中北大学游泳馆暖通改造方案研究

孙 鹏

(太原理工大学建筑设计研究院，山西 太原 030024)



中北大学游泳馆暖通改造方案研究

孙 鹏

(太原理工大学建筑设计研究院，山西 太原 030024)

针对中北大学游泳馆室内环境不达标的情况，对游泳馆内暖通系统进行了设计计算，并选取了带显热回收空气热回收设备的热风供暖系统改造方案，在满足室内环境要求的基础上，达到了降低成本、节能减排的效果。

游泳馆，暖通系统，室内环境，除湿量

1 工程概况

中北大学游泳馆位于太原市尖草坪区学院路3号中北大学校内、中北大学文体中心B区1层。游泳馆建筑高度为14.9 m，建筑面积3 494.4 m2。馆内包含游泳标准池、练习池及戏水池，无观众席。自2010年年底投入使用以来，丰富了广大师生的课余生活，同时承担了大量的教学任务。学校游泳馆因其使用功能的特殊性，对舒适性、安全性都有更高的要求，因此是校领导常年重点关注的区域之一。

中北大学游泳馆投入使用后，由于原有通风系统运行不良导致室内湿度大及冬季室温偏低，造成馆内围护结构严重腐蚀，掉落大量锈渣及石块，存在极大的安全隐患。因此在校方的要求下，对游泳馆内暖通系统进行改造。

2 现状调查

游泳馆未设置中央空调系统，采用地面辐射供暖系统冬季供暖。原有排风系统产生故障无法修复，拟整体拆除，未设置机械送风系统。根据后勤服务集团提供的运行记录，夏季采用自然通风可满足使用要求，冬季实测平均室温仅有18 ℃左右，不满足使用要求，且建筑围护结构及外墙保温受潮严重。

上述存在问题均是由游泳馆其本身特殊的使用功能引起的。本建筑设置于地上1层，层高较高，为大空间建筑；钢结构屋顶，框架结构主体，窗墙比很大，而窗户及梁柱部分均为建筑保温薄弱环节。泳池散湿量大，而本建筑无有效的除湿或换气措施，导致室内含湿量高、露点温度高，当建筑保温厚度不足或保温失效时，极易使得建筑外墙或屋顶内表面温度低于室内露点温度，从而产生结露现象。

基于以上原因，若使游泳馆室内温湿度达到设计要求，并减少结露现象的发生，需从以下几方面采取措施：1)核算保温材料热阻。2)增设冬季除湿系统。3)提高围护结构内表面温度。4)增加以对流供热为主的系统辅助供暖。

3 设计计算

3.1 外围护结构防结露验算

依据原设计图纸，外墙填充墙采用300 mm加气混凝土砌块，梁柱部分为300 mm钢筋混凝土外贴60 mm模塑聚苯板，屋顶保温采用100 mm岩棉，外窗及天窗采用单框双玻塑钢窗。外墙填充墙热阻：R=1.68 (m2·K)/W；外墙梁柱部分热阻：R=1.79 (m2·K)/W；屋顶热阻：R=1.85 (m2·K)/W；外窗及天窗热阻：R=0.37 (m2·K)/W。

围护结构内表面温度计算公式：Ti=ti-(ti-te)Ri/R0。计算结果如下：外墙填充墙Ti=23.3 ℃>室内露点温度20.1 ℃；外墙梁柱：Ti=23.5 ℃>室内露点温度：20.1 ℃；屋顶：Ti=26-(26+12.8)×0.115/1.85=23.6 ℃>室内露点温度20.1 ℃。结果表明在设计室内参数情况下，不考虑保温失效的情况，原设计图纸外围护结构中，外墙及屋顶部分不结露。

3.2 散湿量计算

游泳馆内的散湿量主要由三部分组成，包括室内人体散湿量W1，池边散湿量W2，敞开水面的散湿量W3三部分。

1)室内人体散湿量W1(kg/h)：

W1=0.001×n×n′×g。

其中，g为成年男子的小时散湿量，100 g/(h·人)；n为室内人口总数，人；n′为群体系数。

2)池边散湿量W2(kg/h):

W2=0.017 1×(tn-ts)×F×α。

其中，tn为室内空调计算干球温度，℃；ts为室内空调计算湿球温度，℃；F为池边面积，m2；α为润湿系数。

3)敞开水面的散湿量W3(kg/h):

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

其中，Vf为游泳池水面上的风速，一般取0.2 m/s～0.3 m/s；Pw为水表面温度下的饱和空气水蒸气分压力，Pa；Pi为室内空气的水蒸气分压力，Pa；F为游泳池水面的面积，m2；B为当地大气压，mmHg。

除湿量计算结果见表1。

表1 除湿量计算结果

3.3 新风量计算

采用新风除湿，所需新风量为：G=1 000W/(dn-d0)=1 000×418/(16.06-0.67)=25 341 kg/h=27 160 m3/h。

采用氯气消毒池水的游泳馆新风量应取1次/h。因此本工程计算新风量应为40 000 m3/h，排风量应取40 000×1.2=48 000 m3/h。除湿新风量小于安全换气新风量，因此可选用最小限值新风量，不存在能源浪费情况。

3.4 机械送风供热量计算

经查阅原设计图纸及计算可得：围护结构供暖热负荷为333.7 kW，地暖系统供热量为292.4 kW。

新风量(包括机械送风量及负压渗透风量)48 000 m3/h。此时新风负荷：Q=CGΔt=1.01×48 000×1.2×(26+11)/3 600=597.9 kW。机械送风供热量：597.9+333.7-292.4=639.2 kW。考虑设置显热回收空气热回收设备，热回收效率60%。回收室内排风热量：Q=CGp(tn-tw)η=1.01×48 000×1.2×(26+11)×0.6/3 600=358.8 kW。

总的机械送风供热量为639.2-358.8=280.4 kW。

4 提出方案

4.1 热风供暖系统

泳池选用4台带热水盘管的吊顶式热回收机组，每台排风量12 000 m3/h，送风量10 000 m3/h，显热回收，热回收率：60%。夏季采用自然通风，当通风量不足时开启机组进行复合通风。冬季闭馆时利用原有地暖系统进行值班采暖，开馆时开启机组进行热风供暖及新风除湿。该方案施工周期短，对现场破坏小，可有效改善冬季游泳馆室内环境，改造费用少，运行费用较少。

4.2 泳池除湿热泵系统

泳池选用2台整体式泳池恒温除湿热泵机组，每台送风量45 000 m3/h，除湿量210 kg/h，制冷量290 kW，制热量330 kW。夏季采用自然通风，当室外空气含湿量大于室内时开启机组进行除湿。冬季闭馆时利用原有地暖系统进行值班采暖，开馆时开启机组进行热风供暖及冷却除湿。该方案施工周期较长，需增设空调机房，对原有房间布局有较大影响，改造费用多，运行费用高，但可最大限度改善游泳馆室内环境。

5 方案选择

采暖期通风耗热量折标煤量(kgce)：

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

采暖期耗电量折标煤量(kgce)：G2=0.361 9WTvN。

太原采暖期天数：125 d；通风装置每日平均运行小时数：6 h。

热价：35元/GJ，电价：0.7元/(kW·h)。

表2 经济效益及社会效益比较

本工程选择采用带显热回收空气热回收设备的热风供暖系统。由表2经济效益及社会效益比较可知，与泳池除湿热泵系统相比，初投资费用很少，虽然供热量较大，但可极大减少用电负荷，每年可节约运行费用7.02万元。同时每年节约标煤量为32.7 t，既产生了经济效益也可减少污染气体的排放量，响应了国家节能减排的号召。

6 气流组织设计

本工程中送风管设置于顶部，采用下送风及侧送风形式。风口采用电动调角度圆形喷口，必要时可调节风口出风角度使送风吹向墙面、顶棚或吊顶，提高围护结构内表面温度，减少结露现象发生。排风管设置于泳池正上方，将泳池区内持续蒸发出的水分和散发出的氯气迅速排走。

7 结语

经调查，太原市内各小型游泳馆普遍存在室内环境不达标的情况，而游泳馆因其使用功能的特殊性，室内环境的长期不达标易引起极大的安全隐患。因此本次暖通改造方案的研究可为今后太原市内小型游泳馆的维修改造提供参考，方案成果有效克服维修改造工程中存在的工期短、现场情况复杂、资金紧张等困难，具有较高的实用性和推广性。

同时，本次研究也为今后的新建游泳馆通风系统设计提供了另一种思路，本次研究结果表明，在太原的气候条件下，一个设计良好的通风系统可以使室内环境得到极大改善，并且极大减少初投资及运行费用。在小型游泳馆的设计中，若存在资金紧张、机房设置困难等问题，则可以考虑参考本次研究结果，排除掉中央空调或除湿热泵方案，采用带显热回收空气热回收设备的热风供暖系统来处理室内热湿负荷，同样可以获得令人满意的效果。

[1] JGJ 31—2003，体育建筑设计规范[S].

[2] 陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].第2版.北京：中国建筑工业出版社，2008.

[3] 李 娜.某小型游泳馆的供暖通风设计[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

孙 鹏(1984- )，男，工程师

TU834

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