“三集一体”热泵在酒店恒温游泳池中的应用

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1. 传统室内游泳池常见问题

室内泳池水体热量损失主要由水体表面蒸发引起。当空气湿度降低且空气温度低于池水温度时，热能就会随池面水分蒸发进入室内空气。如果湿度不控制在理想范围内，空气中所含高湿气会在天花板、墙壁上凝结水气（滴），热量流失同时会造成严重的装潢侵蚀和泳者闷热的不舒适感觉。在除湿热泵尚未普及之前，最普通控制湿度的方法就是排出潮湿的空气，引进外界干燥的空气并加热至室温。如此方式的空气加热、排气除湿在冬天时需相当大的运行费用。同时，需要电热器（或燃料加热器）提供泳池池水所需的热量，补充蒸发掉和由墙壁所散失的热量。

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2. 三集一体室内泳池热泵工作原理

三集一体室内泳池热泵是集池水加热、除湿和空调于一体，大量回收并综合利用能量，保持泳池恒温恒湿，并克服高湿、高氯环境等诸多问题，通过春夏秋冬季节运行模式的改变，达到高效节能的运行，其工作原理简言之，即是将池水表面蒸发热损失回收利用，转移入池水和空气中，弥补池水和空气热损，同时实现空气调节除湿功能， 并补入一部分新风，送入室内，保证室内空气品质和不结露。 其工作程序大致可分为两步：

第一步，室内热湿空气首先经过热交换器与室外新风进行热交换，变成暖湿空气，然后暖湿空气流经蒸发器，温度下降，水汽凝结成冷水滴从空气中分离出来，使空气干爽，实现空气除湿功能；同时，空气冷却、水汽凝结及冷却过程中释放出的热能（潜热和显热）被冷媒吸收。

第二步，冷媒吸收的热能，首先（潜热）经热交换器加热池水，实现池水加热功能：余热（显热）经空气冷凝器，加热冷却的室内空气，实现空气保温功能。

当冬季热泵回收的热能不足以满足要求时，由辅助空气加热器补充提供室内热空气所需的热能。热泵只需提供其本身的运行电能，即能按上述工作程序不断循环运行，以较低的能耗，实现池水加热、空调、除湿三大功能。

目前热泵技术已经相当成成熟，如E-TECH(易达)泳池热泵是专门针对室内泳池开发的产品，它集除湿、水加热、空调于一体，通过回收室内泳池湿热空气中的能量，用于加热池水、空气同时达到除湿的目的。

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3. 游泳池室内空气参数的确定

室内游泳馆 采暖空调设计首先要考虑游泳者全年舒适要求，这包括游泳者在水中的舒适性，以及入水前和出水后在陆上的舒适性，游泳者的舒适感很大程度取决于池水温度和池厅空气的参数。国际游泳池设计标准规定水温26 ~ 28 ℃，池厅空气温度高于池水温度1～2℃，相对湿度一般为50～70%，但不超过75%，风速控制在0.2m/s左右。本工程池水温度设定为26℃，室内空气温度取28℃。郭鹏学暖通由于空气湿度对人们的舒适感也有密切的关系。相对湿度低，空气干燥同时空气中水蒸汽分压力低，会使刚出水面的润湿皮肤表面水分蒸发加速，从人体带走蒸发潜热，容易使人产生寒冷的感觉。同时水分蒸发多，室内空气含湿量增加，使消除室内余湿所需的通风量增加，则相应增加冬季加热送入室内新风的负荷。若相对湿度过高，则室内空气含湿量过大，会使空气露点提高，使围护结构内表面产生结露现象，综合以上利弊分析，本工程采用60%，此时室内空气的含湿量为14.4g/kg，露点温度为19.2℃。

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4. 游泳池的热损失

恒温游泳池的热损失主要有下列几个方面：

1）游泳池池水因水面蒸发，水面传导，池底和池壁传导而不断损失热量。

2）因人们在游泳池内游泳， 会损失一部分池水，必须不断补充，而补充水需加热，需要补充一部分热量；

3）此外，整个游泳池的设备和管道也在不断向周围环境排放热量。

以上这一些损失的热量，都需要不断补充，才能维持池水有一定的温度。这些热损失再加上游泳场馆淋浴等用热的负荷可以称之为经常性用热负荷。

另外，恒温池水也有一次性全部更换新的要求。为了清洗，消毒的要求，在一定时段内，要求将池水全部放空，重新输入温水。如果补充的水是冷水（水温在5-15℃），那末，加热整池水需要的用热量就是一次性冲击负荷。

五、以实例工程介绍三集一体热泵设计计算及方案选型步骤：

本工程位于安徽省合肥市，豪生某五星级酒店高档恒温游泳馆，游泳池水面积338m 2 （25m×13.5m），儿童池水面积25.6 m 2 ，游泳池池厅面积830m 2 ，池厅高度：6.5m， 建筑屋顶采用钢网架结构，四周为玻璃幕墙围护。

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5.1 室内游泳池的除湿量计算

设计参数：

夏季室外平均温度：35℃            相对湿度：60%

冬季室外平均温度：-5℃            相对湿度：70%

游泳池水面积25×13.5=338m 2    池水深度：1.5m

儿童池水面积25.6 m 2                             池水深度：0.5m

游泳池厅面积830m 2             池厅高度：6.5m

游泳池池水恒温温度：26℃          室内湿度: 60%

游泳池池厅空气温度：28℃          大气压力：765mmHg

泳池区蒸发量

L W ＝（0.0174V f +0.0229）（P b －P q ）×F 池 ×760／B

＝（0.0174×0.2＋0.0229）×（25.1－19.8）×（338+25.6）×760/765

＝50.4kg/hr

上式中：L W －泳池水面蒸发量　kg/hr

V f －泳池池面风速　　0.2m/s

F 池 －室内泳池水面面积（338+25.6）m 2

P b －26℃水表面温度饱和空气水蒸汽分压　25.1mmHg

P q －28℃泳池空间空气的水蒸气分压　17.2 mmHg

B－当地大气压力　750 mmHg

泳池区服务人数n＝F池/S人＝363m 2 /6m 2 /人＝60人

上式中：n－泳池综合服务人数

F 池 －室内泳池水面面积（338+25.6）㎡

S 人 －人均所占面积　6m 2 /人

人体散湿量L 人 ＝0.001nn′g＝0.001×60×0.92×120＝6.6kg/hr

上式中  n′-为群体系数

g -为人体散湿量

新风量Q 新 ＝6l/s·人×60人＝0.36m 3 /s

夏季新风最大增湿量

L 新  ＝（dw-dn）×Q 新 ×ρ

    ＝（21.2－14.4）g/kg干空气×0.36m 3 /s×1.15 kg/m 3 ×3.6

＝10.1kg/hr

上式中－dw为夏季室外空气含湿量，取21.2g/Kg干空气

     dn为室内空气含湿量，取14.4g/Kg干空气

ρ为空气密度1.15 kg/ m3（夏季室外35℃，相对湿度为60%）

夏季泳池最大湿负荷 G ＝Lw+L 人 +L 新

＝50.4kg/hr＋6.6kg/hr＋10.1kg/hr

＝67.1kg/hr

通风量的计算 ： L=G × 1000/ （dw-dn）

            =67.1kg/hr× 1000/ （21.2－14.4）g/kg干空气

            =9867.7 m 3 /h

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5.2 泳池热水每时维持水温热负荷计算

（1）泳池区水面蒸发损失的热量

Q1＝V（0.0174Vf+0.0229）（Pb－Pq）×F×760／B

  ＝582.5×4.18×（0.0174×0.2+0.0229）×（338+25.6）×（25.1－17.2）×760／765÷3600

＝46KW

式中　Q1－维持池水温度之热量　KW

V f －泳池池面风速　　0.2m/s

F 池 －室内泳池水面面积（338+25.6）m 2

P b －26℃水表面温度饱和空气水蒸汽分压　25.1mmHg

P q －28℃泳池空间空气的水蒸气分压　17.2 mmHg

B－当地大气压力　765 mmHg

V－26℃水温时水的蒸发潜热  kcal/kg

（2） 池底、池壁管道和设备等传导损失的热量

估算法：Q2=46×20%=9.2KW

精算法：泳池底部及池壁传热流失的热量
 Q流＝（F池底+F池壁）×（28℃―4℃）×q
 式中：F池底—泳池底面积m2
       F池壁—泳池壁面积m2
       q — 单位面积的传热流失量 2.2w/m2

（3） 补充水加热需要的热量(1KW=3600KJ/h)

（补充水量按5%水容积考虑,补水时间按一天24小时计）

V总=338×1.5m3=507m3      V补=25m3

Q3=CMΔΤ

=4.186MJ/m3·℃×25m3×(26-10)℃×103KJ/MJ÷(3600×24h)

=19KW

泳池热水维持水温热负荷为Q=（Q1+Q2+Q3）×1.1=81.62KW

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5.3 泳池初次加热时间校核

根据游泳池设计规范，游泳池的初次加热必须在48个小时内完成。

泳池初次升温所需时间定为2天，升温时散热按维持水温热量的1/3计，则初次加热所需热量:(1KW=3600KJ/h)

Q升=4.186MJ/T. ℃×507m3×(26-10)℃=33957MJ

Q=81.62×3600KJ/h×24h=7052MJ

Q总= Q升 + 2×Q/3=33957MJ+2×7052MJ/3=38658MJ

则所需要的热量=38658MJ×103KJ/MJ÷(48×3600s/h)＝223 KW

1台VeP-060-E热泵的总热量输出为127KW，考虑在冬季条件从泳池大厅回收的热量有一半要重新用于加热除湿后的空气，只有63KW的热量用于加热水，另还需要配置150KW的辅加热源用于给池水进行初次加热，所以整个热泵系统可以满足泳池在48个小时内达到设计水温要求。

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5.4 辅助加热配置校核计算

在夏季制冷围护结构按150W/m2计算，泳池池厅面积为830m2，则夏季制冷为150×830=124.5KW，由于此热泵的制冷量为96KW，还需要补充30KW的冷量才能满足制冷的要求。泳池在冬季采暖围护结构按130W/m2计算，泳池池厅面积为830m2，则冬季采暖为130×830=108KW，需要在风管上安装110KW的表冷器。夏季接入空调的冷冻水制冷,冬季接入采暖热水进行采暖,按上述配置既满足泳池水的初次加热需要，又满足室内空气舒适度的要求。另外，由于儿童池的面积较小只有25m2，按泳池初次加热时间校核计算，初次加热所需的热量为10KW。

本项目所参考的三集一体泳池热泵技术资料见表1。

序号	性  能	VeP-060-E
1	除湿量	61kg/h
2	池水加热量	127kW
3	制冷量	96kW
4	总热量输出	127kW
5	通风量	12500m3/h
6	设备出风口风压（Pa）	100-500Pa（可以根据实际情况调节）
7	热泵压缩机	额定功率10.4KW/台 共2台
8	热泵鼓风机电机	额定功率5.5KW/台 共2台
9	标准主机外型尺寸(mm)	4400(L) ×2160(W) ×1690(H)
10	主机设备重量（kg）	1800
11	RC-060-E风机电机	额定功率2.65KW/台共2台
12	RC-060-E风量（风冷式）	40000m3/h
13	RC-060-E外型尺寸(mm)	2700(L) ×700(W) ×1660(H)
14	RC-060-E设备重量（kg）	500

表1

本项目所需配置的主要设备见表2。

序号	设备名称	数量	品牌
1	VeP-060-E	1台	E-TECH(易达)
2	RC-060-E(风冷式)	1台	E-TECH(易达)
3	泳池水辅助热量	至少150KW	酒店蒸汽凝结水回收热量提供
4	儿童池水辅助热量	至少10KW
5	空气表冷器	至少110KW	酒店热源

表2

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6. 设计体会及建议

由于游泳馆池厅内温度高，相对湿度大，水蒸汽分压力高，露点温度高，所以室内很容易发生表面结露。表面结露会造成使用者的不舒适 及室内 环境 污染，同时可能导致围护结构的腐蚀，导致墙体保温层的破坏，影响保温效果。因此， 为防止玻璃窗内表面结露，本工程所有送风口（方型散流器）均沿围护结构四周布置，冬季向玻璃送热风，以提高玻璃窗内表面温度。同时，该建筑屋顶采用钢网架结构，为防止吊顶内网架上结露，本工程将回风口和排风口设置于吊顶内，利用回风提高吊顶内的温度，并在回风口处设置温湿度探头，及时将信号反馈给热泵主机，对室内温湿度进行控制。

本游泳馆属五星级酒店里的高档会所区域，正好该酒店全年生活热水及空调供热热源均由市政蒸汽提供，全年会产生大量高温凝结水，此部分高品质热水直接排放必然会造成浪费和环境污染，于是，对凝结水进行回收再利用，除了供给加热生活热水、洗衣房，厨房用热外，有相当一部分高温凝结水通过 游泳馆内的热交换机房交换成为60～50℃的热水 ，送入池厅回周的地面上设置的地板采暖系统， 即在地板内埋设PPR管材，冬季时通循环热水以提高地面温度 ， 提高室内 泳者 冬季足部的舒适感， 同时，也提高了地面玻璃内表面的温度，防止结露，这一设想得到甲方的认可并最终实施 。

采用三集一体热泵方案，全年运行费用大约为15.58万元，采用传统空调、采暖方式+池水加热系统全年的运行费用大约为32.2万元，显然，采用三集一体热泵方案能为业主每年节约16.62万元，经济效率相当可观。此外，更重要的是，三集一体热泵是一项热泵能量回收技术，是集节能与环保一体的系统工程，在游泳馆空调系统中应用该项技术可取得明显的节能效果、环境效益和经济效益的，对改善能源消耗结构，节省常规能源和保护环境等方面均具有重要意义。

以上只是对 “ 三集一体 ” 热泵系统在室内游泳馆暖通设计的体会及思路，本工程酒店品牌为豪生酒店，于 2009年完成设计，2010年正式投入使用，目前系统运行良好，水温稳定，室内空调环境舒适，得到业主好评。