本文以常州大学体育馆为设计参考对象。常州大学体育馆位于常州市科教城内，是常州大学与常州市武进区人民政府共建的综合性体育馆，总建筑面积为18 514.8m2，地下1层、地上3层，建筑高度23.55m，包括比赛馆、训练馆及游泳馆等，其中游泳馆约1800m2，游泳池位于2层，建筑面积660m2。本工程为该游泳馆泳池区域供冷、供热、除湿、泳池水保温与加热、热泵机组除霜和补充供热系统以及相应的自控系统。 1 系统设计说明任何冷热源根据末端需求设计，长期以来，如何控制游泳馆内空气的温度和湿度都是一个难题，湿空气不仅使人感到湿闷，也会对馆内建筑及装饰物造成腐蚀。过去一直是采取增加通风次数，补充大量新鲜空气的做法来改善馆内空气质量。但是大量的通风，带走的不仅仅是大量的水蒸气，也带走了水蒸气中的大量热能，节能性较差，因此，目前较常采用泳池恒温除湿热泵机组来达到除湿、供冷（热）的目的，兼具热回收功能，可对泳池加热，同时通过引进新风和排风来保持房间负压。室内泳池常年水温保持在26～28℃，室内温度28～31℃，房间舒适，相对湿度不超过65%。系统主要配置了1套泳池恒温除湿热泵机组与常压电热水机组，互为补充，热泵机组主要负责对体育馆进行除湿、供冷、供热，常压电热水锅炉主要用于泳池水初始加热及保温。在夏季，泳池恒温除湿热泵机组运行于制冷、除湿工况，同时冷凝器进行热回收，将体育馆的游泳池循环水进行预热，不足部分由电热水机组加热，节能运行；在冬季极端天气下，热泵效率低下，供热能力不足时，则由电热水机组补充空调的采暖负荷。 1.1 设计参数（常州） 1.1.1 室外温度夏季干球温度：tx=34 ；冬季干球温度：td=-4 ；夏季湿球温度：tsq=28.3 ；冬季湿度：φd=73％ 1.1.2 室内计算干球温度室内干球温度：ts=28 ；泳池温度：t=26 1.1.3 其它参数水池表面积：A=370m2；泳池实际注水量：Vs=510m3；泳池平均深约1.5m；泳馆面积：A1=600m2；自来水最低水温：tz=5 ；内水池取0.2~0.5m/s，露天水池取2~3 m/s； Pb——与泳池水温相等的饱和空气的水蒸气分压力，kPa； Pq——泳池的环境（23℃）空气的水蒸气压力，kPa； A——泳池的水表面面积，m2； B——当地的大气压力，Pa 其中：α=4.187kJ/(kg·℃)(水的比热) v=582.5kJ/kg Vf=0.3m/s Pb=25.2×133.32Pa Pq=17×133.32Pa A=370m2 B=760133.32Pa 代入数据： Qz=4.187×582.5×（0.0229+0.0174×0.3）×（25.2-17）×370 =68.58×8.2×370 =208 072kJ/h=58kW 1.3.2 游泳池的水表面、池底、池壁、管道和设备等传导热量损失 Qs=Qz×20％=58kW×20％=11.6kW 1.3.3 补充水加热需要的热量式中Qb——游泳池补充水加热所需的热量，kJ/h； qb——游泳池每日的补充水量，按泳池水量的5%~10%确定，L； γ——水的密度，kg/L； tr——游泳池水的温度，℃； tb——游泳池补充水水温，℃； t——加热时间，h 其中：qb=510 m3×10％×1000L/m3 =5.1×104L（补水量） tr=26℃，tb=5℃，t=24h， α=4.187kJ/（kg·℃），γ=1kg/L 代入数据： Qb=4.187×1×5.1×104（26-5）/24 =186 900kJ/h=52kW 1.3.4 泳池所需总热量 Qz=Qz+Qs+Qb=58+11.6+52=121.6KW 式中QZ 游泳池总热量，kJ/h 2 泳池除湿计算泳池含湿量主要由新风含湿、人体散失和泳池表面散失三部分组成。 2.1 新风的含湿量新风量取总风量的25%，总风量按室内空气6次循环设计，取17 000m3/h，因此新风量为4250m3/h。根据含湿量 的计算公式： Q=1.2×（d1-d2 ）×l 式中：d1——状态1点的含湿量，g/kg （干球温度34 ，湿度83%）； d2——状态2点的含湿量，g/kg（干球温度28 ，湿度65%）； 3 系统主要设备选型 3.1 泳池恒温除湿热泵机组系统配置说明 3.1.1 机组工作原理由于本项目为泳池系统，空气较潮湿，因此选用专用组合式热泵型恒温除湿机，除了常规送风、制冷、制热功能外，还有热回收及除湿功能。设备的风机从室内抽入温暖潮湿的空气。该空气流经蒸发器盘管，将热能传递给冷媒。这种能量交换可使空气温度降低至其露点以下，在蒸发器盘管上形成结露。形成的水分流入设备的冷凝水收集盘中。液态冷媒流过蒸发器之后变成气态，然后进入设备的压缩机，经压缩变为高温气态冷媒。压缩机排出的冷媒包含了压缩机消耗的能量以及从空气中回收的热量。这种高温气态冷媒可以选择流过空气再热盘管（再热冷凝器）、池水冷凝器以及空调制冷冷凝器。需要空气加热时使用空气再加热盘管，高温气态冷媒与来自蒸发器的较冷的经过除湿的气流进行能量交换，这可使气流温度升高后达到加热目的。如果池水需要加热，高温气态冷媒就流入池水冷凝器，将能量传给进入的池水。在给池水加热的同时，高温气态冷媒可冷凝成温暖的液态。如果需要进行空气冷却，高温气态冷媒就绕过空气再加热盘管和池水冷凝器流向空气制冷冷凝器，让来自蒸发器的冷空气向室内提供空间冷却。 3.1.2 热泵空调机组配置热泵空调机组位于辅馆三层屋层，系统配置1台组合式热泵型恒温除湿机，风量为17 000m3/h（按6次循环设计），全压550Pa， 制冷量约为112kW，制热量约为134.4kW， 制冷时对泳池最大加热量约为80.4kW（热回收量），机组耗电功率约为40kW。同时配置1组热水加热盘管，引电热水机组热水补充空调制热不足，最大加热量为120kW。机组的除湿性能计算：式中：Q——除湿量，kg/h； V——风量，m3/h； E——焓差，kJ/kg 计算得出焓差等于19.76kJ/kg。通过计算夏季新风与室内空气混合(1∶3)后的焓值为76.08 kJ/kg，经过机组降温处理后的焓值为76.08kJ/kg-19.76kJ/kg=56.32kJ/kg可知处理前与后的空气的含湿量分别为18.68g/kg、10.89g/kg（根据焓值与干球温度查焓湿图），通过除湿量公式的计算：除湿量Q 为132.43kg/h＞132kg/h，满足除湿要求。 3.2 电加热系统配置说明本项目考虑节能，采用热泵热回收为泳池进行预热，同时为了系统可靠性，还配置了1套电加热系统，主要为泳池保温加热及冬季补充空调采暖使用。电热水机组工程所在位置位于游泳池夹层，层高约2m。电热水机组采用常压式，循环泵位于机组下游，炉膛不承压而通大气，同时通过板式换热器将机组与泳池循环系统隔开，确保系统安全可靠。游泳池水容量为510m3，设计水温为26℃泳池初次加热采用电热水机组加热方式，循环48h加热及相应的主要设备如下。 3.2.1 电加热机组本工程配置1台功率为270kW的电热水机组，根据48h温升20 计算（5~25℃），同时满足泳池最大补热量（约122kW）与热泵补热量（约120kW）之和。 3.2.2 泳池加热板式换热器选用泳池加热板式换热器共1台，将常压电热水机组与泳池循环水隔开，换热量根据电热水机组选取，同时留取一定余量，取300kW，一次侧水温90℃/70℃，二次侧26℃/40℃。板材使用AISI 304。 3.2.3 热水机组循环泵热水机组循环泵共选用2台，1用1备 流量根据电热水机组270kW与温差20 再选取，留取余量后取13.1m3/h，扬程13.4m，功率1.1kW。 3.2.4 池水供热循环泵池水循环泵将泳池循环水送入泳池加热板式换热器加热，共选用2台，1用1备 流量根据电热水机组270kW与温差14℃再选取，留取余量后取18.1m3/h，扬程12.5m，功率1.5kW。 3.2.5 软化水装置同时考虑到电热水机组水质要求，延长电热管使用寿命，循环水系统配置1套软化水装置，每小时处理水量为2m3/h。 3.2.6 热泵供热板换常压电热水机组不仅用于池水初始加热及保温，还起到为屋顶热泵机组除霜以及补充供热系统的作用。配置1台热泵供热板换，换热量根据补热量选取120kW，一次侧90℃/ 70℃，二次侧80℃/60℃。板材使用AISI 304。 3.2.7 热泵补热循环泵热泵补热循环泵将补热量送往热泵，共选用2台，用1备。流量根据补热量110kW与温差20℃再选取，留取余量后取流量5.02 m3/h，扬程12.1m，功率0.75kW。 4 系统自控及运行模式说明 4.1 自控说明本工程自控系统由现场传感器 执行器 PLC和触摸屏等组成3级FCS系统。PLC采集传感器数据，执行程序逻辑处理后输出，控制相应的阀门和水泵以及其它的启停设备；触摸屏读取PLC数据，显示系统的运行工况和各参数的即时数据，并能将修改工作参数下载到PLC。 4.2 运行模式说明当系统夏季投入时，设定热泵机组出口温度，运行供冷 除湿模式，使用泳池系统循环泵进行池水循环，启动热回收泵进行热泵热回收，同时启动电热水锅炉供热模式，通过电热水机组对泳池循环水进行补热。对热泵热回收量不进行限制，尽量多回收热泵排热。在其热回收系统下游启动电加热系统，设定电热水机组的出水温度为82℃（可调）开始供热，运行顺序为：电动阀→水泵→热水机组。开闭相应的电动阀，启动电热水机组循环泵 电热水机组，根据冷侧出水温度的要求调节板换热源侧直通与旁通阀开度，稳定泳池供水温度。当系统冬季投入时，运行热泵机组采暖，此时泳池加热全部由电热水机组完成，控制逻辑同上。当热泵效率较低需要补热时，开启热泵补热水泵，将电热水机组一部分热量通过板式换热器换热的方式，向热泵采暖系统进行补热，稳定采暖送风温度。 5 结语本项目供冷期100d左右，每天约12h，设计日热泵制冷、除湿，同时进行热回收供泳池加热，每小时最大热回收量约为80.4kW，全天可回收约80.4×12=965kWh的能量，大大减少了电热水机组的开启容量。 可知全年可回收约965×100×0.8=771840kWh（0.8为负荷调节系数）。这部分能量如果采用电热水机组供热，电热水机组效率约0.95，则需消耗771840/ 0.95=812 463kWh的电量，考虑到江苏白天电价约为0.8元/kWh，可知全年可节省6.5万元，大大降低运行费用，同时缓解了夏季高峰电时期的电网压力，节能效果十分显著。