热泵系统在恒温泳池工程中的应用

陈文强 骆名文 曾光明

（广东美的暖通设备有限公司，广东 佛山 528311）

1 恒温泳池介绍

随着人们生活水平的提高，露天泳池因为季节性使用的限制，已经无法满足人们对全年游泳锻炼场所的需要。根据国家建设部编撰的《游泳池给排水设计规范》要求，舒适的泳池水温在24～29℃之间。常年将水温维持在舒适区间的泳池就是恒温泳池，为避免泳池受天气和气候影响，恒温泳池通常设置在室内。

2 恒温泳池普遍存在的问题

室内游泳池由于池水表面温度高于空气露点温度，池水很容易蒸发使室内空气变得非常潮湿，湿热的空气会给人带来非常不舒服的感觉，同时也严重危害人的健康。潮湿的空气遇到较冷的物体就会凝结出冷凝水（如遇到外玻璃窗、消防门等保温较差的物体）。冷凝水一方面会造成雾气，影响室内游泳者观看室外环境，另一方面由于室内泳池的冷凝水含有大量的氯，将会腐蚀建筑物，严重的时候会造成房屋垮塌等危险。

由于泳池水一直蒸发，造成泳池内的热量大量损失，据研究显示，游泳池内90～95%的热量损失是由于蒸发造成的。为了补充游泳池损失的热量，游泳池不得不采用锅炉、电加热器等加热设备向泳池内补充热量，需要大量的能源费用。

要解决室内空气湿度大的问题，必须对室内的湿空气进行空调除湿，需要安装专门的空调系统进行除湿作业，也需要消耗大量的能源费用。

人们在游泳前和游泳后都需要进行沐浴，需要大量的热水供应，也需要采用锅炉、电加热器或是热泵热水机组等制取洗浴热水，也要消耗大量的能源费用。

针对泳池普遍存在的问题，要想建造一个舒适的恒温泳池，需要安装泳池加热、空调除湿、洗浴热水三大系统装置，初投资和运行费用都将较高。

3 热泵系统在恒温泳池工程的应用

3.1 热泵原理简介

热泵工作原理为在压缩机驱动下，遵从逆卡洛循环，通过制冷剂的内能变化从低品位热源吸取热量至高温使用侧放出热量，从而达到热量从低温物质向高温物质转移的目的。即是制冷剂在压缩机的做功压缩下内能提高变为高温高压的气体，在热水换热器中将水加热同时自身内能降低变成高温高压的液体，而后通过节流部件的节流作用，内能降低变为低温低压的液体，而后再进入低温热源（室内空气、室外空气或者其它热源）换热器，以低于热源的温度蒸发，吸收热源热能变为气体，而后再次进入压缩机压缩，完成一个逆卡洛循环。在热水换热器进行制热的同时，也是对低温热源进行制冷，这是热泵系统的一大特点。

3.2 热泵系统在恒温泳池工程中的优势

正如前文所述，恒温泳池工程中，既存在制热水的需求，同时也存在除湿和制冷的需求，而热泵系统本身的构成中就同时存在着这两种过程，善加利用必定比仅能提供热水的锅炉、电加热器等设备更加适合恒温泳池工程。

3.3 热泵系统构成及工作原理

要充分利用热泵系统的优势，必然要将空调除湿、泳池恒温和沐浴热水系统融合到一个热泵系统中去。根据这一要求，如图1所示，热泵系统需要设置室内空气换热器、室外空气换热器、泳池水换热器、沐浴水换热器。

图1 恒温泳池热泵系统示意图

该热泵系统中室内空气换热器和室外空气换热器都可以作为热源终端、泳池热水和沐浴热水换热器则只作为冷凝器使用，提供水加热功能。各功能模块通过压缩机系统（包括阀组件）进行连接。当仅需要泳池水加热功能时，同时使用室外空气换热器和泳池热水换热器；当仅需要沐浴热水加热时，同时使用室外空气换热器和沐浴热水换热器；当既需要泳池热水又需要沐浴热水时，同时使用室外空气换热器、泳池热水换热器和沐浴热水换热器；当既需要泳池热水有需要室内空调除湿时，同时使用室内空气换热器和泳池热水换热器；当既需要沐浴热水又需要室内空调除湿时，同时使用室内空气换热器和沐浴热水换热器；当既需要泳池热水又需要沐浴热水还要室内空调除湿时，同时使用室内空气换热器、泳池热水换热器和沐浴热水换热器；当仅需要室内空调除湿时，同时使用室内空气换热器和室外空气换热器；当室内空气换热器的提供的热量不能满足泳池和/或沐浴热水需求时，还可以同时使用室外空气换热器作为热源。另外室内除湿产生的冷凝水还可以回流补充泳池散失的水分，实现池水的循环利用。

只要负荷计算准确、系统匹配合理，一套热泵系统即可满足恒温泳池工程的空调、泳池水恒温、沐浴热水加热所有要求，并且实现热量和池水的循环利用，对降低初投资费用和运行费用的效果十分可观。

3.4 实际工程应用设计

以柳州某室内泳池工程为例，工程设计要求为：泳池水量375m3、泳池水温28℃、沐浴用水400人次（水温40℃）。

恒温加热根据《游泳池建筑设计规范》，室内游泳池的池水每天由于蒸发、管道热量损失、补水而产生的温降为4℃，为维持游泳池水温恒定所需补充的热量为：

Qh=cM△T=4.187kJ/kg℃×375T×1000kg/T×4℃=6280500kJ

游泳池初次加热需要的热量，冷水温度柳州地区按15℃计算，则所需的热量为：

Qc=cM △T=4.187kJ/kg℃ ×375T ×1000kg/T ×(28-15)℃ =20411625kJ

沐浴热水按40L/人次计算，冷水温度柳州地区按15℃计算，则所需热量为：

Qr=cM△T=4.187kJ/kg℃×40kg/人次×400 人次×(40-15)℃=1674800kJ

初次加热时间按48小时设计，则初次加热所需功率为：

Wc=Qc/48=20411625/48=425242kJ/h=118kW

按照泳池开放11小时计算，恒温加热所需功率为：

Wh=Qh/11=6280500/11=570955kJ/h=159kW

按照沐浴加热10小时（可与泳池加热时间错开，减少初投资）计算，沐浴加热所需功率为：

Wr=Qr/10=1674800/10=167480kJ/h=46.5kW

空调除湿负荷与池水蒸发散热负荷相当，为泳池恒温负荷的90%左右，基本和泳池恒温热泵的制冷能力相当，无需单独计算负荷。

综上计算数据可以看出，如果选择热泵系统作为该泳池工程设备，则仅需选择额定加热能力在160kW左右的热泵即可，相比传统锅炉加空调系统可大幅降低运行费用，每小时节约用电176kWh，相当于每天节省运行费用1936元（如表1所示）。

表1 恒温泳池耗能对比

[1]游泳池建筑设计规范

[2]游泳池给水排水工程技术规程