北京地区游泳馆暖通空调设计要点及计算实例

张锡虎

1 室内外设计参数

※ tn＝28℃(池水温度26℃)

ψn＝70％, iN＝16.8kcal/kg, dN＝16.6g/kg, tD＝22℃ ψn＝80％, iN＝18.3kcal/kg, dN＝19.1g/kg, tD＝24.5℃

注： tn 室内空气干球温度

ψn 室内空气相对湿度

iN 室内空气焓值

dN 室内空气绝对含湿量 tD 室内空气露点温度

※ 北京地区夏季的室外空气设计参数为:

t W＝33.2℃, tWS＝26.4℃, iN＝19.4kcal/kg, dW＝18.7g/kg ※ 北京地区冬季的室外空气设计参数为:

t W＝－12℃, ψ＝45％, iW＝－2.7kcal/kg, dW＝0.4g/kg

2 热湿负荷特点

2.1 散湿量 (1)人体

(2)池水蒸发, 取决于池水和空气的水蒸汽分压力差。 当池水温度26℃

※ tn＝28℃, ψ＝70％, 池水蒸发量为0.144kg/h·m2 ※ tn＝28℃, ψ＝80％, 池水蒸发量为0.071kg/h·m2

当相对湿度ψ＝70％不变，而室温下降时，池水蒸发量将增加为： ※ tn＝26℃, w＝0.206kg/h·m2； ※ tn＝24℃, w＝0.258kg/h·m2； ※ tn＝22℃, w＝0.308kg/h·m2； ※ tn＝20℃, w＝0.352kg/h·m2。

(3)湿地面(单位面积散湿量可近似按池水面散湿量的1/3运算)

2.2 散热量 (1)人体和照明

(2)池水蒸发带入的潜热量, 湿地面蒸发是将空气的显热转化潜热, 故不计散热量。

(3)围护结构热量, 夏为正值、冬为负值。 2.3 热湿比、空调房间的空气过程和空气处理过程。

3 夏季对空调通风系统的要求

夏季空调要紧是为解决室温过高〔除非围护结构热量专门大才有此现象〕和供给新风。

空气处理为减焓除湿过程, 需再热(等湿加热), 再热量可按两种标准: (1)相对湿度要求严格时, 按室内过程线要求。

(2)加热至高于室内空气露点温度1℃, 以防送风气流〝起雾〞。 再热可利用池水加热的热源, 或利用制冷机的冷凝热。 设置再热加热器, 还可用作提早或延后供暖的加热。

4 冬季对空调通风系统的要求

冬季空调要紧是为保证室温、操纵相对湿度和供给新风。

(1) 北京地区冬季室外空气与室内回风的混合过程线, i─d图上在ψ＝100％线以下, 一样应预热后再混合, 但较小规模的系统也可简化为不经预热。其混合点应在混合后焓值和ψ＝100％的交点, 混合过程有水份凝聚, 凝聚水量为混合后运算含湿量和混合点的湿差, 此凝聚水量可近似看作在加热过程中又蒸发回到空气中, 因此加热过程线的画法, 可将等湿线修正近似为增焓加湿过程线, 仍回到混合后的含湿量。

(2) 按最小新风量校核除湿量。即按照除湿要求确定冬季运行的最小新风量。

(3) 补充散热器采暖系统供暖量的不足。

5 过渡季对空调通风系统的要求

过渡季的空调要紧是为操纵相对湿度和供给新风, 宜加大新风量或采纳全新风。因此, 宜采纳双风机空调器。

6 设置散热器或地板辐射供暖的必要性

北京地区的游泳池〔馆〕应设置散热器或地板辐射供暖系统, 其供热量应尽量大于围护结构失热量, 以保证空调系统停止运行时的室温, 以抑制池水蒸发和围护结构结露。地板辐射供暖还能够提高围护结构的内表面温度，缓解结露现象。散热器采暖系统或地板辐射供暖的供热量, 可视为空调负荷的得热量。

7 游泳池与其他区域的〝相对静压程度〞

为防止游泳池〔馆〕周边房间的潮湿和结露, 游泳池区对其他区域应保持适度负压, 即机械排风量应大于最大新风量。机械排风设备并宜采纳可依照保证〝相对静压程度〞变风量的技术措施。

8 关于采纳直流式空调系统问题

有些资料提出游泳池〔馆〕应采纳无回风的直流式空调系统，其要紧依照是当池水采纳加氯消毒时，空气含氯量较高，采纳回风循环会加速空调系统的腐蚀。应该如此看待上述观念？

(1)据调查，当池水采纳臭氧消毒，或即使采纳加氯消毒，当空调通风系统合理配置和正常运行，且池水的余氯浓度合理操纵时，室内空气的含氯量，不致造成空调系统的腐蚀。

(2) 游泳池空调所需最小新风量，要紧是为满足降低室内湿度，一样应按照冬季的湿平稳确定。

在冬季，当散热器或其它采暖设备提供的热量，如不足采暖设计负荷，而需要用空调系统补足时，如仅对新风、而不对室内空气进行循环加热，室温难以确保。在冬季运行过程中，随室外空气的焓和含湿量的逐步升高，应按湿平稳逐步增大新风量。

规模不大、有较好自然通风条件、冬季采纳散热器或地板辐射等采暖方式能确保室温的游泳池〔馆〕，也可采纳对室外空气加热后送入室内作为排风的补偿，类似于直流式，但专门难解决逐步增大新风量的要求。常可遇到散热器或地板辐射供暖的供热量不能满足采暖负荷，需要用空调通风系统加以补足。在这种情形下，如仅对新风、而不对室内空气进行循环加热，即所谓〝直流式〞热风送风方式，室温是难以确保的，某训练中心游泳池的实例就可说明。

在夏季，室外与室内空气的焓和含湿量差不多相同，一样对空调的要求不高，当需要严格保证室温顺操纵相对湿度时，如仅对新风、而不对室内空气进行循环减焓除湿处理， 室内设计参数也难以达到。

在过渡季，为操纵室内空气相对湿度，最好不采纳人工冷源而尽量利用增大新风量的方法。由于室外与室内空气的湿差不大，因此需用较大风量。无回风的直流式空调系统，不能达到过渡季操纵室内空气相对湿度所需新风量。

较为合理的方法，是采纳双风机的全空气系统。可依照室外空气参数的变化，优化选择①全新风、②不同新风比、直到③最小新风比的运行模式。

附：某水上游乐中心的设计运算

1 工程概况

北京地区某〝蓝海洋热带景区〞, 总建筑面积约80000m2, 是一座大型室内水上娱乐宫, 设有多项大型娱乐项目、休闲设施和生活服务设施。 该工程以自地下一层起始的高大空间为要紧活动区域, 该空间长136m、宽72m,从水面至屋顶的高度接近30m, 扣除两座人造山体后的空间总体积约280000m3, 并与首层和二层的环廊空间相通。屋顶大部为透光性较好的膜结构, 面积为6144 m, 超过屋顶总面积的60％。

高大空间内人工〝海洋水体〞等的水面积约5500 m2, 水容积约6300 m3, 水温要求不低于26℃〔与游泳池的标准水温相同〕, 设有漂漂河、海盗船、密林探险等项目和造浪、瀑布和沙摊等景观, 散湿量较大。 本工程暖通空调设计方面, 有以下一些难点:

(1) 无区域冷热源条件, 需自身设置燃气的冷热源, 除设置直燃吸取式冷温水机组供给空调冷源外, 还需设置供给空调、采暖、生活热水和池水加热所需的热源, 但受消防设计规范的制约, 只能设置单台蒸发量不大于2t/h、总蒸发量不大于6t/h的燃气锅炉, 其余所需热量只能采纳直燃吸取式冷温水机组和另行设置直燃吸取式冷温水机组的高发部分(即所谓〝真空锅炉〞)。

〔2) 高大空间的热环境问题，专门是冬季人员活动区域的温度场分布问题和全年的环境湿度问题, 无同类性质工程的成功实践体会可供借鉴。

2

2 屋顶膜结构的热工运算

2.1 运算依据

2.1.1 «民用建筑热工设计规范»(GB50176-93) 2.1.2 满足冬季膜结构内表面不结露

2.1.3 冬季室外运算温度, 按围护结构Ⅳ型 D≤1.5, tW＝－16℃ 2.1.4 外表面换热系数取: αW＝23 W/( m2.K) 内表面换热系数取: αN＝8.7W/( m2·K) 2.1.5 室内空气运算参数

tN＝28℃,ψ＝80％, 此状态的露点温度为: tD＝24.5℃

2.2 传热系数最大值

按内表面温度高于室内空气露点温度1℃(即tD＝25.5℃)运算, 屋顶膜结构传热系数的最大值应为:

Kmaxntn8.72825.50.4943W/m2•Ktntw28162.3 有待落实的问题

2.3.1 屋顶膜结构由台湾厂商供应, 据称已在加拿大冬季室外气温更低地区工程中成功应用过, 但使用详情不知。

2.3.2 依照以上热工运算, 在供货商提供的资料中选择了其中的一种构造, 但并未得到供货商的确认和确切试验数据的反馈。

2.3.3 供货商未提供任何有关膜结构的日射得热性能资料。

3 海洋水体大空间空调设计方案的论证

3.1 全年室内设计参数 当池水温度26℃时:

tN＝28℃, ψ＝70％, 水面蒸发量为 0.144 kg/h·m2 tN＝28℃, ψ＝80％, 水面蒸发量为 0.071 kg/h·m2 为减少水面蒸发量, 全年室内设计参数取: tN＝28℃, ψ＝80％, 此状态的各项参数为

iN＝18.3kcal/kg, dN＝19.1g/kg, tD＝24.5℃ 3.2 室外空气设计参数

夏季的室外空气设计参数为: t W＝33.2℃, t WS＝26.4℃, I W＝19.4kcal/kg, d W＝18.7g/kg 冬季的室外空气设计参数为: t W＝－12℃, ψ＝45％, I W＝－2.7kcal/kg, d W＝0.4g/kg 3.3 热湿负荷

3.3.1 夏季 3.3.1.1 得热量

围护结构传热得热量最大值 320000 kcal/h 屋盖日射得热量最大值 320000 kcal/h 人体散热量 300000 kcal/h (按4000人的60％即2400人)

灯光散热量 300000 kcal/h 水面蒸发带入的潜热量 550000 kcal/h 以上各项相加总得热量 1790000 kcal/h 3.3.1.2 空调冷负荷

考虑高大空间分层空调因素, 按总得热量的70％确定空调冷负荷: 1790000×70％＝1253000 kcal/h 3.3.1.3 湿负荷

水面蒸发 946 kg/h 人体散湿量 331 kg/h 以上两项相加总得湿量 1277 kg/h 3.3.1.4 夏季空调室内空气过程的热湿比为:

1253000980kcal/kg

1277

考虑到冷负荷为最大值, 在大部分时刻会低于此值, 而湿负荷较为稳固, 为有效操纵湿度, 留出足够的再热量, 冷负荷如按80％取值, 那么ε≌ 780kcal/kg。 3.3.2 冬季 3.3.2.1 得热量

围护结构传热失热量最大值 2000000 kcal/h (已考虑高度和间歇供热因素)

水面蒸发带入的潜热量 440000 kcal/h (按夏季的80％计)

散热器、地板辐射采温顺顶挂金属辐射板采暖供热量 800000 kcal/h

(按80％计)

以上各项相加总失热量(热负荷) -760000 kcal/h 3.3.2.2 得湿量(同夏季)

水面蒸发 946 kg/h 人体散湿量 331 kg/h 以上两项相加总得湿量 1277 kg/h 3.3.2.3 冬季空调室内空气过程的热湿比为:

760000600kcal/kg

12773.4 按夏季空调要求确定送风量及送风参数 3.4.1 送风参数

依照夏季空调室内空气过程的热湿比和送风温度不低于室内空气露点温度的原那么, 送风参数确定为: t＝25℃, ψ＝80％, i＝15.7kcal/kg, d＝16g/kg 3.4.2 送风量

1253000G400000m3/h

1.218.315.73.4.3 除湿量

上述风量和送风参数可除湿量为:

4000001.21916W1440kg/h

10003.4.4 最小新风量和新风比

最小新风量按4000人, 每人15m3/h计, 为60000 m3/h 新风比为 60000/400000＝15％ 3.5 夏季空调空气处理过程

3.5.1 室内空气与室外空气的混合点参数为: t＝28.8℃, i＝18.5kcal/kg 3.5.2 经表冷器减焓去湿至以下状态点:

t＝23.2℃, ψ＝90％, i＝15.2kcal/kg

机器冷量为: Q＝400000×1.2×(18.5－15.2) ＝ 1584000 kcal/h 3.5.3 经再热器等湿加热至以下状态点:

t＝25℃(高于室内空气露点温度0.5℃), i＝15.7kcal/kg

再热量为: Q＝400000×1.2×(15.7－15.2) ＝ 240000 kcal/h

3.6 冬季空调过程校核

3.6.1 按夏季送风量和冬季热负荷, 确定送风焓差为:

760000i1.9kcal/kg

4000001.23.6.2 冬季送风状态点焓值应为:

i＝ 1.9＋18.3 ＝ 20.2 kcal/kg

3.6.3 依照除湿量要求, 冬季送风状态点的含湿量仍不应大于16g/kg, 故冬季送风状态点参数确定为:

i＝20.2kcal/kg, d＝16g/kg, t＝42℃ 3.6.4 冬季室内空气与室外空气的混合点参数为:

i＝0.85×18.3＋0.15×(－2.7)＝15.1kcal/kg, ψ接近100％, t＝22℃,d＝16.2g/kg

3.6.5 经加热器等湿加热至送风状态点的耗热量为:

Q＝400000×1.2×(20.2－15.1)＝2448000 kcal/h

3.7 过渡季空调过程除湿作用校核

3.7.1 依照节能的原那么, 应尽量缩短采纳人工制冷空气处理减焓去湿的周期, 当室外空气的含湿量较低时, 应尽量利用增大新风量的除湿作用。

3.7.2 要达到利用室外新风除湿1277kg/h, 室外新风量所对应的室外空气含湿量如下:

新风量 (m3/h) 60000(最小新风量) 120000(新风比30％) 180000(新风比45％) 240000(新风比60％) 300000(新风比75％) 400000(全新风)

室外空气含湿量 d (g/kg) ≤ 1.2 ≤ 10 ≤ 13 ≤ 14.5 ≤ 15.4 ≤ 16.3

3.8 确保高大空间热环境设计标准的要紧技术措施

3.8.1 在夏季设计工况条件下, 运用人工制冷减焓去湿和再热的空调手段, 能够确保室内设计参数。为节约能源, 应按最小新风量运行。

3.8.2 重点要保证冬季室内设计参数和较佳的温度场分布, 采取以下措施: 3.8.2.1 确保采暖系统的供热量和有效性, 在游人要紧活动区域, 综合布置散热器、地板辐射采温顺顶挂金属辐射板。

3.8.2.2 为有效操纵水面蒸发量并防止屋顶结露, 必须全日保持冬季室内温度, 除散热器、地板辐射采温顺顶挂金属辐射板采暖系统应连续运行外, 在严寒期内空调系统也宜连续运行。

3.8.2.3 空调气流组织, 尽可能降低送回风口的高度。

3.8.2.4 在冬季设计工况条件下, 按满足除湿要求的最小新风量运行。 3.8.3 过渡季的要紧问题, 是要尽可能采纳节能的手段操纵室内湿度, 体会算, 当室外空气 d≤ 16.3g/kg、t≤ 28℃, 即 i≤ 16.8kcal/kg期间, 均有条件采纳室外空气保证室内设计参数, 有条件将人工制冷空气处理减焓去湿的周期, 缩短到每年6月中旬至8月中旬约两个月左右。这就要求有足够的室外空气进风条件, 并有当加大新风量时的有效排风条件。

3.8.4 为尽可能减少高大空间的热湿空气对相通空间或相邻空间的阻碍, 高大空间的排风量适当大于新风量, 以形成适度的相对负压。相通空间那么仅设送风口，从大空间的低位回风。

关于冷热源的用量

冷 负 荷 (kW) 夏 季 空调 采暖 生活热水 池水加热 合计 6581 6851 冬 季

关于冷热源的配置方案

制冷量 制热量 制热量分配 热 负 荷 (kW) 夏 季 5383 1077 6460 冬 季 7000 3115 5383 1077 16615 A 直燃冷温水机 2×3516＝7032kW 2×2830＝5660kW 空调系统和地板辐射B 直燃真空锅炉 C 直燃真空锅炉 D 热水锅炉 2×2260＝4520kW 采暖系统供暖 2×2260＝4520kW 全年生活热水加热 3×1400＝4200kW 散热器系统供温顺海洋水体池水加热 合计 18900kW D 可作为夏季生活热水加热的备用热源