关于国内游泳池恒温加热系统的研究

恒温游泳池的加热研究
 
1.    关于恒温泳池及其常用的加热方式
        泳池不管是夏天还是冬天池水温度总保持在一定的温度范围之内，这种泳池就是所谓的恒温泳池。要实现池水恒温，就要对池水加热，目前池水加热的方式主要有三种，各自的使用情况及优缺点介绍如下：

1.1 国内目前使用得zui普遍的燃煤、燃油、燃气锅炉或电加热方式
        使用这几种方式要受到能源危机的影响，由于我国是一个发展中的大国，每年用于热水系统的能源耗费巨大。据统计，我国采暖能源耗费多达1亿吨标煤，约占我国全年能源消耗总量的16%。我国入世的成功，中国成为的加工中心，能源耗费更加巨大，中国又是能源缺少国，自93年开始中国便成为石油净进口国。加上这几年各地纷纷出现闹电荒、油价上涨，这就让我们不能不感受到能源的重要，节约能源的必要。把“坚持节约与开放并举，把节约放在*”作为我国经济发展的一项长远能源政策来实施，也充分体现了对节约能源的重视程度。另外，使用燃煤、燃油、燃气锅炉还会带来环境污染，国内加大了大气环保执法力度，燃煤锅炉房纷纷面临改造，又由于燃油、燃气甚至直接用电产生热水的成本过高，且非“可持续发展”的长久之计。锅炉系统无论是节能型还是环保型都受到了其自身的局限，废气的排放和能源的耗费是无论如何都无法改变的现实。

1.2采用比较节能环保的太阳能热水器加热方式，即利用太阳能结合辅助热源实现池水加热恒温
        这方面的技术在国外已经比较成熟。有资料介绍，在美国70％的太阳能热水系统应用在游泳池池水加热上，国内也有厂家在做这方面的尝试。技术上主要利用全玻璃真空管集热器，采用强迫循环与卸压设计，并配有辅助热源，系统运行采用自动控制来实现。北京月坛体育中心综合训练馆就是引进并使用了这方面的技术，利用太阳能为池水加热。但这种方式实际使用时节能要受到地方气象条件的制约。近年来太阳热水器产业发展以年16%的速度递增，但因我国太阳能资源分布存在着地区的较大差异，南方大部分地区恰恰是全年的辐射总量＜500kJ/㎡，也即全年的晴天率≤50%的地区，包括湖南、湖北、广西、浙江、江西、福建北部、陕西南部、江苏南部、安徽南部、黑龙江、四川、贵州等地。其平均阴雨天占45%，多云和晴天占55%，这就意味着在满负荷利用太阳热水器的情况下，将近50%的热是来自电或其它热源。另外，安装太阳能集热器需要比较大的空间场所，对大的游泳池馆，占用空间更大，安装使用时也受到限制，除非游泳池馆为之特别设计。
        随着人们生活水平不断地提高，游泳也逐渐成为人们生活中不可欠缺的体育运动项目之一，近几年来，泳池设施及技术发展很快并且不断地改进。据有关资料报道，利用太阳能加热泳池水，是一项技术成熟的项目。有资料介绍，在美国70％的太阳能热水系统应用在泳池水加热，目的是延长游泳池的使用时间。国内也有这方面的尝试和工程。 游泳池的所需热负荷主要是池水加热和淋浴。池水加热主要是解决每天池水的温降，与洗浴用水是不一样的，热水不需排掉，可循环使用，只要解决每天温降几摄氏度即可。游泳池的水量较大，从几十吨至几百吨，所以需要足够的采光面积安装太阳能集热器。还要考虑现场建筑的现有条件，与建筑的连接结构，承重，整体感观，抗风等一系列因素。由于采光面积较大，集热器数量多，所以还要优选集热器种类，根据游泳池的当地环境和加热实际负荷，选择其性能价格比的集热器品种。在系统运行方面，大的太阳能系统都采用强迫循环方式，集热系统如要采用全玻璃真空管，就要解决承压运行问题。由于太阳光照的不稳定性及昼夜间断性，如果要求保证每天的加热负荷，还必须考虑辅助热源。zui后整个系统的自动运行控制及辅助加热与太阳能系统的自动转换都需要设计合理、安全可靠。
        山东省的某一家室内游泳馆设计了一套池水加热方案：该游泳池，往年夏季开馆，开馆时水温较低，影响运动员及游客的游泳效果。不得已有时采用土法电加热既危险又很难达到预期效果。该泳池希望利用太阳能解决池水加温，延长开馆时间，或能达到全年开馆，并能同时解决人们游泳后洗浴用热水的计划。为此，设计了全玻璃真空管集热器，摆放在该馆建筑楼面上，采用强迫循环与卸压设计。设计一个蓄热水箱和一个淋浴水箱，放置在游泳池水处理系统的附近，并配有100千瓦的辅助热源，系统运行采用自动控制。系统的运行、观察和控制都非常方便。整个系统的设计结果是价格较低，控制方便，系统合理。

1.3利用热泵技术给池水加热
        热泵技术是近年来在全备受关注的新能源技术。热泵热水器是一种可替代锅炉的供暖设备和热水装置。与传统太阳能相比，热泵热水器不仅可吸收空气中的热量，还可吸收太阳能。热泵热水器通过制冷剂与空气或水之间的温差从空气或水中吸收热量，制冷剂再经压缩机压缩后，通过换热器把热量传给水，大大提高热效率，充分利用了廉价的自然能源，是将电热水器和太阳能热水器的各自优点结合于一体的新型热水器，北京月坛体育中心综合训练馆就是利用这种热泵热水器作为泳池加热辅助热源的。目前，热泵热水器有空气源热泵热水器、水源热泵和地源热泵三种系列，是开拓和利用新能源的设备之一。因而利用热泵给泳池水加热称得上是实现池水恒温的理想方式，不过这方面的技术在国内泳池使用上还不是很成熟。
 
2.    恒温泳池用热泵使用现状
        恒温泳池热泵的热源可是空气、水或地热，其中以空气源zui为普遍。热泵用于泳池加热在国外技术已比较成熟，在国内只是刚刚起步，比较理想的也只是那些国外的代理产品，而自己真正拥有成熟技术的国内生产厂家却。尽管国内也有不少厂家也在做泳池方面的热泵产品，空气源、水源热泵都有，如果仔细分析他们的产品，也不过是普通的商用热泵。当然这些产品也可以用于给池水加热，但是恒温泳池有其自身的要求和特点(如池水净化处理、能否参与室内泳池的空气处理等)，恒温泳池热泵也自然应该具备符合恒温泳池要求的功能和特点，不是普通商用热泵所能代替的。

3.恒温泳池存在的常见问题（主要针对室内泳池）
3.1．健康问题
        室内恒温泳池池水表面的水汽蒸发，会使室内空气含有大量的氯氨/三卤甲烷，不仅对人体会有刺激作用，更严重的是危害人的健康，其中三卤甲烷可致癌。
3.2能耗问题
        运行成本高，泳池水处理和泳池恒温恒湿能耗过高，国外资料显示，游泳池内90%以上的能量损失是由于蒸发造成的，这部分能量大部分以水汽（潜热）的形式存在泳池空气中，如采用传统的通风除湿，一般要求排风量为每小时3倍的泳池室内容积，这在冬季会造成泳池室内的热量大量损失掉，在夏季则会造成泳池室内的冷量大量损失。为了补充游泳池损失的能量，在传统通风除湿方式中，游泳池不得不采用锅炉、中央空调等提供大量的热源或冷源向泳池内补充能量，耗费大量的能源费用。
3.3腐蚀问题
        室内恒温泳池由于表面容易使室内充满潮湿含氯的空气，当潮湿的含氯空气遇到较冷物体就会凝结出冷凝水，冷凝水一方面会造成雾气，影响室内游泳者观看室外环境，另一方面由于室内泳池含有大量的氯，将会腐蚀建筑物，严重的时候会造成房屋垮塌等危险；大量氯的存在对热泵机组的换热器产生腐蚀作用，影响热泵机组的使用寿命。
3.4舒适问题
        游泳池室内空气相对湿度过高，在夏季让人感到发闷，使人感到极为不舒服；冬季容易形成凝结水（结露），影响人的舒适外也影响人的观感。
        由上面存在的问题可知，恒温泳池热泵不仅要求能实现给泳池水加热，防止自身换热器被腐蚀外，室内恒温泳池热泵还要求能处理泳池室内的空气，让游泳者在健康舒适的环境下锻炼身体，并保护建筑物。

4.恒温泳池热泵开发应用方向
        通过上面恒温泳池的加热方式的分析以及恒温泳池存在的需解决的常见问题的探讨，我们不难给恒温泳池热泵确定开发和应用方向：
4.1．首先产品必须节能是选用热泵为泳池水加热的前提条件
        选择热泵作为泳池水的加热方式，就是因为它的节能，这符合《游泳池给水排水设计规范》7.2.3条中提出的“加热设备应根据能源条件……综合进行技术经济比较确定”要求；当然也因为热泵为环保无污染产品，机组一年四季全天候运行性能稳定，不受夜晚、阴天、下雨及下雪等恶劣天气的影响，使用寿命长达15年以上，而且维护费用低。
        考虑到长江以北的地区冬季比较寒冷，利用空气源热泵产生的热量不足以加热维持池水温度，建议利用地下水作为热源，因为地下水温一年四季比较稳定，这样就不用考虑冬季使用电加热。
        恒温泳池热泵应用时除了利用其加热功能外，还应尽可能充分地利用其产生的冷量，以求zui大限度的利用机组能量，为用户节省空调费用。目前有些泳池热泵在应用时，只利用了它的加热功能，而让冷量白白浪费掉了，这对需要空调制冷的泳池馆或泳池附近建筑是十分可惜的。这就要求设计方为用户着想，选择功能合理的热泵机组，如加热、制冷双重功能的节能机组。

4.2开发符合泳池自身功能要求和特点的恒温泳池热泵产品
        上面提出了有关泳池特别是室内恒温泳池的常见问题，这就要求热泵设计生产厂家提供相应的能够解决这些问题的热泵系列产品，来满足用户的要求，同时使游泳者真正舒适，游出健康。
4.2.1泳池一体机的功能
        它主要是针对室内游泳池开发的产品，它集空调、除湿和池水加热于一体，利用热泵技术，将除湿加热过程中的冷量回收利用，机组能克服高湿、高氯环境等诸多问题，通过春夏秋冬四季运行模式的改变，机组达到节能的运行。
4.2.2泳池一体机的工作原理
        空气处理系统将池水表面的蒸发热充分回收，使之转移进入池水和空气中，弥补池水和空气热损，同时实现调节空气的温度湿度功能。该过程主要包括以下两方面内容：
        *，暖湿空气流经空气过滤器及蒸发器，温度下降，水汽凝结成冷凝水从空气中分离出来，使空气干爽，实现空气除湿功能；同时，空气冷却、水汽凝结及冷却过程中释放出的热能被冷媒（制冷剂）吸收；二，冷媒（制冷剂）吸收的热量，首先经热交换器给池水加热，实现池水加热功能；余热经空气冷凝器，给冷却的空气加热，实现空气恒温功能。
        由于热量经墙壁和窗户等传导散失以及要吸入新鲜空气，当热泵所产生的热能不足以满足要求时，由辅助空气加热器补充提供室内暖气所需的热量即可。整个机组只需提供其本身的运行电能，热泵即按上述工作过程不断循环运行，以较低的能耗，实现“空调、除湿和池水加热”三大功能的和谐平衡。
4.2.3空气处理循环
        室内泳池馆回风进入机组先经过空气过滤器净化处理到达蒸发器，高湿度的暖空气遇到低温的翅片（通常蒸发温度比较低），水汽凝结成冷凝水从空气中分离出来流回泳池(因为空气湿度比较大，所以要使用挡水板），降温除湿后的空气由离心风机送到加热冷凝器(系统通过空气温度控制分配加热冷凝器和室外冷凝器热负荷量)，使空气温度回升至合理温度后通过风管道送到室内(当室内温度比较低时启动辅助电加热)。
4.2.4池水恒温加热
          吸收了空气热量的制冷剂通过压缩机循环把热量部分传给冷凝器给水加热，因为空气热符合比较大，系统通常要使用室外空气冷凝器((当室内温度比较低时，室外冷凝器停用)。
五、结语
        面对能源危机及环保要求，恒温泳池加热方式朝着节能环保方向选择已成定局，这给恒温泳池热泵应用与发展提供了机遇。我们除了要求恒温泳池热泵在节能环保舞台上当好角色外，更要求它能具备制热、制冷、除湿、净化空气、建筑/设备防腐等多种功能。