对室内游泳馆冬季防结露设计的分析

公式(7)给出了ASHRAE的泳池计算公式[8]：
G=4x10-5×A×(Pw-Pa)×Fa [kg/s] (7)
Pw-池水温度对应的饱和水蒸汽分压力，kPa
Pa-室内露点温度对应的饱和水蒸汽分压力，kPa
Fa-活动系数，取值见表11
表11 泳池类型
典型活动系数(Fa)

家用泳池
0.5

治疗性泳池
0.65

宾馆泳池
0.8

公共泳池，学校泳池
1.0

造波泳池
1.5

根据三种公式的计算结果，公式2、5得出的发湿量最大，公式6得出的发湿量最小，公式7得出的发湿量居中。
由于发湿量计算关系到游泳馆设计的成败，因此，笔者希望国内能对这个方面做更为细致研究，以提供一个能进行工程计算的公式。
5.2 室内参数的确定：室内相对湿度的问题上面已讨论过，而如果能相应降低冬季室内温度不仅可以减少室内负荷，亦可降低露点温度，其好处是显而易见的。国外最新资料表明，在室温与水温相同的条件下，人亦可以有较好的舒适感，由于一般游泳馆冬季采暖均采用了辐射加热风采暖，从舒适角度讲，适当降低室内温度亦是可行的，而具体什么温度最合适，仍需进一步实验。
5.3 高校室内游泳馆的设计问题：由于游泳将成为高校学生必修项目，许多高校开始兴建室内游泳馆。由于高校游泳馆较为特殊，一是其非赢利性质，二是它的对象单一而且特殊。由于其非赢利性质，较低造价和运行费是设计人员必须考虑的；而针对其对象和用途的特殊性——均为年轻人，体质好，且为学习训练用——是否可采用不同于社会游泳馆参数，比如冬季池水温度取24℃室温取25℃，以相应降低造价和运行费。这仅是笔者的一个不成熟的想法，还有待相关专家考证。
6 结论
由上面的分析可知，在冬季，为防止结露，采用较低的相对湿度，可以降低围护材料造价及复杂度，而在夏季和过渡季节无结露危险时则采用较高相对湿度，以便最经济运行。通过合适的选择不同季节的室内参数，使设计更为经济、合理和节能。当然设计应结合相应办法——如提高围护结构内表面温度等来解决结露问题，采用辐射采暖以提高热舒适性等——以达到最佳设计之目的。
对于室内游泳馆一些目前仍不明确的问题如室内发湿量的计算及相应的设计标准等，笔者迫切希望有关部门和专家能切实应对，提出相应解决办法，以便工程设计人员运用。
参考文献：
1．邹月琴，贺绮华.体育建筑空调设计.北京.中国建筑工业出版社，1991
2．中华人民共和国国家标准游泳场所卫生标准.GB9667-88
3．体育建筑设计规范. JGJ31-2003 J265-2003 中国建筑工业出版社，2003
4．全国民用建筑工程设计技术措施-暖通空调动力.（2003）建设部工程安全监督与行业发展司 中国建筑标准设计研究所
5．Renato M.Lazzarin and Giovanni A.Longo. Applied thermal Engineering, 1996, Vol 16.No.7.99:561-570
6． L. Johansson, L.Westerlund, Applied Energy ,2001,70 :281-303
7．浙江财经学院游泳馆CFD模拟报告. 同济大学, 2004.1
8．ASHRAE Applications Handbooks(SI) 4.6

4 CFD辅助设计
游泳馆一般均是高大空间，室内温度场、湿度场和速度场的分布非常复杂，以上论述均是考虑室内温度场、湿度场和速度场是均匀分布的，与实际的状况有较大不同，因此有必要进行室内温度场、湿度场和速度场的模拟，以发现室内最不利的薄弱点，来进行相应的设计。我们委托同济大学对此工程作了CFD模拟。模拟采用三维单精度分离隐式稳态解算器。所使用到的计算方程包括连续性方程，k-ε湍流动量方程，能量方程和组分传递方程。压力速度耦合算法为SIMPLE算法。压力离散差分格式采用标准离散差分格式，其它变量采用一阶迎风格式。CFD模拟了三种室内参数，28C 70%,28C 60%,28C 50%。下面是最终采用参数28C 50%的模拟结果[7]：
表6 空气相对湿度关键数据列表 位置
最大值(%)
最小值(%)
平均值(%)

Z=1.5
63.8
15.4
50.2

顶部彩钢板近壁面
92.6
－
46.5

顶部Low-e玻璃近壁面
57.3
41.0
50.1

顶部双层玻璃近壁面
72.3
24.8
41.6

西面彩钢板近壁面
54.3
－
41.6

西面Low-e玻璃近壁面
90.8
－
38.9

东面内墙近壁面
61.0
48.8
53.4

东面外墙近壁面
60.1
48.6
55.1

南面双层玻璃近壁面
72.3
－
30.0

排风
53.9
52.8
53.3

表7 水蒸汽分压力关键数据列表 位置
最大值(Pa)
最小值(Pa)
平均值(Pa)

顶部彩钢板近壁面
2288
－
1778

顶部Low-e玻璃近壁面
1986
1606
1852

顶部双层玻璃近壁面
1899
1144
1570

西面彩钢板近壁面
1994
－
1660

西面Low-e玻璃近壁面
2329
－
1565

东面内墙近壁面
1970
1870
1896

东面外墙近壁面
1974
1887
1957

南面双层玻璃近壁面
1878
－
1273

表8 空气速度关键数据列表 位置
最大值(m/s)
最小值(m/s)
平均值(m/s)

Z=1.5
0.86
0.005
0.23

游泳池池面
0.55
0.06
0.31

浅水区池面
0.37
0.03
0.22

表9 围护结构内表面关键数据列表 位置
露点温度最大值(℃)
壁面温度最小值(℃)
是否可能结露

顶部彩钢板壁面
19.6
19.0
是

顶部Low-e玻璃壁面
17.4
18.0
否

顶部双层玻璃壁面
16.7
8.5
是

西面彩钢板壁面
17.4
23.3
否

西面Low-e玻璃壁面
19.9
14.3
是

东面内墙壁面
17.2
22.8
否

东面外墙壁面
17.3
19.6
否

南面双层玻璃壁面
16.5
10.9
是

图5-6分别是室内温度场、湿度场模拟图：
附图5 围护结构内表面近壁面空气温度场 附图6 围护结构内表面近壁面空气相对湿度分布

由分析结果可见，即使理论上经过计算不会发生结露现象，但由于室内温度场、湿度场和速度场的不均匀性，在局部区域仍可能产生结露现象，必须根据模拟结果对薄弱部位采取相应加强措施。
5 问题
5.1 室内湿量计算
技术措施给出了水面蒸发量计算公式(2) [4]：
G=（α+0.00013V）×（Pqb－Pq）×A×B/B1 （2）
《体育建筑空调设计》给出了另一个计算公式(5) [1]：
G=0.0075×(0.0152V+0.0178)×(Pqb－Pq)×A （5）
上述两个公式较为近似，但有一个缺点，均未给出相应计算条件。
一些国外资料研究表明活动池面比静止池面蒸发量要高出很多。
公式（6）给出了国外计算游泳池蒸发量的公式[6]：
（6）
Cp——室内空气比热J/kg k
α取值见表10
表10 蒸发率 传热系数 时段(工作日) 时段(星期六 时段 (礼拜天关闭时间)
α 开放时间 开放时间
(W/m2K) 8.00~21.00 6.00~18.00

Maximum 5.8 08.00-12.00,15.00-18.00 06.00-09.00,12.00-15.00 -
Medium 3.8 12.00-15.00,18.00-21.00 0.900-12.00,15.00-18.00 -
Minimum 1.8 00.00-08.00 00.00-06.00,18.00-24.00 00.00-24.00