池水加热

池水加热

     游泳池是人们在水中进行游泳、休闲游乐的活动场所，所以池水温度过低或过高对人们在水中的活动都是不利的。因此，室内游泳池都应对其池水进行加热。池水加热与游泳池大厅的气温、湿度等环境条件有关。我们知道温水游泳池的昼夜用热量通常是很不均匀的。一般白天因对公众开放使用，用热量比较大。而在夜间因闭馆无人使用，则用热量较小。但有时为了节省能源，在夜间将空调系统和池水循净化系统停止使用，这时就不会开启加热设备。因此，解决好池水初次加热和使用过程中保持池水“恒温”加热及池水自然温降的补充加热如何均衡，就是设计要解决的问题。

     游泳池水温的最佳温度本手册第7.5节已有具体规定。为了保持池水“恒温”，则室内的气温应高于或等于池水水温。国际游泳联合会(FINA)2002～2005年发布《游泳、跳水、水球、花样游泳设备设施规范》要求室内气温应高出水温2℃。这就有一个与空调设计专业配合问题，本专业设计人员对此不可忽视。

    热源选择

     热源选择原则如下:

     1.室内游泳池由于没有太阳光的照射，故需要对池水进行加热。游泳池池水加热的热源选择应遵循下列顺序:

     1)在有条件的地区应优先采用太阳能、热泵和温度不低于400℃的余热、废热

     2)充分利用城镇或区域锅炉房供热的热力网热源

     3)利用建筑群或建筑物内的锅炉房供热热源;

     4)自行设置燃油、燃气、燃煤锅炉房供热

      5)电力供热。

     2.室外游泳池由于在夏天全天受太阳光的照射以及室外较高的湿球温度，水温一般都能保持在所需要的规定范围内，所以不需要对池水进行加热。但为了延长露天游泳池的使用时间，在秋初季节对池水进行加热的情况也有实例。如20世纪80年代初广西南宁就有一室外露天游泳池设计有池水加热装置，还有在云南昆明的一些露天休闲类游泳池采用太阳能进行池水加热的工程实例。当然，在炎热的盛夏特别是一些高温高湿的地区，由于池水温度偏高，则向池内投放冰块，这样虽然能解决池水温度过高问题，但会对池水造成污染，不应提倡。可采用隔热薄膜覆盖游泳池水面的方法解决。

     加热负荷

     游泳池加热池水的加热负荷由下列的耗热量和需热量构成:①池水初次加热(含换水后重新加热)所需要的热量;②游泳池正常开放使用过程维持池水“恒温”所需要的热量。池水的设计温度详见本手册表7-3、表7-4，池水原水水温见表11。

     池水初次加热所需热量

                                    Qc =Vc・p・C(T_d-T_f)                

         式中   Q_c- 游泳池池水初次加热所需的热量(KJ);

      Vc一游泳池的池水容积(L);

      pー一水的密度(kg/L);按表11-2选用

     C一水的比热，4.1868kJ/kg・℃;

     T_fー游冰池初次充水的原水温度(℃) 。按现行国家标准《建筑给水排水设计规范》GB50015的表5.1.4选用。

     维持池水“恒温”所需的热量由以下耗热量和需热量的总和构成:

     1.游泳池池水表面蒸发损失的热量应按下式计算:

 

     式中   Qz一游泳池池水表面蒸发损失的热量(kJ/h);

               B一压力换算系数，取133.32Pa;

               P一水的密度(kg/L)，按表11-2选定;

               Y  一与池水温度相等的饱和蒸汽的蒸发汽化潜热(kJ/kg)

                uw一池水表面上的风速(m/s)，按下列规定采用

                 室内游泳池:0.2～0.5m/s;

                 室外游泳池:2.0～3.0m/s。

             P_b一与池水温度相等的饱和空气的水蒸气分压(Pa)，按表11-3选用

             P_q一游泳池环境空气的水蒸气分压(Pa)，按表11-4选用。

             A_s一游泳池的水面面积(m2);

             B一标准大气压力，(kPa);

              B^,一当地的大气压力(kPa)按表11-5选用。

     关于游泳池池水表面蒸发损失的热量计算公式，该公式引自西安治金学院学报所引的原苏联《工业企业生产及辅助建筑的暖气通风设计规范》CH7-57中的公式。据目前了解和有关文献资料介绍，大概有6种计算方法，详见附录F。本手册推荐的这个公式是《游泳池给水排水工程技术规程》CJ122-2008规定的计算公式，是原西安治金学院“南方建筑降温研究”提出的公式，在环境温度30℃时是符合实际情况的。而室内游泳池的环境条件与其基本吻合。所以，选定该公式是较合适的。

 

     2.游泳池池水表面传导损失的热量按下式计算

                  Q_ch=a・C・A_s(T_dーT_q)                            (11-3)

              式中   Q_ch一游泳池水表面传导损失的热量(kJ/h)

                       a一池水表面的传导率，可近似取33.5kJ/(m^{2 .}h^.℃);

                        C一水的比热kJ/(kg^.℃)

                       As一池水表面面积(m2);

                        Tq一游泳池的池水设计温度(℃)，按本手册表7-3、表7-4规定选用

                         Tq-池水上空的空气温度(℃)，如为室内游泳池，按空调采暖温度计;如为露天游泳池，按游泳池开发期间最冷月平均最低气温计在实际工程计算中，Qa可能为负压值，这说明游泳池大厅的气温高于池水温度，是向池水中传热的。但在工程实践中，为了节约能源，空调能否全年全天候开启，空调专业室内环境设计参数的选用，能否保证池水散热损失与室内气温向池水传热热量取得平衡等因素，应与空调专业密切配合，仔细分析，尽量按池水既不向外散热和池外环境不向池内传热的工况来确定该公式计算数值的取舍。

      3.游泳池池壁和池底传导损失的热量，按下式计算

                    Q_bd=K>F_bd(T_d-T_t)

                式中Q_bd一游泳池壁和池底传导损失的热量(kJ/h);

                            K一游泳池池壁和池底的传热系数(kJ/m^2-h-℃)，如为钢筋混凝土游泳池结构时，一般可按如下规定选用:

                       池壁、池底与土壤接触时，取K=4.19kJ/(m2h℃)

                       池壁、池底与空气接触时，可近似取K=8.38～21kJ/(m2h·℃)，池壁较厚时取下限值;

                     F_bd游泳池池壁和池底的外表面面积(m2);

                     T_d游泳池的池水温度(℃);

                        T_t游泳池池壁、池底之外的温度(℃)，如为埋地时，取土壤温度。

     4.池水循环净化系统管道和设备、装置损失的热量Qp可按《建筑给水排水设计规范》热水循环管道热损失公式进行计算。据有关资料介绍，Qp约为池水表面蒸发损失Qz池水表面传导热损失Qch和池壁和池底传导热损失Qbd三项热损失之和的3％，设计时可按此值估算。

     5.补充水加热所需要的热量

     游泳池的过滤设备如果用池水进行反冲洗，以及开放使用过程中人体带走、池子排污等损失的水量需要及时给以补充。这些水量需要加热到游泳池正常使用水温，这部分水加热所需要的热量按下式计算

      式中Qb一加热游泳池补充水所需的热量(kJ/h);

              Vb一游泳池新鲜水的补充量(L/d);

              Th一加热时间(h)，按池水净化处理系统实际运行时间;

              其他符号的意义同前。

      6.游泳池池水维持“恒温”所需总热量

            Qvz=Qz+Qch+Qbd+Qp+Qb                       (11-6)

               式中Qvz一游泳池池水维持“恒温”所需总热量(kJ/h);

                 其他符号意义同前。

     据有关资料介绍:式中Qch,Qbd,Qp三项的热损失约占游泳池池水表面蒸发热损失Qz的20％，所以这三项可不再进行详细计算。这样，游泳池维持池水“恒温”所需的热量可按下式计算:       Qvz=1.2Qz+Qb      (11-7)

     式中符号意义同前。

     另据有关资料介绍:池水温度27℃、空气相对湿度50％、室内风速0.5m/s、室外风速2.0m/s时，上述第1～5项热损失之和也可按表11-6中每1.0m2游泳池水面的热损失数据进行估算。

     7.换热器容量的选用

     对池水进行换热的设备按本条第6项的总需热量进行选用计算。一般宜按2台换热设备进行配置，每台换热设备按总耗热量的60％选配，初次加热时两台设备同时运行，正常使用时一用一备，互相交替使用，以满足游泳池池水连续不间断的供热需要。

     8.池水加热时间的校核

     在工程设计中，一般宜按本条第7项选定的换热设备的实际换热能力，按本手册公式(11-10)对游泳池池水初次加热时间进行校核按上述公式计算的池水初次或游泳换水后再次加热所需的时间过长，如超过72h时，应该适当增加换热设备的数量或换热能力。

     【例11-1】北京市某室内公共游泳池，基本规格为50m×21m×(1.2m～1.8m)，池水容积为1575m3，池水设计温度T。为27℃。室内气温为28℃，相对湿度为60％，游泳池初次充水和使用过程补充水水温(Tf)为12℃。热媒为高温热水，其供水温度为90℃回水温度为70℃.求游泳池池水加热及维持池水“恒温”所需热量及加热设备。

     解:1.池水初次加热所需热量:

     按本手册公式11-1计算。各项参数为:

     由表11-1知Tf=12℃时，p=0.9995kg/L

     Vc=1575m³=1575000L

     C=4.19kJ/℃^.kg

     Qc=1575000×0.9995×4.19(27-12)=98039254kJ

     初次加热时间按48h计，

 

     2.池水维持“恒温”所需热量:

     由本手册表11-2知水温27℃时，P=0.9965kg/L;

     由本手册表11-4知气温28℃，相对湿度60％时，Pq=2266.5Pa;

     由本手册表11-3知水温27℃时，Y=2438kJ/kg、Pb=3559.7Pa;

   游泳池水面上的风速取uw=0.5m/s。由本手册表11-5知，北京市夏季B=99.86kPa

     1)游泳池水面蒸发损失的热量

     按本手册公式11-1计算则:

    

 

      4)池水维持“恒温”所需总热量

     按本手册公式17计算，各项参数由上述计算知:Qz=552828kJ/h，Qb=410977/h

  Qvz=1.2Qz+Qb=1.2×552828+352294=1015688kJ/h

     设计以维持池水“恒温”所需总热量选配加热设备，加热设备如选用板式换热器时，可按本手册公式1-8进行初步计算，以便进行设备机房的布置。待正式确定了产品供应厂家后，由该生产厂家再进行仔细计算后，最后确定加热器的规格型号。

     5)校核池水初次加热所需时间

     按本手册公式11-5计算，各项参数同前述各项所述及计算

     从计算所知，仅按维持池水“恒温”配置的加热设备的容量对池水进行加热所需的时间超出《游泳池给水排水工程技术规程》CJ122-2008规定时间48h一倍多。因此，在实际工程中宜按游泳池维持“恒温”所需加热设备容量配置2套，以满足游泳池池水初次加热2台同时运行的需要。正常使用过程中2套设备可交替使用，互为备用。如校核所需时间不超过72h，则可按池子维持总热量配置2套加热设备同时使用确定。