循環水養殖車間熱濕負荷計算與空調設計探究

張海琳，許陸順，吳娟，代威，林京，張忠斌

（1.中建安裝集團有限公司；2.南京師范大學，江蘇 南京 210000）

隨著國民經濟的不斷發展，人們的生活品質有了很大提升，對魚類美食有了非常大的需求，再加上長江10年禁漁計劃的影響，因此循環水產養殖項目的建設越來越多，此類建筑受到了研究和工程設計人員的關注。盡管如此，養殖車間水池的水溫、車間內空氣的溫濕度和通風量等參數如何選取為設計中的重點難點，如何選取這些參數，對車間內的能耗以及養殖帶來的效益有著非常重要的聯系。本文以福建省南平市某漁業產業園循環水養殖廠成魚車間為例，探討了空調的設計與計算。

1 工程概況

本工程為福建省南平市某漁業產業園循環水養殖廠成魚車間，總建筑面積約為24668.16m2，建筑高度約為7.5m，共1 層。循環水處理車間位于本建筑中間部分，面積約為5330.75m2，水處理池區域面積約為2897.8m2，共有水處理池24 個，每個水處理池的尺寸為10m（長）×8m（寬）×1.5m（深）；2 個循環水養殖車間對稱分布在本建筑南北兩側，每個車間面積約為8821.9m2，共有圓形養殖池192 個，每個養殖池半徑為4m，深度為1.5m。

2 室內外參數的選取

2.1 室外參數

根據GB50019-2015《工業建筑供暖通風與空氣調節設計規范》中的相關規定，福建省南平市室外設計計算參數如表1 所示。

表1 福建省南平市室外計算參數

2.2 室內參數的選取

池水設計溫度。養殖魚類中，大多數魚類最適合生長的溫度在25 ～30℃，綜合考慮養殖成本和魚類生長速率，本文養殖池池水溫度設計為29℃。

室內設計計算溫度。在循環水養殖車間內相對濕度一定的情況下，若車間內空氣溫度低于養殖池池水溫度，則會出現水面蒸發加劇，從而使耗熱量以及排除室內余濕所需的風量增多，另外，為維持養殖池溫度無較大變化，故空氣溫度要高于池水溫度。但一味地提高養殖車間內的空氣溫度，會使養殖池水面溫度增大，在一定程度上也會使水池蒸發量增大，出現和上述相同的情況。車間溫度過高在冬季建筑能耗也會明顯增加，而且會使養殖工作人員舒適性降低。由此可見，二者溫差應處于一個較小的范圍內，經計算比較，本文室內設計計算溫度取31℃。

室內相對濕度。在循環水養殖車間干球溫度一定的情況下，若相對濕度較高，會導致圍護結構內表面結露，可能會出現破壞墻體保溫性能、滋生霉菌等污染物或使金屬表面銹蝕影響金屬材料性能等情況。相反，隨著相對濕度的減小，顯而易見，池水蒸發量會隨之增大，使得池水加熱量和除濕風量增加。因此，考慮以上兩種情況，相對濕度應控制在一個合理的范圍，本文室內相對濕度取75%。

室內風速。在養殖車間內，空氣溫度和養殖池池水溫度一定的條件下，養殖車間內風速與養殖池池水蒸發量成正比關系，為避免過高的風速使池水蒸發量大，同時，也為了防止風速過小使氣流組織不通暢，養殖池區風速控制在0.15 ～0.25m/s 較為合適，本文室內風速取0.2m/s。

3 熱濕負荷計算

3.1 濕負荷計算

循環水養殖車間濕負荷W 包括兩部分：養殖池水的蒸發量W1、養殖池邊濕潤地面的產濕量W2。

養殖池水的蒸發量：

式中，1W為從池水面產生的水蒸汽量，kg/h；α為擴散系數，其數值的確定與水溫有關，水溫在30℃以下時，取0.00017kg/(m2·h·Pa)；vf為蒸發表面空氣流速，m/s；wP為相應于水表面溫度下的飽和空氣的水蒸氣分壓力，Pa；iP為為室內空氣溫度對應的水蒸氣分壓力，Pa；1F為池水面面積，m2；B為標準大氣壓力，101325Pa；B′為當地的大氣壓力，Pa。

養殖池邊濕潤地面的產濕量：

式中，2W為池邊濕潤地面的產濕量，kg/h；h為空氣與濕潤地面水表面的對流換熱系數，取41.8kJ/(m2·℃·h)；tn為室內空氣干球溫度，℃；ts為室內空氣濕球溫度，℃；2F為濕潤地面面積，濕潤面面積無法準確測定，按池邊面積的20%確定，取1794.13m2；γ為濕球溫度下水的汽化潛熱，kJ/kg。

總濕負荷：

夏季：W=1005.46kg/h；冬季：W=1020.80kg/h。

3.2 冷、熱負荷計算

3.2.1 維持池水溫度所需熱負荷

水面蒸發潛熱負荷：

室內空氣向水傳遞顯熱量：

式中，1γ為水的汽化潛熱；tc為池水水溫，℃；xα為空氣與池水表面的對流換熱系數，加熱和冷卻空氣時α=1 ～60W/(m2·℃)，本文取10W/(m2·℃)。

則維持池水溫度所需熱負荷：

夏季：Qw=385.19kW；冬季：Qw=395.76kW。

3.2.2 補水加熱負荷

循環水養殖池補水量Wc包括三個部分：池水的蒸發量W1、池邊濕潤地面的產濕量W2、從循環水處理池排掉的廢水量W3，本文中W3取循環水處理池總水量的1.5%，即為26035kg/h。

式中：bQ為池水補充水加熱量，kW；c為水的比熱容，取4.19kJ／(kg·℃)；cW為池水補充水量，kg/h；tb為補充水初溫，夏季取20℃，冬季取8℃。

補水預熱設備提供的總熱量：

夏季：QZ=668.44kW；冬季：QZ=1057.04kW。

4 新風量計算

4.1 新風量的確定原則

循環水養殖車間的濕負荷基本上是全年不變的，而室外含濕量則是隨季節變化的。由于冬季和過渡季室外空氣溫度較夏季低，并且其含濕量低于室內空氣的含濕量，因此可以直接利用室外空氣來進行除濕，設備能耗較低、效果較好。循環水養殖車間風量應按下述風量中的最大值選取。

（1）排除循環水養殖車間內余濕所需的新風量；（2）排除循環水養殖車間空氣中污濁氣體所需的新風量；（3）夏季循環水養殖車間空調系統所需的送風量。

4.2 排除室內余濕所需的新風量

式中，1G為消除室內余濕的新風量，m3/h；di為室內空氣含濕量，g/kg；do為室外空氣含濕量，冬季為5.4g/kg，過渡季取13g/kg；ρ為標準空氣密度，kg/m3，可取1.2kg/m3。

冬季：G1=48333.13m3/h；過渡季：G1=82731.19m3/h。

4.3 排除空氣中污濁氣體所需的新風量

按照有關資料，新風量按不小于1 h-1換氣量選取。G2=24668.16×7.5×1=185011.2m3/h

4.4 夏季空調系統所需的送風量

首先，應按照夏季空調要求確定送風參數，為防止結露，夏季空調送風溫度不低于室內空氣露點溫度26℃，可取27℃。由上述可知，室內總余熱量和總余濕量，可求出熱濕比ε。夏季空氣處理過程中，由焓濕圖可得到送風狀態點O 含濕量dO和室內狀態點N 含濕量dN，則可計算出夏季空調送風量。

經計算，對于此循環水養殖車間其熱濕比較小，無法由此得出送風量，應加以其他方式除濕后，再根據熱濕比通過上述計算進行送風量的確定。

4.5 新風負荷

新風負荷與新風量、室外空氣焓差以及室內空氣密度有關。

式中：Qf為新風負荷，kW；L為養殖車間新風量，由上述計算取G2，m3/s；iw為室外空氣焓值，kJ/kg；in為室內空氣焓值，kJ/kg；

夏季：Qf=645.69kW；冬季：Qf=4151.03kW。

5 結語

在循環水養殖車間的空調設計中，處理好熱量、濕度和風量的平衡尤為重要，如何確定室內、外參數，是否詳細地計算池水的散熱、散濕量，都會影響最終的系統選擇，直接關系到系統的節能性。

由于循環水養殖車間的能耗相當可觀，因此可以考慮使用熱回收方式對能量回收利用，大大節約運行能耗。例如，在夏季補水仍需要預熱，但對空氣處理是需要供給冷量的，所以可以利用補水的冷量來處理空氣，即在補水過程中增加換熱器，帶走制冷機組處理空氣的熱量。此外，還可以在排風、排水中進行熱能回收，在排風、排水中設置熱回收裝置，用于補給水的預熱。

本文僅結合福建省南平市某循環水養殖車間項目為實例，著重介紹了循環水養殖車間內設計參數的確定依據及計算方法，以濕負荷及除濕量為重點進行了實例計算，以期在同類項目的設計時，對暖通設計人員進行提供幫助和參考。