對蘭州地區(qū)游泳館暖通設(shè)計的探討

張 潤 斌

(蘭州有色冶金設(shè)計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

本文采用建筑專業(yè)與暖通空調(diào)專業(yè)密切配合形成的特殊型式的游泳館空調(diào)設(shè)計方案，著眼于建筑的全壽命周期節(jié)能性，探討了利用蘭州地區(qū)氣候特點，最大限度利用風(fēng)能及太陽能等可再生能源來進(jìn)行游泳館暖通空調(diào)設(shè)計的可能性。

1 蘭州地區(qū)的氣候特征及傳統(tǒng)游泳館設(shè)計弊端

1)蘭州地處寒冷地區(qū)，屬于溫帶大陸性氣候，深居西北內(nèi)陸，濕潤氣流不易到達(dá)，成雨機(jī)會少，氣候較干燥。冬季供暖室外計算溫度19 ℃，冬季空調(diào)室外計算溫度-11.5 ℃，冬季空調(diào)室外計算相對濕度為54%；夏季空調(diào)室外計算干球溫度31.2 ℃，夏季通風(fēng)室外相對濕度為45%，室外干燥空氣去除室內(nèi)含濕量創(chuàng)造了良好的條件。

2)游泳館暖通設(shè)計有其特殊性[1]：冬夏季的相對濕度都較高，除濕成為室內(nèi)環(huán)境控制的一個重要環(huán)節(jié)，尤其是冬季，如果濕度過高，一方面采用傳統(tǒng)除濕機(jī)除濕或完全采用空調(diào)熱水除濕，成本及運行費較高；另一方面，濕度過高，一旦圍護(hù)結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)發(fā)生冷橋或者熱橋，勢必造成冷量(熱量)的快速流失。

2 采用的設(shè)計方案及其優(yōu)點

2.1 采用的設(shè)計方案

采用的暖通設(shè)計方式(如圖1所示)包括：冬季，利用頂板輻射+新風(fēng)回風(fēng)混合處理空氣的方式來供暖。游泳館頂部設(shè)置輻射板供暖系統(tǒng)，熱盤管的上面及下面均設(shè)置均勻輻射板實現(xiàn)均勻輻射散熱；游泳館兩側(cè)墻下分別設(shè)置水平串聯(lián)式散熱器，散熱器采用暗裝，散熱器外的裝修板全封閉后(散熱器對應(yīng)位置開百葉)通過裝修風(fēng)道最終與吊頂相連；吊頂外墻側(cè)開百葉(可以依靠負(fù)壓作用引入新風(fēng))，室內(nèi)濕空氣先經(jīng)過側(cè)墻下部的散熱器加熱，然后與室外新風(fēng)混合，混合后在吊頂內(nèi)被進(jìn)一步加熱，最后，由風(fēng)機(jī)壓倒吊頂下的圓形噴口送出。夏季，由于蘭州屬于溫帶大陸性氣候，晝夜溫差較大，夜間游泳的人數(shù)較白天也少，夜間依靠室外溫度較低且干燥的新風(fēng)[3]與室內(nèi)風(fēng)進(jìn)行混合后再送入室內(nèi)，完全可以滿足溫濕度的要求。夏季白天，依靠布滿屋面的具有優(yōu)良儲熱性能的太陽能吸收式制冷機(jī)組[2]進(jìn)行制冷。由于游泳人數(shù)的高峰時段與白天的氣溫成正相關(guān)性，當(dāng)白天氣溫較高時，機(jī)組吸熱部件吸收的太陽輻射熱也高，此時，機(jī)組的COP也較高。當(dāng)吸收的輻射熱過高時，可利用機(jī)組的儲熱部件，將多余的熱量儲存起來，在室外太陽輻射不足時，隨時取用。

2.2 設(shè)計方案的優(yōu)點

采用此種形式的優(yōu)點：

1)由于輻射系統(tǒng)對于人體的體表感覺較傳統(tǒng)的空調(diào)、供暖系統(tǒng)可以提高2 ℃(供冷時)或者降低2 ℃(供暖時)。體量較大的游泳館建筑節(jié)能效果顯著。

2)該系統(tǒng)最大程度利用新風(fēng)作為降溫和除濕的來源。夏季夜間，巨大的晝夜溫差使得干、冷的新風(fēng)成為自然冷卻、干燥室內(nèi)環(huán)境的理想能源。

3)由于輻射系統(tǒng)承擔(dān)了一部分室內(nèi)的冷(熱)負(fù)荷，對流降溫(加熱)系統(tǒng)的需冷(熱)量降低，從而使得高溫冷源或者低溫?zé)嵩吹睦贸蔀榭赡堋?/p>

4)由于輻射系統(tǒng)幾乎布滿屋頂，無論在泳池中還是休息區(qū)，輻射冷(熱)均會較均勻的直達(dá)人體，與傳統(tǒng)的空調(diào)送冷(熱)風(fēng)的感受有所區(qū)別。

5)冬季，側(cè)墻下部散熱器加熱空氣后，在裝修板構(gòu)成的封閉空間內(nèi)形成向上的抽力，新風(fēng)可以被負(fù)壓吸入，同時，送風(fēng)機(jī)的壓頭可以適當(dāng)降低，達(dá)到一定的節(jié)能作用；而且由于散熱器吸氣口的抽吸作用，熱氣流正好形成從側(cè)墻頂部到底部的氣流組織，覆蓋圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面，保證其表面溫度始終大于其露點溫度。

3 設(shè)計方案的分析

3.1 冬季室內(nèi)空氣處理過程

如圖2所示室內(nèi)空氣由狀態(tài)點N先被散熱器等濕加熱至N′點，再與室外空氣(W點)混合到C點(C點即吊頂內(nèi)的混合空氣)，此時由C點再次等濕加熱到O點，然后送入室內(nèi)。事實上，由于混合層下部敷設(shè)的熱盤管的熱輻射作用，混合點C會被加熱到O1點，然后送至O點；同樣，由于熱輻射的作用，室內(nèi)空氣N實際上也是先被加熱到N1點，再被等濕加熱到N′點。只有經(jīng)過散熱器表面和接觸輻射板的空氣為等濕處理過程，其余過程均為輻射作用，這樣一來，熱對流作用主要用于中和室外干冷新風(fēng)，輻射作用主要除了有加熱空氣的作用外，還負(fù)責(zé)直接作用于人體表面，增加人體熱舒適感。

3.2 夏季室內(nèi)空氣處理過程

如圖3所示，室內(nèi)空氣由狀態(tài)點N先被側(cè)墻下散熱器中冷水冷卻除濕到N1點，再與室外新風(fēng)混合到C點，在吊頂內(nèi)混合空氣在冷輻射板的作用下，等濕冷卻到與室內(nèi)溫度相同溫度后，送入室內(nèi)。冷水系統(tǒng)先經(jīng)過散熱器升溫再進(jìn)入吊頂冷輻射板系統(tǒng)再次升溫，這樣做的目的是，鑒于吊頂內(nèi)進(jìn)行除濕顯然排除冷凝水不便，而將冷凝水盡量在側(cè)墻下部匯總后排出，是較好的方案。對于過渡季及夜間，由于蘭州夜間溫度較低(但是一般大于其露點溫度)，可以最大限度的利用新風(fēng)進(jìn)行降溫除濕。

4 本設(shè)計方案需要關(guān)注的問題

1)無論是做散熱器的集風(fēng)通道還是吊頂處高度的合理選擇，都與建筑專業(yè)密切相關(guān)，需要建筑專業(yè)人員進(jìn)行密切配合，才會收到良好的效果。

2)由于游泳館建筑熱工[4]要求較高，建筑專業(yè)必須嚴(yán)格按照《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》的要求進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能計算，并且盡量避免冷橋或熱橋?qū)κ覂?nèi)環(huán)境造成威脅。

3)為防止吊頂表面積水，本系統(tǒng)采用等溫射流的方式，目的是使噴口氣流在吊頂表面形成熱流，降低結(jié)露的可能性。如果不能保證等溫射流，要盡量使阿基米底數(shù)Ar越小越好。

4)傳統(tǒng)觀點認(rèn)為地面輻射供暖系統(tǒng)可以提高人體熱舒適性，但從實際運行的多個項目看來，由于游泳館主要使用功能為游泳池，池邊休息、活動區(qū)往往有限，且有排水槽等設(shè)施，真正可以鋪設(shè)

地暖管的面積很小，加之池水蒸發(fā)作用，人體熱舒適性大打折扣。而頂板輻射供暖由于供暖面積大，對整個游泳館平面的輻射作用，熱舒適性效果明顯[5]。需要注意的是，雖然輻射作用不受空間高度的制約，但是屋頂內(nèi)表面應(yīng)該設(shè)置鍍膜[6]，防止熱輻射向屋面的輻射，減小熱量損失。

5)傳統(tǒng)輻射管采用塑料管或者鋁塑復(fù)合管，由于在紫外線作用下老化很快，在運輸和施工過程中，有許多肉眼看不到的細(xì)小裂紋，安裝后會漏水，如果采用銅管，則可以有效避免上述問題，且傳熱效果加強(qiáng)，輻射作用也更強(qiáng)。

6)本方案采用散熱器集熱通道、屋頂?shù)蹴敾旌巷L(fēng)道，事實上與全空氣處理過程類似，不同之處在于本方案的風(fēng)道是由建筑專業(yè)來配合做，一方面要滿足風(fēng)量、風(fēng)速要求，另一方面由于和圍護(hù)結(jié)構(gòu)接觸，保溫性能要做好。此外，內(nèi)壁必須保證光滑，減少阻力，降低能耗。

7)氣流組織對于設(shè)定的氣流流向和舒適性有較大影響，應(yīng)該運用fluent軟件[7]進(jìn)行模擬計算。

本系統(tǒng)與溫濕度獨立控制空調(diào)方式類似，但卻不同，后者不適于濕度較大的場合，本設(shè)計方案通過建筑專業(yè)與暖通方案的分工合作，將濕度獨立分離出來，鑒于蘭州氣候的特殊性由室外干燥新風(fēng)進(jìn)行干燥處理，相比于采用其他成本較高的除濕機(jī)組系統(tǒng)，節(jié)能性可大大提高。