青島某健身中心熱水系統設計

郭金鑫

華東建筑設計研究院有限公司 上海 200000

1 工程概況

項目位于青島市藏馬山區，地上2層，地下1層，一層主要功能為泳池、兒童游戲池、籃球館、淋浴房和更衣室；二層主要功能為健身房、瑜伽房和團操房，地下一層為配套設備用房。項目未集中設置鍋爐房，地塊周邊無市政熱力管網，主要熱源為地下室熱水機房內燃氣熱水爐提供的高溫熱水[1]。

2 熱水負荷計算

生活熱水系統、泳池水加熱系統及地暖供熱的耗熱量由地下室熱水機房內的燃氣熱水爐供給。主要耗熱量包括：①生活熱水系統耗熱量；②泳池耗熱量，又包括初加熱耗熱量和維持恒溫耗熱量；③暖通地暖耗熱量。

2.1 生活熱水系統耗熱量計算

2.1.1 用水定額。根據《建筑給水排水設計標準（GB50015-2019）》，使用人員用水定額為25L/人次，使用水溫為60℃；衛生器具（淋浴器）的小時用水定額為300L，使用水溫為35℃。

2.1.2 設計小時耗熱量。根據《建筑給水排水設計標準（GB50015-2019）》，體育館運動員休息室等建筑的全日集中熱水供應系統的設計小時耗熱量，其計算方法為：

式中：Qh——設計小時耗熱量（KJ/h）

qh——衛生器具熱水的小時用水定額（L/h），體育中心按淋浴器取值，為300L/h；

C——水的比熱，4.187（KJ/Kg·℃）

tr1——使用溫度，體育中心為35℃

tl——冷水計算溫度，按照最冷月地面平均水溫，4℃

ρr——熱水密度，按照0.983kg/L計算

n0——同類型衛生間器具數量，14個

bg——衛生器具同時使用百分數，按100%

Cr——熱水供應系統的熱損失系數，按1.1

經計算：生活熱水系統設計小時耗熱量 Qh=589468KJ/h=165kW

2.1.3 設計小時供熱量。考慮采用半容積式水加熱器作為加熱設備，設計小時供熱量按設計小時耗熱量計算，即：

2.2 泳池耗熱量計算

池水加熱所需的熱量應為池水表面蒸發損失的熱量、池壁和池底傳導損失的熱量、管道和設備損失的熱量以及補充新鮮水加熱所需的熱量的總和。

池水表面蒸發損失的熱量計算方法如下：

式中：

Qs——池水表面蒸發損失的熱量（kJ/h）

β——壓力換算系數，取133.32Pa

γ——與池水溫度相等的飽和蒸汽的蒸發氣化潛熱（kJ/kg）

νw——池水表面上的風速（m/s），室內池為0.2m/s～0.5m/s，室外池為2m/s～3m/s

Ρb——與池水溫度相等時的飽和空氣的水蒸氣分壓力（Pa）

Pq——水池的環境空氣的水蒸氣分壓力（Pa）

As——水池的水表面面積（m2）

B——標準大氣壓力（Pa）

B′——當地的大氣壓（Pa）

池底、池壁、管道和設備等傳導所損失的熱量應按池水表面蒸發損失熱量的20%計算。

泳池補充新鮮水加熱所需的熱量計算方法如下：

式中： Qh——補充新鮮水加熱所需的熱量（kJ/h）

ρ——水的密度（kg/L）

Vb——新鮮水的補充量（L/d）

C——水的比熱（kJ/（℃.kg））

Td——池水設計溫度（℃）

Tf——補充新鮮水的溫度（℃）

th——加熱時間（h）

經計算，泳池初加熱耗熱量為340kW，維持恒溫耗熱量為110kW。

2.3 地暖耗熱量計算

根據與暖通專業溝通，地暖耗熱量按260kW設計。

2.4 設計小時耗熱量計算

熱媒系統最大耗熱量工況可分為三種，第一種工況為采暖季節健身中心泳池換水日，所需耗熱量應為泳池初加熱耗熱量、地暖耗熱量之和（避開淋浴房用水高峰，對泳池池水進行加熱）， =600kW；第二種工況為健身中心采暖季節正常運行工況，所需耗熱量應為生活熱水系統耗熱量、泳池維持恒溫耗熱量和地暖耗熱量之和， =535kW。第三種工況為健身中心非供暖季節正常運行工況，所需耗熱量應為生活熱水系統耗熱量、泳池維持恒溫耗熱量之和， =275kW。熱媒系統供熱量應同時滿足三種工況，熱媒系統供熱量按600kW設計[2]。

3 熱水系統設計

3.1 系統形式選擇

由于地暖熱水、泳池熱水及生活熱水對水質、水溫及水壓的要求各不相同，考慮如下兩種方案：

方案一：間接供熱系統，生活熱水、泳池加熱、地暖加熱合用熱媒系統，獨立設置換熱系統，各系統熱水管網獨立；

方案二：直接供熱系統，地暖及生活熱水系統合用熱水爐（供暖、供熱兩用），泳池加熱獨立設置熱媒系統。

對方案一、方案二從系統組成、經濟性及系統穩定性等角度，作出比選如下：

表1 熱水系統方案比選

綜合考慮系統的經濟性、合理性及穩定性，選擇方案一。 熱媒系統原理圖詳圖1。

圖1 熱媒系統原理圖

3.2 生活熱水預熱-加熱系統設計

太陽能是一種清潔能源，且造價較低，考慮到當地節能要求，結合建筑屋面布置，在平屋面上設置有效面積約30m2的太陽能板，用太陽能高溫熱水對生活熱水系統進行預熱生活熱水機房內設置太陽能熱媒循環泵及太陽能高溫熱水-生活熱水換熱的半容積式水加熱器，對生活熱水進行預熱。生活熱水預熱系統原理圖詳圖2。

圖2 生活熱水預熱-加熱系統原理圖

3.3 系統運行策略

3.3.1 供暖季節，泳池初加熱+地暖加熱。健身中心泳池換水日，避開生活熱水使用時間對泳池池水加熱，熱媒負荷需按泳池初加熱耗熱量及地暖耗熱量計算。關閉生活熱水系統熱媒供水管電動閥，七臺熱水爐全部開啟，經分水器分流后分別給泳池池水加熱系統及地暖熱水加熱系統供應熱媒[3]。

3.3.2 供暖季節，生活熱水加熱+泳池恒溫加熱+地暖加熱。健身中心正常營業之后，熱媒供應負荷需按生活熱水系統加熱耗熱量、泳池池水加熱維持恒溫耗熱量及地暖熱水加熱耗熱量計算。打開生活熱水系統熱媒供水管電動閥，同時關閉一臺泳池熱媒循環泵。七臺熱水爐全部開啟，經分水器分流后分別給各換熱系統供應熱媒。

3.3.3 非供暖季節，生活熱水加熱+泳池恒溫加熱。除冬季外，其他無須供暖季節，熱媒供應負荷應按生活熱水系統加熱耗熱量、泳池池水加熱維持恒溫耗熱量計算。打開生活熱水系統熱媒供水管電動閥，關閉地暖熱媒供水管電動閥及地暖熱媒循環泵，同時關閉一臺泳池熱媒循環泵。開啟四臺燃氣熱水爐，熱媒經分水器分流后分別給各換熱系統供應熱媒。

3.3.4 非供暖季節，泳池初加熱。除冬季外，健身中心泳池換水日，避開生活熱水使用時間對泳池池水加熱，熱媒供應負荷應按泳池池水初加熱耗熱量計算。關閉生活熱水系統熱媒供水管電動閥，關閉地暖熱媒供水管電動閥及地暖熱媒循環泵，同時打開兩臺泳池熱媒循環泵。開啟四臺燃氣熱水爐，熱媒經分水器分流后分別給泳池換熱系統供應熱媒。

3.3.5 生活熱水預熱-加熱系統控制。當預熱系統的水加熱器溫度小于等于55℃時，輔助熱源對生活冷水繼續加熱；當其出水溫度大于等于60℃時，輔助熱源停止加熱。

當管道溫度T1小于等于3℃時，太陽能熱水系統管道放空，防止管道冰凍；當T2≤55℃時，電動閥①關閉，當T2＞55℃時，電動閥①打開，防止集熱系統過熱。

同時，為了保證熱水用水溫度，在熱水回水管道末端設置定溫控制器，控制生活熱水循環泵開啟，當T4＜55℃時，生活熱水循環泵啟動。當集熱系統回水管道末端也設置定溫控制器，當T5＜65℃時，集熱循環泵啟動[4]。

4 結束語

本文對同時存在泳池、公共浴室及地暖需求的健身中心的熱水系統熱媒的選型、最大小時耗熱量、系統控制進行了計算分析，建議合用熱媒系統，分設換熱系統。同時，提出了生活熱水系統太陽能預熱系統，建議在今后集中熱水系統設計中，結合屋面設備布置情況，采用太陽能對生活熱水進行預熱，節能、綠色且環保。