中北大學(xué)游泳館暖通改造方案研究

孫 鵬

(太原理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024)

?

中北大學(xué)游泳館暖通改造方案研究

孫 鵬

(太原理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024)

針對(duì)中北大學(xué)游泳館室內(nèi)環(huán)境不達(dá)標(biāo)的情況，對(duì)游泳館內(nèi)暖通系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，并選取了帶顯熱回收空氣熱回收設(shè)備的熱風(fēng)供暖系統(tǒng)改造方案，在滿足室內(nèi)環(huán)境要求的基礎(chǔ)上，達(dá)到了降低成本、節(jié)能減排的效果。

游泳館，暖通系統(tǒng)，室內(nèi)環(huán)境，除濕量

1 工程概況

中北大學(xué)游泳館位于太原市尖草坪區(qū)學(xué)院路3號(hào)中北大學(xué)校內(nèi)、中北大學(xué)文體中心B區(qū)1層。游泳館建筑高度為14.9 m，建筑面積3 494.4 m2。館內(nèi)包含游泳標(biāo)準(zhǔn)池、練習(xí)池及戲水池，無觀眾席。自2010年年底投入使用以來，豐富了廣大師生的課余生活，同時(shí)承擔(dān)了大量的教學(xué)任務(wù)。學(xué)校游泳館因其使用功能的特殊性，對(duì)舒適性、安全性都有更高的要求，因此是校領(lǐng)導(dǎo)常年重點(diǎn)關(guān)注的區(qū)域之一。

中北大學(xué)游泳館投入使用后，由于原有通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行不良導(dǎo)致室內(nèi)濕度大及冬季室溫偏低，造成館內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)嚴(yán)重腐蝕，掉落大量銹渣及石塊，存在極大的安全隱患。因此在校方的要求下，對(duì)游泳館內(nèi)暖通系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2 現(xiàn)狀調(diào)查

游泳館未設(shè)置中央空調(diào)系統(tǒng)，采用地面輻射供暖系統(tǒng)冬季供暖。原有排風(fēng)系統(tǒng)產(chǎn)生故障無法修復(fù)，擬整體拆除，未設(shè)置機(jī)械送風(fēng)系統(tǒng)。根據(jù)后勤服務(wù)集團(tuán)提供的運(yùn)行記錄，夏季采用自然通風(fēng)可滿足使用要求，冬季實(shí)測(cè)平均室溫僅有18 ℃左右，不滿足使用要求，且建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及外墻保溫受潮嚴(yán)重。

上述存在問題均是由游泳館其本身特殊的使用功能引起的。本建筑設(shè)置于地上1層，層高較高，為大空間建筑；鋼結(jié)構(gòu)屋頂，框架結(jié)構(gòu)主體，窗墻比很大，而窗戶及梁柱部分均為建筑保溫薄弱環(huán)節(jié)。泳池散濕量大，而本建筑無有效的除濕或換氣措施，導(dǎo)致室內(nèi)含濕量高、露點(diǎn)溫度高，當(dāng)建筑保溫厚度不足或保溫失效時(shí)，極易使得建筑外墻或屋頂內(nèi)表面溫度低于室內(nèi)露點(diǎn)溫度，從而產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象。

基于以上原因，若使游泳館室內(nèi)溫濕度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并減少結(jié)露現(xiàn)象的發(fā)生，需從以下幾方面采取措施：1)核算保溫材料熱阻。2)增設(shè)冬季除濕系統(tǒng)。3)提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度。4)增加以對(duì)流供熱為主的系統(tǒng)輔助供暖。

3 設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 外圍護(hù)結(jié)構(gòu)防結(jié)露驗(yàn)算

依據(jù)原設(shè)計(jì)圖紙，外墻填充墻采用300 mm加氣混凝土砌塊，梁柱部分為300 mm鋼筋混凝土外貼60 mm模塑聚苯板，屋頂保溫采用100 mm巖棉，外窗及天窗采用單框雙玻塑鋼窗。外墻填充墻熱阻：R=1.68 (m2·K)/W；外墻梁柱部分熱阻：R=1.79 (m2·K)/W；屋頂熱阻：R=1.85 (m2·K)/W；外窗及天窗熱阻：R=0.37 (m2·K)/W。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度計(jì)算公式：Ti=ti-(ti-te)Ri/R0。計(jì)算結(jié)果如下：外墻填充墻Ti=23.3 ℃>室內(nèi)露點(diǎn)溫度20.1 ℃；外墻梁柱：Ti=23.5 ℃>室內(nèi)露點(diǎn)溫度：20.1 ℃；屋頂：Ti=26-(26+12.8)×0.115/1.85=23.6 ℃>室內(nèi)露點(diǎn)溫度20.1 ℃。結(jié)果表明在設(shè)計(jì)室內(nèi)參數(shù)情況下，不考慮保溫失效的情況，原設(shè)計(jì)圖紙外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，外墻及屋頂部分不結(jié)露。

3.2 散濕量計(jì)算

游泳館內(nèi)的散濕量主要由三部分組成，包括室內(nèi)人體散濕量W1，池邊散濕量W2，敞開水面的散濕量W3三部分。

1)室內(nèi)人體散濕量W1(kg/h)：

W1=0.001×n×n′×g。

其中，g為成年男子的小時(shí)散濕量，100 g/(h·人)；n為室內(nèi)人口總數(shù)，人；n′為群體系數(shù)。

2)池邊散濕量W2(kg/h):

W2=0.017 1×(tn-ts)×F×α。

其中，tn為室內(nèi)空調(diào)計(jì)算干球溫度，℃；ts為室內(nèi)空調(diào)計(jì)算濕球溫度，℃；F為池邊面積，m2；α為潤濕系數(shù)。

3)敞開水面的散濕量W3(kg/h):

W3=0.007 5×(0.017 8+0.012 5Vf)×(Pw-Pi)×F×760/B。

其中，Vf為游泳池水面上的風(fēng)速，一般取0.2 m/s～0.3 m/s；Pw為水表面溫度下的飽和空氣水蒸氣分壓力，Pa；Pi為室內(nèi)空氣的水蒸氣分壓力，Pa；F為游泳池水面的面積，m2；B為當(dāng)?shù)卮髿鈮海琺mHg。

除濕量計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 除濕量計(jì)算結(jié)果

3.3 新風(fēng)量計(jì)算

采用新風(fēng)除濕，所需新風(fēng)量為：G=1 000W/(dn-d0)=1 000×418/(16.06-0.67)=25 341 kg/h=27 160 m3/h。

采用氯氣消毒池水的游泳館新風(fēng)量應(yīng)取1次/h。因此本工程計(jì)算新風(fēng)量應(yīng)為40 000 m3/h，排風(fēng)量應(yīng)取40 000×1.2=48 000 m3/h。除濕新風(fēng)量小于安全換氣新風(fēng)量，因此可選用最小限值新風(fēng)量，不存在能源浪費(fèi)情況。

3.4 機(jī)械送風(fēng)供熱量計(jì)算

經(jīng)查閱原設(shè)計(jì)圖紙及計(jì)算可得：圍護(hù)結(jié)構(gòu)供暖熱負(fù)荷為333.7 kW，地暖系統(tǒng)供熱量為292.4 kW。

新風(fēng)量(包括機(jī)械送風(fēng)量及負(fù)壓滲透風(fēng)量)48 000 m3/h。此時(shí)新風(fēng)負(fù)荷：Q=CGΔt=1.01×48 000×1.2×(26+11)/3 600=597.9 kW。機(jī)械送風(fēng)供熱量：597.9+333.7-292.4=639.2 kW。考慮設(shè)置顯熱回收空氣熱回收設(shè)備，熱回收效率60%?；厥帐覂?nèi)排風(fēng)熱量：Q=CGp(tn-tw)η=1.01×48 000×1.2×(26+11)×0.6/3 600=358.8 kW。

總的機(jī)械送風(fēng)供熱量為639.2-358.8=280.4 kW。

4 提出方案

4.1 熱風(fēng)供暖系統(tǒng)

泳池選用4臺(tái)帶熱水盤管的吊頂式熱回收機(jī)組，每臺(tái)排風(fēng)量12 000 m3/h，送風(fēng)量10 000 m3/h，顯熱回收，熱回收率：60%。夏季采用自然通風(fēng)，當(dāng)通風(fēng)量不足時(shí)開啟機(jī)組進(jìn)行復(fù)合通風(fēng)。冬季閉館時(shí)利用原有地暖系統(tǒng)進(jìn)行值班采暖，開館時(shí)開啟機(jī)組進(jìn)行熱風(fēng)供暖及新風(fēng)除濕。該方案施工周期短，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)破壞小，可有效改善冬季游泳館室內(nèi)環(huán)境，改造費(fèi)用少，運(yùn)行費(fèi)用較少。

4.2 泳池除濕熱泵系統(tǒng)

泳池選用2臺(tái)整體式泳池恒溫除濕熱泵機(jī)組，每臺(tái)送風(fēng)量45 000 m3/h，除濕量210 kg/h，制冷量290 kW，制熱量330 kW。夏季采用自然通風(fēng)，當(dāng)室外空氣含濕量大于室內(nèi)時(shí)開啟機(jī)組進(jìn)行除濕。冬季閉館時(shí)利用原有地暖系統(tǒng)進(jìn)行值班采暖，開館時(shí)開啟機(jī)組進(jìn)行熱風(fēng)供暖及冷卻除濕。該方案施工周期較長，需增設(shè)空調(diào)機(jī)房，對(duì)原有房間布局有較大影響，改造費(fèi)用多，運(yùn)行費(fèi)用高，但可最大限度改善游泳館室內(nèi)環(huán)境。

5 方案選擇

采暖期通風(fēng)耗熱量折標(biāo)煤量(kgce)：

G1=34.12×0.003 6TvNQv(ti-ta)/(ti-to·v)。

采暖期耗電量折標(biāo)煤量(kgce)：G2=0.361 9WTvN。

太原采暖期天數(shù)：125 d；通風(fēng)裝置每日平均運(yùn)行小時(shí)數(shù)：6 h。

熱價(jià)：35元/GJ，電價(jià)：0.7元/(kW·h)。

表2 經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益比較

本工程選擇采用帶顯熱回收空氣熱回收設(shè)備的熱風(fēng)供暖系統(tǒng)。由表2經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益比較可知，與泳池除濕熱泵系統(tǒng)相比，初投資費(fèi)用很少，雖然供熱量較大，但可極大減少用電負(fù)荷，每年可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用7.02萬元。同時(shí)每年節(jié)約標(biāo)煤量為32.7 t，既產(chǎn)生了經(jīng)濟(jì)效益也可減少污染氣體的排放量，響應(yīng)了國家節(jié)能減排的號(hào)召。

6 氣流組織設(shè)計(jì)

本工程中送風(fēng)管設(shè)置于頂部，采用下送風(fēng)及側(cè)送風(fēng)形式。風(fēng)口采用電動(dòng)調(diào)角度圓形噴口，必要時(shí)可調(diào)節(jié)風(fēng)口出風(fēng)角度使送風(fēng)吹向墻面、頂棚或吊頂，提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度，減少結(jié)露現(xiàn)象發(fā)生。排風(fēng)管設(shè)置于泳池正上方，將泳池區(qū)內(nèi)持續(xù)蒸發(fā)出的水分和散發(fā)出的氯氣迅速排走。

7 結(jié)語

經(jīng)調(diào)查，太原市內(nèi)各小型游泳館普遍存在室內(nèi)環(huán)境不達(dá)標(biāo)的情況，而游泳館因其使用功能的特殊性，室內(nèi)環(huán)境的長期不達(dá)標(biāo)易引起極大的安全隱患。因此本次暖通改造方案的研究可為今后太原市內(nèi)小型游泳館的維修改造提供參考，方案成果有效克服維修改造工程中存在的工期短、現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜、資金緊張等困難，具有較高的實(shí)用性和推廣性。

同時(shí)，本次研究也為今后的新建游泳館通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了另一種思路，本次研究結(jié)果表明，在太原的氣候條件下，一個(gè)設(shè)計(jì)良好的通風(fēng)系統(tǒng)可以使室內(nèi)環(huán)境得到極大改善，并且極大減少初投資及運(yùn)行費(fèi)用。在小型游泳館的設(shè)計(jì)中，若存在資金緊張、機(jī)房設(shè)置困難等問題，則可以考慮參考本次研究結(jié)果，排除掉中央空調(diào)或除濕熱泵方案，采用帶顯熱回收空氣熱回收設(shè)備的熱風(fēng)供暖系統(tǒng)來處理室內(nèi)熱濕負(fù)荷，同樣可以獲得令人滿意的效果。

[1] JGJ 31—2003，體育建筑設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].第2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[3] 李 娜.某小型游泳館的供暖通風(fēng)設(shè)計(jì)[J].山西建筑，2016，42(4)：124-126.

On heat-supply and ventilation reconstruction schemes for swimming stadium in North University of China

Sun Peng

(ArchitecturalDesignResearchInstitute,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China)

According to some unqualified indoor environment of the swimming stadium of North University of China,the paper design and calculates the heat-supply and ventilation system of the stadium,selects the warm air fan system reconstruction scheme by recycling air heat recycling equipment,so as to lower the cost,save energy and reduce emission based on the satisfaction of indoor environment requirements.

swimming stadium,heat and ventilation system,indoor environment,dehumidification volume

1009-6825(2016)29-0122-03

2016-08-07

孫 鵬(1984- )，男，工程師

TU834

A