消防站多功能訓練館熱水系統設計及利用

摘要：本文旨在解決游泳池及淋浴系統中的難點問題，如游泳池熱水及淋浴熱水的熱源、儲熱水箱的容積大小、游泳池熱水控制流程、電補熱加熱量大小的確定等。經過熱源優缺點的對比，得出游泳池應采用購買熱水作為熱源供應，而淋浴熱水則可利用太陽能系統提供。經計算，確定儲熱水箱容積為100 m3，并且需要電補熱加熱量為47 kW。此外，可以將游泳池和儲熱水箱的廢水作為消防車的補給水源使用，在確保滿足需求的同時將多余的廢水排入市政污水井以實現節約用水的目標。

關鍵詞：游泳池熱源；儲熱水箱的容積；游泳池熱水控制流程；淋浴熱水熱源；太陽能系統電補熱加熱量；廢水利用

中圖分類號：TU822" " 文獻標識碼：A" "文章編號：２０９６-2118（2024）04-0012-04

Design and Utilization of Hot Water System for Multi-Functional Training Hall of Fire Station

ZHANG Liyun1，ZHU Jingjun2，CHU Yi1

（1：Jilin Jianyuan Design Group Co.，Ltd.，Changchun Jilin 130011，China；2：China United Design Co.，Ltd.，Changchun Jilin 130000，China）

Abstract：This paper aims at solve the difficult problems in the swimming pool and shower systems，such as the heat source for swimming pool hot water and shower hot water，the size of the hot water storage tank，the control process of swimming pool hot water，and the determination of the size of electric supplementary heating.After comparing the advantages and disadvantages of heat sources，it is concluded that swimming pools should use purchased hot water as the heat source supply，while shower hot water can be provided by a solar system.After calculating，the size of the hot water storage tank is determined to be 100 m3，and the electric supplementary heating power is determined to be 47 kW.In addition，the wastewater from the swimming pool and the hot water storage tank can be used as a source of water for fire trucks，while ensuring that the demand is met and excess wastewater is discharged into the municipal sewage well to achieve the goal of saving water.

Keywords：swimming pool heat source；volume of heat storage water tank；swimming pool hot water control process；shower hot water heat source；solar energy system electric heating heat；wastewater utilization

0 引言

隨著人們對生活品質追求的不斷提高，對游泳池及淋浴熱水的要求越來越嚴格，也越來越受到重視。多功能訓練館是為消防戰士提供體能訓練的場所，內設游泳池和淋浴熱水系統，因此，游泳池及淋浴熱水系統的合理設計至關重要，如何確保其水溫成為一個重要的問題。從節水角度考慮，還需要特別關注游泳池及儲熱水箱廢水的利用。

1 熱源的選擇

消防站多功能訓練館熱水系統包括游泳池熱水和淋浴熱水。該系統采用多種形式的熱源供應，其中常規的有燃氣鍋爐、太陽能、空氣源熱泵、電鍋爐以及購買熱水，為選擇最適合本項目的熱源形式，表1列舉了不同熱源優缺點的對比。

由表1可知，選用購買熱水作為游泳池熱源，可同時滿足國家《游泳池給水排水工程技術規程》CJJ 122—2017[1]中第7.1.1條的規定。

根據國家《建筑節能與可再生能源利用通用規范》GB 55015—2021[2]中第5.2.1條的規定：新建建筑應安裝太陽能系統。本項目結合規范及實際情況，確定采用太陽能作為淋浴熱水熱源，具有運行費用低，無危險，無污染、不需要維護人員，方便易維護等優點。目前，太陽能熱水系統是在太陽能應用發展中具有較高經濟價值、技術成熟且已商業化的一項應用產品。

2 游泳池儲熱水箱的確定

游泳池熱水采用購買熱水提供熱源。外購熱水存儲在地下一層熱水機房內的儲熱水箱，儲熱水箱采用50 mm聚氨酯保溫。圖1為游泳池平面示意圖，圖2為游泳池剖面圖。

游泳池總體積為v1=20 m×50 m×2 m=2 000 m3，假定外購熱水溫度為t1=70 ℃，每天水池水溫下降t2=2 ℃。游泳池水溫為t3=28 ℃，根據熱平衡公式：cv1 Δt1=cv2 Δt2，即cv1t2=cv2［t1-（t3-t2）］，將數據代入公式后為2 000×2=v2×［70-（28-2）］，得出v2=90 m3。經計算，儲熱水箱需要儲存熱水容積至少為90 m3。經過當地實際調查后，運輸熱水車輛的儲存容積有4種規格（見表2）。

根據運輸熱水車輛的儲存容積得出3種方案：①選擇規格1，購買6車熱水量為96 m3；②：選擇規格2，購買5車熱水量為90 m3；③選擇規格3，購買5車熱水量為100 m3。

綜合考慮以上3種方案后，確定儲熱水箱需要儲存熱水容積為100 m3，這樣無論購買96 m3，90 m3，100 m3，儲熱水箱均能容納，也能滿足游泳池水溫的要求。

3 游泳池熱水控制流程

游泳池熱水控制流程：①游泳池配備溫度傳感器d，以實現實時水溫顯示，方便操作人員掌握運行數據。當溫度低于28 ℃時需加熱，先啟動電磁閥R，再啟動水泵2#；當游泳池溫度達到28 ℃時停止加熱，先關閉水泵2#，再關閉電磁閥R。平時電磁閥R處于關閉狀態。共有2臺水泵2#，平時一用一備，初始加熱時需同時工作。②熱水箱配備溫度傳感器e，以實現實時水溫顯示，方便操作人員掌握運行數據，且實時傳輸至管理終端，當水溫低于30 ℃時，需要重新購買熱水進行補熱。相關字母及數字見圖3～圖4及表3。

4 太陽能系統電補熱加熱量的確定

隆基綠能發布了《2023年氣候行動白皮書》，旨在實現運營碳排放降低近40%的目標，作為可再生能源，太陽能集熱器的熱效率為50%，與傳統能源相比，推進了能源的清潔、低碳和高效利用。因此，在該項目中，淋浴熱水采用太陽能系統提供熱源，并設置了太陽能熱水間進行電補熱[3]。根據淋浴間淋浴噴頭數確定保溫水箱容積為12 t。冷水經過太陽能集熱系統加熱并存儲在保溫水箱中，保溫水箱采用50 mm聚氨酯保溫，而后通過供水泵輸送至各用水點。

在冬季或太陽能不足時，水箱水位不低于保護水位，當水箱溫度低于設定值時，電補熱自動啟動加熱，直至水箱溫度達到設定值時停止[4]。電補熱的計算：根據國家《建筑給水排水設計標準》GB 50015—2019[5]中表3.2.12的規定，一個淋浴頭的額定流量為0.15 L/s，一個淋浴頭1 h用水量為0.15 L/s×3.6=0.54 t，冷水由10 ℃加熱到40 ℃，根據公式Q=cmΔt可知，1個淋浴頭1 h需要的熱量為Q1=4.187 kJ/（kg·℃）×0.54 t×1 000 kg/t×（40-10）℃=67 829.4 kJ，設計中淋浴頭22個，需要總熱量為Q總=67 829.4 kJ×22個=1492 246.8 kJ。那么，需要的太陽能熱水箱容積為V=1 492 246.8 kJ/［4.187 kJ/（kg·℃）×1 000 kg/t×（40-10）℃］=12 t。12 t太陽能熱水需要的熱量為Q2=4.187 kJ/（kg·℃）×12 t×1 000 kg/t×（40-10）℃=1 507 320 kJ，考慮12 t水被加熱需要9 h，則太陽能電補熱為1 507 320 kJ/（9 h×3 600）=46.5 kW。本設計選用太陽能電補熱為47 kW。

5 廢水利用

游泳池的水容積為2 000 m3，儲熱水箱容積為100 m3，在考慮節水的前提下，當游泳池或儲熱水箱需要排水時，應充分利用這部分廢水。作為消防站項目，園區內設有訓練塔，當消防員進行訓練時，可以充分利用游泳池及儲熱水箱廢水作為消防車的補給水源。只有多余的廢水才會排入市政污水井，以實現節水的目的。游泳池廢水利用方案見圖5，熱水機房集水坑排水系統見圖6，儲熱水箱廢水利用設計見圖7。

6 結語

1） 游泳池的熱源為購買熱水，經運輸車貯入儲熱水箱內，由于運輸車的規格不同，為了使儲熱水箱能適應多種運輸車的規格，在確定其容積時需綜合考慮相關因素。通過本文的研討，最終確定儲熱水箱的容積為100 m3，這樣無論運輸車規格是16 m3，18 m3，20 m3，儲熱水箱均能容納，也能滿足游泳池水溫的要求。

2） 要想游泳池水溫保持恒溫，因此必須對游泳池熱水進行自動控制。本文詳細闡述了游泳池熱水控制流程，以實現系統的高質量運行和良好的使用效果。

3） 淋浴的熱源為太陽能系統，既滿足了規范要求，又滿足了實際需求。本文根據實際工程情況，全面研究了電補熱的加熱量，從而解決了太陽能不足的問題，加快了太陽能系統在綠色低碳生活中的應用。

4） 游泳池及儲熱水箱的廢水，當需要排放時，常規設計是將廢水排入市政污水井內，但從節水的角度考慮，設計時將此部分廢水用于消防員訓練使用，多余廢水才排入市政污水井內。

5） 太陽能系統越大，其環境效益及綠色低碳效益就越顯著。然而，這也意味著初投資規模就越大。因此，需要進一步研究如何將太陽能與其他可再生能源相結合利用，以實現初投資和運行費用方面的效益最大化。

參 考 文 獻

[1]中國建筑設計院有限公司，貴州建工集團第一建筑工程有限責任公司.游泳池給水排水工程技術規程：CJJ 122—2017[S].北京：中國建筑工業出版社，2017.

[2]中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑節能與可再生能源利用通用規范：GB 55015—2021[S].北京：中國建筑工業出版社，2021.

[3]劉文龍.太陽能輔助電加熱聯合熱水供給系統節能控制[J].自動化儀表，2020，41（7）：45-47，51.

[4]徐以時.太陽能熱水系統貯熱及輔助加熱設備優化設計[J].中國給水排水，2010，26（14）：59-62.

[5]華東建筑集團股份有限公司.建筑給水排水設計標準：GB 50015—2019[S].北京：中國計劃出版社，2019.

編輯：劉 巖