熱泵在室內泳池中的應用

陸紹云

【摘要】通過分析室內恒溫泳池熱濕負荷計算，提出室內泳池單獨采用除濕熱泵時面臨的冬季制熱量不足的問題，并提出將除濕熱泵與熱水熱泵聯合運用的解決方案。

【關鍵詞】恒溫泳池；除濕熱泵；空氣源熱水熱泵

引言

隨著社會經濟的發展，室內游泳館逐漸普及到人們的生活中，尤其是在學校游泳館、以及一些商業健身會所、高檔住宅小區。室內游泳館屬于高濕環境，對室內空氣的處理占了泳池運行能耗的很大一部分。因此，選擇一套合理高效的水暖系統，是室內游泳場館良好運營、穩定盈利的關鍵。

室內泳池空調、除濕和池水加熱常見的問題

室內泳池水溫一般控制在26～28℃，空氣溫度則比水溫高出1～2℃，相對濕度控制在人體最舒適的60～65%范圍內。游泳池日常能耗主要來自夏季空調制冷、冬季采暖和池水加熱三方面。當前泳池區暖通和水加熱部分的設計主要面臨下列問題：

1、除濕 泳池區有大量水分蒸發，消毒的余氯揮發，是高濕環境，易產生細菌、霉菌，極易破壞室內空氣質量和裝飾材料。傳統做法是通風除濕，技術簡單，但通風除濕的做法導致室內暖濕空氣中的能量被白白浪費，有悖節能宗旨。

2、供熱費用高昂、能量未得到綜合利用。傳統泳池加熱采用燃油燃煤鍋爐，燃料價格年年攀升，尤其是燃燒煙氣排放處理不當極易引起周邊投訴。時下常壓天燃氣熱水機組得到了廣泛應用，但采用燃氣鍋爐作為泳池熱源，熱水系統只能間接加熱，而且為了維持水溫，鍋爐需要常態運行，而且燃料價格的上漲是不可逆轉的趨勢。在寸土寸金的商業面積內，鍋爐房的選址建設苦難重重，消防審批苛刻，物業單位需配備專職司爐工，設備每年保養費用也很可觀。

由于上面提到的這些問題，目前在市面上興起很多專門針對室內泳池開發的恒溫恒濕熱泵。一種為常規的空氣源熱水熱泵，只提供池水的加熱，還有一種能將除濕、空調、加熱等功能集合于一體，其工作原理簡言之，即是將池水表面蒸發熱損（包括顯熱和潛熱）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，當春秋的過渡季節時，（空氣溫度在15℃～26℃，相對濕度小于60%），設備運行全新風模式，此時，只有熱泵的通風機在工作，這種狀態下，熱泵的節能優勢是顯而易見的。但在冬季，除濕熱泵的運用卻面臨制熱不足的問題。以下結合具體項目，通過實例計算予以說明。

案例分析：

某健身會所泳池主要參數：室內泳池水面面積F池==300 m2 、總水量V=345 m3 ；游泳池廳游泳池廳高度5m～9.6m 、面積585 m2

1、除濕計算

泳池區蒸發量LW =（0.0174Vf+0.0229）（Pb-Pq）×F池×760/B=42.93 kg/hr

人體散濕量L人=5.50 kg/hr 泳池區人數n=F/S人=50人 新風量Q新=0.30 m3/s

夏季新風最大增濕量L新 =（dw-dn）×Q新×ρ=18.33kg/hr

夏季泳池最大濕負荷=Lw+L人+L新=66.76 kg/hr

2、泳池維持水溫熱負荷計算：

（1）泳池區水面蒸發損失的熱量

Q1=4.187γ（0.0174Vf+0.0229）（Pb-Pq）×F池×760/B=29.09 KW

池底、池壁管道和設備等傳導損失的熱量，按蒸發損失熱量的20%計算

Q2=29.09×20%=5.82 KW

補充水加熱需要的熱量

Q3=CMΔΤ=35.1 KW

泳池維持水溫熱負荷為Q=Q1+Q2+Q3=70.01 KW

3、泳池初次加熱時間校核

根據規范要求，游泳池的初次加熱宜在48個小時內完成。

初次加熱池水每小時所需熱量

Q升=175.55 KW

（2） 在加熱的同時，泳池也在散熱，散熱按維持水溫熱量的1/3計算，則

Q散=（29.09KW+5.82KW）÷3=11.63KW

（3） 初次加熱每小時所需要的熱量： Q=Q升+Q散=187.18KW

4、淋浴熱負荷

男女淋浴間共配有14個淋浴器 計算得淋浴熱負荷14.7kw，60度熱水用量 230L/h

注意：游泳池除濕熱泵出水溫度低，不能滿足淋浴水溫要求。

5、采暖空調負荷

計算得出夏季冷負荷為64KW，冬季采暖負荷為88KW

參考市面上主流泳池除濕熱泵參數，除濕量60kg/h左右的熱泵，約可提供熱量約120kw，制冷量約90 kw。顯然，除濕熱泵冬季制熱量無法同時滿足加熱池水以及室內采暖負荷（缺口將近40kw），更無法滿足淋浴用熱，初次加熱時間經校核也不能滿足，必須提供輔助熱源，較為常見的有兩種做法：

第一種：風管上安裝電加熱器直接加熱空氣，所配置的電加熱器根據室內的空氣溫度來逐級投加的。

第二種：在風管上安裝表冷器來加熱（制冷）空氣，直接把熱水（冷凍水）接入表冷器，此方式需要外部提供循環熱水。

上述第一種方式，根據GB50189-2015 4.2.2條：除個別情況下，一般不得采用電直接加熱設備作為采暖熱源。從計算例子中可看到，光初次加熱，熱負荷缺口就將近70kw，如采用電加熱，其功率甚至遠超過熱泵本身的輸入電功率，并將導致開關、電纜，乃至變配電所低壓開關柜的投資都要增加。

面對上述問題，建設方經過研究，提出以下解決方案：既然總體思路是利用熱泵，那就再增加一臺制熱量約60kw的空氣源熱水熱泵，該熱泵一方面解決淋浴熱水，并作為室內泳池的輔助熱源。

結論

此方案通過采用兩種類型熱泵的搭配，解決了冬季單靠除濕熱泵熱量不足，而輔助電加熱又不節能的問題，充分利用了熱泵高能效比的優勢。該方案缺點是系統較復雜，因為有兩套熱泵及其循環管路設備，要實現整個泳池的全自動化控制（包括水處理系統），需聯動的設備較多，增加了系統自控設計的復雜度。空氣源熱水熱泵出水溫度也只能達到60度左右，不太適合熱水采暖，限制了系統綜合能效進一步的提高。但相比采用燃氣熱水鍋爐，熱泵系統在運行成本上的優勢還是明顯的，尤其是在春秋過渡季節，充分利用了室內暖濕空氣回收所得熱量，可有效降低運營成本。