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南京市某游泳馆通风空调设计
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南京市某游泳馆通风空调设计
更新时间:2012.12.25 发布:馆陶县巴棵慰食品机械业务部 信息来源:eventsbio.com


南京市某游泳馆通风空调设计

冯纪平 周蕾蕾 卞维锋 王琰                             

  (南京城镇建筑设计咨询有限公司)(江苏 南京210029)                  

    摘要:针对室内游泳馆冬季防结露及防闷热的设计问题,对室内参数的选择以7及室内发湿量计算等一些问题进行分析。为达到经济、节能运行的目的,重点讨论了典型设计日及全年各季节室外空气参数的变化对设计的影响,提出了空调季节及过度季节的运行策略,及全年经济运行的费用分析。

关键词:防结露  防闷热  空气参数  节能运行

一、前言

随着人民生活水平不断提高,国内相继兴建了许多大型室内游泳馆。由于室内游泳馆投资高,运行费用大,室内条件与普通建

筑有较大差异,尤其在冬季可能出现围护结构结露问题;同时由于大量散湿,水蒸汽分压力高,且室内温度又高,容易造成闷

热。结露会导致屋顶和墙体的损坏,久而久之还会导致霉变,有损雅观。闷热则会使游泳者感觉不适。这就是室内游泳池的两

大主要问题:结露和闷热,这两个问题解决的好与否,是室内游泳池暖通设计的关键所在,也是游泳馆正常使用、延长建筑物

使用寿命的保证,也关系到运行节能及游泳者健康、舒适。

同时由于各个季节的室外空气参数的不同,如何在各个季节保证空调通风系统能节能稳定的运行,是室内游泳池设计的关键。

本文将针对以上提出的问题结合南京市某游泳馆通风空调设计进行分析。

二、设计参考依据

2.1工程概况

南京市某游泳馆总建筑面积为2603 m2,游泳池池面面积1050 m2,主体高度为8m。服务人数按200人计。其中地下层主要布置设备用房;地上层主要设置泳池以及贵宾休息室、医务室、接待室、淋浴、健身等辅助用房;屋顶采用金属网架屋面系统,是集比赛娱乐一体的室内标准泳池。

本文重点分析泳池内通风空调系统,淋浴、健身等辅助用房根据业主要求另设多联机空调系统单独控制,自成体系,不在本方案叙述范围之内。

2.2空调室内外计算及围护结构参数:

1)室外计算参数: 

典型设计日室外计算参数

          参数  

季节

干球温度 

湿球温度

相对湿度

(%)

风速风向

(m/s)

大气压力

kpa

通风

空调

夏季

30.6

34.8

28.1

61

2.6 SE

100.25

冬季

-1.1

-4

-4.9

79

2.6 NE

102.79

 

南京市全年平均气温变化图

 

南京市各月平均气温变化图

 

南京市日平均含湿量变化图

 

南京市全年月平均含湿量统计图

2)空调室内计算参数:

空调室内计算参数

功能用房名称

夏季

冬季

新风量

噪声值

空气中含尘浓度

温度

湿度

风速

温度

湿度

风速

%

m/s

%

m/s

m3/h.p

dB(A)

mg/m3

泳池

30

≤70

0.2

30

≤70

0.15

>30

<60

0.25

3)围护结构设计参数

3围护结构设计参数

围护结构

采 用 材 料 及 做 法

传热系数KW/(m3.C)

玻璃窗

断桥铝合金中空Low-E 6+12A+6

2.6

外墙

混凝土多孔砖(挤塑聚苯板40mm保温)

0.70

屋面

网架复合屋面板(玻璃棉毡75mm保温)

0.60

三、建筑围护结构的采用及防结露校核

3.1.围护结构防结露方式

室内游泳池由于池水及周边湿地的大量散湿,湿气遇到较冷的表面(屋顶、墙面、玻璃窗)就会结露。结露是室内空气中的水

蒸气在建筑围护层内表面凝结的现象。之所以会结露,是因为围护层内表面温度低于室内空气的露点温度,如游泳池室内温度

30℃,相对湿度为70%,则室内露点温度为23.8℃。如果采取措施,使围护层内表面温度高于23.8+1.5~2℃(1.5~2℃为安

全值),则不会出现结露了。

结露可产生在围护层内表面,也会产生在围护层内部,所以保温层和隔汽层的设置位置也是有讲究的。对于室内游泳池而言,保温层应该设置在靠室外侧(因室外温度低于室内温度),这样可使围护层内蒸汽分压力曲线下降,可使围护层内部水汽凝结的可能性减少,从而延长建筑物的寿命。
    还可以通过提高围护结构内表面温度的办法(如送热风或热辐射的办法,。也可以通过降低室内露点温度的办法。

3.2.围护结构防结露校核计算

3.2.1校核方法

(1)计算各层内表面温度:

围护结构各层内表面温度:


(2)校核内表面温度:

根据以上公式校核内表面τi值是否大于室内空气露点温度1 以上,如不满足应调整保温层厚度。

(3)计算各层水蒸气分压力值:

对应每一个τi值,从H-d图中查出相应温度下饱和水蒸气分压力值Ei,并根据公式计算各层水蒸气分压力值,如Ei>ei,表明二者曲线不相交,不结露。否则,在第几层出现Ei<ei,,二者曲线在此相交,就会结露,如此处温度低于0 ,则产生冰冻现象。

3.2.2外墙、屋面校核

 

图5 墙体、屋面结构形式

外墙采用40mm的挤塑聚苯保温,隔汽层位置设在水蒸气分压力高的一侧,即靠近室内侧,以阻止水汽向墙体内部渗透,降低了围护结构内部各层的水蒸气分压力,可有效消除内部冷凝根源。隔汽层为沥青油毡。同时为防止外部雨水的侵蚀,在外部还设置一层沥青油毡隔汽层。外墙柱子处的冷桥是建筑中难以处理的部分,为避免凝水出现,柱子外包40mm的聚苯保温。如上图。

屋面在金属板内敷设75cm硬质玻璃棉板保温层。保温层设在屋面檀条之上,下铺两层铝箔做隔汽层。铝箔用塑料钉固定,两层之间的接缝相互搭接,使接缝尽可能严密。保温层、金属屋面板和隔汽层之间施工时要贴紧,避免有空气层使凝结水产生。金属屋面板的金属支座底部设隔热垫,穿过层面板的钢结构杆件均作隔热处理。如上图。

外窗采用断桥铝合金中空Low-E 6+12A+6玻璃。在泳池大厅的玻璃窗下均设有条缝送风口,用机械送风方式防结露。

根据室内设计值温度为30℃,相对湿度为7O%,计算步骤和公式参见上文,计算结果可以得出,这种围护结构不会有结露和冰冻的可能。

四、泳池内部通风、空调设计方案

4.1泳池区域夏季、冬季典型设计日逐时冷热负荷的计算

根据HYD-SMAD空调负荷计算及分析软件,计算得出夏季、冬季典型设计日逐时冷热负荷,如下图:

 

(注:泳池运行时间为每天10:00~22:00)

图6 冬夏季节逐时负荷分布图

由图知,典型设计日夏季最大总冷负荷(含新风)为470.14Kw,夏季总冷指标(含新风)283W/m2,发生时刻:12:00。夏季最大室内冷负荷为 393.81Kw,夏季总湿负荷为 281027.33g/h,其中新风量18000m3/h。                           

冬季最大总热负荷(含新风)为409.12Kw,冬季总热指标(含新风)246W/m2,冬季最大室内热负荷为79.53Kw,冬季总湿负荷为 275138.88g/h,其中新风量13000m3/h。

4.2泳池区域全年湿负荷的计算

泳池区域湿负荷包含水面散湿量、池边散湿量以及人体散湿量,根据HYD-SMAD空调负荷计算及分析软件,计算得出逐月湿负荷,如下图:

 

(按水温28°C,空气温度30°C,相对湿度70%计算)

图7 全年湿负荷分布图

4.3通风量及通风空调运行方式的确定

4.3.1 风量计算

(1)、冬季新风量计算:

a.人员新风量 30m³/人(按200人计)                     

b.冬季、过渡季节通风除湿新风量 根据新、回风湿度差及湿度负荷计算除湿新风量

c.保证泳池区域换气次数大于1次/小时

d.新风量大于空调总送风量的10%

新风量为以上计算风量中取最大值

(2)、夏季新风量计算:

a.人员新风量 30m³/人(按200人计)

b.送风温度大于22°C 

c.保证泳池区域换气次数大于1次/小时

d.新风量大于空调总送风量的10%

新风量为以上计算风量中取最大值

(3)、过渡季节新风量:

过渡季节新风量满足新风除湿、人员新风卫生要求、换气次数。

(4)、逐月新风量:

根据室内散湿量及室外空气逐月平均含湿量,计算逐月通风风量如下表:

表4 全年通风量计算表

月份

工况点

月平均干球温度

新风量

空调/采暖送风量

空调/采暖负荷

排风量

t

L

L

m3/ h

m3/ h

Kw

m3/ h

一月

室内30℃、70%

2.2

13000

92500

-75.80

16250

室外2.2℃、75.5%

二月

室内30℃、70%

4.5

13000

93100

-50.50

16250

室外4.5℃、76.6%

三月

室内30℃、70%

8.9

13000

98000

-27.50

16250

室外8.9℃、69.4%

四月

室内30℃、70%

15.7

24545

0

0

30681

室外15.7℃、72.8%

五月

室内30℃、70%

20.6

35796

0

0

44745

室外20.6℃、70.7%

六月

室内30℃、65%

24.8

18000

97900

387.1

22500

室外24.8℃、77.3%

七月

室内30℃、65%

28.6

18000

98215

438.6

22500

室外28.6℃、79.8%

八月

室内30℃、65%

27.7

18000

98000

400.3

22500

室外27.7℃、81.4%

九月

室内30℃、70%

23.5

44811

0

0

56014

室外23.5℃、74.7%

十月

室内30℃、70%

16.9

27543

0

0

34429

室外16.9℃、76.6%

十一月

室内30℃、70%

10.5

13000

93800

-36.7

16250

室外10.5℃、78.6%

十二月

室内30℃、70%

4.5

13000

93700

-62

16250

室外4.9℃、69.1%

4.3.2、通风及空调运行方式的确定

为使室内游泳馆综合造价最合理,同时在各不同季节能经济运行,设计有必要根据各季节室外气象条件的不同选取不同的运行方式:

(1)夏季:

室内温度和相对湿度值均取允许值的高限值,当自然通风能满足要求时,应采用自然通风。当自然通风不能满足要求,可由空调系统对回风及新风进行除湿降温处理,以达到室内设计参数,同时排风量应保证大于送风量的80%,以保证室内2~3Pa的微负压,防止含氯气的湿空气外溢。

夏季空调运行时间为6月下旬到9月上旬,共计3个月的时间。

(2)冬季:

冬季室外空气干燥,含湿量极小,用室外空气与室内空气混合除湿后加温可以达到室内温湿度的要求,而且能最大限度的节能,同时排风量应保证大于送风量的80%。

冬季空调运行时间为11月到次年的3月,共计5个月的时间。

(3)过渡季:

室内温度取允许值的低限值,相对湿度值取允许值的高限值。采用自然通风既可以满足室内要求。根据上表的计算知,每月运行的通风量不一致,其中以9月份为最大,因此风机应采用变频控制,满足节能要求,同时排风量应保证大于送风量的80%,

过渡季运行时间为4月到6月下旬,9月上旬到11月,共计4个月的时间。

(4)闭馆时段:

在游泳馆闭馆时,冬季室内温度取值班温度(如5℃),相对湿度值应能满足不结露要求。过渡季及夏季在闭馆时进行自然通风。控制室内相对湿度值不高于90%。

4. 4组合空调机组的选型

根据典型设计日冬夏季泳池室内热湿负荷情况,经过h-d图(如下图)分析:

 

夏季典型设计日室内湿空气焓湿

冬季典型设计日室内湿空气焓湿图

由典型设计日室内湿空气焓湿图计算得:

夏季为99980.087m3/h,新风量为180000 m3/h,回风量为81980.087m3/h。室外空气通过显热回收等湿降温了2.4℃,夏季送风温度为22.9℃;空调机组承担总耗冷量为455.02Kw,转轮热回收机组承担总冷量为15.12Kw

冬季为89000m3/h,新风量为13000 m3/h,回风量为76000m3/h。室外空气通过显热回收等湿升温了17℃,冬季送风温度为42℃;空调机组承担总热冷量为331Kw,转轮热回收机组承担总热量为78.12Kw

选用两台转轮式空气处理机组YJZ-Z-50-4,过度季节一台全新风运行,空调季节两台根据环境温度的要求同时变频运行以满足室内空气品质的要求。单台的具体参数为:

风量:35000~50000 m3/h。(变频运行)。

表冷器:4排管,制冷量237.51 KW,制热量289KW。进出水温夏季12/9℃,冬季60/50℃。

热回收段:采用转轮热回收装置。选用的转轮换热器为耐腐蚀铝合金箔作蓄热体。转轮换热量为18000 m3/h,转数控制在4~10r/ min

 

10 转轮式空气处理机组原理图

4. 5空调系统的设计

1)、气流组织的确定

池区由于水处理的原因,水面有氯气挥发物,对屋顶钢型网架结构有腐蚀,为保证该区域的空气品质,本区域气流组织确定为上送风,下排风,实现上送下排的气流组织方式。两条主送风道与泳池的长边平行,分别在两侧池岸正上方的屋架下安装,每条送风道均设置一排送风口,采用角度可调的圆形喷口,斜向泳池中央送风,在泳池上部形成一水平风幕,可阻挡或减缓池区湿热空气的上升,有利于维持池区的正常温度及减少能量损失,同时也减少了含氯气空气对屋顶钢型网架的侵蚀。

排风口布置在池岸边溢水槽的侧壁上,在地下层布置风道、风机,将含有微量氯气的湿热空气集中排至室外,该排风系统设有显热空气换热器,可以回收排风中的大部分能量,并传递给空调机组的进风,从而节省大量的能源。溢水槽与回风槽之间的开孔要作斜切口防止水进入回风槽。如下图示。

其次,在泳馆大厅的两侧设2台变频排风兼排烟的轴流风机。平时,通过变频器依据室内负压值控制风机转速,保证室内外负压值在1Pa。消防时全部开启满足排烟要求。

 

图11 泳池内气流组织简图

 

图12 送回风口示意简图

(2)、空调系统流程图

空调系统流程图如下: 

图13 空调系统流程图

(3)节能与自控措施

a.设计所选用的围护结构材料,经过严格筛选,其传热系数均不超过公共建筑节能设计标准规定的限值,为今后节约能源,降低运行费用打下了坚实基础。

b.气流组织为上送下回,利用消声喷口在泳池上面区域形成空气幕墙,可以不承担或极少量承担泳池区上空的冷热负荷,从而降低整个空调能耗。

c.设计配置了转轮排风热回收器,转轮换热器是在旋转过程中让排风与新风以相逆方向流过转轮而各自释放和吸收能量的。可以回收50%以上的能量。一般热回收分潜热回收和显热回收两种。游泳馆自身产湿量很大,用潜热回收会使一部分排出的湿量重新回到空调区,增加了除湿负荷。因此,游泳馆以显热回收为主,可回收一部分潜热。

d.组合式空调机组的空调供水管上均设置电动调节阀,可根据设定的室温自动调节空调机组的供水量。

e.组合式空调机组采用变风量运行,可根据室外温度自动调节空调机组的运行风量。

4.6采暖系统的设计

1、热风采暖

泳池周边地区玻璃幕墙下设置明装立式风机盘管,既避免幕墙在冬季结露,又提高池边休息区人员舒适度,立式风机盘管采暖负荷约为10KW。

2、地板采暖

在泳池四周池岸的垫层中设置低温热水地板辐射采暖系统,与池区的空调系统共同维持池区的室温。该采暖系统不仅可以维持池区5的值班温度,还可以消除冬季地面冷辐射对人员的伤害。

地板辐射采暖的设计供回水温度为45~35℃ 。单位面积热负荷为100w/m2,管材采用聚丁烯塑料管,钢质分水器。加热盘管间距为300mm,盘管布置面积为450m2。

4.7通风及防排烟系统

比赛大厅顶部设置轴流式排烟风机,平时用于辅助空调系统通风换气,火灾时用作排烟风机。过度季节可配合空调系统实现全新风运行。

地下设备用房、值班室等均设有机械通风系统。

地下室所有要求排烟的房间、走廊等均设置机械排烟系统及机械补风系统。

4.8全年能耗分析

为配合业主方案比较的需求,本文把全年能耗确定为池水加热及保温热负荷及空调采暖冷、热负荷量部分,不包括洗浴卫生热水热负荷及泳池外辅助用房的空调能耗。

(1)、池水加热及保温热负荷的计算

池水加热及保温热负荷由池水表面蒸发损失热量、游泳池的水面、池底、池壁、管道和设备等传导所损失的热量补充水加热等组成。根据季节不同,计算如下表。

表5 泳池恒温耗热量

序号

季节

池水表面蒸发损失热量(KW)

池壁、设备管道热损失(KW)

补水加热量(KW)

总加热量

(KW)

1

冬季

172

34.4

105

311.4

2

夏季

172

34.4

59.5

265.9

3

过渡季节

172

34.4

82

288.4

(2)、全年能耗分析

采本项目建筑主要用途为室内游泳馆,空调采暖系统采用间歇运行方式。采用模拟计算软件,对建筑进行空调采暖全年逐时动态负荷模拟计算。

夏季空调负荷按照系统运行时间从6月15日到9月15日共90天计算,每天从10:00 到22:00,空调共运行12 个小时,整个供冷季空调运行时间为1080小时。冬季采暖负荷按照系统运行时间从11月1日到4月1日共150天计算,每天也是从10:00 到22:00,整个供热季运行时间为1800小时。对建筑的全年累计供冷量、累计供热量与最大小时冷负荷、最大小时热负荷进行计算与分析。详见下图。

根据全年逐时动态负荷计算,全年能耗为1039MWH,其中夏季为191MWH,冬季为848MWH,因此可见,泳池内部冬季耗热量是巨大的。

当然,在过度季节,空调是停止运行的,存在的能耗只是通风机的电量及维持池水加热及保温的能耗,这部分能耗在运行费用计算时应与空调能耗区分开来的。

图14 全年能耗分布图 

4.9冷热源的确定

本设计夏季冷源选用螺杆冷水机组,放置于地下设备房内;室外设置冷却塔,放置于屋面;满足夏季制冷负荷;冬季采用热水锅炉提供制热负荷;泳池池水恒温加热均由热水锅炉提供。(因本项目原有锅炉房设有两台1.4MW燃气热水锅炉,其中一台可为本项目使用,则热水锅炉的初投资费用不计入本方案分析中,热水锅炉生产的热水通过板式换热器换热后供给泳池及空调系统。(泳池初加热也由原有锅炉房内锅炉提供,不计入本方案计算)。

冷水机组选型参数为:满液式水冷螺杆冷水机组一台,制冷量482 KW,输入功率96 KW;配100T/h冷却塔及循环水泵等配套设备。

4. 10设备初投资费用的测算

根据设计,设备初投资费用见下表:

表6 冷水机组加锅炉方案初投资费用表

设备参数/价格

设备参数

单价(万元)

台数

合计

分项

(万元)

转轮式空气处理机组

风量:50000m3/h

制冷量:278KW

热回收效率70%

29.8

2

59.6

板式换热器

2

螺杆冷水机

制冷量:298KW
用电功率:59KW
能效比:5.05

13.5

2

27

安装费及辅助设备(22%

19.5

设备部分初投资总价

108.1

 

       

                     说明:设备均按合资品牌估价,不包括土建、电气、自控及给排水等费用。

                  4.11运行费用的测算

根据全年运行能耗数据分析,对泳馆全年运行费用(不含辅助用房及生活热水加热的能耗)做测算如下表。

表7 冷水机组加锅炉方案全年运行费用

月份

运行费用(元)

备注

一月

104388.40

采暖季

二月

92603.68

采暖季

三月

98613.97

采暖季

四月

49942.16

过渡季

五月~六月上旬

72942.56

过渡季

六月下旬~七月

102909.96

空调季

八月~九月上旬

100199.95

空调季

九月下旬~十月

74563.51

过渡季

十一月

89115.72

采暖季

十二月

101347.69

采暖季

全年总运行费用

886627.61

月均费用7.4万元

编制依据:天然气热值8500kcal/Nm³换算得出10Kw.h/Nm³,天然气利用率按85%考虑,天然气价格2.2/ m³, 电价0.749/Kw.h,螺杆冷水机组夏季COP值取4.5,地源热泵机组夏季COP值取4.9,冬季取4。空调季节按空调能耗考虑,过度季节按通风电耗采用。运行费用中不含设备折旧和人员工资。

五、结束语

通过分析,夏季室内当自然通风能满足要求时,应采用自然通风。当自然通风不能满足要求,可由空调系统对回风及新风进行除湿降温处理,以达到室内设计参数;冬季室外空气干燥,含湿量极小,用室外空气与室内空气混合除湿后加温可以达到室内温湿度的要求,而且能最大限度的节能;而在过度季节采用自然通风既可以满足室内要求,其中在9月份的通风量达到最大新风量。

此外,通过采用带显热回收的转轮新风机组对新风进行预热(冷),节能的效果也是相当明显的。


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