地下游泳馆空调设计

李水枝

(天厦建筑设计(厦门)有限公司 福建厦门 361000 )

0 引言

随着人们生活质量的提高，越来越多的人参与到娱乐健身项目中，室内游泳馆的建设也在不断发展。为营造游泳的舒适环境，更多的游泳馆要求设置空调控制游泳馆内的温度和湿度。同时，游泳馆是具有特殊功能的建筑，在空调负荷计算、空气处理方式、设备选择上都有不同于常规建筑的地方。工程实践证明，该空调系统设备选用泳池专用热泵型除湿机组，能满足游泳馆功能要求并达到节能目的。

1 工程概况

该项目为体育馆地下室扩建项目，地下室建筑面积5652m2，室内设游泳池和SPA水疗池、儿童嬉戏池。泳池区空间部分面积为1837m2，游泳池区有2个泳池，池水面积约为1000m2。平时为健身娱乐型游泳馆，战时转为人防功能。平面图如图1所示。

图1 泳池平面图

2 室内外空气参数(表1)

表1 室外参数(该工程项目位于厦门地区)

表2 室内参数

游泳馆室内参数的确定要考虑诸多因素，其中水温是首要因素，因为环境参数的变化对散湿量影响很大。室内池水温度设定为28℃，为保证人在出水后和入水前的舒适性，减少人出水后的冷感，池厅空气温度采取高于池水温度2℃[1]，室内空气温度取30℃，如表2所示。游泳馆内空气湿度与人们的舒适感有着密切的关系，相对湿度低，空气干燥，同时空气中水蒸气分压力低，使刚出水面的人体皮肤水分蒸发加快，人因带走蒸发潜热多而有冷感，但相对湿度如果过低，池水会加速蒸发，空调系统除湿风量和池水加热量大大增加。空气相对湿度大，空气露点温度提高，容易形成墙壁、玻璃窗结露，促使室内霉菌和微生物的生长，环境相对湿度在40%～60%范围内时，空气中的细菌、微生物数量会很少。因此，该设计相对湿度采用65%，此时室内空气的含湿量为17.62g/kg，露点温度为22.7℃。

3 泳池区域散湿量计算

地下空调房间计算得散湿量应包括人体散湿量、围护结构散湿量、潮湿表面和液面的散湿量、设备散湿量。游泳馆特点是泳池表面水分蒸发，水面面积巨大，水表面散湿量大，室内湿负荷大。

3.1 水表面散湿量

游泳池主要湿负荷也即为池厅水表面散湿量。池厅散湿量按式(1)计算：

W1=3600(α+0.00363v)10-5·(Pqb-Pq)FB/B′

(1)

W1—池水的散湿量(kg/h)；

Pcb—水表面温度下的饱和空气的水蒸汽分压力(Pa)；

Pcn—空气中水蒸汽分压力(Pa)；

F—散湿水表面面积(m2)；

B—当地的大气压力(Pa);

B′—标准大气压(Pa);值为101 325Pa；

v—池水表面风速(m/s),按以下规定采用:

室内泳池: 0.2～0.5m/s;泳池区取0.2m/s；

α—周围空气温度为15℃～30℃时，不同水温下的扩散系数kg/(N·S)如表3所示。

表3 不同水温下的扩散系数

引自《空气调节》[2]

W1=3600×(0.0046+0.00363×0.2)×10-5×(3567-2597)×1000×101325/99450=188.28kg/h

3.2 围护结构散湿量W2

地下室围护结构散湿量受地质条件、围护结构形式、材料及厚度、室内空气温湿度、风速等影响，一般取0.5～1.0g/(m2·h),设计取0.8g/ (m2·h)

W2=0.8×1837=1469.6(g/h)

3.3 人体散湿量(g/h)

W3=w·n

(2)

w—单个人员散湿量(g/ (P·h))；

n—人数；泳池人数取150人；

W3=115×150=17250 (g/h)。

所以总散湿量W=W1+W2+W3=188.28+1.47+17.25=207(kg/h)

新风湿负荷：

娱乐性游泳馆新风量按人员数量每人30m3/h选取，新回风比不小于10%，设计计算新风量取4500m3/h，由焓湿图得出，夏季新风含湿量为21.21g/kg

夏季：W新=ρ·V·Δd

(3)

ρ— 空气的密度kg/m3

V— 空气的体积 m3

Δd— 空气含湿量差g/kg；

W新=1.2 ×30×150×(21.21-17.62)×10-3=19.4(kg/h)；空调系统的湿负荷，应包括空调房间计算湿负荷和新风湿负荷，所以泳池内最大湿负荷W= 207+19.4=226.4kg/h。

4 泳池区域空调冷负荷计算

空调房间的计算得热量包括围护结构传热量、人体散热量、照明散热量、设备散热量以及伴随各种散湿过程产生的潜热量。

4.1 围护结构传热量

此游泳馆属于地下建筑，围护结构传热量计算方法借鉴《人民防空地下室设计规范》[3]里面的公式。地下室埋深小于6m，按浅埋恒温要求的地下室围护结构传热量计算，按公式Q=Q1+Q2±Q3计算：

Q1=N·(tnc-t0)

(4)

N=αl(b+2h)(1-Tpb)

(5)

Q3=2αhlθdΘdb

(6)

Q1—恒温传热量(W)；

Q2—地面与地下温差引起的顶板传热量(W)；

Q3—地表面温度年周期性波动通过地下室外墙传递的热量；

N—壁面年平均传热计算参数 (W/℃)

tnc—地下室室内恒定温度(℃)；

t0—地下室周围岩体年平均温度(℃)；

Tpb—年平均温度参数

l—建筑物长度(m)；

b—建筑物宽度(m)；

h—建筑物高度(m)；

α—换热系数，取8.7(W/(m2·℃))；

k—楼板传热系数 (W/(m2·℃))；

Θdb—地表面温度年周期性波动引起的侧壁面温度参数，查表。

θd—地表面温度年周期性波动波幅(℃)；查表。

围护结构传热量QW经软件计算总传热量为64.3kW。

4.2 人体散热量QR

QR=φnq1

(7)

q1—单个人员散热量(w/ P)；

n—人数；泳池人数取150人；

φ—群集系数，取0.92；

QR=57×150×0.92=7866 (W)

4.3 灯光照明散热量按15W/m2计算，照明散热量

Qd=15×1837=27555 (W)

4.4 各种散湿的潜热负荷

Qs=0.28rW(kW)

(8)

0.28 —单位换算系数；

r—汽化热(KJ/ kg)；

W—散湿量(Kg/h)=

0.28×207×2440=140.3 kW

泳池区总得热量为：

Q=QW+QR+Qd+Qs=

64.3+7.8+27.5+140.3=239.9kW

5 泳池区通风量计算

(1)按换气次数计算：综合相关文献数据，健身娱乐型游泳馆泳池区空调换气次数一般按4～6次/h。设计考虑后期可能有吊顶，按4次/h考虑。

LS=1837×6×4=44 088m3/h

(2)按消除室内余湿计算：考虑围护结构结露的可能性，设计计算过渡季通风量作为最小通风量。

LS′=W/(dn-do)

(9)

W—散湿量(kg/h)

dn—室内空气含湿量(g / kg)；

do—送风点含湿量(g / kg)；

过渡季送风点含湿量采用一年12个月的通风曲线与室内空气露点温度加1℃的湿度线的相交点，根据《游泳馆空调设计》中经验值取11.5～13g/kg，取13g/kg；

LS′=207×1000/(17.965-13)=41 692 m3/h

(3)按排除余热的风量计算：

LS″=3600Q/C(tn-twf)

(10)

Q—室内产生的余热(kW)；

C—比热容(KJ/ kg·℃)；

tn—室内工作地点温度(℃)；

twf—排风温度(℃)；

工作地点温度与排风温度温差不宜大于5℃，计算取3℃[4]

LS″=3600×99.6/4.2/3=28 457m3/h

通风量取上述计算大值，即通风量为44 088m3/h。

6 常规空调处理过程及计算

(1)空调系统如采用常规冷热盘管处理的组合式空气处理机时，夏季空气处理过程如图2焓湿图所示：室外空气焓值大于室内空气焓值，回风与室外最小新风量混合后进入表冷器冷却除湿后，再经加热盘管使室内温度维持设定值。

图2 夏季空调设计焓湿图

状态点室外室内送风点机器露点温度(℃)33 5302220 6含湿量(g/kg)21 6717 961313焓(KJ/kg)89 3776 2255 2553 4

热湿比线ε=Q/W=239.9/207×3600=4172KJ/ kg；

空调系统夏季送风状态点O，过O点向下作垂线与90%相对湿度线相交于L点。

最小新风量取4500m3/h；

新回风比4500/44 088=10.2%，hC=77.54KJ/kg ；

空调设备制冷量为Q=LS·1.2×(hc-hL)/3600kW；

Q=44088×1.2/(77.54-53.4)/3600=355kW；

需要再热量为QR=LS·1.2×(hO-hL)/3600=44088×1.2/(55.25-53.4)/3600=27.2kW。

(2)冬季空外空气含湿量大大小于室内含湿量，可采用室外干燥新风来消除室内的余湿。冬季新风量按Lx=W/(dn-dw)计算得：

LS′=207×1000/(17.96-4.85)=15 789m3/h；

同时，冬季通风量还要满足人员所需新风量以及为排除游泳池空气中氯气所需换气次数1-4次/h的要求。

LS=1837×6×1.5=16 533m3/h

7 选用的空调设备

游泳馆室内一般是高温高湿的环境，室内空气湿度高，所以空调设备采用以除去湿负荷为主的调温除湿机。采用泳池专用热泵型除湿机(除湿量为240kg/h)室内潮湿空气由回风管道进入除湿热泵机组，排掉部分潮湿空气后再与新风混合，混合后的空气经过热泵处理段进行温湿度调节，除湿过程中当室内温度低于设定温度下限时，主机室内冷凝器工作，对空气进行加热。当室内温度超过温度设定值上限时，室内冷凝器停止工作。这时除湿热泵自动运行降温工况，热泵回收池水蒸发量和新风热量通过水冷冷凝器释放到泳池中，从而达到对池水辅助加热的效果。当空气温度和池水温度同时达到要求时，回收的多余热量将通过室外冷凝器排放到室外。原理图如图3所示。

图3 游泳池空调系统原理图

机组采用双风机空调系统，机组配置回风段、直接蒸发式除湿段、排风段、新风段加热段、送风段。排风排至室外。

泳池专用热泵型除湿机功能段如图4所示。

图4 泳池空调机组配置图

回风经蒸发器降温除湿后，一定数量的排风经自动控制的排风风量调节阀排出，再与室外新风混合，经初中效过滤后的干燥空气送入池厅。游泳池区域需保持一定的负压。

泳池专用双风机热泵机组的选型，首先计算除湿负荷和泳池区显热负荷，根据游泳池蒸发量和通风量确定潜热负荷，送风风量按照推荐的换气次数确定。

防结露传感器安装在室内防结露最不利点上,当其感应该点温度低于室内空气露点温度2.8℃时 , 热泵型除湿机会自动调低湿度控制,使该点温度始终高于室内空气露点温度,以防止结露。

相比于常规空调空气处理形式：采用泳池专用热泵除湿机组可以将蒸发器吸收的热量全部回收，用于夏季的再热和冬季空调系统加热，多余的部分还可以用于池水加热，达到节能的目的。

该项目建成完工后，系统调试良好，室内温湿度能满足设计要求，如图5所示。

图5 完工后的现场图片以及机组图

8 结语

通过对地下室游泳馆空调负荷的详细计算，对游泳馆的类型、特点、参数多做详细考察，空气参数选择在适当取值范围的湿度即是游泳馆舒适性的重要保证，又使空调能耗大大减少，达到节能目的。选择泳池专用的双风机热回收热泵空调机组，能较好地完成温湿度的控制，利用可回收的热量用于空调系统的再热，达到节能的目的，同时预防了游泳馆容易结露的问题。

[1] 贺绮华，邹月琴.体育建筑空调设计[M].北京：中国建筑工业出版社,1991.

[2] 赵荣义，范存养，薛殿华，等.空气调节(第四版)[M].北京：中国建筑工业出版社,2009.

[3] 全国民用建筑工程设计技术措施—防空地下室2009[S].2009.

[4] 陆耀庆.实用供热空调设计手册(第二版)[M].中国建筑工业出版社,2007.