热泵在室内泳池中的应用

陆绍云

【摘要】通过分析室内恒温泳池热湿负荷计算，提出室内泳池单独采用除湿热泵时面临的冬季制热量不足的问题，并提出将除湿热泵与热水热泵联合运用的解决方案。

【关键词】恒温泳池；除湿热泵；空气源热水热泵

引言

随着社会经济的发展，室内游泳馆逐渐普及到人们的生活中，尤其是在学校游泳馆、以及一些商业健身会所、高档住宅小区。室内游泳馆属于高湿环境，对室内空气的处理占了泳池运行能耗的很大一部分。因此，选择一套合理高效的水暖系统，是室内游泳场馆良好运营、稳定盈利的关键。

室内泳池空调、除湿和池水加热常见的问题

室内泳池水温一般控制在26～28℃，空气温度则比水温高出1～2℃，相對湿度控制在人体最舒适的60～65%范围内。游泳池日常能耗主要来自夏季空调制冷、冬季采暖和池水加热三方面。当前泳池区暖通和水加热部分的设计主要面临下列问题：

1、除湿 泳池区有大量水分蒸发，消毒的余氯挥发，是高湿环境，易产生细菌、霉菌，极易破坏室内空气质量和装饰材料。传统做法是通风除湿，技术简单，但通风除湿的做法导致室内暖湿空气中的能量被白白浪费，有悖节能宗旨。

2、供热费用高昂、能量未得到综合利用。传统泳池加热采用燃油燃煤锅炉，燃料价格年年攀升，尤其是燃烧烟气排放处理不当极易引起周边投诉。时下常压天燃气热水机组得到了广泛应用，但采用燃气锅炉作为泳池热源，热水系统只能间接加热，而且为了维持水温，锅炉需要常态运行，而且燃料价格的上涨是不可逆转的趋势。在寸土寸金的商业面积内，锅炉房的选址建设苦难重重，消防审批苛刻，物业单位需配备专职司炉工，设备每年保养费用也很可观。

由于上面提到的这些问题，目前在市面上兴起很多专门针对室内泳池开发的恒温恒湿热泵。一种为常规的空气源热水热泵，只提供池水的加热，还有一种能将除湿、空调、加热等功能集合于一体，其工作原理简言之，即是将池水表面蒸发热损（包括显热和潜热）回收利用，转移入池水和空气中，弥补池水和空气热损，同时实现空气调节除湿功能，当春秋的过渡季节时，（空气温度在15℃～26℃，相对湿度小于60%），设备运行全新风模式，此时，只有热泵的通风机在工作，这种状态下，热泵的节能优势是显而易见的。但在冬季，除湿热泵的运用却面临制热不足的问题。以下结合具体项目，通过实例计算予以说明。

案例分析：

某健身会所泳池主要参数：室内泳池水面面积F池==300 m2 、总水量V=345 m3 ；游泳池厅游泳池厅高度5m～9.6m 、面积585 m2

1、除湿计算

泳池区蒸发量LW =（0.0174Vf+0.0229）（Pb-Pq）×F池×760/B=42.93 kg/hr

人体散湿量L人=5.50 kg/hr 泳池区人数n=F/S人=50人 新风量Q新=0.30 m3/s

夏季新风最大增湿量L新 =（dw-dn）×Q新×ρ=18.33kg/hr

夏季泳池最大湿负荷=Lw+L人+L新=66.76 kg/hr

2、泳池维持水温热负荷计算：

（1）泳池区水面蒸发损失的热量

Q1=4.187γ（0.0174Vf+0.0229）（Pb-Pq）×F池×760/B=29.09 KW

池底、池壁管道和设备等传导损失的热量，按蒸发损失热量的20%计算

Q2=29.09×20%=5.82 KW

补充水加热需要的热量

Q3=CMΔΤ=35.1 KW

泳池维持水温热负荷为Q=Q1+Q2+Q3=70.01 KW

3、泳池初次加热时间校核

根据规范要求，游泳池的初次加热宜在48个小时内完成。

初次加热池水每小时所需热量

Q升=175.55 KW

（2） 在加热的同时，泳池也在散热，散热按维持水温热量的1/3计算，则

Q散=（29.09KW+5.82KW）÷3=11.63KW

（3） 初次加热每小时所需要的热量： Q=Q升+Q散=187.18KW

4、淋浴热负荷

男女淋浴间共配有14个淋浴器 计算得淋浴热负荷14.7kw，60度热水用量 230L/h

注意：游泳池除湿热泵出水温度低，不能满足淋浴水温要求。

5、采暖空调负荷

计算得出夏季冷负荷为64KW，冬季采暖负荷为88KW

参考市面上主流泳池除湿热泵参数，除湿量60kg/h左右的热泵，约可提供热量约120kw，制冷量约90 kw。显然，除湿热泵冬季制热量无法同时满足加热池水以及室内采暖负荷（缺口将近40kw），更无法满足淋浴用热，初次加热时间经校核也不能满足，必须提供辅助热源，较为常见的有两种做法：

第一种：风管上安装电加热器直接加热空气，所配置的电加热器根据室内的空气温度来逐级投加的。

第二种：在风管上安装表冷器来加热（制冷）空气，直接把热水（冷冻水）接入表冷器，此方式需要外部提供循环热水。

上述第一种方式，根据GB50189-2015 4.2.2条：除个别情况下，一般不得采用电直接加热设备作为采暖热源。从计算例子中可看到，光初次加热，热负荷缺口就将近70kw，如采用电加热，其功率甚至远超过热泵本身的输入电功率，并将导致开关、电缆，乃至变配电所低压开关柜的投资都要增加。

面对上述问题，建设方经过研究，提出以下解决方案：既然总体思路是利用热泵，那就再增加一台制热量约60kw的空气源热水热泵，该热泵一方面解决淋浴热水，并作为室内泳池的辅助热源。

结论

此方案通过采用两种类型热泵的搭配，解决了冬季单靠除湿热泵热量不足，而辅助电加热又不节能的问题，充分利用了热泵高能效比的优势。该方案缺点是系统较复杂，因为有两套热泵及其循环管路设备，要实现整个泳池的全自动化控制（包括水处理系统），需联动的设备较多，增加了系统自控设计的复杂度。空气源热水热泵出水温度也只能达到60度左右，不太适合热水采暖，限制了系统综合能效进一步的提高。但相比采用燃气热水锅炉，热泵系统在运行成本上的优势还是明显的，尤其是在春秋过渡季节，充分利用了室内暖湿空气回收所得热量，可有效降低运营成本。