马辉
新城控股集团股份有限公司上海第一分公司 上海市 200333
摘 要：室内泳池由于表面水分不断蒸发，造成空气相对湿度偏高，而高相对湿度的空气会产生很多的问题，如钢结构生锈、墙体发霉、天花和幕墙结露，影响建筑物的美观与使用寿命，除此之外，高湿空气容易滋生病毒和细菌，严重影响泳者健康。在除湿热泵未普及之前，最普通的控制湿度的方法就是排出潮湿的空气，引进外界干燥的空气并加热至室温，同时还需提供泳池池水所需要的热量，不但系统多控制复杂，还浪费了大量汽化潜热。除湿热泵作为泳池专用设备，集泳池水加热、空调热湿处理、智能换气与热回收功能于一体，可在保证室内热湿环境的情况下实现节能效果。本文结合五星级酒店实例，介绍了室内游泳池湿负荷计算及除湿热泵系统的设计方法，对除湿热泵冬夏季的空气处理过程和节能性进行了分析，为酒店项目泳池区域空调设计提供参考。
关键词：五星酒店；除湿热泵；系统设计；节能性分析
引言
恒温游泳池作为五星酒店的常规配置，为喜欢游泳的人们提供了健身和休闲场所的同时，也对游泳池的室内环境提出了更高的要求，暖通系统在保证泳池区温度舒适的前提下，还需排除大量的湿气，避免室内结露和细菌、霉菌、病毒大量繁殖。本文结合具体案例，介绍了酒店泳池除湿热泵系统的设计，并对其经济性进行了分析和评估。
1、苏州高铁新城酒店项目概况
苏州高铁新城酒店项目位于江苏省苏州市，毗邻苏州高铁北站，总建筑面积98480.55m2，由一栋57层的酒店塔楼、2层的裙房及3层地下室组成，其中游泳池位于48F康体中心。
2、除湿热泵系统基本组成与原理
如图2-1所示，含有大量水蒸汽的室内回风，一部分经由机组排至室外，剩余回风与新风混合后的暖湿空气经除湿热泵处理后变为温度适宜的干燥空气重新送回室内处理热湿负荷，另一方面，冷凝热可回收后用于加热池水。除湿热泵结构及运行原理如图2-2所示，设备自带蒸发器、压缩机和冷凝器，可实现逆卡诺循环，暖湿空气经过蒸发器时降温除湿，冷媒吸收热量后通过再热冷凝器为空气加热，或者通过池水冷凝器为池水补热，从而实现热回收，但空气和池水都不需要加热时，则通过室外冷凝器排热。
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3、泳池负荷计算
泳池区的高湿特点，容易造成维护结构表面结露，尤其外玻璃幕墙，经常因为结露而影响视线和观感，另一方面，高湿环境也容易造成细菌和霉菌的繁殖，严重影响空气质量，因此，泳池区的空调设计首先是除湿设计。
3.1 室外气象参数（苏州）
夏季：空调室外计算干球温度34.4℃、空调室外计算湿球温度28.3℃；
冬季：空调室外计算干球温度-2.5℃、空调室外计算相对湿度77%。
3.2 泳池室内设计参数
泳池及室内温湿度设计参数如表3-1所示。
表3-1：泳池及室内温湿度设计参数
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3.3 湿负荷计算
(1)人体散湿量
根据《游泳池给水排水工程技术规程》CJJ122的规定，泳池水深在1.0~1.5m之间时，人均池水面积按照2.5m2/人计算，池岸人数按泳池人数的1/3计算，则泳池人数为40人，池岸人数nτ为13人，由于酒店游泳池属于娱乐性质，池边人员按极轻活动强度考虑，单人散湿量g取115g/h，群集系数φ取0.92，则总人体散湿量为
(2)池边散湿量
根据使用条件不同，池边湿润系数n取值也不相同，一般取0.2~0.4为宜，考虑五星酒店管理较好，本项目取0.2，室内设计干湿球温度分别为tg=28℃，tq=23℃，则池边散湿量为
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(3)敞开水面的散湿量
供冷工况一级热舒适情况下室内设计风速应≤0.25m/s，供热工况一级热舒适情况下室内设计风速应≤0.2m/s，本项目设计水面空气流速为0.15m/s，池水温度为27℃，扩散系数a取0.0046kg/(N ?s)，计算蒸发系数为
池水设计温度为27℃，对应的饱和水蒸气分压力为3564.6Pa，室内设计参数为28℃、65%，对应的水蒸气分压力为2456.5Pa，由于苏州当地大气压与标准大气压非常接近，故不再考虑大气压力修正，则泳池水面的散湿量为
综合所述，室内湿负荷为
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(4)新风湿负荷
室内人员新风量按30m3/h ?人计算，设计新风量不低于53×30=1590m3/h。
冬季室外含湿量dw’=2.4g/kg，室内含湿量为dn=14.2g/kg，若依靠新风除湿，则新风量需求为
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3.4 冷热负荷计算
泳池区冷热负荷主要集中在围护结构负荷、人员负荷、照明负荷、设备负荷等方面，除了湿负荷外，这些冷热负荷计算与常规房间并无太大差别，这里不再赘述，计算该泳池夏季室内冷负荷为33.3kW，冬季室内热负荷为26.8kW。
3.5 泳池水热损失计算
泳池水的热损失主要包括水面蒸发损失的热量、水面和池底池壁导热损失的热量、补水加热所需的热量。
(1)水面蒸发损失的热量
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r为与泳池水温相等的饱和蒸汽汽化潜热，约为582kcal/kg，pq? b与pq单位为mmHg，同样不考虑大气压修正，计算得到损失热量为14.35kW。
(2)泳池的水表面、池底、池壁、管道和设备等传导所损失的热量Q2，占泳池水表面蒸发损失热量的20％，约为14.35×0.2=2.87kW。
(3)池水补水加热需要的热量
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a为水的比热取4.1868kJ/(kg?℃)，qb每天补水水量，取泳池水量的5%为6000L，ν为水的密度，为1kg/L，ts为池水温度27℃，tb是补充水的温度，按冬季最不利情况，取5℃，t为水池的加热时间，利用均衡水池自动补水时，取24h，计算得到池水补水加热量为6.4kW。
综合所述，泳池水总热损失为
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4、除湿热泵系统计算
参考PHNIX品牌除湿热泵，选择040S-G型号，风量8500m3/h，除湿量40kg/h，制冷量66kW，制热量75kW，压缩机功率13.2kW，制冷COP制冷为5.0。
4.1 夏季空气处理过程分析
根据图2-1及图2-2分析空气处理过程，当房间需要除湿时，一部分室内回风与新风混合后经过蒸发器冷却除湿，除湿后的低温空气经过再热冷凝器，利用一部分冷凝热升温，直至空气状态位于室内热湿比线上，此时停止再热，空调风送入室内处理热湿负荷，保证室内的温湿度设计要求，另一方面，除湿热泵系统通过电动阀切换至池水冷凝器，将剩余冷凝热释放至泳池水中实现热回收，空气处理过程如图4-1所示。
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除湿热泵总风量为8500m3/h，其中新风量为1590m3/h，根据新回风比例关系，可确定混合状态点C，之后混合空气进入蒸发器冷却除湿至机器露点L，过程除湿量为W设备，根据风量和除湿量以及C点参数，可计算确定L点，过N点做热湿比线ε，L的低湿空气经过再热冷凝器加热至O点，使O点位于室内热湿比线上，送入室内即可保证满足室内温湿度要求。此过程中，C-L过程的冷量加压缩机耗功即为冷凝热量，扣除L-O过程的加热量，即为可用于泳池水加热的热量。计算结果，QC-L为61.5kW，压缩机耗功为12.3kW，QL-O为14.3kW，则可用于加热泳池水的热量为，大于泳池水所需加热量Q池水=23.62kW，此时不需启动泳池辅助热源即可满足泳池水加热需求，多余热量可再通过室外冷凝器散出。
由于室内温湿度保持恒定，室内湿负荷保持不变，但室内显热负荷降低时，热湿比降低，只需控制和增大空气再热冷凝器的再热量QL-O，即可保证送风状态点位于变化后的热湿比线上，从而保证室内状态恒定。当室内不需要除湿时，依靠空调冷冻水和两用表冷器，对室内进行降温。
4.2 冬季空气处理过程分析
冬季依靠室外新风除湿，只需要利用表冷器加热空气，用于室内供暖即可，冬季空气处理过程如图4-2所示。
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同夏季相同，室内湿负荷保持不变，当室内显热负荷降低时，热湿比降低，只需控制和减小表冷器的空气再热量Q’L-O即可保证送风状态点位于变化后的热湿比线上，从而保证室内状态恒定。当冬季室外空气含湿量较高时，无法完全通过新风实现除湿，则开启压缩机依靠蒸发器冷却除湿，依靠再热冷凝器和两用表冷器对空气加热，其处理过程与夏季类似。
5、五星酒店泳池除湿热泵系统节能性分析
5.1 处理热湿负荷节能性分析
除湿热泵系统自带送排风机，与常规AHU+独立排风机而言，由于风量与风压损耗一致，风机消耗功率方面并无差别，但冷热能耗方面不同，除湿热泵自带压缩机，夏季能够实现制冷循环和冷凝热回收，而AHU采用空调冷冻水，冷却除湿能耗来自冷机制冷和冷冻水泵输冷耗能，空调风再热耗能来自锅炉燃气和热水泵输热耗能，根据4.1节夏季空气处理过程分析计算可知，为了达到室内温湿度，需要供冷量为QC-L=61.5kW，再热量QL-O=14.3kW，计算各项能耗及经济费用。
(1)供冷能耗
本项目冷机COP=6.1，供冷QC-L耗电为W冷机=QC-L/COP=10.1kW；
本项目为二级泵系统，一级泵耗电输冷比为0.02552，二级泵耗电输冷比为0.02409，则输冷耗电为W冷冻泵=（0.02552+0.02409）×61.5=3.05kW。
(2)供热能耗
本项目为锅炉热效率为92%，天然气按低位热值8600kcal/Nm3计算，空气再热天然气耗量为N=14.3×3600/4.186/8600/0.92=1.56Nm3/h；
本项目为二级泵系统，一级泵耗电输热比为0.00423，二级泵耗电输热比为0.00891，则输热耗电为W热水泵=（0.00423+0.00891）×14.3=0.19kW。
(3)经济费用
苏州当地商业电价按0.9元/kW，天然气按3.6元/Nm3计算，采用常规AHU方案时，夏季高峰小时冷热耗能费用为（10.1+3.05+0.19）×0.9+1.56×3.6=17.6元/h
5.2 供应生活热水节能分析
AHU机组无法供应生活热水，而除湿热泵有一部分冷凝热未能利用而排出了室外，可以通过增加一个承压换热水箱对多余的冷凝热进行利用。水箱内置冷凝器，外部储水用热，除湿热泵运行原理及热水供应原理如图5-1和图5-2所示。
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根据给排水专业计算，本项目泳池配套的淋浴设施，生活热水设计小时耗热量为51.4~78kW，本项目多余的冷凝热量为Q余热- Q池水=35.88kW，可全部用于淋浴水加热，但淋浴用热满足水温需求时，可采用热回收供水，水温不足时切换至平时供应热源。
利用冷凝热回收相比燃气锅炉供热，夏季高峰小时节省费用为35.88×3600/4.186/8600×3.6=12.9元/h。
综合本文第5.1与5.2节内容，估算泳池除湿热泵节能费用，泳池按每天16小时运营，全天节能率按高峰时刻的0.6考虑，考虑4个月空调季，则年节省费用约为（17.6+12.9）×16×0.6×30×4=35136元/年。
6、结论
室内泳池对热湿情况要求较高，由于有大量的水分蒸发，若不能严格控制室内的相对湿度，将发生墙壁发霉、天花和幕墙结露、滋生细菌等问题。常规空调系统采用空调机组进行冷却除湿，或采用风机排出潮湿的空气，还需再引进外界干燥的空气并加热至室温，同时还需提供泳池池水所需要的热量，不但系统多控制复杂，还浪费了大量汽化潜热。除湿热泵系统夏季利用蒸发冷却除湿，能够利用多个冷凝器实现空气再热、池水加热和生活用热，从而实现热量回收利用，达到节能效果，适合用于环境要求较高的五星酒店室内泳池空调系统。
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