某游泳馆空调设计

摘要： 根据游泳馆的建筑特殊性，指出了空调、通风方案的主要目的，并且分析了冬夏季负荷计算的具体方法，说明了空调能耗的特点，结合这个特点，采用热回收方式，提出了的空调方案。同时，以一个具体设计为实例，进行了能耗分析，与不采用热回收系统做了比较。
关键词： 游泳馆 负荷计算 热回收 节能
 
1. 概述
　　游泳作为一种竞技体育项目和人民大众体育活动，日益得到广泛的发展。作为开展这种体育活动的场所之一——室内游泳馆，也在逐步发展，功能逐步完善。由于游泳馆具有特殊的建筑功能，因此，在空调负荷计算，空气处理方式，以及设备选择上都有不同于常规建筑的地方。
2. 设计方案
2.1 建筑特点
　　室内游泳馆常年使用，并且功能相对单一，因此，室内的设计状态常年一致。由于其建筑功能，室内具有巨大的水面，水温基本不变。由于人员卫生要求，水体本身须循环处理，一般采用氯气消毒方式，室内空气氯气含量很高，室内的空气具有腐蚀性。
2.2 空调、通风特点
2.2.1 空调、通风要求
　　由于氯气的毒性和腐蚀性，因此室内要保持一定的负压，因此要设置排风机。在空气处理过程中，不可采用常用的一次回风方式，因为含有氯气的回风会腐蚀设备。
2.2.2 负荷特点
　　室内由于湿负荷很大，且常年一致，因此，一年四季均须除湿。同时，由于室内状态基本不变，水面温度也基本恒定，水面和空气存在一定的温差，加之水面面积巨大，在冬季形成较大的显热损失，不可忽略。室内的负压要求，会产生很大的空气渗透，会带来很大的热、湿负荷，这点在计算负荷时也应根据实际情况，予以考虑。
2.2.3 空调目的
　　根据冬夏季室外状态的不同以及室内的空气状态，确定空调的方案，同时也用于判断各负荷是否可以做为设计裕量而忽略。冬季，室外温度低，空调的目的是保暖和除湿；夏季，室外温度高，湿度大，空调的目的是降温和除湿。
2.2.4 能耗要求
　　由于必须采用直流式系统，运行能耗是相当大的，因此要采用一定的节能措施，如采用热回收装置，可以节约能耗。根据热回收的机理不同，可以分为显热回收和全热回收两种，本例中采用全热回收方式，逆流换热。
2.3 负荷计算
　　负荷计算应该将控制范围内一切对室内温度和湿度产生作用的因素统一考虑，但是在实际分析和设计过程中，根据室内的具体情况和人员的接受程度，以及空调的目的不同，可以将某些负荷忽略，为实际运行提供更广阔的空间。
2.3.1 夏季室内负荷
　　夏季室内负荷包括四个方面，其中围护结构、人员、灯光等的常规冷负荷以及人员带来的湿负荷按照不稳定传热的方法计算，本文不再重复。由于室内负压产生的空气渗透，而带入的热、湿负荷，由于温差、湿差较小，可以忽略。空气向水面的传热，对于室内空气而言，本身是热量的散失，因此在夏季以降温为目的的空调计算中，这部分可以作为设计裕量，也不考虑。但是，水面向空气的传湿，大幅度的增加了室内的湿附和，应予详细计算。
　　在计算水面向空气传湿量时，不宜按照一般手册中提供的池水蒸发量计算公式，
　　
　　其中：W1——敞开水面湿负荷（kg/h）
　　　　　F——水槽蒸发面积（m2）
　　　　　g——单位水面蒸发量（kg/(m2 h)）
　　　　　B——当地大气压力（Pa）
　　因为该式是按照静止水面和较小风速计算的，在游泳池的环境下，水面会溅起很多水珠，使得水和空气的接触表面大大增加，同时也会增加和空气的相对速度，因此如果按照上述公式计算的传湿量比较保守，同时，在游泳池旁边，存在这较大面积的湿润地带，这也是该类建筑所特有的，这些地带的散湿量是很难详细计算的，笔者根据相关资料*，对于游泳池的传湿量，采用了对上述公式进行修正的计算方法；对于周边湿润地带也得到了较为实际的传湿量。两部分的计算公式如下：
（1）池水蒸发量
　　
　　其中：C——蒸发系数，取值0.037
　　　　　P1——水面空气的水蒸汽分压力（Pa）
　　　　　P2——水表面温度的饱和水蒸汽分压力（Pa）
 (2)周边湿润地区的传湿量
　　
　　其中：W2——周边湿润地区的传湿量（kg/h）
　　　　　α——空气对水的对流换热系数（kJ/m2 oC h）
　　　　　tg——空气干球温度（oC）
　　　　　ts——空气湿球温度（oC）
　　　　　γ——湿球温度的汽化潜热（kj/kg）
　　　　　F——湿润地带面积（m2）
2.3.2 冬季室内负荷
　　也包括四方面，当时此季节的空调要求是保暖和除湿。其中维护结构热负荷按照常规计算。冷风渗透部分，由于温差较大，应予计算，同时冷风渗透带入的干燥空气，可以作为冬季除湿的裕量忽略。空气向水面的显热传热则与空调目的一致，应予计算。第四项为水面向空气的传湿，以及带来的潜热热量。
　　由于冬季和夏季的室内空气状态相同，水面状态也相同，因此冬季和夏季，水面以及周边湿润地带的传湿量也相同。
2.4  空气处理过程
2.4.1  处理原则
　　首先，全年的送风量一致，并且送风和排风量相同，便于空气处理过程的控制和分析，其次，要确保除湿效果，把维持室内湿度放在重要位置。同时，为了设备简单，易于管理，冬季和夏季要采用相同的热回收设备。
　　本例中采用转轮全热回收装置，这种热回收装置的效率一般在70%左右。
2.4.2  计算步骤
（1）冬夏季分别计算送风量，取较大值作为确定送风量。
　　冬季：为了防止换热器结霜，应先将室外空气预热到一个较高的温度，一般取5 oC，根据热回收效率得到热回收器出口的空气状态，由热湿比线计算送风量。
　　夏季：根据热湿比线及送风温差确定送风量。
　　这里需要说明的是，当冬季风量较大的时候，夏季可采用再热方式，当夏季风量较大的时候，可以选取效率较高的换热设备，或者维持现状，偏于安全。
（2）根据送风量确定送风状态点，分别确定处理过程。
　　冬季：根据热湿比线得到送风状态点，确定二次加热量。这里需要注意的是，送风温度不可过高，一般控制在45 oC左右。
　　夏季：根据换热器效率确定新风在表冷器前的状态点，确定冷机的装机容量。
2.5  能耗分析
　　根据能耗计算，冬季热回收效果比较明显，可以达到30%左右，夏季热回收效果低于冬季。但是冬季由于采用全热回收装置，会回收部分室内的水分。
2.6  计算实例
　　室内设计状态：tg=26 oC，Φ=70%
　　室外设计状态：夏季：tg=33.2 oC，ts=26.4 oC
                 冬季：tg=-12 oC，Φ=45%
　　室内负荷：冬季：围护结构和冷风渗透：243.4kW   
             水面向空气的潜热传热：257.2 kW
             空气向水面的传热：128.6 kW
             夏季：475 kW
             湿负荷：370kg/h
　　这里需要说明的是，夏季空气渗透带来的冷负荷为28.6 kW，湿负荷为19.8kg/h,分别占夏季室内冷负荷和湿负荷的6%，5%。
　　计算得到风量为60000m3/h
　　夏季空气处理过程：
状态点
室外
热回收出口
送风点
室内
温度（oC）
33.2
29.4
18
26
含湿量（g/kg）
18.6
17.3
11.5
16.5
焓（kJ/kg）
81.5
74
48.5
70.5
　　冬季空气处理过程：
状态点
室外
预热后
热回收出口
送风点
室内
温度（oC）
-12
5
21
46.5
26
含湿量（g/kg）
 
0.5
11.5
11.5
16.5
焓（kJ/kg）
 
6
51
76
70.5
相对湿度
45%


2.7 小结
2.7.1 系统采用直流式，并且进行热回收，加排风系统。
2.7.2 整体处理方案为冬夏季风量一致，处理方式不同。
2.7.3 冬季空调目的为升温降湿。
2.7.4 夏季负荷计算中，空气向水面的显热传热量可以作为裕量。冬季负荷计算中，这部分应计入冷负荷，而由空气渗透带入的干燥空气的除湿量则可作为湿负荷计算的裕量。
2.7.5 计算采用同一设备，效率各项一致。
2.7.6  冬季空气进入全热回收设备前必须预热。
2.7.7 冬季节能效果比夏季明显。
*文中提及相关资料来自于张铁辉《娱乐性游泳馆采暖通风设计若干问题的探讨》（北京建筑设计研究院内部论文集），在此特别表示感谢。
参考文献：
　　（1）贺绮华 邹月琴 体育建筑空调设计 北京：中国建筑工业出版社 1991
　　（2）范存养 大空间建筑空调设计及工程实录北京：中国建筑工业出版社2001
　　（3）宋玫 暖通空调 2000，30（4），49-51