然總體思路是利用熱泵，那就再增加一臺制熱量約60kw的空氣源熱水熱泵，該熱泵一方面解決淋浴熱水，并作為室內(nèi)泳池的輔助熱源。

結(jié)論

此方案通過采用兩種類型熱泵的搭配，解決了冬季單靠除濕熱泵熱量不足，而輔助電加熱又不節(jié)能的問題，充分利用了熱泵高能效比的優(yōu)勢。該方案缺點是系統(tǒng)較復(fù)雜，因為有兩套熱泵及其循環(huán)管路設(shè)備，要實現(xiàn)整個泳池的全自動化控制（包括水處理系統(tǒng)），需聯(lián)動的設(shè)備較多，增加了系統(tǒng)自控設(shè)計的復(fù)雜度?？諝庠礋崴疅岜贸鏊疁囟纫仓荒苓_(dá)到60度左右，不太適合熱水采暖，限制了系統(tǒng)綜合能效進(jìn)一步的提高。但相比采用燃?xì)鉄崴仩t，熱泵系統(tǒng)在運行成本上的優(yōu)勢還是明顯的，尤其是在春秋過渡季節(jié)，充分利用了室內(nèi)暖濕空氣回收所得熱量，可有效降低運營成本。