熱泵系統(tǒng)在恒溫泳池工程中的應(yīng)用

陳文強(qiáng) 駱名文 曾光明

（廣東美的暖通設(shè)備有限公司，廣東 佛山 528311）

1 恒溫泳池介紹

隨著人們生活水平的提高，露天泳池因?yàn)榧竟?jié)性使用的限制，已經(jīng)無法滿足人們對(duì)全年游泳鍛煉場(chǎng)所的需要。根據(jù)國(guó)家建設(shè)部編撰的《游泳池給排水設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，舒適的泳池水溫在24～29℃之間。常年將水溫維持在舒適區(qū)間的泳池就是恒溫泳池，為避免泳池受天氣和氣候影響，恒溫泳池通常設(shè)置在室內(nèi)。

2 恒溫泳池普遍存在的問題

室內(nèi)游泳池由于池水表面溫度高于空氣露點(diǎn)溫度，池水很容易蒸發(fā)使室內(nèi)空氣變得非常潮濕，濕熱的空氣會(huì)給人帶來非常不舒服的感覺，同時(shí)也嚴(yán)重危害人的健康。潮濕的空氣遇到較冷的物體就會(huì)凝結(jié)出冷凝水（如遇到外玻璃窗、消防門等保溫較差的物體）。冷凝水一方面會(huì)造成霧氣，影響室內(nèi)游泳者觀看室外環(huán)境，另一方面由于室內(nèi)泳池的冷凝水含有大量的氯，將會(huì)腐蝕建筑物，嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)造成房屋垮塌等危險(xiǎn)。

由于泳池水一直蒸發(fā)，造成泳池內(nèi)的熱量大量損失，據(jù)研究顯示，游泳池內(nèi)90～95%的熱量損失是由于蒸發(fā)造成的。為了補(bǔ)充游泳池?fù)p失的熱量，游泳池不得不采用鍋爐、電加熱器等加熱設(shè)備向泳池內(nèi)補(bǔ)充熱量，需要大量的能源費(fèi)用。

要解決室內(nèi)空氣濕度大的問題，必須對(duì)室內(nèi)的濕空氣進(jìn)行空調(diào)除濕，需要安裝專門的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行除濕作業(yè)，也需要消耗大量的能源費(fèi)用。

人們?cè)谟斡厩昂陀斡竞蠖夹枰M(jìn)行沐浴，需要大量的熱水供應(yīng)，也需要采用鍋爐、電加熱器或是熱泵熱水機(jī)組等制取洗浴熱水，也要消耗大量的能源費(fèi)用。

針對(duì)泳池普遍存在的問題，要想建造一個(gè)舒適的恒溫泳池，需要安裝泳池加熱、空調(diào)除濕、洗浴熱水三大系統(tǒng)裝置，初投資和運(yùn)行費(fèi)用都將較高。

3 熱泵系統(tǒng)在恒溫泳池工程的應(yīng)用

3.1 熱泵原理簡(jiǎn)介

熱泵工作原理為在壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)下，遵從逆卡洛循環(huán)，通過制冷劑的內(nèi)能變化從低品位熱源吸取熱量至高溫使用側(cè)放出熱量，從而達(dá)到熱量從低溫物質(zhì)向高溫物質(zhì)轉(zhuǎn)移的目的。即是制冷劑在壓縮機(jī)的做功壓縮下內(nèi)能提高變?yōu)楦邷馗邏旱臍怏w，在熱水換熱器中將水加熱同時(shí)自身內(nèi)能降低變成高溫高壓的液體，而后通過節(jié)流部件的節(jié)流作用，內(nèi)能降低變?yōu)榈蜏氐蛪旱囊后w，而后再進(jìn)入低溫?zé)嵩矗ㄊ覂?nèi)空氣、室外空氣或者其它熱源）換熱器，以低于熱源的溫度蒸發(fā)，吸收熱源熱能變?yōu)闅怏w，而后再次進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮，完成一個(gè)逆卡洛循環(huán)。在熱水換熱器進(jìn)行制熱的同時(shí)，也是對(duì)低溫?zé)嵩催M(jìn)行制冷，這是熱泵系統(tǒng)的一大特點(diǎn)。

3.2 熱泵系統(tǒng)在恒溫泳池工程中的優(yōu)勢(shì)

正如前文所述，恒溫泳池工程中，既存在制熱水的需求，同時(shí)也存在除濕和制冷的需求，而熱泵系統(tǒng)本身的構(gòu)成中就同時(shí)存在著這兩種過程，善加利用必定比僅能提供熱水的鍋爐、電加熱器等設(shè)備更加適合恒溫泳池工程。

3.3 熱泵系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

要充分利用熱泵系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，必然要將空調(diào)除濕、泳池恒溫和沐浴熱水系統(tǒng)融合到一個(gè)熱泵系統(tǒng)中去。根據(jù)這一要求，如圖1所示，熱泵系統(tǒng)需要設(shè)置室內(nèi)空氣換熱器、室外空氣換熱器、泳池水換熱器、沐浴水換熱器。

圖1 恒溫泳池?zé)岜孟到y(tǒng)示意圖

該熱泵系統(tǒng)中室內(nèi)空氣換熱器和室外空氣換熱器都可以作為熱源終端、泳池?zé)崴豌逶崴畵Q熱器則只作為冷凝器使用，提供水加熱功能。各功能模塊通過壓縮機(jī)系統(tǒng)（包括閥組件）進(jìn)行連接。當(dāng)僅需要泳池水加熱功能時(shí)，同時(shí)使用室外空氣換熱器和泳池?zé)崴畵Q熱器；當(dāng)僅需要沐浴熱水加熱時(shí)，同時(shí)使用室外空氣換熱器和沐浴熱水換熱器；當(dāng)既需要泳池?zé)崴中枰逶崴畷r(shí)，同時(shí)使用室外空氣換熱器、泳池?zé)崴畵Q熱器和沐浴熱水換熱器；當(dāng)既需要泳池?zé)崴行枰覂?nèi)空調(diào)除濕時(shí)，同時(shí)使用室內(nèi)空氣換熱器和泳池?zé)崴畵Q熱器；當(dāng)既需要沐浴熱水又需要室內(nèi)空調(diào)除濕時(shí)，同時(shí)使用室內(nèi)空氣換熱器和沐浴熱水換熱器；當(dāng)既需要泳池?zé)崴中枰逶崴€要室內(nèi)空調(diào)除濕時(shí)，同時(shí)使用室內(nèi)空氣換熱器、泳池?zé)崴畵Q熱器和沐浴熱水換熱器；當(dāng)僅需要室內(nèi)空調(diào)除濕時(shí)，同時(shí)使用室內(nèi)空氣換熱器和室外空氣換熱器；當(dāng)室內(nèi)空氣換熱器的提供的熱量不能滿足泳池和/或沐浴熱水需求時(shí)，還可以同時(shí)使用室外空氣換熱器作為熱源。另外室內(nèi)除濕產(chǎn)生的冷凝水還可以回流補(bǔ)充泳池散失的水分，實(shí)現(xiàn)池水的循環(huán)利用。

只要負(fù)荷計(jì)算準(zhǔn)確、系統(tǒng)匹配合理，一套熱泵系統(tǒng)即可滿足恒溫泳池工程的空調(diào)、泳池水恒溫、沐浴熱水加熱所有要求，并且實(shí)現(xiàn)熱量和池水的循環(huán)利用，對(duì)降低初投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用的效果十分可觀。

3.4 實(shí)際工程應(yīng)用設(shè)計(jì)

以柳州某室內(nèi)泳池工程為例，工程設(shè)計(jì)要求為：泳池水量375m3、泳池水溫28℃、沐浴用水400人次（水溫40℃）。

恒溫加熱根據(jù)《游泳池建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》，室內(nèi)游泳池的池水每天由于蒸發(fā)、管道熱量損失、補(bǔ)水而產(chǎn)生的溫降為4℃，為維持游泳池水溫恒定所需補(bǔ)充的熱量為：

Qh=cM△T=4.187kJ/kg℃×375T×1000kg/T×4℃=6280500kJ

游泳池初次加熱需要的熱量，冷水溫度柳州地區(qū)按15℃計(jì)算，則所需的熱量為：

Qc=cM △T=4.187kJ/kg℃ ×375T ×1000kg/T ×(28-15)℃ =20411625kJ

沐浴熱水按40L/人次計(jì)算，冷水溫度柳州地區(qū)按15℃計(jì)算，則所需熱量為：

Qr=cM△T=4.187kJ/kg℃×40kg/人次×400 人次×(40-15)℃=1674800kJ

初次加熱時(shí)間按48小時(shí)設(shè)計(jì)，則初次加熱所需功率為：

Wc=Qc/48=20411625/48=425242kJ/h=118kW

按照泳池開放11小時(shí)計(jì)算，恒溫加熱所需功率為：

Wh=Qh/11=6280500/11=570955kJ/h=159kW

按照沐浴加熱10小時(shí)（可與泳池加熱時(shí)間錯(cuò)開，減少初投資）計(jì)算，沐浴加熱所需功率為：

Wr=Qr/10=1674800/10=167480kJ/h=46.5kW

空調(diào)除濕負(fù)荷與池水蒸發(fā)散熱負(fù)荷相當(dāng)，為泳池恒溫負(fù)荷的90%左右，基本和泳池恒溫?zé)岜玫闹评淠芰ο喈?dāng)，無需單獨(dú)計(jì)算負(fù)荷。

綜上計(jì)算數(shù)據(jù)可以看出，如果選擇熱泵系統(tǒng)作為該泳池工程設(shè)備，則僅需選擇額定加熱能力在160kW左右的熱泵即可，相比傳統(tǒng)鍋爐加空調(diào)系統(tǒng)可大幅降低運(yùn)行費(fèi)用，每小時(shí)節(jié)約用電176kWh，相當(dāng)于每天節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用1936元（如表1所示）。

表1 恒溫泳池耗能對(duì)比

[1]游泳池建筑設(shè)計(jì)規(guī)范

[2]游泳池給水排水工程技術(shù)規(guī)程