游泳馆建筑空调节能设计思路探讨论文

游泳馆建筑空调节能设计思路探讨论文摘要:最近几年，包括比赛池、训练池、休闲健身娱乐池、温泉及水疗(SPA)等的游泳馆相继涌现，其数量明显增加，作为大空间体育建筑重要的一类，与其他类型的体育建筑相比，虽具有一定的共性，但仍具有一定的特殊性,游泳馆空间体积庞大且存在大量水蒸气，存在

关键词:游泳馆,建筑,空调,节能,设计,思路,探讨,论文,引言最近几年，包括比赛池、训练池、休闲健身娱乐池、温泉及水疗(SPA)等的游泳馆相继涌现，其数量明显增加，作为大空间体育建筑重要的一类，与其他类型的体育建筑相比，虽具有一定的共性，但仍具有一定的特殊性,游泳馆空间体积庞大且存在大量水蒸气，存在的设备也繁多复杂;特别是泳池冬季加热耗能高，用水循环量大以及由于空气湿度大，都使得空调负荷增加，从而增加空调能耗。与此同时，现有泳馆室内凝露现象普遍存在，不仅影响人体舒适感，而且对建筑围护结构的破坏也很严重，这些都已成了经营者的沉重负担[1]。通过对目前全国游泳馆类建筑的调查和分析发现，中国游泳馆的能耗比发达国家高40%左右[2]，其空调系统方式的选取对节能至关重要，必须通过技术经济比较后合理确定，因此，游泳馆的空调设计成了很多设计部门的新课题。1、空调风系统的节能设计1.1空调风系统的选择目前，一次回风定风量系统在游泳馆空调系统中比较常见，这一空调通风量的确定与h-d图的分析密不可分。同时，又受到建筑物空间形状、空调系统形式、冷热负荷变化、气流组织、送风温度、换气次数等诸多因素的影响。当ε线与机器露点不相交时，还应增设再热量。再热需要消耗一定量的能量，因此，利用排风回收热量或通过回收的冷凝热量用作池区送风再热，既保证送风温度满足要求，又减少了冷凝热量的排放，同时，还能降低对室外热环境的影响。在泳池的空调通风设计时，一般不推荐采用二次回风，该回风方式不仅会提高系统总送风量，使管道布置困难，而且由于泳馆的回风的含湿量较舒适性空调系统高，会把部分湿量再次带入空气处理系统中去，使得表冷器的负担增加，导致机器露点下降，常规的供冷系统不易满足要求。特别是在南方气候湿度较大的天气里，表现尤其明显。在泳馆设计中，一般推荐采用变风量全空气空调系统，变风量空调系统具有控制灵活、节能等优点，能根据不同季节及室外新风状态的情况，特别是能根据池水散湿量的变化情况，自动改变送风量，使风机的输送能耗相应减少。风机的变风量途径的方法很多，其中变速调节通风机的节能效果最好，而变频调节方式更为节能。对于在过渡季节及夏季对温湿度要求不高的公共游泳场馆、休闲游泳场馆来说，在室外气象条件较好的情况下，采用自然通风或全新风模式，减少冷水机组开机时间，降低运行能耗。因此，在设计时就应该充分考虑全新风模式运行的可能性。冬季为保持馆内温度，采用连续运行的采暖系统负担外围护结构的耗热量，由通风系统负担排风所引起的热损失。此采暖通风设计方案简单易行且有利于节能和降低投资。冬季及过渡季利用室外较干燥的空气加热后送入室内，排出室内高湿空气，保持室内必要温、湿度。1.2空调风系统送风量的确定根据《公共建筑节能设计标准》的要求[3]，游泳馆属于面积较大、人员较多的场所，宜采用单风道送风全空气空调系统。为消除余热、余湿以及室内污染物，游泳馆空调无论采用何种系统均需要保证一定的通风量，一般常规空调系统是根据冬、夏季设计工况确定通风量，而泳馆空调设计则有其特点，需以过渡季工况计算通风量，这是由于在该季节室内外空气含湿量大体相同，且围护结构也存在着结露的隐患，因此，在设计中必须要以过渡季工况计算来校核保证最小除湿通风量，这点在泳馆设计中是至关重要的。为此，空调风系统送风量应按以下4个方面计算，并取大值。(1)根据冬、夏季设计工况计算确定通风量;(2)过渡季工况下的除湿风量;(3)保证人员健康的最小新风量;(4)控制室内污染物浓度指标的最小换气次数。值得注意的是，由于游泳馆的高湿环境，不能直接用送入的低温室外风来消除余热，为防止室内产生雾化现象，控制的送风温度不能低于22℃，夏季还应根据这一要求来计算送风量。1.3新风量的确定新风比对空调采暖系统能耗的影响至关重要，为了改善室内环境，娱乐性游泳馆大多采用直流式送排风方式，能源浪费严重，合理地利用回风是减少能耗最有效的措施。根据上海某泳馆的测试资料表明，当新风比为0.31时，冬夏季总耗电量减少了6.8%。总耗气量减少了约50%;若过渡季采用全新风，空调供暖季节采用部分新风，则系统年总耗电量相对于全新风可降低15.6%，总耗气量可减少54.7%。随着水处理技术的提高，国内游泳馆池水越来越多地采用臭氧消毒技术，它对水的自然性质没有影响，也基本上可以消除酸性气体对金属制品的腐蚀，这就为通过加大系统中回风的使用量来取得节能的效果带来了可能性。根据国内外设计经验，在池水采用臭氧消毒技术游泳馆中，尽可能采用可调新风比运行的方式送风，池区的新回风比不应小于0.10;观众席的新回风比不宜小于0.30，当按人员数量得出的新风量超过30%时，则按30%选取。而对于池水采用氯气消毒的游泳馆，如需采用全新风运行，建议也应设置热交换装置用以回收热量。1.4空调风管的节能设计由于泳池在其他的设计方面同普通体育建筑有着共性，因此，在空气调节系统绝热材料的最小热阻、经济厚度、送风温差、空气调节风系统的作用半径等方面应按《公共建筑节能设计标准》之要求执行[5]。需要指出的是泳池内部风管除绝热层外，应设置隔汽层和保护层。由于泳池内部空气潮湿，保冷管道的绝热层外的隔汽层是为了有效地防止绝热层内凝露，以保证绝热效果，同时还应设置保护层来保护隔汽层。2、空调气流组织的节能设计2.1无看台的游泳馆空调方式无看台的游泳馆主要是服务于娱乐性场馆或群众非正式比赛时使用。它们的共同特点是池边面积不大，要求不高，主要以满足其冬季热舒适性要求为主。此类游泳馆在过渡季节及夏季宜采用直流通风的方式进行除湿，这样可以节约夏季空调冷耗，冬季除湿效果又好，对防结露有利。2.2有固定看台的游泳馆空调方式对于绝大部分存在高大空间的比赛用场馆内，冬季空调时要使游泳区保持20～28℃，观众区保持18～22℃，这属于两种不同的空气要求，为了尽量提高看台的舒适度，同时满足比赛时池区温湿度，应采用分区空调的方式[6]。一般来讲，单面看台宜采用垂直空气幕分隔，双面看台宜采用水平风幕分隔。在泳馆内采用一定的方式使池边和看台温湿度场分开。分区已成为在同一高大空间营造两种小气候环境且上冷下热的必要条件。只有这样，才能最大限度地减弱由于热压引起的自然对流，节能运行。在现实工程中，两区间如无某种隔断是难以达到分区空调要求的。目前分区方法有两种：①采用玻璃隔开。空调效果最佳，但会对观赏的气氛有较大影响，同时还有构造和造价等问题。②垂直风幕隔断，为了保证效果，所需风量颇大，给工程中布置管道带来很大困难，且能耗也高。对于实际工程来讲，单面看台可以考虑垂直风幕，双面看台可以采用水平风幕，但使用水平风幕不可能作出上下温差很大的两个区，还应考虑一定的温差，实验证明这是一种可行的办法。2.3竞赛性游泳馆内送风方式2.3.1置换式或诱导式坐椅下送风随着暖通空调技术的发展，在体育建筑中置换式或诱导式坐椅下送风成为一种流行趋势[7]。在条件允许的情况下是可行的。根据以往的设计经验来看，坐椅下送风的末端送风设备的送风温度不宜低于19℃，末端送风设备的送风速度不宜高于0.5m/s，以保证人体舒适性的要求，同时通过置换式或诱导式的气流方式也达到了节能的要求。2.3.2分层式送风目前国内游泳馆比赛大厅空调系统主要采取分层式送风方式。游泳馆池厅的空调系统属舒适性空调。虽然池厅容积大、净空高，但为降低空调负荷，充分节能，避免将屋顶和灯光负荷带入观众席，因此，只需要在人们活动的下部空间范围内和观众席对空气质量进行控制即可。同时，也能充分降低系统初投资，有利于污染物的消除。缺点是温湿度不均匀，上部空气潮湿，如局部外围护结构保温薄弱则易结露，建议采用天窗送热风或提高围护结构的保温性能等措施来避免结露现象，以保证空调效果。2.3.3笼罩式送风该气流组织方式是指将空调处理过的空气以送风流场的要求用条缝风口或喷口向上送入泳池上部区域，再经过下部区域回风的空调方式，有学者形象地称之为笼罩式气流组织，在目前国外竞赛性游泳场馆得到了大量的运用，其优点是温湿度均匀，气流场稳定，上部空气干燥。由此得知，对于竞赛性场馆，在屋顶受条件所限无法布置排风机或大量采用玻璃等建筑材料时，这种空调气流组织方式可以有效地降低屋顶外围护结构较薄弱处结露的可能。但相对来说，所消耗的能量较大，有关资料表明[8]，在屋顶开窗比为50%时，空调系统采用笼罩式气流组织方式的风量要比分层式的大19.5%，而盘管的冷量则要大5.8%。因此，在设计中应结合实际情况合理的选择该送风方式，并经过技术分析比较最终确定。2.4娱乐性游泳馆常用的气流组织方式娱乐性游泳馆内的游泳者一般为非专业运动员，可能还会有老人和儿童，因此，池水设计温度比竞赛池温度高，室内设计温度也相对较高。为了增强冬季除湿效果，降低夏季空调能耗，降低结露的危险，因此，采用下送上(侧)排的系统，送风口可根据建筑布局利用池边休息长凳或直接均匀的布置在侧墙地面上，也可以利用送风柱、跳台等位置布置风口。通过侧、顶部排风，使室内保持微负压状况，有利于节能。这种游泳池大多采用大面积落地窗，为保持建筑上的通透效果，热风送风风口应设于玻璃窗下方，自下向上送热风，则既可以提高玻璃内表面温度以防结露，又可降低酸性气体及湿空气的侵蚀。其次排风口、回风口在池水上部或尽量靠近水面布置。这样做可以使湿空气以最短的路程离开池区，避免对室内空气造成侵害。3、风系统热回收的运用游泳馆通风空调系统中的空气一般不能循环使用，池水也需要加热和定期更换，通过对冬季泳馆总耗热量实测中，用于送采暖和排风的热量约占总耗热量的50%左右，而用于池水加热的热量也占到了1/3以上，加上更换的池水和淋浴排出的废热，这些都具有较大的能量回收利用价值和潜力[9]。由于泳池建筑的特殊性，冬季室内空调设计温度要比普通区域的设计值高许多，因此，设置热回收装置，不但可以提高系统效率，减少热量的无偿流失，降低加热能耗，还可以充分利用热回收对新风进行预热，使新、回风混合点避开结露区。由此可知，分系统热回收具有十分积极的经济效益。热回收装置可分为全热回收和显热回收两种，游泳馆自身湿负荷较大，如采用全热回收则会将排风中的部分湿量再次带回空调处理区，这样空调机组的除湿负荷会增加，因此，游泳馆空调应以显热回收为主。当然，在确保冬季室内湿度，不增加空调机组的除湿负荷的前提下，为进一步提高回收效率，依据回收设备不同也可回收一部分潜热。游泳馆常用的热回收设备有转轮换热器、板式显热换热器、中间热媒式换热器、热管换热器、风冷热泵机组等。在工程设计中应结合泳池工程的规模大小，根据不同产品各自的特点、投资情况、机房面积、泳池功能分类以及附近空气品质等因素合理选择，才能取得较好的经济效益。近几年来，市场上出现了利用一种热泵能量回收技术来处理泳池空气的设备，该技术是一项集节能与环保为一体的系统工程。在中小型娱乐性游泳馆空调系统中应用该技术可取得明显的节能效果和环境效益。这也充分证实了利用热泵技术回收低焓能低热资源，对改善能源消耗结构，节省常规能源和保护环境等方面均具有重要意义[10]。4、空调冷热源的节能措施4.1优先采用或结合可再生能源系统游泳馆空调系统可根据项目所在地太阳能、地源等资源和环境条件，采用可再生能源，降低能耗，节省费用。游泳馆能源系统除了夏季制冷空调和冬季供热空调及供暖要求外，游泳馆常年存在池水加热和生活用水加热的需求，地源热泵系统夏季在供冷的同时可免费供热，机组用能效率极大提高，单独制冷时，以地下水为冷却水，可以提高机组运行效率；过渡季和冬季从地下水中取热，热泵又始终以较高的效率运行，同时，减少了相应的一次能源消耗，实现了节能减排。还可以满足过渡季必需的供热温度，实现最大范围内的节能减排。4.2采用冷凝器热回收的机组采用普通水冷机组提供冷热源的游泳场馆，根据经济技术比较，宜优先采用冷凝器热回收机组，在夏季利用回收冷凝热加热卫生热水或池水保温，多余热量再通过冷却塔散掉。目前，冷水机组热回收技术运用已经越来越广泛，技术上也日趋完善，冷水机组全部热回收技术广泛应用于低温热水的预热，使其热交换效率更高;部分热回收尽管应用于高温热水的加热，会增加冷水机组的功耗，但总功耗相对于用锅炉加热来讲还是节约很多的，所以无论是利用热回收进行预热还是加热热水，都可以节省大量的系统运行费用。全热回收出水温度一般在40℃左右，属低品位热量，在泳馆主要以供热为主的场所运用全热回收的意义不大。而部分热回收出水温度一般在60℃以上，理论上可无限接近于压缩机排气温度，在泳馆中使用有着一定的节能意义。值得指出的是，通过热回收方式辅助供热仅是节能和环保的手段之一，不能代替单一供热功能的热源，并且在初投资上不能节省而只是节约运行费用。4.3采用双冷凝器的机组采用风冷热泵提供冷热源的游泳场馆，应采用双冷凝器的机组，夏季应先利用回收冷凝热加热卫生热水，多余热量再通过翅片冷凝器散掉。空气源热泵双冷凝器的机组(即空气源热泵三用机组)可在一年四季充分发挥空气源热泵的省电作用，长时间、大限度、双向地节能，集供冷气兼供热水、供暖气兼供温/热水、供热水为主兼供冷气、专供热水、快速供热水等多