浅谈泳池三集一体热泵及采暖设备选用

龙娟 罗军

文章摘要：随着经济的发展，生活水平的不断提高，人们对于健康的关注与日俱增，对泳池室内空气质量的要求也越来越高。室内游泳池是高温高湿的环境，泳池池水表面不断蒸发出大量的水分，导致室内空气相对湿度过高，若不及时有效的去除这些水分，就会让人体的舒适度下降，甚至会促使室内细菌增长，从而造成人体呼吸疾病等。

关键词：室内恒温泳池 热泵机组 热负荷

室内恒温泳池池水表面的蒸发,会使室内空气含有大量的氯氨/三卤甲烷，特别是当相对湿度较高（大于65%）时，对人体健康的影响较大，甚至严重危害人的健康。

泳池水处理和泳池恒湿恒温能耗过高。国外资料显示，游泳池内90％以上的能量损失是由于蒸发造成的,这部分能量大部分以水汽(潜热)的形式存在泳池空气中，如采用传统的通风除湿，一般要求排风量为每小时3倍的泳池室内容积,这在冬季会造成泳池室内的热量大量损失，在夏季则会造成泳池室内的冷量大量损失。为了补充游泳池损失的能量，在传统通风除湿方式中，游泳池不得不采用锅炉、中央空调等提供大量的热源或冷源向泳池内补充能量，耗费大量的能源费用。

游泳池室内空气相对湿度过高，在冬天室内外温差较大时,易形成凝结水(结露)，且冷凝水含有大量的氯，会腐蚀建筑物及装饰面，影响美观。

游泳馆的特殊性：室内空气温度高于普通空调房间，一般室内温度为: 24~28℃。 泳池表面和潮湿地面不断地向室内蒸发水分，因此，室内有较大的湿负荷。由于室内温度较高，因此热负荷比普通房间大，而冷负荷则会小一些。要求保持较多的换气次数，所以总送风量较大;ASHAE推荐值:·没有观众的游泳馆4~6h-1 ;有观众的水上表演和比赛馆6~8 h-1。新风量较大，ASHAE推荐值:按每位观众25.5m3/h或每1m2泳池湿区面积8.5m3/h计算。室内表面特别是顶部不允许出现冷凝水。室内空气的相对湿度比普通房间高，泳池水表面蒸发出来的含氯水汽，对建筑结构、金属风管、设备等有腐蚀性。供暖、通风和空调、制冷的能耗大于普通建筑。

本文通过对岳阳某泳池的除湿及采暖设计为案例，对泳池夏季、冬季的除湿设计及冬季采暖设计进行分析，从而指导其他泳池的实际设计。

【关键词】：泳池 除湿 采暖

以岳阳某游泳馆为例进行三集一体热泵的选择及采暖设备的选择

1 三集一体热泵的选择

为了让室内游泳池的空气环境更加舒适健康，选择一个实用高效的泳池除湿机是至关重要的。泳池除湿机通过把蒸发到空气中的水蒸气回收利用，一方面回收热量将池水加温，同时也可以给空气回热；另一方面通过降低温度到结露点，使水蒸气凝结成水，既干燥了空气，达到除湿的效果，又可以回收蒸发掉的水分至泳池，减少泳池补充水，从而达到恒温、恒湿、节能、节水、环保的效果。

根据泳池的水面积、水温、室内大厅面积、结合项目所在地的气候参数和环境参数来进行设备选型。

除湿热泵机组一般是放在室内的，机房要求要有足够的检修空间和风管连接空间，距离泳池相对较近，方便送风，同时室内外机的连接也应该遵循厂家要求，机房应该设置排水系统，方便冷凝排水，有冷热源的接管的机房还应设置好相关管路阀门和管路布置到方便机器接管的地方等。

气象参数表

室外计算（干球）温度 （℃）		夏季室外日平均温度（℃）	夏季室外湿球温度（℃）	室外设计相对湿度（﹪）		室外风速 （m／s）		大气压（hPa）
夏季空调	冬季空调			夏季季空调	冬季空调	夏季	冬季	冬季	夏季
34.1	-2	32.2	28.3	/	78	2.8	2.6	1019.5	998.7

游泳馆设计参数表

游泳池面积	1250m2	游泳池水深	1.45m
池厅面积	1900m2(有观众厅)	池厅高度	7m
游泳池池水恒温温度	28℃
池厅空气温度	30℃	池厅相对湿度	65%

注:泳池空间温度比池水水温高1-2℃。

1.1夏季工况

1.1.1室内游泳池的湿负荷计算

游泳池主要湿负荷：泳池水面蒸发量、人体散湿量、夏季新风增湿量

1.1.1.1夏季泳池水面蒸发量

LW－泳池水面蒸发量		256kg/h	Vf－泳池池面风速	0.2m/s
F池－室内泳池水面面积		1250m2	B－当地大气压力	749mmHg
Pb－28℃水表面温度饱和空气水蒸汽分压			28.37 mmHg
Pq－30℃泳池空间空气的水蒸气分压，相对湿度65%			20.7mmHg
湿负荷计算公式	LW ＝（0.0174Vf+0.0229）（Pb－Pq）×F池×760／B

1.1.1.2人体散湿量

L人－人体散湿量	42kg/h	F－池厅面积	1900m2
S人－人均所占面积	5m2/人	n－泳池综合服务人数=F/ S人	380人
n´-为群体系数	0.92	g -为人体散湿量	120g/h·人
人体散湿量计算公式	L人＝0.001nn´g

1.1.1.3夏季新风增湿量

L新－新风增湿量	44kg/h	dw -夏季室外空气含湿量		22.5g/kg
ρ-空气密度	1.2kg/m³	dn -室内空气含湿量		17.7g/kg
n-泳池综合服务人数	380人		q -每人所需新风量	20m3/（h·人）
新风量计算公式	Q新＝q×n＝20×380=7600m3/h
新风增湿量计算公式	L新＝（dw-dn）×Q新×ρ/1000

1.1.1.4综合考虑所需湿负荷

泳池湿负荷kg/h

＝Lw+L人+L新＝342 kg/h

1.1.2夏季冷负荷

夏季冷负荷的来源主要有围护结构温差传热及通过窗户的太阳辐射热量、人体和灯光的热量、池水散湿等。其中围护结构温差传热很小，如果邻室是空调房间，还会向邻室传出热量。通过窗户进入的太阳辐射热有一部分被池水所吸收,只有部分形成冷负荷。池厅内大部分人在水中，这部分人散出的显热被水吸收，只有呼吸散发的潜热形成冷负荷。游泳池水面及部分湿地面散出大量水蒸气(潜热冷负荷)，同时还吸收空气热量;而灯光散热量中约有30%以对流方式进入空气成为冷负荷。70%的辐射热量中投射到水面部分被水所吸收；而投射到墙、地等的热量，只有壁面温度高于空气温度才通过对流传递给空气成为冷负荷。由此分析，池厅内的冷负荷中潜热部分占了一大部分，估计在70%以上，有些场合可达90%。因此游泳池厅的夏季空调以除湿为主。经天正计算空调室内冷指标为164W/平米，室内总冷负荷为311kW。

夏季室内冷负荷	=L人体总冷负荷+L照明冷负荷+L水面冷负荷+ L围护结构冷负荷=311kW
人体总冷负荷	40kW
照明冷负荷	8 kW
水面冷负荷	＝1/3600×2432×256kW=173kW
围护结构冷负荷	90kW

1.1.3热湿比

热湿比 ε=Q/W	=311/0.0828=3756
Q(kW)	311
W(kg /s)	=（256+42）/3600=298/3600=0.0828

1.1.4夏季池厅空气处理过程的焓湿图

夏季池厅空气处理过程的焓湿图

1.1.5泳池室内通风量

泳池室内通风量	79800m3/h
游泳池换气次数N	4~6（没有观众的游泳馆）	6~8（有观众的水上表演和比赛馆）
H(m)	7
L(m3/h)	L= F×H×N=1900×7×6=79800

1.1.6夏季一次回风参数表

新风量	7600m3/h	室内冷负荷	311kw
室内湿负荷	298kg/ h	送风量	79800 m3/h
送风温差	4.35℃	总冷量	527kW
再热冷负荷	115kW

1.2冬季工况

1.2.1室内游泳池的湿负荷计算

1.2.1.1冬季泳池水面蒸发量

LW－泳池水面蒸发量		252kg/h	Vf－泳池池面风速	0.2m/s
F池－室内泳池水面面积		1250m2	B－当地大气压力	764.7mmHg
Pb－28℃水表面温度饱和空气水蒸汽分压			28.37 mmHg
Pq－30℃泳池空间空气的水蒸气分压，相对湿度65%			20.7mmHg
湿负荷计算公式	LW ＝（0.0174Vf+0.0229）（Pb－Pq）×F池×760／B

1.2.1.2人体散湿量

L人－人体散湿量	42kg/h	F－池厅面积	1900m2
S人－人均所占面积	5m2/人	n－泳池综合服务人数=F/ S人	380人
n´-为群体系数	0.92	g -为人体散湿量	120g/h·人
人体散湿量计算公式	L人＝0.001nn´g

1.2.1.3冬季新风增湿量

D新－新风增湿量	-135.9kg/h	dw –冬季室外空气含湿量		2.4g/kg
ρ-空气密度	1.2kg/m³	dn -室内空气含湿量		17.3g/kg
n-泳池综合服务人数	380人		q -每人所需新风量	20m3/（h·人）
新风量计算公式	V新＝q×n＝20×380=7600m3/h
新风增湿量计算公式	D新＝（dw-dn）×V新×ρ/1000（kg/h）

1.2.1.4综合考虑所需湿负荷

冬季泳池湿负荷kg/h

＝Lw+L人+L新＝158.1 kg/h

1.2.2冬季热负荷

冬季室内热负荷	= L水面冷负荷+ L围护结构热负荷=230kW
水面冷负荷	＝1/3600×2432×252=171kW
围护结构冷负荷	59kW

1.2.3冬季热湿比

冬季热湿比 ε=Q/W	=230/0.0817=-2815
Q(kW)	230
W(kg /s)	=-（252+42）/3600=294/3600=-0.0817

1.2.4冬季池厅空气处理过程的焓湿图

室外状态点1 t=-2℃，d=2.4g/kg，h=3.9kJ/kg

状态点2室外空气加热到5℃ t=5℃，d=2.4g/kg，h=11.1kJ/kg

状态点3为室内空气 t=30℃，d=17.3g/kg，h=74.5kJ/kg

新风量7600m3/h

回风量=79800-7600=72200m3/h

状态点4 t4=27.7℃，d4=15.9g/kg，h4=68.5kJ/kg

除湿量158.1 kg/h，风量为79800 m3/h

(D4-D5) ×ρ×Q=W

(15.9-D5) ×1.2×79800/1000=158.1

D5=14.249 kg/h ，相对湿度90%

状态点5 t5=21.3℃，d5=14.2g/kg，h5=57.5kJ/kg

状态点6 t6=46.1℃，d5=14.2g/kg，h5=83.2kJ/kg

冬季加热量Q=（5-（-2））*7600*1.2*1.01/3600+（46.1-21.3）*79800*1.2*1.01/3600=18+666=684kW

1.3泳池水加热计算

1.3.1泳池热水每时维持水温热负荷计算：

泳池区水面蒸发损失的热负荷

LW－泳池水面蒸发量	252kg/h
V－28℃水温时水的蒸发潜热	582.3kcal/kg
水面蒸发损失热负荷计算公式	Q1＝V×LW×4.186/3600
水面蒸发损失的热负荷	Q1＝171KW

池底、池壁管道和设备等传导损失的热负荷

池底、池壁管道和设备等传导损失的热负荷Q2	按水面蒸发损失的热负荷的20%
Q2	=Q1×20%= 34KW

补充水加热需要的热负荷

（补充水量按5%水容积考虑,补水温度5oC,补水时间按一天24小时计）

V总－泳池水体积	1812.5m³	V补－补充水量	91m³
补充水加热需要的热负荷	Q3＝C V补ΔΤ/3.6/24
补充水加热需要的负荷	Q3＝ 102KW

游泳池热水每小时维持水温所需总热负荷

Q维热负荷计算公式	Q维＝Q1+Q2+Q3
维持水温所需总热负荷	Q维＝307KW

1.3.2泳池初次加热时间校核

根据游泳池设计规范的要求，游泳池的初次加热必须在48个小时内完成。泳池冬天初次升温所需时间定为2天，升温时散热按维持水温热量的1/3计，则初次加热所需热量:

V总－泳池水体积	1812.5m³	池水的初始温度	5oC
Q升－水加热每小时所需热负荷	= C V补ΔΤ/3.6/48=1010KW
Q散－水散热每小时所需热负荷	=Q维/3=103KW
Q总－每小时所需热负荷	= Q升+Q散=1113KW

1.4热泵选型

根据上述所计算的湿负荷、维持池水恒温的热负荷、泳池水初次加热、空调负荷和通风量等数值，考虑到本项目的档次定位和结合易达热泵在高档游泳池工程项目中的应用经验的综合考虑，选用2台三集一体热泵，足够提供舒适的服务。

单台三集一体热泵冬季能提供的热量为347kW，两台三集一体热泵的供热量为694kW，维持池水所需总热负荷为307 kW, 泳池空气所需加热量为684 kW,剩余提供空气加热量为=347*2-307-684=-297kW。故还需297 kW热量由另外一种热源提供，故热泵需增设内置盘管。

三集一体热泵参数

序号	性 能	工况	30℃气温 65%RH 28℃水温
1	除湿量	221kg/h
2	池水加热量	347kW
3	制冷量	265.1kW
4	总热量输出	346.5kW
5	通风量	40000m³/h
6	设备出风口风压	100-500Pa（可以根据实际情况调节）
7	水流量	59.5m³/h
8	最高出水温度	40℃
9	水管配接尺寸	63mm
10	标准主机外型尺寸(mm)	5800(L) ×2540(W) ×2595(H)
11	主机设备重量（kg）	4600
12	内置盘管换热量	340 kW

2冬季采暖辅助设备的选择

设计采暖建筑热指标为150W/平米（地暖敷设面积）。游泳池区建筑面积约为600㎡。则冬季地暖系统总耗热量：90kW。采用3台制热量为30 kW的空气能热泵热水机用于游泳池地面辐射采暖。

参考文献：

<1>《游泳池和水上游乐池给水排水设计规程》；

<2>《建筑给排水设计手册》；

<3>《采暖通风与空气调节设计规范》；

<4>《体育建筑设计手册》；

<5>国家建筑标准设计图集10S605《游泳池设计及附件安装》

作者简介：龙娟 1981.12.17，女，籍贯：汉，学历硕士研究生 高级工程师