广州从化温泉养生谷总统别墅室内恒温泳池空调通风设计

广州从化温泉养生谷总统别墅室内恒温泳池空调通风设计 广州从化温泉养生谷总统别墅 室内恒温泳池空调通风设计 华森建筑与工程设计顾问有限公司 彭博 王红朝 摘要 阐述了室内恒温泳池的负荷计算和系统设计思路，并重点介绍了不同室外参数时 空调系统运行和控制要求。 关键词 泳池负荷计算 空气处理过程分析 围护结构最小热阻 1 工程概况 广州从化温泉养生谷商务会议区 II -2 区总统别墅由广州流溪香雪国际企业有限公 司开发，项目地点位于从化市东部，良口镇南部，距广州市区 83km，距从化市区(街口 镇)26km，距从化温泉镇8km ，三面环山，西部有海拔110m 低山，西南面为海拔98m 低 山，南面为流溪河，东面为海拔 495m。规划总用地面积为 246 万平方米，总建筑面积(计 容积率面积)约 14 万平方米。本次设计总统别墅 9968 . 75 平方米，建筑风格为皇家中式。 总统别墅为本项目服务规格最高的客房，拟供国家元首级别的贵宾使用。因此考虑 了独立、齐全的服务娱乐配套设施，贵宾及其随从的生活服务需要，以及完善的安全保卫 设计，同时保证该建筑的独立性与私密性。 考虑到本工程有同时供冷供热的需求和稳定的卫生热水需求，设计选用 2 台四管制 空气源螺杆式热泵机组。由四管制空气源螺杆式热泵机组提供空调冷热水和生活热水预 热，另设计有两台燃气热水锅炉再次加热至生活热水要求温度。 室内恒温泳池位于总统套院区地下一层，层高为 7 . 5 米，三面为外墙，南侧有通高 的落地玻璃平开门，顶板为与空调房间相邻的楼板。 2 设计参数 2 . 1 室外设计参数(见表 1) 表 1 室外设计参数(广州市) 空调计算 空调计算 通风计算 平均风速 大气压力 干球温度 湿球温度 干球温度 最多风向 m/ shpa ? ? ? 夏季 34 . 2 27 . 8 31 . 9 1 . 5 SE 1002 . 9 冬季 5 . 3 -- 10 . 3 2 . 4 N 1020 . 7 2 . 2 主要房间室内设计参数 室内恒温泳池池水温度为 26?，室内空气温度设计为 28?，室内相对湿度小于 70%， 3通风换气次数大于 1 次/小时。泳池房间面积 447 ?，层高 7.5 米，体积 3750m。 3池区面积 120 ?，池水深 1.2 米，水容积 144 m。 3 泳池负荷计算 3 . 1 夏季冷负荷计算 夏季冷负荷包括:围护结构冷负荷、人体冷负荷、室内照明 和发热设备冷负荷、 新风冷负荷、水面蒸发所造成的空气冷负荷。 Qx=Qw+Qr+Qms+Qf+Qz (kw) 公式(1) 围护结构冷负荷 Qw、人体冷负荷 Qr、室内照明和发热设备冷负荷 Qms、新风冷 负荷 Qf 的计算与普通民用建筑负荷计算相同，其中应注意泳池的水面蒸发所造 成的空气冷负荷 Qz 应理解为泳池表面蒸发损失的热量全部进入空气，即为水面蒸发 造成的夏季冷负荷。 水面蒸发所造成的空气冷负荷 Qz 根据参考文献[ 1 ] [ 2 ] Qz=4 187 0 0174v+0 0229 pbpqF760 B (KJ/ h).r(.f.)(-)/ 公式(2) Qz =4 . 187r( 0 . 0174vf+0 . 0229)( pb-pq)F760 / B / 3600 (kw) 式中 : Qz——水面蒸发造成的夏季冷负荷，kw; r——与池水温度相等时，水的蒸发气化潜热(kca l / kg, 1 kca l / kg=4 . 1868kJ / kg)， 按 参考文献[ 1 ] 表 8 . 1-14 采用; vf——池水面上的风速，m/ s;, 按下列规定采用; 室 内游泳池:vf =0 . 2~0 . 5m/ s; 露天游泳池:vf =2~3m/ s pb——与池水温度相等时的饱和空气的水蒸气压力 (mmHg，1 mmHg=133 . 322Pa)，按参考文献[ 1 ] 表 8 . 1-15 采用; pq——空气的水蒸气分压(mmHg)，按参考文献 [ 1 ] 表 8 . 1-15 采用; F——游泳池水面面积(m2); B——当地的大气压力(mmHg) 总统别墅泳池利用负荷计算软件计算得出围护结构冷负荷Qw、人体冷负荷 Qr 、室内 照 明和发热设备冷负荷 Qms: Qw+Qr+Qms=34 . 63 kw 新风冷负荷Qf=28 . 01 kw 将 r=582 . 5，vf=0 . 3，pb=25 . 2，pq=17 . 0，F=120，B=752 . 2 代入公式(2)， 得出水面蒸发所造成的空气冷负荷: Qz=4 . 187*582 . 5* (0 . 0174*0 . 3+0 . 0229) * (25 . 2-17 . 0) *120*760 / 752 . 2 / 3600 =4 . 187*582 . 5*0 . 02812*10*120*760 / 752 . 2 / 3600=23 . 10kw 即得出:总统别墅泳池夏季冷负荷Qx=34 . 63+28 . 01+23 . 10=85 . 74 kw 3 . 2 冬季热负荷计算 冬季热负荷包括:围护结构热负荷、新风热负荷、空气传给池水的显热量(因空气温 度高于池水温度)。 Qd= Qw+ Qf+Qch (kw) 公式(3) 围护结构热负荷 Qw 和新风热负荷 Qf 计算与普通民用建筑负荷计算方法相同，其中应 注意空气传给池水的显热量 Qch，根据参考文献 [ 1 ]: Qch=4 . 187?α?F ?Δ t/ 3600 公式(4) 式中: α——水面传热系数，kJ/(????h)，可近似采用 8kca l / ????h (1kca l / ????h=1 . 163w/ ??K); F——敞开水面的面积，?; Δt——室内空气的干球温度与池水温度的温差，?; 总统别墅泳池利用负荷计算软件计算得出: 围护结构热负荷Qw=11 . 27 kw 新风热负荷Qf=63 . 384 kw ; 将α=8，F=120，Δt=(28-26)代入公式(4)得出: 空气传给池水的显热 量 Qch=4 . 187?8?120?(28-26)/ 3600=2 . 23 kw 即得出:冬季热负荷Qd=11 . 27+63 . 84+2 . 23=76 . 88 kw 3 . 3 湿负荷计算 湿负荷包括:池水的蒸发量W1、池边湿润地面的产湿量 W2 和人员散湿量W3 。 W=W1+W2+W3 公式(5) 池水蒸发量 W1:根据参考文献[ 4 ] 公式 3 . 3 . 21 W1=(α+0 . 00013ν)?(P1-P2) ?F?B/ B’ 公式(6) 式中 : F ——敞开水面的面积，?; P1——相应于水表面温度下的饱和空气的水蒸气分压力，Pa; P2——室内空气的水蒸气分压力，Pa; B ——标准大气压力，1 . 01325MPa; B’——当地实 际大气压力，Pa; ν——蒸发表面的空气流速，m/ s; α——周围空气温度为 15~30?时，在不同水温下的扩散系数，见参考文献[ 4 ] 中表 3 . 2 . 21-1，kg/(??h?Pa);水温<30?C 时，α取为0 . 00017 。 池边湿 润地面的产湿量 W2 W2=α( tg- ts)F1 / γ 公式(7) 式中: α——空气对水的表面传热系数，kJ /(????h)，建议取为 41 . 8 kJ/(????h); ; ts——室内空气的tg——室内空气的干球温度，? 湿球温度，?; γ——湿球温度下的气化潜热，kJ/ kg; F1——湿润 的地面面积，?; 因湿润地面往往无法准确测定，一般计算时可按池边外 1 米的周圈面积计算。 人体散 湿量 W3 W3=0 . 001Φnq 公式(8) 式中: Φ——群集系数; n——房间总人数减去池水内的人数 q——一名成年男子的散湿量，kg/ h 因 n 较小，W3 可忽略不计。 将总统别墅实际数据α=0 . 00017，ν=0 . 3，P1=22 . 4，P2=17，F=120，B=101325， B’=100290 代入公式(6)，得出: 池水蒸发量W1=(0 . 00017+0 . 00013*0 . 3) * (22 . 4-17) *133 . 322*120*101325 / 100290 =0 . 000209*5 . 4*133 . 322*120*101325 / 100290=18 . 24 kg/ h 将α=41 . 8，tg=28 ，ts=23 . 6 ，F1=(175-120)，γ=584×4 . 18 代入公式(7)，得出: 池边湿润地面的产湿量W2=41 . 8* (28-23 . 6) * (175-120) / 584 ×4 . 18=4 . 14 kg/ h 即得出:湿负荷W=18 . 24+4 . 14=22 . 38 kg/ h 4 空气处理过程分析 4 . 1 总统别墅室内恒温泳池空调负荷计算结果统计如下: 表 2 恒温泳池空调负荷计算结果 夏季总夏季室内冷 冬季总热 冬季室内热 室内湿负 夏季热湿 冬季热湿 冷 负负荷 负荷 负荷 荷 比线 比线 区域 荷 (KW) (KW) (KW) (KW) (Kg/ h) (ε) (ε) 泳池 85 . 74 57 . 73 76 . 88 13 . 5 22 . 38 9286 -2171 . 6 4 . 2 经过冷负荷和湿负荷计算，作夏季空气处理过程 I -D 图: 图 1 室内恒温泳池夏季空气处理过程 I -D 图 由室内状态点 N 作 ε 线至机器露点，得到送风状态点 S， 送风焓 ?,差 Is= In- Is=64 . 96-53 . 21=11 . 75kJ/ kg ?,送风量G=Qn/ Is =57 . 73 / 11 . 75=4 . 91kg/ s=14730m3 / h 制冷量=4 . 91x(70 . 92-53 . 21)=87 kw 因该游泳池夏季热湿比数值较大，若其他围护结构较少的泳池，热湿比数值必然 较小，热湿比线也较平缓，与90% 相对湿度线相交，会导致露点送风温度过低，这时 可采用二次再热的处理过程。 4 . 3 经过热负荷和湿负荷计算，作冬季空气处理过程 I -D 图: 图 2 室内恒温泳池冬季空气处理过程 I -D 图 总加热量=4 . 91x(69 . 80-52 . 24)=86 . 2 kw 4 . 4 得出空调送风量后，校核是否能消除最大室内散湿量: 1000G , ， (dn , ds) L= 公式(9) 1000G , ， L 由上式推出 ds=dn- 公式(10) 式中 L——排除室内余湿所需的通风量，m3 / h;dn —— 室内空气含湿量，g/ kg; ds——送风空气含湿量，g/ kg; 图 3 室内恒温泳池过渡季空气处理过程 I -D 图 由此可看，空调机组送风 点应在由上式算出的 ds 左侧，即空调机组的送风空气含湿 量应小于 ds，才能消除室内湿 负荷。 因游泳池的湿负荷基本上是全年不变的，而室外含湿量是变化的，热湿比线 ε 也是 变化的，但因空调送风量不变，故只要保证送风空气的含湿量小于计算得出的 ds， 就能消 除室内湿负荷。 5 空调设备选型 选用双风机三机一体热泵，因项目本身有冷热源，可提供冷热水，不需设室外冷 凝器，避免了室外冷凝器对总统别墅环境的影响。空气辅助加热器选用风管式热水换热器， 热水由热水锅炉提供。泳池池水的加热以热水锅炉提供的热水经板式换热器换热为主，三 机一体热泵的空气加热多余的热量为池水的辅助加热。空气辅助加热量为总加热量减去选 取热泵制热量。 图 4 游泳池热泵系统原理图 6 空调自控设计 6 . 1 设备选型完成后，控制策略准确才能保证空调机组适应室内外参数的动态变 化，使室内温湿度符合要求。 6 . 2 空气处理机组控制原理图 图 5 空气处理机组控制原理图 6 . 2 . 1 夏季运行由空调机组的出风温度(露点送风)(或室内相对湿度)控制冷水盘 管的电动比例积分调节阀，保证机组的除湿能力。利用室内温度控制加热盘管的电动 比例积分阀对最后送风温度进行控制。 6 . 2 . 2 过渡季、冬季，通过空调机组后的温度、相对湿度控制新、回风比例，使混合 后的绝对含湿量满足除湿要求;利用室内温度控制加热盘管的电动比例积分阀对最后 送风温度进行控制。 7 围护结构防结露最小热阻计算 为防止结露，围护结构和各热桥 部位应进行最小传热阻校核计算。 要求围护结构内表面温度高于室内空气露点温度，计算外围护结构最小热阻，以校核 现围护结构是否满足要求，不满足则应加外保温。 (ti , te, c) ， n 外墙 ， Ri ti , td R=0?min (ti , te, c) ， n 屋顶天花 ， Ri (ti , td ) ， 0.8 R=0?min 式中 : t i ——冬季室内计算温度，?C; te, c——围护结构冬季室外计算温度，?C; n—— 温差修正系数，按参考文献[ 3 ] 表 4 . 1-4 采用; 2 R i ——内表面热阻，(m*k) / w，按参考文献[ 3 ] 表 4 . 1-14 采用; ?t——室内空气与围护结构内表面之间的允许温差，?C，按参考文献[ 3 ] 表 4 . 1-5 采用;按建筑类别四:Φ>65%的房间不允许外墙和顶棚结露时，外墙的? t= t i - t d， 屋顶和楼板?t= 0 . 8×( t i - td)。 分别校核95% 和 90%露点温度时的最小热阻: 室内空 气 95%露点温度(22 . 9?C): (28 , 3) ，1.0 外墙 R=0?m i n =0 . 539 (m2*k) / w ， 0.11 28 , 22.9 (28 , 3) ，1.0 屋顶R =0?m i n ， 0.11=0 . 674 (m2*k) / w (28 , 22.9) ， 0.8 则要求外墙K< 1 . 86 (W,m2 . K);屋顶K< 1 . 48 (W,m2 . K); 室内空气90% 露点温度(23 . 8?C): (28 , 3) ，1.0 外墙R =0?m i n =0 . 655 (m2*k) / w ， 0.11 28 , 23.8 (28 , 3) ，1.0 屋顶R =0?m i n ， 0.11=0 . 818 (m2*k) / w (28 , 23.8) ， 0.8 则要求外墙K< 1 . 52 (W,m2 . K);屋顶K< 1 . 22 (W,m2 . K); 为保证外墙和天 花不结露，建议按室内空气 90%露点温度的计算结果增加外保温。 参考文献: [ 1 ] 中国建筑设计研究院 .建筑给水排水设计手册(第二版)[ M]. 北京:中国建筑工业出 版社，2008 [ 2 ] 中华人民共和国住房和城市建设部. 游泳池给水排水工程技术规程 [S] .北京:中国 建筑工业出版社，2008 [ 3 ] 陆耀庆. 实用供热空调设计手册(第二版)[ M]. 北京:中国建筑工业出版社，2008 [ 4 ] 住房和城市建设部工程质量安全监管司、中国建筑标准设计研究院 . 全国民用建筑工 程设计技术措施(暖通空调?动力)[S] .北京:中国计划出版社，2009 [ 5 ] 电子工业部第十设计院 .空气调节设计手册(第二版) [ M]. 北京:中国建筑工业出版 社，1995