中北大學游泳館暖通改造方案研究

孫 鵬

(太原理工大學建筑設計研究院，山西 太原 030024)

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中北大學游泳館暖通改造方案研究

孫 鵬

(太原理工大學建筑設計研究院，山西 太原 030024)

針對中北大學游泳館室內環境不達標的情況，對游泳館內暖通系統進行了設計計算，并選取了帶顯熱回收空氣熱回收設備的熱風供暖系統改造方案，在滿足室內環境要求的基礎上，達到了降低成本、節能減排的效果。

游泳館，暖通系統，室內環境，除濕量

1 工程概況

中北大學游泳館位于太原市尖草坪區學院路3號中北大學校內、中北大學文體中心B區1層。游泳館建筑高度為14.9 m，建筑面積3 494.4 m2。館內包含游泳標準池、練習池及戲水池，無觀眾席。自2010年年底投入使用以來，豐富了廣大師生的課余生活，同時承擔了大量的教學任務。學校游泳館因其使用功能的特殊性，對舒適性、安全性都有更高的要求，因此是校領導常年重點關注的區域之一。

中北大學游泳館投入使用后，由于原有通風系統運行不良導致室內濕度大及冬季室溫偏低，造成館內圍護結構嚴重腐蝕，掉落大量銹渣及石塊，存在極大的安全隱患。因此在校方的要求下，對游泳館內暖通系統進行改造。

2 現狀調查

游泳館未設置中央空調系統，采用地面輻射供暖系統冬季供暖。原有排風系統產生故障無法修復，擬整體拆除，未設置機械送風系統。根據后勤服務集團提供的運行記錄，夏季采用自然通風可滿足使用要求，冬季實測平均室溫僅有18 ℃左右，不滿足使用要求，且建筑圍護結構及外墻保溫受潮嚴重。

上述存在問題均是由游泳館其本身特殊的使用功能引起的。本建筑設置于地上1層，層高較高，為大空間建筑；鋼結構屋頂，框架結構主體，窗墻比很大，而窗戶及梁柱部分均為建筑保溫薄弱環節。泳池散濕量大，而本建筑無有效的除濕或換氣措施，導致室內含濕量高、露點溫度高，當建筑保溫厚度不足或保溫失效時，極易使得建筑外墻或屋頂內表面溫度低于室內露點溫度，從而產生結露現象。

基于以上原因，若使游泳館室內溫濕度達到設計要求，并減少結露現象的發生，需從以下幾方面采取措施：1)核算保溫材料熱阻。2)增設冬季除濕系統。3)提高圍護結構內表面溫度。4)增加以對流供熱為主的系統輔助供暖。

3 設計計算

3.1 外圍護結構防結露驗算

依據原設計圖紙，外墻填充墻采用300 mm加氣混凝土砌塊，梁柱部分為300 mm鋼筋混凝土外貼60 mm模塑聚苯板，屋頂保溫采用100 mm巖棉，外窗及天窗采用單框雙玻塑鋼窗。外墻填充墻熱阻：R=1.68 (m2·K)/W；外墻梁柱部分熱阻：R=1.79 (m2·K)/W；屋頂熱阻：R=1.85 (m2·K)/W；外窗及天窗熱阻：R=0.37 (m2·K)/W。

圍護結構內表面溫度計算公式：Ti=ti-(ti-te)Ri/R0。計算結果如下：外墻填充墻Ti=23.3 ℃>室內露點溫度20.1 ℃；外墻梁柱：Ti=23.5 ℃>室內露點溫度：20.1 ℃；屋頂：Ti=26-(26+12.8)×0.115/1.85=23.6 ℃>室內露點溫度20.1 ℃。結果表明在設計室內參數情況下，不考慮保溫失效的情況，原設計圖紙外圍護結構中，外墻及屋頂部分不結露。

3.2 散濕量計算

游泳館內的散濕量主要由三部分組成，包括室內人體散濕量W1，池邊散濕量W2，敞開水面的散濕量W3三部分。

1)室內人體散濕量W1(kg/h)：

W1=0.001×n×n′×g。

其中，g為成年男子的小時散濕量，100 g/(h·人)；n為室內人口總數，人；n′為群體系數。

2)池邊散濕量W2(kg/h):

W2=0.017 1×(tn-ts)×F×α。

其中，tn為室內空調計算干球溫度，℃；ts為室內空調計算濕球溫度，℃；F為池邊面積，m2；α為潤濕系數。

3)敞開水面的散濕量W3(kg/h):

W3=0.007 5×(0.017 8+0.012 5Vf)×(Pw-Pi)×F×760/B。

其中，Vf為游泳池水面上的風速，一般取0.2 m/s～0.3 m/s；Pw為水表面溫度下的飽和空氣水蒸氣分壓力，Pa；Pi為室內空氣的水蒸氣分壓力，Pa；F為游泳池水面的面積，m2；B為當地大氣壓，mmHg。

除濕量計算結果見表1。

表1 除濕量計算結果

3.3 新風量計算

采用新風除濕，所需新風量為：G=1 000W/(dn-d0)=1 000×418/(16.06-0.67)=25 341 kg/h=27 160 m3/h。

采用氯氣消毒池水的游泳館新風量應取1次/h。因此本工程計算新風量應為40 000 m3/h，排風量應取40 000×1.2=48 000 m3/h。除濕新風量小于安全換氣新風量，因此可選用最小限值新風量，不存在能源浪費情況。

3.4 機械送風供熱量計算

經查閱原設計圖紙及計算可得：圍護結構供暖熱負荷為333.7 kW，地暖系統供熱量為292.4 kW。

新風量(包括機械送風量及負壓滲透風量)48 000 m3/h。此時新風負荷：Q=CGΔt=1.01×48 000×1.2×(26+11)/3 600=597.9 kW。機械送風供熱量：597.9+333.7-292.4=639.2 kW?？紤]設置顯熱回收空氣熱回收設備，熱回收效率60%?；厥帐覂扰棚L熱量：Q=CGp(tn-tw)η=1.01×48 000×1.2×(26+11)×0.6/3 600=358.8 kW。

總的機械送風供熱量為639.2-358.8=280.4 kW。

4 提出方案

4.1 熱風供暖系統

泳池選用4臺帶熱水盤管的吊頂式熱回收機組，每臺排風量12 000 m3/h，送風量10 000 m3/h，顯熱回收，熱回收率：60%。夏季采用自然通風，當通風量不足時開啟機組進行復合通風。冬季閉館時利用原有地暖系統進行值班采暖，開館時開啟機組進行熱風供暖及新風除濕。該方案施工周期短，對現場破壞小，可有效改善冬季游泳館室內環境，改造費用少，運行費用較少。

4.2 泳池除濕熱泵系統

泳池選用2臺整體式泳池恒溫除濕熱泵機組，每臺送風量45 000 m3/h，除濕量210 kg/h，制冷量290 kW，制熱量330 kW。夏季采用自然通風，當室外空氣含濕量大于室內時開啟機組進行除濕。冬季閉館時利用原有地暖系統進行值班采暖，開館時開啟機組進行熱風供暖及冷卻除濕。該方案施工周期較長，需增設空調機房，對原有房間布局有較大影響，改造費用多，運行費用高，但可最大限度改善游泳館室內環境。

5 方案選擇

采暖期通風耗熱量折標煤量(kgce)：

G1=34.12×0.003 6TvNQv(ti-ta)/(ti-to·v)。

采暖期耗電量折標煤量(kgce)：G2=0.361 9WTvN。

太原采暖期天數：125 d；通風裝置每日平均運行小時數：6 h。

熱價：35元/GJ，電價：0.7元/(kW·h)。

表2 經濟效益及社會效益比較

本工程選擇采用帶顯熱回收空氣熱回收設備的熱風供暖系統。由表2經濟效益及社會效益比較可知，與泳池除濕熱泵系統相比，初投資費用很少，雖然供熱量較大，但可極大減少用電負荷，每年可節約運行費用7.02萬元。同時每年節約標煤量為32.7 t，既產生了經濟效益也可減少污染氣體的排放量，響應了國家節能減排的號召。

6 氣流組織設計

本工程中送風管設置于頂部，采用下送風及側送風形式。風口采用電動調角度圓形噴口，必要時可調節風口出風角度使送風吹向墻面、頂棚或吊頂，提高圍護結構內表面溫度，減少結露現象發生。排風管設置于泳池正上方，將泳池區內持續蒸發出的水分和散發出的氯氣迅速排走。

7 結語

經調查，太原市內各小型游泳館普遍存在室內環境不達標的情況，而游泳館因其使用功能的特殊性，室內環境的長期不達標易引起極大的安全隱患。因此本次暖通改造方案的研究可為今后太原市內小型游泳館的維修改造提供參考，方案成果有效克服維修改造工程中存在的工期短、現場情況復雜、資金緊張等困難，具有較高的實用性和推廣性。

同時，本次研究也為今后的新建游泳館通風系統設計提供了另一種思路，本次研究結果表明，在太原的氣候條件下，一個設計良好的通風系統可以使室內環境得到極大改善，并且極大減少初投資及運行費用。在小型游泳館的設計中，若存在資金緊張、機房設置困難等問題，則可以考慮參考本次研究結果，排除掉中央空調或除濕熱泵方案，采用帶顯熱回收空氣熱回收設備的熱風供暖系統來處理室內熱濕負荷，同樣可以獲得令人滿意的效果。

[1] JGJ 31—2003，體育建筑設計規范[S].

[2] 陸耀慶.實用供熱空調設計手冊[M].第2版.北京：中國建筑工業出版社，2008.

[3] 李 娜.某小型游泳館的供暖通風設計[J].山西建筑，2016，42(4)：124-126.

On heat-supply and ventilation reconstruction schemes for swimming stadium in North University of China

Sun Peng

(ArchitecturalDesignResearchInstitute,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China)

According to some unqualified indoor environment of the swimming stadium of North University of China,the paper design and calculates the heat-supply and ventilation system of the stadium,selects the warm air fan system reconstruction scheme by recycling air heat recycling equipment,so as to lower the cost,save energy and reduce emission based on the satisfaction of indoor environment requirements.

swimming stadium,heat and ventilation system,indoor environment,dehumidification volume

1009-6825(2016)29-0122-03

2016-08-07

孫 鵬(1984- )，男，工程師

TU834

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