青島某健身中心熱水系統(tǒng)設(shè)計

郭金鑫

華東建筑設(shè)計研究院有限公司 上海 200000

1 工程概況

項目位于青島市藏馬山區(qū)，地上2層，地下1層，一層主要功能為泳池、兒童游戲池、籃球館、淋浴房和更衣室；二層主要功能為健身房、瑜伽房和團操房，地下一層為配套設(shè)備用房。項目未集中設(shè)置鍋爐房，地塊周邊無市政熱力管網(wǎng)，主要熱源為地下室熱水機房內(nèi)燃氣熱水爐提供的高溫?zé)崴甗1]。

2 熱水負荷計算

生活熱水系統(tǒng)、泳池水加熱系統(tǒng)及地暖供熱的耗熱量由地下室熱水機房內(nèi)的燃氣熱水爐供給。主要耗熱量包括：①生活熱水系統(tǒng)耗熱量；②泳池耗熱量，又包括初加熱耗熱量和維持恒溫耗熱量；③暖通地暖耗熱量。

2.1 生活熱水系統(tǒng)耗熱量計算

2.1.1 用水定額。根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計標準（GB50015-2019）》，使用人員用水定額為25L/人次，使用水溫為60℃；衛(wèi)生器具（淋浴器）的小時用水定額為300L，使用水溫為35℃。

2.1.2 設(shè)計小時耗熱量。根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計標準（GB50015-2019）》，體育館運動員休息室等建筑的全日集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計小時耗熱量，其計算方法為：

式中：Qh——設(shè)計小時耗熱量（KJ/h）

qh——衛(wèi)生器具熱水的小時用水定額（L/h），體育中心按淋浴器取值，為300L/h；

C——水的比熱，4.187（KJ/Kg·℃）

tr1——使用溫度，體育中心為35℃

tl——冷水計算溫度，按照最冷月地面平均水溫，4℃

ρr——熱水密度，按照0.983kg/L計算

n0——同類型衛(wèi)生間器具數(shù)量，14個

bg——衛(wèi)生器具同時使用百分數(shù)，按100%

Cr——熱水供應(yīng)系統(tǒng)的熱損失系數(shù)，按1.1

經(jīng)計算：生活熱水系統(tǒng)設(shè)計小時耗熱量 Qh=589468KJ/h=165kW

2.1.3 設(shè)計小時供熱量。考慮采用半容積式水加熱器作為加熱設(shè)備，設(shè)計小時供熱量按設(shè)計小時耗熱量計算，即：

2.2 泳池耗熱量計算

池水加熱所需的熱量應(yīng)為池水表面蒸發(fā)損失的熱量、池壁和池底傳導(dǎo)損失的熱量、管道和設(shè)備損失的熱量以及補充新鮮水加熱所需的熱量的總和。

池水表面蒸發(fā)損失的熱量計算方法如下：

式中：

Qs——池水表面蒸發(fā)損失的熱量（kJ/h）

β——壓力換算系數(shù)，取133.32Pa

γ——與池水溫度相等的飽和蒸汽的蒸發(fā)氣化潛熱（kJ/kg）

νw——池水表面上的風(fēng)速（m/s），室內(nèi)池為0.2m/s～0.5m/s，室外池為2m/s～3m/s

Ρb——與池水溫度相等時的飽和空氣的水蒸氣分壓力（Pa）

Pq——水池的環(huán)境空氣的水蒸氣分壓力（Pa）

As——水池的水表面面積（m2）

B——標準大氣壓力（Pa）

B′——當?shù)氐拇髿鈮海≒a）

池底、池壁、管道和設(shè)備等傳導(dǎo)所損失的熱量應(yīng)按池水表面蒸發(fā)損失熱量的20%計算。

泳池補充新鮮水加熱所需的熱量計算方法如下：

式中： Qh——補充新鮮水加熱所需的熱量（kJ/h）

ρ——水的密度（kg/L）

Vb——新鮮水的補充量（L/d）

C——水的比熱（kJ/（℃.kg））

Td——池水設(shè)計溫度（℃）

Tf——補充新鮮水的溫度（℃）

th——加熱時間（h）

經(jīng)計算，泳池初加熱耗熱量為340kW，維持恒溫耗熱量為110kW。

2.3 地暖耗熱量計算

根據(jù)與暖通專業(yè)溝通，地暖耗熱量按260kW設(shè)計。

2.4 設(shè)計小時耗熱量計算

熱媒系統(tǒng)最大耗熱量工況可分為三種，第一種工況為采暖季節(jié)健身中心泳池換水日，所需耗熱量應(yīng)為泳池初加熱耗熱量、地暖耗熱量之和（避開淋浴房用水高峰，對泳池池水進行加熱）， =600kW；第二種工況為健身中心采暖季節(jié)正常運行工況，所需耗熱量應(yīng)為生活熱水系統(tǒng)耗熱量、泳池維持恒溫耗熱量和地暖耗熱量之和， =535kW。第三種工況為健身中心非供暖季節(jié)正常運行工況，所需耗熱量應(yīng)為生活熱水系統(tǒng)耗熱量、泳池維持恒溫耗熱量之和， =275kW。熱媒系統(tǒng)供熱量應(yīng)同時滿足三種工況，熱媒系統(tǒng)供熱量按600kW設(shè)計[2]。

3 熱水系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)形式選擇

由于地暖熱水、泳池?zé)崴吧顭崴畬λ|(zhì)、水溫及水壓的要求各不相同，考慮如下兩種方案：

方案一：間接供熱系統(tǒng)，生活熱水、泳池加熱、地暖加熱合用熱媒系統(tǒng)，獨立設(shè)置換熱系統(tǒng)，各系統(tǒng)熱水管網(wǎng)獨立；

方案二：直接供熱系統(tǒng)，地暖及生活熱水系統(tǒng)合用熱水爐（供暖、供熱兩用），泳池加熱獨立設(shè)置熱媒系統(tǒng)。

對方案一、方案二從系統(tǒng)組成、經(jīng)濟性及系統(tǒng)穩(wěn)定性等角度，作出比選如下：

表1 熱水系統(tǒng)方案比選

綜合考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟性、合理性及穩(wěn)定性，選擇方案一。 熱媒系統(tǒng)原理圖詳圖1。

圖1 熱媒系統(tǒng)原理圖

3.2 生活熱水預(yù)熱-加熱系統(tǒng)設(shè)計

太陽能是一種清潔能源，且造價較低，考慮到當?shù)毓?jié)能要求，結(jié)合建筑屋面布置，在平屋面上設(shè)置有效面積約30m2的太陽能板，用太陽能高溫?zé)崴畬ι顭崴到y(tǒng)進行預(yù)熱生活熱水機房內(nèi)設(shè)置太陽能熱媒循環(huán)泵及太陽能高溫?zé)崴?生活熱水換熱的半容積式水加熱器，對生活熱水進行預(yù)熱。生活熱水預(yù)熱系統(tǒng)原理圖詳圖2。

圖2 生活熱水預(yù)熱-加熱系統(tǒng)原理圖

3.3 系統(tǒng)運行策略

3.3.1 供暖季節(jié)，泳池初加熱+地暖加熱。健身中心泳池換水日，避開生活熱水使用時間對泳池池水加熱，熱媒負荷需按泳池初加熱耗熱量及地暖耗熱量計算。關(guān)閉生活熱水系統(tǒng)熱媒供水管電動閥，七臺熱水爐全部開啟，經(jīng)分水器分流后分別給泳池池水加熱系統(tǒng)及地暖熱水加熱系統(tǒng)供應(yīng)熱媒[3]。

3.3.2 供暖季節(jié)，生活熱水加熱+泳池恒溫加熱+地暖加熱。健身中心正常營業(yè)之后，熱媒供應(yīng)負荷需按生活熱水系統(tǒng)加熱耗熱量、泳池池水加熱維持恒溫耗熱量及地暖熱水加熱耗熱量計算。打開生活熱水系統(tǒng)熱媒供水管電動閥，同時關(guān)閉一臺泳池?zé)崦窖h(huán)泵。七臺熱水爐全部開啟，經(jīng)分水器分流后分別給各換熱系統(tǒng)供應(yīng)熱媒。

3.3.3 非供暖季節(jié)，生活熱水加熱+泳池恒溫加熱。除冬季外，其他無須供暖季節(jié)，熱媒供應(yīng)負荷應(yīng)按生活熱水系統(tǒng)加熱耗熱量、泳池池水加熱維持恒溫耗熱量計算。打開生活熱水系統(tǒng)熱媒供水管電動閥，關(guān)閉地暖熱媒供水管電動閥及地暖熱媒循環(huán)泵，同時關(guān)閉一臺泳池?zé)崦窖h(huán)泵。開啟四臺燃氣熱水爐，熱媒經(jīng)分水器分流后分別給各換熱系統(tǒng)供應(yīng)熱媒。

3.3.4 非供暖季節(jié)，泳池初加熱。除冬季外，健身中心泳池換水日，避開生活熱水使用時間對泳池池水加熱，熱媒供應(yīng)負荷應(yīng)按泳池池水初加熱耗熱量計算。關(guān)閉生活熱水系統(tǒng)熱媒供水管電動閥，關(guān)閉地暖熱媒供水管電動閥及地暖熱媒循環(huán)泵，同時打開兩臺泳池?zé)崦窖h(huán)泵。開啟四臺燃氣熱水爐，熱媒經(jīng)分水器分流后分別給泳池換熱系統(tǒng)供應(yīng)熱媒。

3.3.5 生活熱水預(yù)熱-加熱系統(tǒng)控制。當預(yù)熱系統(tǒng)的水加熱器溫度小于等于55℃時，輔助熱源對生活冷水繼續(xù)加熱；當其出水溫度大于等于60℃時，輔助熱源停止加熱。

當管道溫度T1小于等于3℃時，太陽能熱水系統(tǒng)管道放空，防止管道冰凍；當T2≤55℃時，電動閥①關(guān)閉，當T2＞55℃時，電動閥①打開，防止集熱系統(tǒng)過熱。

同時，為了保證熱水用水溫度，在熱水回水管道末端設(shè)置定溫控制器，控制生活熱水循環(huán)泵開啟，當T4＜55℃時，生活熱水循環(huán)泵啟動。當集熱系統(tǒng)回水管道末端也設(shè)置定溫控制器，當T5＜65℃時，集熱循環(huán)泵啟動[4]。

4 結(jié)束語

本文對同時存在泳池、公共浴室及地暖需求的健身中心的熱水系統(tǒng)熱媒的選型、最大小時耗熱量、系統(tǒng)控制進行了計算分析，建議合用熱媒系統(tǒng)，分設(shè)換熱系統(tǒng)。同時，提出了生活熱水系統(tǒng)太陽能預(yù)熱系統(tǒng)，建議在今后集中熱水系統(tǒng)設(shè)計中，結(jié)合屋面設(shè)備布置情況，采用太陽能對生活熱水進行預(yù)熱，節(jié)能、綠色且環(huán)保。