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泳池热泵系统简介
广州市密西雷电子有限公司 苏华强

摘要： 本文介绍了泳池恒温热泵、泳池除湿热泵及泳池水加热、除湿、空调热泵的工作原理，分析了泳池热泵利用热泵技术回收低位热能（包括显热和潜热）用于室内游泳池，与室内空调降温（或供热）和除湿结合，做到“一机三用”达到空调、除湿、泳池恒温加热的目的。文章介绍了室内游泳池的热量损失以及计算方法，并分析了泳池热泵机组用于游泳池的实际工艺流程及其节能、经济性效果。

关键字： 游泳池恒温 泳池除湿热泵 经济性
热泵原理：一般而言，水泵是把有形的水从低位送至高位，而热泵则是把人们看不到的低位热源升至高位热源加以利用。由热力学第一、第二定律可知，所有热力发动机都是按正循环工作的，其效果是使热量转变为机械能；而逆向循环的效果是消耗机械能来迫使热量从低温流向高温，制冷机和热泵都是利用逆向循环原理工作的。逆向循环具有从低温热源放热的特点，当使用目的是从低温热源吸收热量时，系统称为热泵。通俗的讲，热泵是使工质从低温热源吸收热量，外加机械能或其他能对其提高温度，实现其工质在高温定压冷凝过程中释放热能的过程。
保温良好的游泳池，水的热能损失95%是通过泳池水表面蒸发产生的.恒温泳池室内空间中含氯潮湿空气对建筑物的腐蚀，几乎100%也是来源于泳池水表面蒸发所造成的。泳池热泵的设计理念，即基于免费能源和环保的概念，通过把蒸发到空气中的水蒸气回收利用，一方面回收热量将池水加温，同时也可以给空气回热；另一方面通过降低温度到结霜点，使水蒸气凝结成水，既干燥了空气达到除湿的效果又可以回收蒸发掉的水分至泳池，减少泳池补充水，从而达到恒温、恒湿、节能、节水、环保的效果,同时大大延长建筑物的使用寿命。
泳池恒温热泵的工作原理：压缩机将低压气态冷媒压缩成高温高压气态冷媒，由于冷媒液化潜热高，冷媒进入冷凝换热器将大量冷凝热释放并传至水中，转化成高压液态冷媒，通过膨胀阀成为低温低压的气液混合物，冷媒在蒸发器出吸收周围环境空气的热量而蒸发变成低压气态，再进入压缩机，完成加热循环，实现了空气中的能量向水中转移的目的。
除湿泳池热泵的工作原理:泳池热泵将室内游泳池蒸发到空气中的水蒸汽（空气潜热）回收利用起来，首先通过热泵将室内潮湿空气（回风）降低温度至露点，使空气中的水蒸汽凝结成水，使空气干燥达到除湿的效果，并放出热量。其次将放出的热量转移给泳池水加热和即将返回室内的空气（增加空气的显热）；最终将多余的热量通过室外冷凝器排至室外，实现了室内泳池池水加热、空气除湿的目的。
集“水加热、除湿、空调”的热泵工作原理：泳池区暖湿空气通过回风管回到热泵，经空气过滤器和蒸发器温湿度迅速降低，水蒸汽凝结成水滴，从系统中去除，达到除湿之功效，并将热能传递给冷媒，冷媒将一部分热量经水换热器转移至泳池水中，另一部分热量经冷凝器将空气重新加热至合适的温度，与新风混合由鼓风机重新送回室内泳池厅，多余热量通过室外冷凝器排至室外大气中，热泵排风系统，可直接将泳池厅内空气排至室外。冬季外来能源不足时，可启动空气辅助加热器补充能量。热泵只需提供其本身的运行电能，即能按上述工作程序不断循环运行，以较低的能耗，实现“池水加热、空调、除湿、通风”三大功能的和谐平衡。
图 1 游泳池恒温加热、除湿、通排风系统

一、游泳池循环水处理工艺流程
工艺流程说明简述：
加药装置 消毒装置
↓ ↓
池水 → 平衡水箱 → 循环水泵 （含毛发聚集器）→ 高速过滤器→ 泳池热泵 → 池水
↑ ↓
酸碱平衡装置 反冲洗水外排
泳池回水从主回水格栅先经毛发聚集器，循环泵将水中毛发、大的悬浮物截留住，以免毛发缠绕泵的叶轮，影响后继设备运行。出水加入混凝剂后，在管道内发生混合反应，将水中微小悬浮物凝聚，产生花经高速过滤器后衬过滤截留。后经过换热器，池水部分加热后，与另一部分混合。此时加入消毒剂，以杀灭水中细菌，保持一定的余氯量，并加入除藻剂，避免池水发绿，并调节PH值，然后池水重新回到泳池。
二、游泳池的温、湿度要求及热量损失的计算方法
1、游泳池的温、湿度要求
1.1 游泳池池水温度要求
游泳池有室外露天游泳池（场）以及室内温水游泳池（馆）两大类。从游泳池的使用性质分，有比赛池，训练池，跳水池，儿童戏水池等；从经营性质分，有公用游泳池，商业宾馆内游泳池，也有私人别墅住宅内的游泳池等。但无论何种游泳池，都有一个要求维持池水温度恒定的要求，池水的温度因使用性质不同而异。一般室内游泳池池水温度为２4－２8℃，室外的为２２－３０℃。如室内游泳馆有完善的空调采暖设施，可以取为25℃；如果气温低，可以取为27℃。热损失与池水温度高低有关，也与周围环境（例如空气）温度有关。一般室内环境温度比池水温度高1-2℃。国外资料表明：室内游泳池最佳环境参数为：
空气温度 26-30℃
池水温度 25-28℃
地面温度 30-32℃
风 速 0.05-0.1m/s
1.2室内游泳馆相对湿度
维持室内游泳馆内一定的相对湿度十分必要，室内空气相对湿度50-60%为最佳范围。即使室外气温为-1℃或更低气温，室内为28℃ 时，玻璃窗户上仍会潮湿、结露。因而游泳池场馆必须除湿。
2、游泳池热量损失的计算方法
2.1 游泳池的热量损失
游泳池的热损失有下列几个方面：
1）游泳池水面蒸发和传导损失的热量。
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。
3）此外，因人们在游泳池内游泳，会损失一部分池水，必须不断补充，而补充水需加热，需要补充一部分热量；
由以上因素所引起的热量损失，都需要不断补充，才能维持泳池水在一定的温度范围。另外，恒温池水也有一次性全部更换新的要求。为了清洗，消毒的要求，在一定时段内，要求将池水全部放空，重新输入温水。如果补充的水是冷水（水温在5-15℃），那末，加热整池水需要的用热量就是一次性最大负荷，此时一般需时为24-48小时才能再次达到这一温度要求。
计算游泳池损失热量应按本地区冬季月平均最冷环境条件下计算所得 。
2.1.1 水面蒸发和传导损失的热量：
Qx ＝ α· у （ 0.0174vf ＋ 0.0229 ） (Pb － Pq) A(760/B)
式中 Qx—— 泳池表面蒸发损失的热量（ kJ/h ）；
α—— 热量换算系数， α ＝ 4.1868 kJ /kcal ；
у—— 与泳池水温相等的饱和蒸汽的蒸发汽化潜热（ kcal/kg ）；
vf ——泳池水面上的风速（ m/s ），一般按下列规定采用：室内水池 vf ＝ 0.2~0.5 m/s ；露天水池 vf ＝ 2~3 m/s ；
Pb—— 与泳池水温相等的饱和空气的水蒸汽分压力（ mmHg ）；
Pq——泳池的环境空气的水蒸汽压力（ mmHg ）；
A——泳池的水表面面积（ m2 ）；
B——当地的大气压力（ mmHg ）。
2.1.2 泳池的水表面、池底、池壁、管道和设备等传导所损失的热量：
而泳池的水表面、池底、池壁、管道和设备等传导所损失的热量，占泳池水表面蒸发损失热量的 20% 。
2.1.3 泳池补水加热所需的热量：
Qb＝αqbу（tr- tb）/t
　　式中 Qb——游泳池补充水加热所需的热量(kJ/h)；
　　α——热量换算系数，α＝4.1868(kJ /kcal)；
　　qb——游泳池每日的补充水量(L)；按泳池水量的5～10%确定；
　　у——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）。
对于补水热损失，可以按补水量及补水温差进行计算而得。游泳池每天补水量占游泳池容积的百分数可见表1。
表1
游泳池类别
比赛池
训练池
跳水池
室内公共池
露天公共池
儿童池
幼儿池
水球池
游泳、跳水合建池
补充水量（％）
3-5
3-5
3-5
5-10
10-5
10-5
15
5
5
三、游泳池除湿
泳池除湿的同时可将一部分热量转移到加热池水中。国外资料表明，私人游泳池的产湿量为：每平方米水面面积0.10-0.15kg/h.m2 ,再加上每人0.40-0.50kg/h。每平方米水面每年产生的水蒸气约为1t，每吨水蒸气相当热量约为700KW.h。为除湿所需的通风量约为25－40m3/m2.h。热泵除湿加热过程可以从h-d图上作图说明（见图2）。

图2 除湿过程在h-d图上的表示
传统除湿，室内空气状态点P（假定28℃、φ＝50％）与新风点A（假定＋5℃、φ＝90％）混合，混合点M，再由M点加热到E点（46℃、φ＝13％），加热过程所需热量为QC；热泵除湿，由于热泵吸取P状态下空气的热量，使空气降温降湿至K点（假定10℃、φ＝80％），再用冷凝热将空气加热至E点（送风状态），空气的得热量为（hE－hK）×Vγ＝Qhp。设热泵的能效比COP＝3.8,则热泵实际耗电量仅为0.263Qhp。如Qhp>QC，则热泵的制热量除了加热空气外，还可以有多余的热量，来加热池水。
四、泳池恒温热泵机组用于游泳池的工艺流程及其经济性
4.1 工艺流程
目前推荐的泳池恒温热泵机组用于游泳池供热系统的工艺流程可见图3。

图3 泳池恒温热泵机组用于游泳池的恒温加热工艺流程图
4.2 经济性
如果能利用室内游泳池的湿热空气作为泳池热泵机组的热源。由主机蒸发器吸热去湿后，再将主机出来的干冷空气直接打入游泳池空间或作为室内游泳池空调的补充新风，则可以大大减少机组用电量，并达到免费去湿、降湿的目的。这种系统所解决的问题有：因室内游泳池需要保持三个重要参数的稳定：一是池水温度保持在26-28度；二是室内空气温度保持在27-30度；三是室内空气湿度保持在50-60％。解决的第一个问题是室内空气湿度高：泳池表面水体不断蒸发引起室内空气湿度过高，游泳者也感到不舒服。解决的第二个问题是室内空气腐蚀性高：室内空气湿度高并含有消毒剂，所以造成对泳池区内天花板、墙面及设备的严重腐蚀。解决的第三个问题是室内泳池高能耗：传统泳池控制湿度的方案是：排出室内的高湿空气，补充进室外的干燥空气。这种方案在冬季需加热大量空气，同时需要加热泳池水体，补充水体因表面蒸发和池壁等热传导造成的热损，能耗相当大。泳池热泵通过室内泳池空气除湿，将泳池表面蒸发损失的能量返回到空气和水中，这种能量修复过程冷凝了大量的湿气，同时减少了新风的要求，也大大降低了冬季加热新鲜空气的费用。达到了除湿、减少腐蚀及降低能耗三个目的，可节约30-50％的能耗。
五、结论
热泵是基于能源再生与环保而设计制造的,它是利用“空调”原理，将泳池暖湿空气中的能量“转移”到水中，达到空气除湿及泳池水加热的目的，同时可以产生冷气。热泵只消耗了运行能量，就能“转移”大得多的外界能量到水中，因此泳池热泵能够取得比直接电加热高得多的能量，体现其节能高效的特点。泳池热泵采用电能作为运行动力，克服了燃油燃气设备所产生的大量污染物，体现其环保节能的特点。由于利用了游泳池室内的湿热空气热量，不仅节省了电能，而且可以免费提供制冷量，热泵全年能效比提高了，COP也提高了。

参考文献
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（4）赵荣义、范存养、薛殿华、钱以明、编《空气调节（第三版）》中国建筑工业出版社，2000