青岛某健身中心热水系统设计

郭金鑫

华东建筑设计研究院有限公司 上海 200000

1 工程概况

项目位于青岛市藏马山区，地上2层，地下1层，一层主要功能为泳池、儿童游戏池、篮球馆、淋浴房和更衣室；二层主要功能为健身房、瑜伽房和团操房，地下一层为配套设备用房。项目未集中设置锅炉房，地块周边无市政热力管网，主要热源为地下室热水机房内燃气热水炉提供的高温热水[1]。

2 热水负荷计算

生活热水系统、泳池水加热系统及地暖供热的耗热量由地下室热水机房内的燃气热水炉供给。主要耗热量包括：①生活热水系统耗热量；②泳池耗热量，又包括初加热耗热量和维持恒温耗热量；③暖通地暖耗热量。

2.1 生活热水系统耗热量计算

2.1.1 用水定额。根据《建筑给水排水设计标准（GB50015-2019）》，使用人员用水定额为25L/人次，使用水温为60℃；卫生器具（淋浴器）的小时用水定额为300L，使用水温为35℃。

2.1.2 设计小时耗热量。根据《建筑给水排水设计标准（GB50015-2019）》，体育馆运动员休息室等建筑的全日集中热水供应系统的设计小时耗热量，其计算方法为：

式中：Qh——设计小时耗热量（KJ/h）

qh——卫生器具热水的小时用水定额（L/h），体育中心按淋浴器取值，为300L/h；

C——水的比热，4.187（KJ/Kg·℃）

tr1——使用温度，体育中心为35℃

tl——冷水计算温度，按照最冷月地面平均水温，4℃

ρr——热水密度，按照0.983kg/L计算

n0——同类型卫生间器具数量，14个

bg——卫生器具同时使用百分数，按100%

Cr——热水供应系统的热损失系数，按1.1

经计算：生活热水系统设计小时耗热量 Qh=589468KJ/h=165kW

2.1.3 设计小时供热量。考虑采用半容积式水加热器作为加热设备，设计小时供热量按设计小时耗热量计算，即：

2.2 泳池耗热量计算

池水加热所需的热量应为池水表面蒸发损失的热量、池壁和池底传导损失的热量、管道和设备损失的热量以及补充新鲜水加热所需的热量的总和。

池水表面蒸发损失的热量计算方法如下：

式中：

Qs——池水表面蒸发损失的热量（kJ/h）

β——压力换算系数，取133.32Pa

γ——与池水温度相等的饱和蒸汽的蒸发气化潜热（kJ/kg）

νw——池水表面上的风速（m/s），室内池为0.2m/s～0.5m/s，室外池为2m/s～3m/s

Ρb——与池水温度相等时的饱和空气的水蒸气分压力（Pa）

Pq——水池的环境空气的水蒸气分压力（Pa）

As——水池的水表面面积（m2）

B——标准大气压力（Pa）

B′——当地的大气压（Pa）

池底、池壁、管道和设备等传导所损失的热量应按池水表面蒸发损失热量的20%计算。

泳池补充新鲜水加热所需的热量计算方法如下：

式中： Qh——补充新鲜水加热所需的热量（kJ/h）

ρ——水的密度（kg/L）

Vb——新鲜水的补充量（L/d）

C——水的比热（kJ/（℃.kg））

Td——池水设计温度（℃）

Tf——补充新鲜水的温度（℃）

th——加热时间（h）

经计算，泳池初加热耗热量为340kW，维持恒温耗热量为110kW。

2.3 地暖耗热量计算

根据与暖通专业沟通，地暖耗热量按260kW设计。

2.4 设计小时耗热量计算

热媒系统最大耗热量工况可分为三种，第一种工况为采暖季节健身中心泳池换水日，所需耗热量应为泳池初加热耗热量、地暖耗热量之和（避开淋浴房用水高峰，对泳池池水进行加热）， =600kW；第二种工况为健身中心采暖季节正常运行工况，所需耗热量应为生活热水系统耗热量、泳池维持恒温耗热量和地暖耗热量之和， =535kW。第三种工况为健身中心非供暖季节正常运行工况，所需耗热量应为生活热水系统耗热量、泳池维持恒温耗热量之和， =275kW。热媒系统供热量应同时满足三种工况，热媒系统供热量按600kW设计[2]。

3 热水系统设计

3.1 系统形式选择

由于地暖热水、泳池热水及生活热水对水质、水温及水压的要求各不相同，考虑如下两种方案：

方案一：间接供热系统，生活热水、泳池加热、地暖加热合用热媒系统，独立设置换热系统，各系统热水管网独立；

方案二：直接供热系统，地暖及生活热水系统合用热水炉（供暖、供热两用），泳池加热独立设置热媒系统。

对方案一、方案二从系统组成、经济性及系统稳定性等角度，作出比选如下：

表1 热水系统方案比选

综合考虑系统的经济性、合理性及稳定性，选择方案一。 热媒系统原理图详图1。

图1 热媒系统原理图

3.2 生活热水预热-加热系统设计

太阳能是一种清洁能源，且造价较低，考虑到当地节能要求，结合建筑屋面布置，在平屋面上设置有效面积约30m2的太阳能板，用太阳能高温热水对生活热水系统进行预热生活热水机房内设置太阳能热媒循环泵及太阳能高温热水-生活热水换热的半容积式水加热器，对生活热水进行预热。生活热水预热系统原理图详图2。

图2 生活热水预热-加热系统原理图

3.3 系统运行策略

3.3.1 供暖季节，泳池初加热+地暖加热。健身中心泳池换水日，避开生活热水使用时间对泳池池水加热，热媒负荷需按泳池初加热耗热量及地暖耗热量计算。关闭生活热水系统热媒供水管电动阀，七台热水炉全部开启，经分水器分流后分别给泳池池水加热系统及地暖热水加热系统供应热媒[3]。

3.3.2 供暖季节，生活热水加热+泳池恒温加热+地暖加热。健身中心正常营业之后，热媒供应负荷需按生活热水系统加热耗热量、泳池池水加热维持恒温耗热量及地暖热水加热耗热量计算。打开生活热水系统热媒供水管电动阀，同时关闭一台泳池热媒循环泵。七台热水炉全部开启，经分水器分流后分别给各换热系统供应热媒。

3.3.3 非供暖季节，生活热水加热+泳池恒温加热。除冬季外，其他无须供暖季节，热媒供应负荷应按生活热水系统加热耗热量、泳池池水加热维持恒温耗热量计算。打开生活热水系统热媒供水管电动阀，关闭地暖热媒供水管电动阀及地暖热媒循环泵，同时关闭一台泳池热媒循环泵。开启四台燃气热水炉，热媒经分水器分流后分别给各换热系统供应热媒。

3.3.4 非供暖季节，泳池初加热。除冬季外，健身中心泳池换水日，避开生活热水使用时间对泳池池水加热，热媒供应负荷应按泳池池水初加热耗热量计算。关闭生活热水系统热媒供水管电动阀，关闭地暖热媒供水管电动阀及地暖热媒循环泵，同时打开两台泳池热媒循环泵。开启四台燃气热水炉，热媒经分水器分流后分别给泳池换热系统供应热媒。

3.3.5 生活热水预热-加热系统控制。当预热系统的水加热器温度小于等于55℃时，辅助热源对生活冷水继续加热；当其出水温度大于等于60℃时，辅助热源停止加热。

当管道温度T1小于等于3℃时，太阳能热水系统管道放空，防止管道冰冻；当T2≤55℃时，电动阀①关闭，当T2＞55℃时，电动阀①打开，防止集热系统过热。

同时，为了保证热水用水温度，在热水回水管道末端设置定温控制器，控制生活热水循环泵开启，当T4＜55℃时，生活热水循环泵启动。当集热系统回水管道末端也设置定温控制器，当T5＜65℃时，集热循环泵启动[4]。

4 结束语

本文对同时存在泳池、公共浴室及地暖需求的健身中心的热水系统热媒的选型、最大小时耗热量、系统控制进行了计算分析，建议合用热媒系统，分设换热系统。同时，提出了生活热水系统太阳能预热系统，建议在今后集中热水系统设计中，结合屋面设备布置情况，采用太阳能对生活热水进行预热，节能、绿色且环保。