<暖男学暖通之>浅谈“三集一体”热泵在游泳池中的应用

浅谈“三集一体”热泵在游泳池中的应用

深圳市建筑设计研究总院有限公司 李乐 罗军

摘要

本文针对小型室内游泳馆的暖通系统设计，分析了传统室内游泳池常见问题，重点介绍了现代室内泳池除湿及加热的方法，即根据热泵原理制成的热泵热水机组，在制热保证池水恒温的同时，充分利用热泵回收低位热能（游泳池室内空气的显热和潜热）的特点，对游泳池室内空气进行降温、除湿，达到改善游泳馆室内空间的空气环境的目的，该机组称为“三集一体”热泵。从设计者的角度，分析了室内游泳馆池厅空气状态参数的确定、热损失和用热要求以及计算方法供参考，阐明三集一体热泵在游泳馆这一特殊环境中应用的优越性，为读者提供热泵应用的新思路。

关健词 室内游泳馆 暖通设计 热泵热回收 空调 除湿 池水加热 三集一体热泵计算方法

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，热能就会随池面水份蒸发进入室内空气。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。

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。

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℃。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份蒸发加速，从人体带走蒸发潜热，容易使人产生寒冷的感觉。同时水份蒸发多，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℃。

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。

本工程位于安徽省合肥市，属某五星级酒店高档恒温游泳馆，游泳池水面积338m2（25m×13.5m），儿童池水面积25.6 m2，游泳池池厅面积830m2，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。

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=338m2　　 池水深度：1.5m

儿童池水面积25.6 m2 池水深度：0.5m

游泳池厅面积830m2　　 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

LW ＝（0.0174Vf+0.0229）（Pb－Pq）×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：LW－泳池水面蒸发量　kg/hr

Vf－泳池池面风速　　0.2m/s

F池－室内泳池水面面积（338+25.6）m2

Pb－26℃水表面温度饱和空气水蒸汽分压　25.1mmHg

Pq－28℃泳池空间空气的水蒸气分压　17.2 mmHg

B－当地大气压力　750mmHg

泳池区服务人数n＝F池/S人＝363m2/6m2/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　6m2/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＝0.36m3/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×0.36m3/s×1.15 kg/m3×3.6

＝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 m3/h