地下游泳館空調設計

李水枝

(天廈建筑設計(廈門)有限公司 福建廈門 361000 )

0 引言

隨著人們生活質量的提高，越來越多的人參與到娛樂健身項目中，室內游泳館的建設也在不斷發展。為營造游泳的舒適環境，更多的游泳館要求設置空調控制游泳館內的溫度和濕度。同時，游泳館是具有特殊功能的建筑，在空調負荷計算、空氣處理方式、設備選擇上都有不同于常規建筑的地方。工程實踐證明，該空調系統設備選用泳池專用熱泵型除濕機組，能滿足游泳館功能要求并達到節能目的。

1 工程概況

該項目為體育館地下室擴建項目，地下室建筑面積5652m2，室內設游泳池和SPA水療池、兒童嬉戲池。泳池區空間部分面積為1837m2，游泳池區有2個泳池，池水面積約為1000m2。平時為健身娛樂型游泳館，戰時轉為人防功能。平面圖如圖1所示。

圖1 泳池平面圖

2 室內外空氣參數(表1)

表1 室外參數(該工程項目位于廈門地區)

表2 室內參數

游泳館室內參數的確定要考慮諸多因素，其中水溫是首要因素，因為環境參數的變化對散濕量影響很大。室內池水溫度設定為28℃，為保證人在出水后和入水前的舒適性，減少人出水后的冷感，池廳空氣溫度采取高于池水溫度2℃[1]，室內空氣溫度取30℃，如表2所示。游泳館內空氣濕度與人們的舒適感有著密切的關系，相對濕度低，空氣干燥，同時空氣中水蒸氣分壓力低，使剛出水面的人體皮膚水分蒸發加快，人因帶走蒸發潛熱多而有冷感，但相對濕度如果過低，池水會加速蒸發，空調系統除濕風量和池水加熱量大大增加。空氣相對濕度大，空氣露點溫度提高，容易形成墻壁、玻璃窗結露，促使室內霉菌和微生物的生長，環境相對濕度在40%～60%范圍內時，空氣中的細菌、微生物數量會很少。因此，該設計相對濕度采用65%，此時室內空氣的含濕量為17.62g/kg，露點溫度為22.7℃。

3 泳池區域散濕量計算

地下空調房間計算得散濕量應包括人體散濕量、圍護結構散濕量、潮濕表面和液面的散濕量、設備散濕量。游泳館特點是泳池表面水分蒸發，水面面積巨大，水表面散濕量大，室內濕負荷大。

3.1 水表面散濕量

游泳池主要濕負荷也即為池廳水表面散濕量。池廳散濕量按式(1)計算：

W1=3600(α+0.00363v)10-5·(Pqb-Pq)FB/B′

(1)

W1—池水的散濕量(kg/h)；

Pcb—水表面溫度下的飽和空氣的水蒸汽分壓力(Pa)；

Pcn—空氣中水蒸汽分壓力(Pa)；

F—散濕水表面面積(m2)；

B—當地的大氣壓力(Pa);

B′—標準大氣壓(Pa);值為101 325Pa；

v—池水表面風速(m/s),按以下規定采用:

室內泳池: 0.2～0.5m/s;泳池區取0.2m/s；

α—周圍空氣溫度為15℃～30℃時，不同水溫下的擴散系數kg/(N·S)如表3所示。

表3 不同水溫下的擴散系數

引自《空氣調節》[2]

W1=3600×(0.0046+0.00363×0.2)×10-5×(3567-2597)×1000×101325/99450=188.28kg/h

3.2 圍護結構散濕量W2

地下室圍護結構散濕量受地質條件、圍護結構形式、材料及厚度、室內空氣溫濕度、風速等影響，一般取0.5～1.0g/(m2·h),設計取0.8g/ (m2·h)

W2=0.8×1837=1469.6(g/h)

3.3 人體散濕量(g/h)

W3=w·n

(2)

w—單個人員散濕量(g/ (P·h))；

n—人數；泳池人數取150人；

W3=115×150=17250 (g/h)。

所以總散濕量W=W1+W2+W3=188.28+1.47+17.25=207(kg/h)

新風濕負荷：

娛樂性游泳館新風量按人員數量每人30m3/h選取，新回風比不小于10%，設計計算新風量取4500m3/h，由焓濕圖得出，夏季新風含濕量為21.21g/kg

夏季：W新=ρ·V·Δd

(3)

ρ— 空氣的密度kg/m3

V— 空氣的體積 m3

Δd— 空氣含濕量差g/kg；

W新=1.2 ×30×150×(21.21-17.62)×10-3=19.4(kg/h)；空調系統的濕負荷，應包括空調房間計算濕負荷和新風濕負荷，所以泳池內最大濕負荷W= 207+19.4=226.4kg/h。

4 泳池區域空調冷負荷計算

空調房間的計算得熱量包括圍護結構傳熱量、人體散熱量、照明散熱量、設備散熱量以及伴隨各種散濕過程產生的潛熱量。

4.1 圍護結構傳熱量

此游泳館屬于地下建筑，圍護結構傳熱量計算方法借鑒《人民防空地下室設計規范》[3]里面的公式。地下室埋深小于6m，按淺埋恒溫要求的地下室圍護結構傳熱量計算，按公式Q=Q1+Q2±Q3計算：

Q1=N·(tnc-t0)

(4)

N=αl(b+2h)(1-Tpb)

(5)

Q3=2αhlθdΘdb

(6)

Q1—恒溫傳熱量(W)；

Q2—地面與地下溫差引起的頂板傳熱量(W)；

Q3—地表面溫度年周期性波動通過地下室外墻傳遞的熱量；

N—壁面年平均傳熱計算參數 (W/℃)

tnc—地下室室內恒定溫度(℃)；

t0—地下室周圍巖體年平均溫度(℃)；

Tpb—年平均溫度參數

l—建筑物長度(m)；

b—建筑物寬度(m)；

h—建筑物高度(m)；

α—換熱系數，取8.7(W/(m2·℃))；

k—樓板傳熱系數 (W/(m2·℃))；

Θdb—地表面溫度年周期性波動引起的側壁面溫度參數，查表。

θd—地表面溫度年周期性波動波幅(℃)；查表。

圍護結構傳熱量QW經軟件計算總傳熱量為64.3kW。

4.2 人體散熱量QR

QR=φnq1

(7)

q1—單個人員散熱量(w/ P)；

n—人數；泳池人數取150人；

φ—群集系數，取0.92；

QR=57×150×0.92=7866 (W)

4.3 燈光照明散熱量按15W/m2計算，照明散熱量

Qd=15×1837=27555 (W)

4.4 各種散濕的潛熱負荷

Qs=0.28rW(kW)

(8)

0.28 —單位換算系數；

r—汽化熱(KJ/ kg)；

W—散濕量(Kg/h)=

0.28×207×2440=140.3 kW

泳池區總得熱量為：

Q=QW+QR+Qd+Qs=

64.3+7.8+27.5+140.3=239.9kW

5 泳池區通風量計算

(1)按換氣次數計算：綜合相關文獻數據，健身娛樂型游泳館泳池區空調換氣次數一般按4～6次/h。設計考慮后期可能有吊頂，按4次/h考慮。

LS=1837×6×4=44 088m3/h

(2)按消除室內余濕計算：考慮圍護結構結露的可能性，設計計算過渡季通風量作為最小通風量。

LS′=W/(dn-do)

(9)

W—散濕量(kg/h)

dn—室內空氣含濕量(g / kg)；

do—送風點含濕量(g / kg)；

過渡季送風點含濕量采用一年12個月的通風曲線與室內空氣露點溫度加1℃的濕度線的相交點，根據《游泳館空調設計》中經驗值取11.5～13g/kg，取13g/kg；

LS′=207×1000/(17.965-13)=41 692 m3/h

(3)按排除余熱的風量計算：

LS″=3600Q/C(tn-twf)

(10)

Q—室內產生的余熱(kW)；

C—比熱容(KJ/ kg·℃)；

tn—室內工作地點溫度(℃)；

twf—排風溫度(℃)；

工作地點溫度與排風溫度溫差不宜大于5℃，計算取3℃[4]

LS″=3600×99.6/4.2/3=28 457m3/h

通風量取上述計算大值，即通風量為44 088m3/h。

6 常規空調處理過程及計算

(1)空調系統如采用常規冷熱盤管處理的組合式空氣處理機時，夏季空氣處理過程如圖2焓濕圖所示：室外空氣焓值大于室內空氣焓值，回風與室外最小新風量混合后進入表冷器冷卻除濕后，再經加熱盤管使室內溫度維持設定值。

圖2 夏季空調設計焓濕圖

狀態點室外室內送風點機器露點溫度(℃)33 5302220 6含濕量(g/kg)21 6717 961313焓(KJ/kg)89 3776 2255 2553 4

熱濕比線ε=Q/W=239.9/207×3600=4172KJ/ kg；

空調系統夏季送風狀態點O，過O點向下作垂線與90%相對濕度線相交于L點。

最小新風量取4500m3/h；

新回風比4500/44 088=10.2%，hC=77.54KJ/kg ；

空調設備制冷量為Q=LS·1.2×(hc-hL)/3600kW；

Q=44088×1.2/(77.54-53.4)/3600=355kW；

需要再熱量為QR=LS·1.2×(hO-hL)/3600=44088×1.2/(55.25-53.4)/3600=27.2kW。

(2)冬季空外空氣含濕量大大小于室內含濕量，可采用室外干燥新風來消除室內的余濕。冬季新風量按Lx=W/(dn-dw)計算得：

LS′=207×1000/(17.96-4.85)=15 789m3/h；

同時，冬季通風量還要滿足人員所需新風量以及為排除游泳池空氣中氯氣所需換氣次數1-4次/h的要求。

LS=1837×6×1.5=16 533m3/h

7 選用的空調設備

游泳館室內一般是高溫高濕的環境，室內空氣濕度高，所以空調設備采用以除去濕負荷為主的調溫除濕機。采用泳池專用熱泵型除濕機(除濕量為240kg/h)室內潮濕空氣由回風管道進入除濕熱泵機組，排掉部分潮濕空氣后再與新風混合，混合后的空氣經過熱泵處理段進行溫濕度調節，除濕過程中當室內溫度低于設定溫度下限時，主機室內冷凝器工作，對空氣進行加熱。當室內溫度超過溫度設定值上限時，室內冷凝器停止工作。這時除濕熱泵自動運行降溫工況，熱泵回收池水蒸發量和新風熱量通過水冷冷凝器釋放到泳池中，從而達到對池水輔助加熱的效果。當空氣溫度和池水溫度同時達到要求時，回收的多余熱量將通過室外冷凝器排放到室外。原理圖如圖3所示。

圖3 游泳池空調系統原理圖

機組采用雙風機空調系統，機組配置回風段、直接蒸發式除濕段、排風段、新風段加熱段、送風段。排風排至室外。

泳池專用熱泵型除濕機功能段如圖4所示。

圖4 泳池空調機組配置圖

回風經蒸發器降溫除濕后，一定數量的排風經自動控制的排風風量調節閥排出，再與室外新風混合，經初中效過濾后的干燥空氣送入池廳。游泳池區域需保持一定的負壓。

泳池專用雙風機熱泵機組的選型，首先計算除濕負荷和泳池區顯熱負荷，根據游泳池蒸發量和通風量確定潛熱負荷，送風風量按照推薦的換氣次數確定。

防結露傳感器安裝在室內防結露最不利點上,當其感應該點溫度低于室內空氣露點溫度2.8℃時 , 熱泵型除濕機會自動調低濕度控制,使該點溫度始終高于室內空氣露點溫度,以防止結露。

相比于常規空調空氣處理形式：采用泳池專用熱泵除濕機組可以將蒸發器吸收的熱量全部回收，用于夏季的再熱和冬季空調系統加熱，多余的部分還可以用于池水加熱，達到節能的目的。

該項目建成完工后，系統調試良好，室內溫濕度能滿足設計要求，如圖5所示。

圖5 完工后的現場圖片以及機組圖

8 結語

通過對地下室游泳館空調負荷的詳細計算，對游泳館的類型、特點、參數多做詳細考察，空氣參數選擇在適當取值范圍的濕度即是游泳館舒適性的重要保證，又使空調能耗大大減少，達到節能目的。選擇泳池專用的雙風機熱回收熱泵空調機組，能較好地完成溫濕度的控制，利用可回收的熱量用于空調系統的再熱，達到節能的目的，同時預防了游泳館容易結露的問題。

[1] 賀綺華，鄒月琴.體育建筑空調設計[M].北京：中國建筑工業出版社,1991.

[2] 趙榮義，范存養，薛殿華，等.空氣調節(第四版)[M].北京：中國建筑工業出版社,2009.

[3] 全國民用建筑工程設計技術措施—防空地下室2009[S].2009.

[4] 陸耀慶.實用供熱空調設計手冊(第二版)[M].中國建筑工業出版社,2007.