泳池三集一體熱泵除濕機 杭州同恩專業制造商
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泳池三集一體熱泵除濕機 杭州同恩專業制造商

本文針對小型室內游泳館的暖通系統設計，分析了傳統室內游泳池常見問題，重點介紹了現代室內泳池除濕及加熱的方法，即根據熱泵原理制成的熱泵熱水機組，在制熱保證池水恒溫的同時，充分利用熱泵回收低位熱能（游泳池室內空氣的顯熱和潛熱）的特點，對游泳池室內空氣進行降溫、抽濕，達到改善游泳館室內空間的空氣環境的目的，該機組稱為“三集一體”熱泵。從設計者的角度，分析了室內游泳館池廳空氣狀態參數的確定、熱損失和用熱要求以及計算方法供參考，闡明三集一體熱泵在游泳館這一特殊環境中應用的*性，為讀者提供熱泵應用的新思路。
 
1. 傳統室內游泳池常見問題：
室內泳池水體熱量損失主要由水體表面蒸發引起。當空氣濕度降低且空氣溫度低于池水溫度時，熱能就會隨池面水份蒸發進入室內空氣。如果濕度不控制在理想范圍內，空氣中所含高濕氣會在天花板、墻壁上凝結水氣（滴），熱量流失同時會造成嚴重的裝潢侵蝕和泳者悶熱的不舒適感覺。在除濕熱泵尚未普及之前，相當普通控制濕度的方法就是排出潮濕的空氣，引進外界干燥的空氣并加熱至室溫。如此方式的空氣加熱、排氣***在冬天時需相當大的運行費用。同時，需要電熱器（或燃料加熱器）提供泳池池水所需的熱量，補充蒸發掉和由墻壁所散失的熱量。
  
2. 三集一體室內泳池熱泵工作原理
三集一體室內泳池熱泵是集池水加熱、除濕機和空調于一體，大量回收并綜合利用能量，保持泳池恒溫恒濕，并克服高濕、高氯環境等諸多問題，通過春夏秋冬季節運行模式的改變，達到高效節能的運行，其工作原理簡言之，即是將池水表面蒸發熱損回收利用，轉移入池水和空氣中，彌補池水和空氣熱損，同時實現空氣調節除濕功能，并補入一部分新風，送入室內，保證室內空氣品質和不結露。其工作程序大致可分為兩步：
 
*步，室內熱濕空氣首先經過熱交換器與室外新風進行熱交換，變成暖濕空氣，然后暖濕空氣流經蒸發器，溫度下降，水汽凝結成冷水滴從空氣中分離出來，使空氣干爽，實現空氣除濕功能；同時，空氣冷卻、水汽凝結及冷卻過程中釋放出的熱能（潛熱和顯熱）被冷媒吸收。
 
第二步，冷媒吸收的熱能，首先（潛熱）經熱交換器加熱池水，實現池水加熱功能：余熱（顯熱）經空氣冷凝器，加熱冷卻的室內空氣，實現空氣保溫功能。
當冬季熱泵回收的熱能不足以滿足要求時，由輔助空氣加熱器補充提供室內熱空氣所需的熱能。熱泵只需提供其本身的運行電能，即能按上述工作程序不斷循環運行，以較低的能耗，實現池水加熱、空調、除濕機三大功能。
目前熱泵技術已經相當成成熟，如松幸泳池熱泵是專門針對室內泳池開發的產品，它集抽濕、水加熱、空調于一體，通過回收室內泳池濕熱空氣中的能量，用于加熱池水、空氣同時達到抽濕的目的。
 
3. 游泳池室內空氣參數的確定
室內游泳館采暖空調設計首先要考慮游泳者全年舒適要求，這包括游泳者在水中的舒適性，以及入水前和出水后在陸上的舒適性，游泳者的舒適感很大程度取決于池水溫度和池廳空氣的參數。游泳池設計標準規定水溫26~28℃，池廳空氣溫度高于池水溫度1～2℃，相對濕度一般為50～70%，但不超過75%，風速控制在0.2m/s左右。本工程池水溫度設定為26℃，室內空氣溫度取28℃。由于空氣濕度對人們的舒適感也有密切的關系。相對濕度低，空氣干燥同時空氣中水蒸汽分壓力低，會使剛出水面的潤濕皮膚表面水份蒸發加速，從人體帶走蒸發潛熱，容易使人產生寒冷的感覺。同時水份蒸發多，室內空氣含濕量增加，使消耗室內余濕所需的通風量增加，則相應增加冬季加熱送入室內新風的負荷。若相對濕度過高，則室內空氣含濕量過大，會使空氣露點提高，使圍護結構內表面產生結露現象，綜合以上利弊分析，本工程采用60%，此時室內空氣的含濕量為14.4g/kg，露點溫度為19.2℃。
 
4. 游泳池的熱損失
恒溫游泳池的熱損失主要有下列幾個方面：
1）游泳池池水因水面蒸發，水面傳導，池底和池壁傳導而不斷損失熱量。
2）因人們在游泳池內游泳，會損失一部分池水，必須不斷補充，而補充水需加熱，需要補充一部分熱量；
3）此外，整個游泳池的設備和管道也在不斷向周圍環境排放熱量。
以上這一些損失的熱量，都需要不斷補充，才能維持池水有一定的溫度。這些熱損失再加上游泳場館淋浴等用熱的負荷可以稱之為經常性用熱負荷。
另外，恒溫池水也有一次性全部更換新的要求。為了清洗，抽濕的要求，在一定時段內，要求將池水全部放空，重新輸入溫水。如果補充的水是冷水（水溫在5-15℃），那么，加熱整池水需要的用熱量就是一次性沖擊負荷。
 
5. 以實例工程介紹三集一體熱泵設計計算及方案選型步驟：
本工程位于杭州市市，屬某五星級酒店恒溫游泳館，游泳池水面積338m2（25m×13.5m），兒童池水面積25.6 m2，游泳池池廳面積830m2，池廳高度：6.5m，建筑屋頂采用鋼網架結構，四周為玻璃幕墻圍護。
 
5.1 室內游泳池的抽濕量計算
設計參數：
夏季室外平均溫度：35℃ 相對濕度：60%
冬季室外平均溫度：-5℃ 相對濕度：70%
游泳池水面積25×13.5=338m2 池水深度：1.5m
兒童池水面積25.6 m2 池水深度：0.5m
游泳池廳面積830m2 池廳高度：6.5m
游泳池池水恒溫溫度：26℃ 室內濕度: 60%
游泳池池廳空氣溫度：28℃ 大氣壓力：765mmHg
泳池區蒸發量
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－泳池水面蒸發量 kg/hr
Vf－泳池池面風速 0.2m/s
F池－室內泳池水面面積（338+25.6）m2
Pb－26℃水表面溫度飽和空氣水蒸汽分壓 25.1mmHg
Pq－28℃泳池空間空氣的水蒸氣分壓 17.2 mmHg
B－當地大氣壓力 750mmHg
泳池區服務人數n＝F池/S人＝363m2/6m2/人＝60人
上式中：n－泳池綜合服務人數
F池－室內泳池水面面積（338+25.6）㎡
S人－人均所占面積 6m2/人
人體散濕量L人＝0.001nn′g＝0.001×60×0.92×120＝6.6kg/hr
上式中 n′-為群體系數
g -為人體散濕量
新風量Q新＝6l/s·人×60人＝0.36m3/s
夏季新風相當大增濕量
L新 ＝（dw-dn）×Q新×ρ
＝（21.2－14.4）g/kg干空氣×0.36m3/s×1.15 kg/m3×3.6
＝10.1kg/hr
上式中－dw為夏季室外空氣含濕量，取21.2g/Kg干空氣
dn為室內空氣含濕量，取14.4g/Kg干空氣
ρ為空氣密度1.15 kg/ m3（夏季室外35℃，相對濕度為60%）
夏季泳池相當大濕負荷G＝Lw+L人+L新
＝50.4kg/hr＋6.6kg/hr＋10.1kg/hr
＝67.1kg/hr
通風量的計算：L=G×1000/（dw-dn）
=67.1kg/hr×1000/（21.2－14.4）g/kg干空氣
=9867.7 m3/h
5.2 泳池熱水每時維持水溫熱負荷計算：
5.2.1泳池區水面蒸發損失的熱量
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－維持池水溫度之熱量 KW
Vf－泳池池面風速 0.2m/s
F池－室內泳池水面面積（338+25.6）m2
Pb－26℃水表面溫度飽和空氣水蒸汽分壓 25.1mmHg
Pq－28℃泳池空間空氣的水蒸氣分壓 17.2 mmHg
B－當地大氣壓力 765mmHg
V－26℃水溫時水的蒸發潛熱 kcal/kg
5.2.2池底、池壁管道和設備等傳導損失的熱量
Q2=46×20%=9.2KW
5.2.3補充水加熱需要的熱量(1KW=3600KJ/h)
（補充水量按5%水容積考慮,補水時間按一日24小時計）
V總=338×1.5m3=507m3 V補=25m3
Q3=CMΔΤ
=4.186MJ/m3·℃×25m3×(26-10)℃×103KJ/MJ÷(3600×24h)
=19KW
泳池熱水維持水溫熱負荷為Q=（Q1+Q2+Q3）×1.1=81.62KW
5.3 泳池初次加熱時間校核
根據游泳池設計規范，游泳池的初次加熱必須在48個小時內完成。
泳池初次升溫所需時間定為2天，升溫時散熱按維持水溫熱量的1/3計，則初次加熱所需熱量:(1KW=3600KJ/h)
Q升=4.186MJ/T. ℃×507m3×(26-10)℃=33957MJ
Q=81.62×3600KJ/h×24h=7052MJ
Q總= Q升 + 2×Q/3=33957MJ+2×7052MJ/3=38658MJ
則所需要的熱量=38658MJ×103KJ/MJ÷(48×3600s/h)＝223 KW
1臺VeP-060-E熱泵的總熱量輸出為127KW，考慮在冬季條件從泳池大廳回收的熱量有一半要重新用于加熱后的空氣，只有63KW的熱量用于加熱水，另還需要配置150KW的輔加熱源用于給池水進行初次加熱，所以整個熱泵系統可以滿足泳池在48個小時內達到設計的水溫要求。
5.4 輔助加熱配置校核計算
在夏季制冷圍護結構按150W/m2計算，泳池池廳面積為830m2，則夏季制冷為150×830=124.5KW，由于此熱泵的制冷量為96KW，還需要補充30KW的冷量才能滿足制冷的要求。泳池在冬季采暖圍護結構按130W/m2計算，泳池池廳面積為830m2，則冬季采暖為130×830=108KW，需要在風管上安裝110KW的表冷器。夏季接入空調的冷凍水制冷,冬季接入采暖熱水進行采暖,按上述配置既滿足泳池水的初次加熱需要，又滿足室內空氣舒適度的要求。另外，由于兒童池的面積較小只有25m2，按泳池初次加熱時間校核計算，初次加熱所需的熱量為10KW。
5.5 本項目所參考的三集一體泳池熱泵技術資料如下：
5.6 本項目所需配置的主要設備松幸泳池三集一體熱泵除濕機
 
本工程于2016年設計完成，目前正在施工階段，由于游泳館池廳內溫度高，相對濕度大，水蒸汽分壓力高，露點溫度高，所以室內很容易發生表面結露。表面結露會造成使用者的不舒適及室內環境污染，同時可能導致圍護結構的腐蝕，導致墻體保溫層的破壞，影響保溫效果。因此，為防止玻璃窗內表面結露，本工程所有送風口（方型散流器）均沿圍護結構四周布置，冬季向玻璃送熱風，以提高玻璃窗內表面溫度。同時，該建筑屋頂采用鋼網架結構，為防止吊頂內網架上結露，本工程將回風口和排風口設置于吊頂內，利用回風提高吊頂內的溫度，并在回風口處設置溫濕度探頭，及時將信號反饋給熱泵主機，對室內溫濕度進行控制。
 
本游泳館屬五星級酒店里的會所區域，正好該酒店全年生活熱水及空調供熱熱源均由市政蒸汽提供，全年會產生大量高溫凝結水，此部分高品質熱水直接排放必然會造成浪費和環境污染，于是，對凝結水進行回收再利用，除了供給加熱生活熱水、洗衣房，廚房用熱外，有相當一部分高溫凝結水通過游泳館內的熱交換機房交換成為60～50℃的熱水，送入池廳回周的地面上設置的地板采暖系統，即在地板內埋設PPR管材，冬季時通循環熱水以提高地面溫度，提高室內泳者冬季足部的舒適感，同時，也提高了地面玻璃內表面的溫度，防止結露，這一設想得到甲方的認可并zui終實施。
  
采用三集一體熱泵方案，全年運行費用大約為15.58萬元，采用傳統空調、采暖方式+池水加熱系統全年的運行費用大約為32.2萬元，顯然，采用三集一體熱泵方案能為業主每年節約16.62萬元，經濟效率相當可觀。此外，更重要的是，三集一體熱泵是一項熱泵能量回收技術，是集節能與環保一體的系統工程，在游泳館空調系統中應用該項技術可取得明顯的節能效果、環境效益和經濟效益的，對改善能源消耗結構，節省常規能源和保護環境等方面均具有重要意義。
  
以上只是對“三集一體”熱泵系統在室內游泳館暖通設計的體會及思路，實際效果有待工程完工后實際使用情況的驗證。