游泳馆空调节能设计分析

游泳馆空调节能设计分析

随着“绿色可持续发展”设计理念的采用，空调的节能设计受到人们越来越多的关注。

研究作为全年单位能耗大户一游泳馆的空调节能设计更具有实际意义。对于游泳馆空调，我

们大多是按照赛时空调进行设计，游泳馆有赛事活动在一年中仅占很少的时间，绝大多数时

间是按赛后运行。如何以最低的成本，在保证游泳馆赛时空调设计参数并满足赛后需要的情

况下，最大限度的降低游泳馆的运行费用是我们暖通设计人员首要考虑的问题，下面就游泳

馆空调的节能设计进行分析探讨。

2、游泳馆室内设计参数分析

游泳馆的室内设计参数对•游泳馆的方案设计、运行费用有着直接的意义。国际泳联游

泳馆的标准是：室温最少比水温高2c(池水温度25c〜28℃),湿度不大于70%因为人

体刚出水面时，皮肤表面会有一层水腴，室温过低及相对湿度过低都会使体表水分快速蒸发

增加人的寒冷感；而过高的相对湿度会使运动员产生闷热感不利于提高运动成绩，冬季还容

易使维护结构表面结露。

《体育建筑设计规范》给出了游泳池池区温度设计参数：夏季26℃〜29℃,冬季26c〜

28℃,相对湿度为：60%~70%(>75%)o这与国际泳联规定的最低温度有些需入，两者综合

我们取池厅赛时设计参数为：温度27c〜29℃,湿度60%〜70%

游泳池夏季

控制室温(27℃〜

29℃)比较容易，

难点是控制湿度

不大于70%0高

大空间的游泳馆

池厅夏季由于屋

顶的太阳辐射以

及灯光负荷等综

合作用，其室内温

度分层非常明显，

图1为某游泳馆

夏季池厅的温度

模拟剖面图，从图

上可以看出室内

存在非常明显的

温度分层,最高点图1池厅温度模拟剖面图

温度达到了40°C,而工作区(距地面2米范围内)温度维持在28.左右。其温度完全可

以满足赛时参数要求。

从池水蒸发量的计算公式中我们知道，池水蒸发量主要取决于水温下的饱和水蒸气分

压力与室内空气的水蒸分压力之差，由于水蒸气分压力只与含湿量有关，因此池水蒸发量公

式也可以写成：W|=a(ds-dn)F,kg/h

式中：a-与水面风速有关的系数,g/(m2p“h)；d「水温下的饱和空气含湿量(标准大气压下

26℃水温ds=21.6g/kg),g/kg；*室内空气含湿量,g/kg;F-池水面积，m2o

3

除湿所需通风量：L=1000(wi+wi)/(dn-ds)/P=1000(a(ds-dn)F+W2)/(d,)-ds)/P,m/h

式中：W2-人员等其他散湿量，g/h；空调送风含湿量(新风除湿则为室外空气含湿量),

g/kg：P-送风状态下空气密度，kg/m\

从上式中我们可以看到，如果室内空气含湿量取高值，就可以减少池水的蒸发量，降

低除湿所需通风量，当室内空气含湿量达到21.6g/kg（水温26℃）时池水蒸发量为零，此时

系统运行能耗最少。但是，2L6g/kg的空气含湿量在温度29℃时其相对湿度已达84%（见

图2）,已经超出比赛要求的湿度。在冬季，为防止维护结构内表面结露，我们又希望采用

较低的室内空气含湿量。所以，对于室内空气含湿量的取值，在满足温度与湿度要求的基础

上冬、夏应采取不同值。

根据湿空气焰湿图对不同含湿量下的空气温度与相对湿度变化绘成曲线图（图2）,在

此基础上根据游泳馆池厅室内设计参数及空调通风量等综合确定室内空气含湿量值。

一含湿量(14g/kg)——含湿量(15g/kg)含湿量(16g/kg)

-含湿弛＜17g/kg)—含湿量(18g/kg)—含湿量(19g/kg)

—含湿量＜20g/kg)—含湿量(21g/kg)—含湿量(22g/kg)

图2不同空气含湿量温度与相对湿度曲线图

高大空间的游泳馆池厅由于温度梯度的作用，产生了温度分层，但空气含湿量变化却不

明显，假定室内空气含湿量位某一值，其对应温度下的相对湿度是不一样的，从图2中可以

看出，在27℃时满足相对湿度大于60%的条件是室内空气含湿量大于13.6g/kg,在29c时

满足相对湿度小于70%的条件是室内空气含湿量小于17.9g/kgo我们知道，夏季室外空气含

湿量比较大，而冬季则较小，从节省运行费用及冬季防结露综合考虑，室内含湿量冬季控制

在14-15g/kg,夏季则控制在17〜18g/kg范围内较为合适。

如果冬季室内含湿量取14.5g/kg,夏季室内含湿量取17.5g/kg,水温冬夏均为26℃,则

池水蒸发量冬季将是夏季的1.73倍。但是，由于冬季室外含湿量较低，以北京为例，在11

月~4月份平均室外空气含湿量低于4g/kg,而夏季（7月〜8月）室外空气含湿量将在16g/kg

以上，所以冬季除湿需要的新风量还是小于夏季除湿需要的新风量。

2、游泳馆空调方案分析

游泳馆夏季空调的主要任务是除湿，而最简单经济的方法就是通风除湿。夏季采用通风

除湿来满足室内含湿量小于18g/kg的条件是室外最大含湿量小于18g/kgo这个条件在我国

新疆、西藏、内蒙等高海拔的干燥地区是完全可以达到的，但是在其他低海拔、夏季湿度较

大的广大地区只有采取机械除湿（一般为冷却除湿）才能够达到要求。但是在赛后大众健身

对湿度要求并不严格，只要维护结构表面不结露就可以满足要求，这在我国大部地区夏季通

过通风除湿都能达到。图3是根据夏季典型日室外含湿量的逐时值（以北京为例）得到的夏

季通风除湿室内温度分布图。

夏季典型口室外逐时参数

■室外温度（℃）室外含湿量（g/kg）一工作区温度（℃）

一池区平均温度（C）—室内平均含湿量（g/kg）

45.00

40.00

35.00

30.00

25.00

_.一———.----

20.00

____________________________________________________________________________________________________________________________________________

15.00

10.00

5.00

0.00I1II11I1II1II111111111

gggggggggggggggggggggggg

时刻

OiZCO寸99Z860IZCObLD9Z86O一OICO

一I一一III—I—NNZN

图3游泳馆夏季通风除湿室内温度分布图

从上图可以看出，在连续排风除湿条件下，由于室内温度梯度及泳池水温（26℃）的作

用，室内工作区温度（池厅距地面2米范围内的温度）始终低于室内平均温度，在室外温度

较高的10：00〜22：00时间段，工作区温度还低于室外温度。全天的温度能够满足比赛要求。

但是由于是通风除湿，室内含湿量必须高于室外一定值（本例取2g/kg）,在18：00点钟以

后当室外含湿量超过I9g/kg时，室内空气含湿量已经超出21g/kg,此时完内下部区域相对

湿度已经超出85%,湿度己经不能满足比赛要求。但是对于赛后由于对湿度要求并不严格,

夏日通风除湿的室内温、湿度还是能够满足要求的。

冬季由于我国大部地区室外空气含湿量都在10g/kg以下，所以除湿不是主要问题，而

主要保证室内温度。游泳馆池厅由于温度梯度的作用产生的温度分层现象，对于夏季消除室

内余热是有利的，但是对于冬季需要加热室内空气却是不利的。所以冬季空调应尽量抑制温

度分层，主要方法有：维护结构热负荷主要由散热器采暖系统、地板辐射采暖系统负担，余

下的部分负荷由空调热风负担。

游泳馆看台观众区处于比赛大厅的中上部区域，由7温度梯度的作用，不管冬季还是夏

季，看台区域都处广高温区域，存在空调冷负荷，在不送冷风的情况下，其温度要高于下部

区域的温度。因此，观众区空调冬、夏季均需要送冷风。《体育建筑设计规范》给出了观众

区夏季设计温度26~29℃,冬季设计温度22~24℃。夏季观众区空调冷源采用制冷机组；冬

季观众区空调则利用室外新风制冷。

游泳馆的观众区与池区空调分区设置，观众区采用座椅送风有利于空调节能，减少对池

厅空调的影响。池厅通风空调夏季排风口设于上部有利于余热的排出，用于冬季的热风空调

回风口设于池厅下部则有利于节能，池厅送风口尽量设于中部喷口水平送风。

3、新风量分析

在冬季工况，由于室外空气燧值远小于室内空气培值，所以采用最小新风量来进行除

湿，新风量是随着室外湿度的增加而增加的，当室外湿度到达一定值时，新风量达到最大，

即需要全新风运行。随着室外湿度的进一步增加，通过通风除湿已经不能满足要求，此时，

已进入夏季工况运行模式，赛时夏季需要采用制冷机对室外新风进行冷凝除湿干燥处理（对

于夏季室外空气含湿量＞17g/kg的地区）。由于夏季排风口设置在池厅上部，如果室内含湿

量按18g/kg、排风温度按37℃计

算，室内空气焰值还是大于夏季最

热月平均室外空气焰值，这对于需

要消除室内余热余湿的夏季空调

工况来说，其所需新风与赛后夏季

采用通风除湿全新风运行一样还

应该按最大新风量运行(所不同的

是通风除湿不需要对新风进行干

燥处理)。图4新风比与室外湿度变化关系图

4、游泳馆的热回收分析

我们知道，全热回收的回收效率明显高于显热回收，但是在游泳馆这样的需要除湿的场

所却不是这样(这里所讲的全热回收是指可以回收排风中水蒸气的全热回收)。下面就全热

回收与显热I可收进行分析，显热I可收效率取75%,全热回收效率取65%,其他设置同上。

根据室外状态点W,分别计算出室外新风通过显热回收及全热回收所能达到的状态点

WI及W2,并根据室内热、湿负荷及总送风量在h-d图上完成整个空气处理过程(详见图5)。

从h-d图上可以看出，为了达到

同一个送风状态点，全热回收的

新风比要比显热回收的新风比大

得多，虽然经过全热回收后的室

外空气状态点W2的焰值要比经

过显热回收的室外空气状态点

W1的焰值高出一倍以上，但经

过室内外混合状态点C2等湿加

热到送风状态点O的热量还是要

比从C1点到0的热量要多。所

以，采用全热回收在游泳馆空调

中并不比显热回收节能。从h-d

图上还可以看•到，W-W2线非

常靠近饱和线，当室外温度继续

下降时就有析水结冰的危险，对

于室外温度低于-10C的地区将

更为不利。图5全热回收与显热回收分析图

5、游泳馆的防结露分析

夏季及过渡季由于室外温度较高,游泳饰一般不存在结露问题。在室外温度较低的冬季,

当维护结构内表面温度低于室内露点温度时，结露现象将会发生。

如果冬游泳馆池厅室内空气含湿量保持在14.5g/kg以内，根据空气含湿图可得到室内露

点温度在19.6C以下。根据传热学原理，室内空气传给维护结构内标面的单位面积热量=维

护结构传出室外的热量，即：

(tn-tI)an=/(1/an+R+l/aw)，R=(tn-t|)an/(tn-tw)-1/an-l/aw

式中：tn、tw-室内、外温度，℃;内表面温度，C；an、aw-室内、外换热系数，

2

w/(m"C)；R-维护结构热阻，(m℃)/wo

如果要满足维护结构内表面不结露，则内表面温度L必须大于露点温度(19.6C),在

2

空调运行期间，室内最低温度是在27℃以上，如果取an=8.7w/(m2℃),aw=23w/(m℃),

tw=・5℃,则可以得到相应R=1.85(m20/w0只要维护结构热阻大于1.85(m2℃)/w,其内表

面就不会出现结露现象，这对于一般的有保温的维护结构是可以达到的，但对于采用玻璃等

材料的天窗就很难达到要求，必须采取防结露措施。

游泳馆为了节省运行费用，在赛后夜间等非经营时间，空调通风系统将停运。从前面池

水蒸发量的计算公式中我们知道，如果空调通风系统停运，室内的湿度会逐渐增加至池水温

度下的饱和水蒸气含湿量，此时达