摘要： 根據游泳館的建筑特殊性，指出了空調、通風方案的主要目的，并且分析了冬夏季負荷計算的具體方法，說明了空調能耗的特點，結合這個特點，采用熱回收方式，提出了的空調方案。同時，以一個具體設計為實例，進行了能耗分析，與不采用熱回收系統做了比較。
關鍵詞： 游泳館 負荷計算 熱回收 節能
 
1. 概述
　　游泳作為一種競技體育項目和人民大眾體育活動，日益得到廣泛的發展。作為開展這種體育活動的場所之一——室內游泳館，也在逐步發展，功能逐步完善。由于游泳館具有特殊的建筑功能，因此，在空調負荷計算，空氣處理方式，以及設備選擇上都有不同于常規建筑的地方。
2. 設計方案
2.1 建筑特點
　　室內游泳館常年使用，并且功能相對單一，因此，室內的設計狀態常年一致。由于其建筑功能，室內具有巨大的水面，水溫基本不變。由于人員衛生要求，水體本身須循環處理，一般采用氯氣消毒方式，室內空氣氯氣含量很高，室內的空氣具有腐蝕性。
2.2 空調、通風特點
2.2.1 空調、通風要求
　　由于氯氣的毒性和腐蝕性，因此室內要保持一定的負壓，因此要設置排風機。在空氣處理過程中，不可采用常用的一次回風方式，因為含有氯氣的回風會腐蝕設備。
2.2.2 負荷特點
　　室內由于濕負荷很大，且常年一致，因此，一年四季均須除濕。同時，由于室內狀態基本不變，水面溫度也基本恒定，水面和空氣存在一定的溫差，加之水面面積巨大，在冬季形成較大的顯熱損失，不可忽略。室內的負壓要求，會產生很大的空氣滲透，會帶來很大的熱、濕負荷，這點在計算負荷時也應根據實際情況，予以考慮。
2.2.3 空調目的
　　根據冬夏季室外狀態的不同以及室內的空氣狀態，確定空調的方案，同時也用于判斷各負荷是否可以做為設計裕量而忽略。冬季，室外溫度低，空調的目的是保暖和除濕；夏季，室外溫度高，濕度大，空調的目的是降溫和除濕。
2.2.4 能耗要求
　　由于必須采用直流式系統，運行能耗是相當大的，因此要采用一定的節能措施，如采用熱回收裝置，可以節約能耗。根據熱回收的機理不同，可以分為顯熱回收和全熱回收兩種，本例中采用全熱回收方式，逆流換熱。
2.3 負荷計算
　　負荷計算應該將控制范圍內一切對室內溫度和濕度產生作用的因素統一考慮，但是在實際分析和設計過程中，根據室內的具體情況和人員的接受程度，以及空調的目的不同，可以將某些負荷忽略，為實際運行提供更廣闊的空間。
2.3.1 夏季室內負荷
　　夏季室內負荷包括四個方面，其中圍護結構、人員、燈光等的常規冷負荷以及人員帶來的濕負荷按照不穩定傳熱的方法計算，本文不再重復。由于室內負壓產生的空氣滲透，而帶入的熱、濕負荷，由于溫差、濕差較小，可以忽略。空氣向水面的傳熱，對于室內空氣而言，本身是熱量的散失，因此在夏季以降溫為目的的空調計算中，這部分可以作為設計裕量，也不考慮。但是，水面向空氣的傳濕，大幅度的增加了室內的濕附和，應予詳細計算。
　　在計算水面向空氣傳濕量時，不宜按照一般手冊中提供的池水蒸發量計算公式，
　　
　　其中：W1——敞開水面濕負荷（kg/h）
　　　　　F——水槽蒸發面積（m2）
　　　　　g——單位水面蒸發量（kg/(m2 h)）
　　　　　B——當地大氣壓力（Pa）
　　因為該式是按照靜止水面和較小風速計算的，在游泳池的環境下，水面會濺起很多水珠，使得水和空氣的接觸表面大大增加，同時也會增加和空氣的相對速度，因此如果按照上述公式計算的傳濕量比較保守，同時，在游泳池旁邊，存在這較大面積的濕潤地帶，這也是該類建筑所特有的，這些地帶的散濕量是很難詳細計算的，筆者根據相關資料*，對于游泳池的傳濕量，采用了對上述公式進行修正的計算方法；對于周邊濕潤地帶也得到了較為實際的傳濕量。兩部分的計算公式如下：
（1）池水蒸發量
　　
　　其中：C——蒸發系數，取值0.037
　　　　　P1——水面空氣的水蒸汽分壓力（Pa）
　　　　　P2——水表面溫度的飽和水蒸汽分壓力（Pa）
 (2)周邊濕潤地區的傳濕量
　　
　　其中：W2——周邊濕潤地區的傳濕量（kg/h）
　　　　　α——空氣對水的對流換熱系數（kJ/m2 oC h）
　　　　　tg——空氣干球溫度（oC）
　　　　　ts——空氣濕球溫度（oC）
　　　　　γ——濕球溫度的汽化潛熱（kj/kg）
　　　　　F——濕潤地帶面積（m2）
2.3.2 冬季室內負荷
　　也包括四方面，當時此季節的空調要求是保暖和除濕。其中維護結構熱負荷按照常規計算。冷風滲透部分，由于溫差較大，應予計算，同時冷風滲透帶入的干燥空氣，可以作為冬季除濕的裕量忽略。空氣向水面的顯熱傳熱則與空調目的一致，應予計算。第四項為水面向空氣的傳濕，以及帶來的潛熱熱量。
　　由于冬季和夏季的室內空氣狀態相同，水面狀態也相同，因此冬季和夏季，水面以及周邊濕潤地帶的傳濕量也相同。
2.4  空氣處理過程
2.4.1  處理原則
　　首先，全年的送風量一致，并且送風和排風量相同，便于空氣處理過程的控制和分析，其次，要確保除濕效果，把維持室內濕度放在重要位置。同時，為了設備簡單，易于管理，冬季和夏季要采用相同的熱回收設備。
　　本例中采用轉輪全熱回收裝置，這種熱回收裝置的效率一般在70%左右。
2.4.2  計算步驟
（1）冬夏季分別計算送風量，取較大值作為確定送風量。
　　冬季：為了防止換熱器結霜，應先將室外空氣預熱到一個較高的溫度，一般取5 oC，根據熱回收效率得到熱回收器出口的空氣狀態，由熱濕比線計算送風量。
　　夏季：根據熱濕比線及送風溫差確定送風量。
　　這里需要說明的是，當冬季風量較大的時候，夏季可采用再熱方式，當夏季風量較大的時候，可以選取效率較高的換熱設備，或者維持現狀，偏于安全。
（2）根據送風量確定送風狀態點，分別確定處理過程。
　　冬季：根據熱濕比線得到送風狀態點，確定二次加熱量。這里需要注意的是，送風溫度不可過高，一般控制在45 oC左右。
　　夏季：根據換熱器效率確定新風在表冷器前的狀態點，確定冷機的裝機容量。
2.5  能耗分析
　　根據能耗計算，冬季熱回收效果比較明顯，可以達到30%左右，夏季熱回收效果低于冬季。但是冬季由于采用全熱回收裝置，會回收部分室內的水分。
2.6  計算實例
　　室內設計狀態：tg=26 oC，Φ=70%
　　室外設計狀態：夏季：tg=33.2 oC，ts=26.4 oC
                 冬季：tg=-12 oC，Φ=45%
　　室內負荷：冬季：圍護結構和冷風滲透：243.4kW   
             水面向空氣的潛熱傳熱：257.2 kW
             空氣向水面的傳熱：128.6 kW
             夏季：475 kW
             濕負荷：370kg/h
　　這里需要說明的是，夏季空氣滲透帶來的冷負荷為28.6 kW，濕負荷為19.8kg/h,分別占夏季室內冷負荷和濕負荷的6%，5%。
　　計算得到風量為60000m3/h
　　夏季空氣處理過程：
狀態點
室外
熱回收出口
送風點
室內
溫度（oC）
33.2
29.4
18
26
含濕量（g/kg）
18.6
17.3
11.5
16.5
焓（kJ/kg）
81.5
74
48.5
70.5
　　冬季空氣處理過程：
狀態點
室外
預熱后
熱回收出口
送風點
室內
溫度（oC）
-12
5
21
46.5
26
含濕量（g/kg）
 
0.5
11.5
11.5
16.5
焓（kJ/kg）
 
6
51
76
70.5
相對濕度
45%


2.7 小結
2.7.1 系統采用直流式，并且進行熱回收，加排風系統。
2.7.2 整體處理方案為冬夏季風量一致，處理方式不同。
2.7.3 冬季空調目的為升溫降濕。
2.7.4 夏季負荷計算中，空氣向水面的顯熱傳熱量可以作為裕量。冬季負荷計算中，這部分應計入冷負荷，而由空氣滲透帶入的干燥空氣的除濕量則可作為濕負荷計算的裕量。
2.7.5 計算采用同一設備，效率各項一致。
2.7.6  冬季空氣進入全熱回收設備前必須預熱。
2.7.7 冬季節能效果比夏季明顯。
*文中提及相關資料來自于張鐵輝《娛樂性游泳館采暖通風設計若干問題的探討》（北京建筑設計研究院內部論文集），在此特別表示感謝。
參考文獻：
　　（1）賀綺華 鄒月琴 體育建筑空調設計 北京：中國建筑工業出版社 1991
　　（2）范存養 大空間建筑空調設計及工程實錄北京：中國建筑工業出版社2001
　　（3）宋玫 暖通空調 2000，30（4），49-51