消防站多功能训练馆热水系统设计及利用

摘要：本文旨在解决游泳池及淋浴系统中的难点问题，如游泳池热水及淋浴热水的热源、储热水箱的容积大小、游泳池热水控制流程、电补热加热量大小的确定等。经过热源优缺点的对比，得出游泳池应采用购买热水作为热源供应，而淋浴热水则可利用太阳能系统提供。经计算，确定储热水箱容积为100 m3，并且需要电补热加热量为47 kW。此外，可以将游泳池和储热水箱的废水作为消防车的补给水源使用，在确保满足需求的同时将多余的废水排入市政污水井以实现节约用水的目标。

关键词：游泳池热源；储热水箱的容积；游泳池热水控制流程；淋浴热水热源；太阳能系统电补热加热量；废水利用

中图分类号：TU822" " 文献标识码：A" "文章编号：２０９６-2118（2024）04-0012-04

Design and Utilization of Hot Water System for Multi-Functional Training Hall of Fire Station

ZHANG Liyun1，ZHU Jingjun2，CHU Yi1

（1：Jilin Jianyuan Design Group Co.，Ltd.，Changchun Jilin 130011，China；2：China United Design Co.，Ltd.，Changchun Jilin 130000，China）

Abstract：This paper aims at solve the difficult problems in the swimming pool and shower systems，such as the heat source for swimming pool hot water and shower hot water，the size of the hot water storage tank，the control process of swimming pool hot water，and the determination of the size of electric supplementary heating.After comparing the advantages and disadvantages of heat sources，it is concluded that swimming pools should use purchased hot water as the heat source supply，while shower hot water can be provided by a solar system.After calculating，the size of the hot water storage tank is determined to be 100 m3，and the electric supplementary heating power is determined to be 47 kW.In addition，the wastewater from the swimming pool and the hot water storage tank can be used as a source of water for fire trucks，while ensuring that the demand is met and excess wastewater is discharged into the municipal sewage well to achieve the goal of saving water.

Keywords：swimming pool heat source；volume of heat storage water tank；swimming pool hot water control process；shower hot water heat source；solar energy system electric heating heat；wastewater utilization

0 引言

随着人们对生活品质追求的不断提高，对游泳池及淋浴热水的要求越来越严格，也越来越受到重视。多功能训练馆是为消防战士提供体能训练的场所，内设游泳池和淋浴热水系统，因此，游泳池及淋浴热水系统的合理设计至关重要，如何确保其水温成为一个重要的问题。从节水角度考虑，还需要特别关注游泳池及储热水箱废水的利用。

1 热源的选择

消防站多功能训练馆热水系统包括游泳池热水和淋浴热水。该系统采用多种形式的热源供应，其中常规的有燃气锅炉、太阳能、空气源热泵、电锅炉以及购买热水，为选择最适合本项目的热源形式，表1列举了不同热源优缺点的对比。

由表1可知，选用购买热水作为游泳池热源，可同时满足国家《游泳池给水排水工程技术规程》CJJ 122—2017[1]中第7.1.1条的规定。

根据国家《建筑节能与可再生能源利用通用规范》GB 55015—2021[2]中第5.2.1条的规定：新建建筑应安装太阳能系统。本项目结合规范及实际情况，确定采用太阳能作为淋浴热水热源，具有运行费用低，无危险，无污染、不需要维护人员，方便易维护等优点。目前，太阳能热水系统是在太阳能应用发展中具有较高经济价值、技术成熟且已商业化的一项应用产品。

2 游泳池储热水箱的确定

游泳池热水采用购买热水提供热源。外购热水存储在地下一层热水机房内的储热水箱，储热水箱采用50 mm聚氨酯保温。图1为游泳池平面示意图，图2为游泳池剖面图。

游泳池总体积为v1=20 m×50 m×2 m=2 000 m3，假定外购热水温度为t1=70 ℃，每天水池水温下降t2=2 ℃。游泳池水温为t3=28 ℃，根据热平衡公式：cv1 Δt1=cv2 Δt2，即cv1t2=cv2［t1-（t3-t2）］，将数据代入公式后为2 000×2=v2×［70-（28-2）］，得出v2=90 m3。经计算，储热水箱需要储存热水容积至少为90 m3。经过当地实际调查后，运输热水车辆的储存容积有4种规格（见表2）。

根据运输热水车辆的储存容积得出3种方案：①选择规格1，购买6车热水量为96 m3；②：选择规格2，购买5车热水量为90 m3；③选择规格3，购买5车热水量为100 m3。

综合考虑以上3种方案后，确定储热水箱需要储存热水容积为100 m3，这样无论购买96 m3，90 m3，100 m3，储热水箱均能容纳，也能满足游泳池水温的要求。

3 游泳池热水控制流程

游泳池热水控制流程：①游泳池配备温度传感器d，以实现实时水温显示，方便操作人员掌握运行数据。当温度低于28 ℃时需加热，先启动电磁阀R，再启动水泵2#；当游泳池温度达到28 ℃时停止加热，先关闭水泵2#，再关闭电磁阀R。平时电磁阀R处于关闭状态。共有2台水泵2#，平时一用一备，初始加热时需同时工作。②热水箱配备温度传感器e，以实现实时水温显示，方便操作人员掌握运行数据，且实时传输至管理终端，当水温低于30 ℃时，需要重新购买热水进行补热。相关字母及数字见图3～图4及表3。

4 太阳能系统电补热加热量的确定

隆基绿能发布了《2023年气候行动白皮书》，旨在实现运营碳排放降低近40%的目标，作为可再生能源，太阳能集热器的热效率为50%，与传统能源相比，推进了能源的清洁、低碳和高效利用。因此，在该项目中，淋浴热水采用太阳能系统提供热源，并设置了太阳能热水间进行电补热[3]。根据淋浴间淋浴喷头数确定保温水箱容积为12 t。冷水经过太阳能集热系统加热并存储在保温水箱中，保温水箱采用50 mm聚氨酯保温，而后通过供水泵输送至各用水点。

在冬季或太阳能不足时，水箱水位不低于保护水位，当水箱温度低于设定值时，电补热自动启动加热，直至水箱温度达到设定值时停止[4]。电补热的计算：根据国家《建筑给水排水设计标准》GB 50015—2019[5]中表3.2.12的规定，一个淋浴头的额定流量为0.15 L/s，一个淋浴头1 h用水量为0.15 L/s×3.6=0.54 t，冷水由10 ℃加热到40 ℃，根据公式Q=cmΔt可知，1个淋浴头1 h需要的热量为Q1=4.187 kJ/（kg·℃）×0.54 t×1 000 kg/t×（40-10）℃=67 829.4 kJ，设计中淋浴头22个，需要总热量为Q总=67 829.4 kJ×22个=1492 246.8 kJ。那么，需要的太阳能热水箱容积为V=1 492 246.8 kJ/［4.187 kJ/（kg·℃）×1 000 kg/t×（40-10）℃］=12 t。12 t太阳能热水需要的热量为Q2=4.187 kJ/（kg·℃）×12 t×1 000 kg/t×（40-10）℃=1 507 320 kJ，考虑12 t水被加热需要9 h，则太阳能电补热为1 507 320 kJ/（9 h×3 600）=46.5 kW。本设计选用太阳能电补热为47 kW。

5 废水利用

游泳池的水容积为2 000 m3，储热水箱容积为100 m3，在考虑节水的前提下，当游泳池或储热水箱需要排水时，应充分利用这部分废水。作为消防站项目，园区内设有训练塔，当消防员进行训练时，可以充分利用游泳池及储热水箱废水作为消防车的补给水源。只有多余的废水才会排入市政污水井，以实现节水的目的。游泳池废水利用方案见图5，热水机房集水坑排水系统见图6，储热水箱废水利用设计见图7。

6 结语

1） 游泳池的热源为购买热水，经运输车贮入储热水箱内，由于运输车的规格不同，为了使储热水箱能适应多种运输车的规格，在确定其容积时需综合考虑相关因素。通过本文的研讨，最终确定储热水箱的容积为100 m3，这样无论运输车规格是16 m3，18 m3，20 m3，储热水箱均能容纳，也能满足游泳池水温的要求。

2） 要想游泳池水温保持恒温，因此必须对游泳池热水进行自动控制。本文详细阐述了游泳池热水控制流程，以实现系统的高质量运行和良好的使用效果。

3） 淋浴的热源为太阳能系统，既满足了规范要求，又满足了实际需求。本文根据实际工程情况，全面研究了电补热的加热量，从而解决了太阳能不足的问题，加快了太阳能系统在绿色低碳生活中的应用。

4） 游泳池及储热水箱的废水，当需要排放时，常规设计是将废水排入市政污水井内，但从节水的角度考虑，设计时将此部分废水用于消防员训练使用，多余废水才排入市政污水井内。

5） 太阳能系统越大，其环境效益及绿色低碳效益就越显著。然而，这也意味着初投资规模就越大。因此，需要进一步研究如何将太阳能与其他可再生能源相结合利用，以实现初投资和运行费用方面的效益最大化。

参 考 文 献

[1]中国建筑设计院有限公司，贵州建工集团第一建筑工程有限责任公司.游泳池给水排水工程技术规程：CJJ 122—2017[S].北京：中国建筑工业出版社，2017.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑节能与可再生能源利用通用规范：GB 55015—2021[S].北京：中国建筑工业出版社，2021.

[3]刘文龙.太阳能辅助电加热联合热水供给系统节能控制[J].自动化仪表，2020，41（7）：45-47，51.

[4]徐以时.太阳能热水系统贮热及辅助加热设备优化设计[J].中国给水排水，2010，26（14）：59-62.

[5]华东建筑集团股份有限公司.建筑给水排水设计标准：GB 50015—2019[S].北京：中国计划出版社，2019.

编辑：刘 岩