張立文

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成都市某體育中心游泳館空調(diào)設(shè)計

張立文

（中國建筑西南設(shè)計研究院有限公司 成都 610007）

結(jié)合成都市某體育中心游泳館的實際設(shè)計案例，闡述了游泳館熱濕負(fù)荷的特點給出了過渡季節(jié)通風(fēng)量的經(jīng)驗計算方法，并進(jìn)行了冬夏季通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)的計算方法。

游泳館；熱濕負(fù)荷；通風(fēng)量；除濕

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，人民生活水平的日益提高，全國各地陸續(xù)興建了一批集專業(yè)比賽兼休閑、娛樂的游泳館，對推動全面健身運動的開展，豐富人們的業(yè)余文化生活起到了積極的作用。

游泳館室內(nèi)始終處于高溫高濕的環(huán)境下，游泳池水處理無論采用何種方式，都含有氯的成分。在保證經(jīng)濟(jì)節(jié)能的同時，把余熱余濕及有害氣體控制在一定的范圍內(nèi)，成為游泳館空調(diào)設(shè)計的重點和難點。本文結(jié)合成都某體育中心游泳館實際案例，提出了可行的設(shè)計計算方法。

1 游泳館空調(diào)的主要特點

室內(nèi)游泳池的池水溫度一般為24～27℃，在相對濕度一定的情況下，空氣溫度低于水溫，水面蒸發(fā)加劇，耗熱量和排除余濕的風(fēng)量就越多，人員出水面后寒冷的感覺就越強(qiáng)，故空氣溫度必須高于水溫。但一味地提高空氣溫度，則建筑耗能明顯增加，人員進(jìn)入水中則會覺得水冷，同時高溫高濕的環(huán)境也會使池邊人員悶熱難耐。由此空氣與水的溫差應(yīng)處于一個較小的范圍內(nèi)，以1～3℃為宜。

室內(nèi)游泳池相對濕度不宜太大，也不宜太小。濕度太大，可能導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面或內(nèi)部結(jié)露或結(jié)霜，破壞保溫性能，降低材料強(qiáng)度并使表面發(fā)生霉變；相對濕度太小，人出水后會加速身體上水分蒸發(fā)，使人有冷感。《游泳館空調(diào)設(shè)計》中建議池邊相對濕度取65～70%。游泳館池水采用加液氯滅菌處理，會有氯氣散發(fā)到空氣中，對人體有害。在設(shè)計空調(diào)、通風(fēng)系統(tǒng)時需要考慮，使得池區(qū)空氣中氯氣含量不超過1×10-6。

2 游泳館濕負(fù)荷計算

空調(diào)濕負(fù)荷主要由池水、池邊和人員的散濕量組成。本文結(jié)合成都市某體育中心游泳館的實例進(jìn)行計算。室內(nèi)泳池為一個高大空間由一個比賽池21m×50m、戲水池21m×17m和一個直徑7米的圓形戲水池組成，水面面積為1450 m2，比賽池溢水槽寬度按照0.3m來考慮。室內(nèi)設(shè)計參數(shù)冬夏季均相同，干球溫度28℃，相對濕度70%。

2.1 池水的散濕量1

計算公式：1=(P.b-P)/

式中：P.b為水表面溫度下的飽和空氣的水蒸氣分壓，Pa；P為室內(nèi)空氣中的水蒸氣分壓，Pa；為蒸發(fā)表面積，m2；為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力，Pa；為當(dāng)?shù)貙嶋H大氣壓力，Pa；為蒸發(fā)系數(shù)，kg/(m2·h·Pa)，其中=0.00017+0.00013，為蒸發(fā)表面空氣流速，m/s，該案例中取0.30m/s。

2.2 泳池濕潤地面散濕量2計算

計算公式：2=0.0171（t-t）

式中：t為室內(nèi)空氣干球溫度，℃；t為室內(nèi)空氣濕球溫度，℃；為池邊濕潤地面面積，m2；為潤濕系數(shù)，取0.2～0.4，本案例中取0.3。

2.3 人員散濕量

計算公式：3=0.001

式中：為群集系數(shù)；為人數(shù)；為每人小時散濕量，g/h，本案例中取260g/h。

分別計算以上三個部分，總散濕量=1+2+3為291.33kg/h。

3 游泳館過渡季節(jié)通風(fēng)量計算

目前常用的游泳池除濕方法有兩種：冷卻除濕和通風(fēng)除濕。通風(fēng)除濕具有節(jié)省冷量的優(yōu)點，但受到室外氣候條件的限制。只有在室外的含濕量小于室內(nèi)含濕量時，才可能應(yīng)用通風(fēng)方法進(jìn)行除濕。通風(fēng)除濕一般運用于過渡季節(jié)，但過渡季節(jié)是一個模糊的概念，沒有具體的數(shù)值指標(biāo)去衡量和區(qū)分。

除濕通風(fēng)量計算，公式為：

式中，為余濕量，g/h；d為排出空氣中的含濕量，kg/kg；d為送入空氣中的含濕量，kg/kg。

夏季室外空氣含濕量大于室內(nèi)空氣的含濕量，直接利用室外空氣無除濕效果，為保證室內(nèi)溫濕度，須利用制冷除濕，而此時室外溫度高，圍護(hù)結(jié)構(gòu)不會結(jié)露。而室外送風(fēng)溫度越高，其空氣含濕量越大，利用新風(fēng)除濕的新風(fēng)量越大。冬季室外空氣的含濕量大大低于室內(nèi)空氣的含濕量，直接利用室外空氣除濕效果好，但送風(fēng)溫度過低室內(nèi)易形成霧化現(xiàn)象，不能直接送入低溫的室外風(fēng)。據(jù)《游泳館空調(diào)設(shè)計》（機(jī)械工業(yè)出版社，魏文宇著）提及“應(yīng)控制送風(fēng)溫度在22～24℃之間，否則在室內(nèi)會形成霧化現(xiàn)象”。

對于過渡季節(jié)的通風(fēng)問題，筆者參考了大量的文獻(xiàn)，歸納后主要有以下方法。

3.1 估值法

ASHRAE62.1規(guī)定保證室內(nèi)相對濕度在50%以下時需要保證每小時4～8次的換氣次數(shù)，美國的標(biāo)準(zhǔn)是4～6次，德國的標(biāo)準(zhǔn)是3～4次，英國的標(biāo)準(zhǔn)是2～5次，日本的標(biāo)準(zhǔn)是1～4次，我國國內(nèi)游泳館設(shè)計換氣次數(shù)標(biāo)準(zhǔn)為：比賽性游泳館為1～4次，訓(xùn)練性游泳館為3～6次，娛樂性游泳館4～8次。

3.2 氣候統(tǒng)計法

我國地域遼闊，在同一室內(nèi)溫濕度條件下，各地的含濕量差值較大。而室外含濕量值應(yīng)取每年不保證小時數(shù)的含濕量，部分主要城市的每年不保證50h、120h、150h的室外含濕量值（g/kg）如下表。

表1 部分主要城市室外含濕量值

3.3 經(jīng)驗數(shù)值法

由于過渡季節(jié)室內(nèi)外含濕量比較接近，此時的圍護(hù)結(jié)構(gòu)有可能結(jié)露，采用過渡季節(jié)作為其所需最小通風(fēng)量計算。過渡季節(jié)的室外空氣狀態(tài)點難確定，本案例參考《游泳館空調(diào)設(shè)計》（機(jī)械工業(yè)出版社，魏文宇著）建議取值范圍11.5～13g/kg，本設(shè)計取12.3g/kg、13g/kg以及室內(nèi)狀態(tài)點（28℃，70%）分別進(jìn)行計算，計算結(jié)果分別為送風(fēng)量為41930m3/h和47696m3/h，折合到換氣次數(shù)分別為2.7次/h和3.1次/h。

成都市大氣壓力94770Pa，室外計算干球溫度23.1℃，相對濕度65%，含濕量12.3g/kg。當(dāng)室外計算干球溫度23.8℃，相對濕度65%，含濕量13.0g/kg。由此可得，過渡季節(jié)室外新風(fēng)溫度為23.1℃、23.8℃，介于22～24℃，送風(fēng)到室內(nèi)不會形成霧化現(xiàn)象。本案例中選取42000 m3/h風(fēng)量作為過渡季節(jié)的通風(fēng)量。

4 冬季空調(diào)調(diào)節(jié)處理過程

本案例中冬季游泳池為全面采暖、熱風(fēng)采暖和直流通風(fēng)結(jié)合使用，前者負(fù)責(zé)補償熱損失，后者負(fù)責(zé)除濕。

4.1 冬季除濕通風(fēng)量計算

當(dāng)室外處于冬季最不利的室外計算狀態(tài)點W（干球溫度為1℃，相對濕度為83%，含濕量為3.638g/kg，焓值10.115kJ/kg）時，室內(nèi)狀態(tài)點N（干球溫度28℃，相對濕度70%，含濕量為18.087g/kg，焓值74.447kJ/kg）時，室內(nèi)含濕量291.33kg/h為消除室內(nèi)余濕，密度按照1.2kg/m3考慮，經(jīng)計算所需最小新風(fēng)量為16802m3/h。又因為游泳館中的水經(jīng)過氯氣處理過，按衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定每平方米的水池需要有18 m3/h 的新風(fēng)量，按衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)計算得冬季新風(fēng)量為26100m3/h。

4.2 冬季新風(fēng)負(fù)荷的計算

本案例中由負(fù)荷軟件計算得室內(nèi)熱負(fù)荷為146.11kW。冬季地板輻射采暖能提供一定量的熱量，《輻射供暖供冷技術(shù)規(guī)程》JCJ 142-2012中第3.1.3條規(guī)定，對于人員短期停留的地面，平均溫度上限值為32℃。

式中：t為室內(nèi)空氣溫度，℃；t為地表面平均溫度，℃；為單位地面面積向上的供熱量，W/㎡。

當(dāng)室內(nèi)干球溫度為28℃時，由上式計算得到單位地面面積供熱量=39.6W/m2，可供地板輻射采暖面積為1380m2，地板可供熱量為54.65kW，還有91.46kW的負(fù)荷需要新風(fēng)系統(tǒng)來負(fù)擔(dān)。

游泳館內(nèi)空氣處理過程為，將室外空氣W處理到室內(nèi)等溫狀態(tài)點后W1，因為新風(fēng)也需要負(fù)擔(dān)屋頂，玻璃幕墻等圍護(hù)結(jié)構(gòu)的負(fù)荷，新風(fēng)將繼續(xù)被處理到W2點，然后新風(fēng)在室內(nèi)完成加濕的過程。根據(jù)新風(fēng)要負(fù)擔(dān)的室內(nèi)負(fù)荷可以計算出送風(fēng)狀態(tài)點的焓值，這個過程為等溫過程，因為室內(nèi)的濕負(fù)荷已經(jīng)被處理，相當(dāng)于一個熱濕比為無窮大的空氣處理過程?？諝馓幚磉^程如下圖所示。

圖1 冬季新風(fēng)空調(diào)處理過程

室內(nèi)狀態(tài)點N（干球溫度28℃，相對濕度70%，焓值為74.447kJ/kg），O點為送風(fēng)狀態(tài)點，與N點的含濕量相等。O點N點的過程為消除余熱，計算可得O點的焓值為84.96kJ/kg。根據(jù)N點的含濕量，計算出O點的相關(guān)參數(shù)，干球溫度為38.1℃，滿足一般熱風(fēng)送風(fēng)溫度不大于45℃的要求。

過O點的等溫線與室外狀態(tài)點的等濕線交點即為室外空氣應(yīng)處理到的狀態(tài)點。由W2點和W點的焓值可以計算新風(fēng)的熱負(fù)荷為328.15kW。

房間總熱負(fù)荷=新風(fēng)負(fù)荷+地板輻射負(fù)擔(dān)負(fù)荷=328.16+54.65=382.81kW。

5 夏季空氣處理過程

成都地區(qū)夏季含濕量、干球溫度均比較高，通風(fēng)已無除濕能力，而且還增加冷負(fù)荷。因此，只能采用冷卻方法對室內(nèi)溫濕度進(jìn)行控制。由于游泳館濕負(fù)荷大，導(dǎo)致熱濕比值較小，從而出現(xiàn)熱濕比線與機(jī)器露點不相交等問題。

本案例采用試算的方法進(jìn)行空調(diào)送風(fēng)量的計算，以達(dá)到消除余熱余濕的效果。

假定一：過渡季節(jié)的風(fēng)量為最大通風(fēng)量，夏季空調(diào)的送風(fēng)量等于過渡季節(jié)通風(fēng)量，則送風(fēng)量為42000m3/h。

假設(shè)二：送風(fēng)量能夠消除全部的余濕量291.33kg/h，算出送風(fēng)狀態(tài)點的含濕量為12.307g/kg，考慮露點送風(fēng)，送風(fēng)狀態(tài)點的相對濕度為95%，則送風(fēng)點的干球溫度為16.8℃。

由負(fù)荷計算軟件得出夏季室內(nèi)的顯熱為152.3kW，送風(fēng)溫差為28-16.8=11.2℃。為消除余熱量則送風(fēng)量為48469m3/h。

由以上計算得，夏季空調(diào)送風(fēng)量按照49000m3/h選取設(shè)備。

6 總結(jié)

經(jīng)本文的分析計算可得，室內(nèi)游泳館項目中對于濕負(fù)荷的處理是全年空氣處理過程的重點和難點。本文對于過渡季節(jié)通風(fēng)量的計算中采用經(jīng)驗數(shù)據(jù)，該方法有普遍的借鑒意義，在實際工程的應(yīng)用中有一定的參考價值。冬季空氣處理過程，需把握住空氣處理的加濕過程在室內(nèi)完成這一關(guān)鍵點。夏季的空氣處理過程，采用試算的方法進(jìn)行了一定條件的假設(shè)，實際效果還待項目后期通過實測和觀察等方式進(jìn)行論證。

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Air-conditioning Design for a Natatorium in Chengdu

Zhang Liwen

( China Southwest Architectural Design and Research Institute Co., Ltd, Chengdu, 610007 )

Combining with an actual designed case of a natatorium in Chengdu, four aspects were elaborated in this paper. First of all, the property of both thermal and moisture load were described in detail. Secondly, the empirical methods for ventilation calculation in transition season were shown. Finally, formulas to achieve ventilation control and air conditioning during summer and winter were offered.

natatorium; thermal and moisture load; ventilation; dehumidification

1671-6612（2016）06-650-04

TU83

A

張立文（1984.12-），女，研究生，工程師，E-mail：zhangliwen5416@126.com

2016-04-25