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系统工程课程设计报告书

游泳健身俱乐部的空调系统分析

容摘要：

服务业是随着商品生产和商品交换的发展，继商业之后产生的一个行业。

商品的生产和交换扩大了人们的经济交往。

随着城市的繁荣，居民的日益增多，不仅在经济活动中离不开服务业，而且服务业也逐渐转向以为人们的生活服务为主。

在游泳馆这种服务行业里，完全是为人们的生活质量服务。

不仅要注重安全，还要保证卫生水平，提高管理水平，全方位地提供优质服务。

公司给了顾客舒适的服务，顾客就会为公司带来巨大的利润。

暑假期间，本人在蔚蓝海岸游泳馆当救生员，工作了50来天，通过自身体验、认真观察以及深度调查，发现游泳馆里的空调系统有很高的技术水平，为游客带来了好心情，也为公司带来了效益。

本文将介绍蔚蓝海岸游泳馆空调系统设计的3个要点:

一是在全年空调负荷和池水加热负荷分布规律的基础上，分析了全热回收技术的经济效益，由此确定了机组容量;二是对送风柱送风方式的气流组织进行了CFD模拟，为选择送风参数提供了依据;三是根据当地全年湿度分布规律，分析了池区在过渡季利用通风除湿的有效风量，为排风设备选型提供了依据。

上述分析为解决游泳馆空调设计的共性技术问题提供了参考，对任何游泳馆空调设计都有一定的帮助。

关键词:

空调系统设计；全热回收技术；通风除湿；气流组织分析

ABSTRACT：

Withtheproductionofgoodsandservicesisthedevelopmentofcommodityexchange,followingthebusinessgeneratedafteranindustry.Expansionofcommodityproductionandexchangeofeconomicexchangesbetweenpeople.Withthecity'sprosperity,anincreasingnumberofresidents,notonlyineconomicactivitycannotbeseparatedservices,butservicesthatareturningtoservice-orientedpeople'slives.Theserviceindustryintheswimmingpooliscompletelythequalityoflifeforpeopleservices.Shouldnotonlyfocusonsafety,butalsotoensurethathealthstandards,improvethemanagementlevelinalldirectionstoprovidequalityservices.Companytothecustomercomfortableservice,thecustomerwillbringhugeprofitsforthecompany.Duringthesummer,IlifeguardintheswimmingpoolRiviera,working50todays,throughtheirownexperience,carefulobservationanddepthofinvestigationandfoundthatswimmingintheairconditioningsystemhasahightechnicallevel,agoodmoodforthetouristsalsobringsbenefitsforthecompany.

ThisarticleintroducesAzurSwimmingairconditioningsystemdesign,threemainpoints:

First,theannualairconditioningloadandwaterheatingloaddistributionbasedontheanalysisoftheeconomicbenefitsofthewholeheatrecoverytechnology,whichdeterminethecapacityoftheunits;IIairaircolumnisthewayaCFDsimulationofairdistribution,ventilationparameterstoprovideabasisforselection;thirdisbasedonthedistributionofhumiditythroughouttheyear,analysisofthepoolventilationanddehumidificationinthetransitionquarter,theeffectiveuseofairflow,Toprovideabasisforselectionofventilationequipment.Theaboveanalysisdesignedtoaddresstheswimmingpoolairconditioningtoprovideareferenceforcommontechnicalproblems,airconditioningdesignforanyswimmingpoolhassomehelp.

KEYWORDS：

air-conditioningsystemdesign;totalheatrecoverytechnologies;ventilationdehumidification;airflowanalysis

一、工程概况

蔚蓝海岸游泳馆位于市岳麓区，建筑面积为22540m2（含地下室）。

地下1层为室游泳池，外面是两个小的游泳池。

外厅有管理机房、电气和空调等设备用房;室有更衣、淋浴、贵宾区和赛事管理区等;外游泳池边都有游客休息区。

2层主要为观众门厅，上面有台球室，方便顾客休息时娱乐。

3层主要训练辅助用房、健身房、瑜伽房、各类球场等。

而池厅和观众席是设计中考虑重点区域，其采暖空调设计首要考虑是顾客全年舒适要求，这包括他们在水中舒适性，以及入水前和出水后在陆上的舒适性，同时又要兼顾看台上观众的舒适感。

运动员舒适感满足很大程度上取决于池水温度和池厅空气参数，水温确定与人体在水中停留时间长短及运动量密切相关。

本馆作为业外娱乐和专业训练比赛馆，池水温度控制在26℃左右，池厅空气温度按国际游泳池设计标准应高出水温2℃左右。

而空气湿度太大，室露点太高，室表面容易结露；湿度太低，陆上顾客容易产生寒冷感，池厅湿度控制在50％～70％以，气流到达人体上的末端风速度也加以限制，一般尽量控制在0.25m/s左右。

这样的室空气设计参数在冬季对看台上观众是很不舒适的。

若采用创造两个不同参数的空调环境，需要实现观众区和游泳区的分区。

这需要增加较大的投资，由于投资上的限制，本馆不作具体“分区”设计，而是通过提高看台上观众席可感气速度，来改善观众冬季舒适感，另外属于南部地区，冬天室温度较高，观众衣着较北方要单薄，采用上述空气设计参数可以接受，而且设有与看台相联系的休息厅，可为观众提供间隙较舒适的休息场所。

蔚蓝海岸游泳馆效果图如图1所示：

图1蔚蓝海岸游泳馆效果图

二、空调冷热源分析

2．1计算负荷

整个游泳馆，冬季需要用热的建筑只有本建筑，这包括冬季空调采暖用热，池水加热和淋浴用热。

游泳馆冷、热源设置有多种方式，其中主要有三种，第一种方式为锅炉＋冷水机组，第二种方式为空调热泵机组＋锅炉，第三种方式为直燃型溴化锂冷热机组。

通过设备初投资、运行费用、管理费用等经济因素综合比较，得到采用能量回收型热泵机组和普通风冷热泵机组组合方式最具经济性、合理性。

锅炉燃烧烟气排放来污染效应应该是极大的，所以选用燃轻油常压间接式热水机组。

这不但减少锅炉爆炸的危险性，并在水系统管路上省却中间换热设备和热交换循环泵，简化系统流程，节省机房面积，提高系统热效率。

而且以间接式热水锅炉为空调热源的水系统是闭式系统，克服一般常压锅炉循环能耗高的缺点。

但是考虑到其他经济原因，本游泳馆还是采用了能量回收型热泵机组和普通风冷热泵机组的组合方式。

游泳馆运行能耗主要来自2个方面:

一是空调和除湿，二是恒温泳池的水加热。

经调查，本工程中央空调系统夏季空调负荷为1674kW，夏季再热负荷为230kW，冬季供热负荷为2556kW，空调面积为12230m2。

图2给出了比赛池和训练池全年冷、热负荷：

图2比赛池和训练池全年冷热负荷

2．2系统分析

游泳馆空调冷热源系统常规方案为电制冷+锅炉方式，冷凝热量排至室外空气中，造成了能量的浪费和环境的污染，同时锅炉供热一次能源利用效率低，对环境破环较大。

为落实国家有关节约能源的法规和方针政策，结合供热水要求及经济性，本工程冷热源系统采用能量回收型热泵机组和普通风冷热泵机组的组合方案，利用空调冷凝热量作为池水加热的热源。

热泵机组选型时以满足供热优先为原则，通过运行模式的转换调节，同时满足夏季游泳馆空调、冬季池区供热和池水的加热。

初步经济分析表明，与全部采用常规电制冷+锅炉方式相比，本设计方案初投资增加约为100万元，但全年运行费用节省约为29万元，静态投资回收期可以控制在4～5a，经济分析结果如图3～5所示。

图3电制冷+锅炉方式全年能源消耗与费用

图4热回收机组方式全年能源消耗与费用

图5电制冷+锅炉方式与热回收机组方式全年费用比较

本工程的冷热源系统包括:

1）2台能量回收型热泵机组，制冷模式下制冷量为350kW，热回收热量为255kW，制冷工况综合COP大于5.7;供热模式下制热量为380kW，供热工况综合COP大于3.8。

2）2台普通风冷热泵机组，制冷量为830kW，制热量不小于920kW，供热工况综合COP大于4.0，制冷工况综合COP大于3.4。

热泵机组选型以满足供热负荷为优先，供热满负荷时4台机组全部开启，夏季制冷满负荷时开启2台能量回收型热泵机组和1台普通风冷热泵机组即可，回收的热量用于泳池水的加热和空调末端的再热。

2．3运行模式分析

本工程冷热源运行模式按照季节划分。

分析如下：

1）夏季空调运行模式:

能量回收型热泵机组制冷量供观众席区和池区使用，其中池区冷量100%满足，剩余冷量供应观众席区，观众席区不足冷量由普通风冷热泵机组提供。

回收的热量可满足池水加热要求，还可根据需要通过再热盘管给池区和观众席空调系统提供再热，多余热量通过风冷冷凝器排至室外。

2）冬季供热运行模式:

能量回收型热泵机组和普通风冷热泵机组均转为制热模式，其中2台能量回收型热泵机组和1台普通风冷热泵机组满足池水加热负荷，1台普通风冷热泵机组提供池区送风加热量。

虽属非采暖地区，在冬春季节，还比较冷。

游客在出水后和入水前，沾在身上的水变成水蒸汽须吸收身上热量，再加上周围物体表面的辐射，所以顾客会有不舒适的冷感，须为创造较舒适室小气候。

本馆采用送热风和局部散热器采暖相结合的供暖空调方式。

冬季利用送回风系统，通过热风循环来维持室空气温度。

同时在池边运动员活动区域布置一些以辐射型为主的散热器，散热器采用明装方式。

增强辐射采暖效果，提高运动员冬季热舒适性。

池厅（包括观众席）总送风量为215267m3/h，选取60000m3/h组合式空调机组四台，设在地下室空调机房。

空调机组各功能包括送风机段（带垂直出风口）、表冷段、中间段、过滤段、新排风段、回风机段、回风段，送风借助四个对称的建筑竖风道，送到地上二层。

建筑送风道贴保温材料，并安装迷宫式消声器，总回风道利用看台下的建筑回风道，总回风道上接有阻抗式消声器。

为了满足跳水要求，跳水池厅空间大，屋顶球型壳体最高点离地面25米跳水池厅送风干管吊装在网架的下弦线，离地面标高大约16.0米。

游泳池厅送风干管穿行在网架。

离地面标高15.0～16.0米。

池厅送风方式为垂直下送风，风口采用收缩型喷口，收缩角为5.6℃，出口直径360mm，喷口出口风速为6.2m/s。

喷口布置在运动员活动我域上空，喷口射程为13.5m左右（距地面2.4m处），冬季送热风末端计算速度约为0.32m/s。

风速稍大于理想速度0.25m/s，基本上能满足要求。

而池厅的回风口设在观众看台下侧壁，尽理靠近地面，以便及时把池区潮湿空气带走。

观众席的送风方式采用圆型直片式散流器下送风，以及一部分双层百叶风口侧送，而回风口均匀布置在观众看台座位的侧壁，利用可感气流来改善观众冬季舒适感。

3）过渡季运行模式:

开启全部（或部分）能量回收型热泵机组满足池水加热和生活热水负荷，在特别潮湿的时段，回收冷量供应池区冷却除湿。

三、空调风系统分析

3.1设计方法

游泳馆池厅容积大，净空高，宜采用全空气系统和分层空调，观众席及池区采用独立的末端系统。

1）观众席采用同侧送同侧回的气流组织方式

由7根位于观众席最后排的送风柱送风，过渡季及冬季可采用全新风的直流系统。

由于本工程规模较小，使用要求较低，不适合采用初投资较大的座椅式送风，故采用了与建筑结构相结合且较经济的送风柱送风（见图6）。

2）池区采用同侧送对侧回的气流组织方式。

送风口采用可调节角度的百叶送风口，回风口与溢流口结合，设置在池侧边。

在比较潮湿的过渡季和夏季，池区回风与新风混合后，经过滤、降温和去湿后，利用回收热量再热，保证池区送风温度为20℃;在过渡季，池区可采用全新风的直流系统，直接利用室外较为干燥的新风除湿，折合池区大厅换气次数为2次/h以上;在冬季，池区回风与新风混合后，经过滤、加热后从池区侧边送入室。

3.2送风参数的设置

1）观众席:

风柱采用3面送风方式，风口为可调节角度的双层百叶，送风风速不低于1.8m/s，回风口设置在观众席最高排后面。

2）池区:

送风温度为20℃，过渡季可采用全新风的直流系统，距地2.4m以下围的空气流动速度限制在0.2m/s左右［2］，折合池区大厅换气次数为2次/h以上。

3.3观众席送风系统气流组织CFD模拟

为配合建筑室效果设计和降低送风系统的初投资，观众席采用7根送风柱送风，送风柱位于最后排观众席后面，风柱高度5.0m，单根送风量为8000m3/h。

为确定送风参数，采用CFD软件模拟了室温度场和风速场，结果如图7～9所示。

由图可知，观众席所采用的送风系统可以保证观众席区风速控制在0.35m/s以下，温度保持在25～27℃，后2排温度稍高的区域可以通过调整送风角度予以改善。

图8送风柱送风温度场分布

图9送风柱送风方向

四、室除湿及屋面防结露的处理分析

1）防结露

馆相对湿度大，温度高，冬天室外温度偏低时，外窗玻璃、屋面底板和外墙表面，均容易出现结露。

后一种情况要求更高，这与造价经济性形成一定矛盾。

而其外窗防结露这方面表现较突出。

本馆外窗玻璃采用双层镀膜玻璃窗，单层玻璃厚6mm，并加强玻璃窗的气密性。

层窗为推拉式，外层窗为向外对开式，并在窗缝间安装橡胶密封条，两层窗之间空隙控制在10公分之。

并在窗沿下设凝结水排水沟。

经计算传热系数在3.05w/m2·℃左右。

冬季室外计算温度为4℃，游泳馆在供暖空调运行时段，围护结构传热系数允许值为2.8w/m2·℃。

所以外窗尽管采用双层窗，在室外温度降低到较低时，侧玻璃还可能出现结露的现象。

本馆在设计中采用四种方式来防止结露：

（1）热风防结露，在二层的外窗及玻璃门上沿设置热风送风口，直接提高玻璃壁的温度；

（2）热身池区窗沿下布置散热器利用上升热气提高玻璃壁温度。

（3）加强金属屋面的隔热保温性能，保温材料采用不小于110mm厚岩棉，使得屋面传热系数小于0.4W/（m2·K），屋面表面温度高于室露点温度2℃以上。

（4）在屋面下布置28台箱式离心排烟兼排风机，其中同时运行14台用于平时排风，分2组切换运行，保证排风的均匀性，将屋面下积聚的水汽及时排出室外。

利用过渡季室外比较干燥的新风来去除泳池上空积聚的水汽，可以避免开启冷水机组，达到节能的目的。

根据地区的全年室外含湿量分布（见图10），可以得到过渡季除湿风量与小时数的对应曲线（见图11），图11说明除湿风量介于2～10万m3/h之间的小时数为1844h，即当屋面排风量控制在10万m3h时，可以满足过渡季（共计2035h）总时长的90.6%的通风除湿要求。

因此屋面除湿排风量的确定不能按照含湿量差计算得到的最大值来计算，因为最大值出现的几率很少，应考虑一定的不保证小时数来选择风机，以便有效降低风机装机容量，从而降低初投资。

2）湿空气流向的控制

除湿方法包括以下3点:

（1）夏季利用冷凝除湿的方式减湿。

（2）过渡季和冬季利用通风的方式减湿，采用全新风的直流系统，直接利用室外较为干燥的新风除湿。

（3）训练厅采用织物纤维空气分布系统，根据送风孔角度，可以适当配备风量吹玻璃幕墙，风量约为总送风量的20%，避免结露。

在池厅网架设置四台低速排风机，每台风量为18000～20000m3/h，可以把高湿气体排至室外，特别是夏季晚间空调不开启时，可以把积聚在池厅高湿气体及时排走，这样利用晚间通风的作用，减少室蓄热量，同时可以造成池厅负压，使湿度大的气体不进入低湿度的房间和走道。

并在池厅通向走道的出口处设置具有防潮而且气密性良好的帘布，以减少湿气逸入走道和房间。

在一层辅助用房设置五套新风机组，总新风量为24000m3/h，新风经处理后送往淋浴室、更衣室、走道和房间，并在淋浴室、更衣室、厕所设立排风系统。

游泳馆空气相对湿度高，湿负荷较大，处理不当时，围护结构表面和部容易出现结露或霉变，因此除湿及防结露非常重要。

图10地区全年室外空气含湿量分布

图11过渡季除湿风量与小时数对应曲线

五、节能措施分析

1）采用热回收机组，回收的冷凝热量用作池水加热和池区送风再热，减少了冷凝热量的排放，降低了对室外热环境的影响。

2）充分考虑体育场馆赛时和平时不同的利用模式，在室外气象条件较好的情况下，实行自然通风方式或全新风模式，减少冷水机组开机时间，降低运行能耗。

3）合理设置空调自控系统，对通风空调系统的全年运行模式（制冷模式、热回收模式、制热模式和全新风模式）进行优化。

通过运行模式的调节，同时满足夏季游泳馆空调、冬季池区供热和池水加热，

达到节能的效果。

六、其他分析

灯光控制室、记分牌室发热量较大，即使是冬季也需要送冷气，所以设立单独的分体式空调器。

游泳馆是跨度大的建筑物，故要求屋面重理轻、隔热好。

本馆采用澳大利亚BHP彩色镀铝锌钢板为屋面板系统，屋面板设计为双层做法，面板海兰色XRW涂覆系统（高耐力涂层）高强度镀铝锌钢板（0.47mm厚），保温层50mm厚离心玻璃棉（带铝箔）（导热系数0.041），底板为灰白色XRW涂覆系统高强度镀铝锌钢板（0.35mm厚）。

本馆烟囱设计，采暖空调热源两台间接式烟囱，共用一根DN800的排烟总道，而淋浴池水加热的热源两台间接式热水锅炉烟囱共用一根DN800的排烟总道。

烟道采有取4.55厚普通钢板焊接，外侧用50mm硅酸铝棉作为隔热材料，外层防水材料选用不锈钢板。

烟囱绝对高度为18.5m。

为了影响该建筑的建筑立面，两根烟囱并排立在运动员入口两侧，并设立广告牌作装饰。

锅炉贮油量为一个星期用油量，选用二个20m3的贮油罐。

贮油罐为埋地式，通过输油泵、输油管道把油送到地下日用油箱。

供油采用自动供油和自动回油。

输油泵启停由日用油箱高低油位自动控制，贮油罐还设油位显位传感器，把油位数据传给地下室值班室。

七、结论

本文介绍了蔚蓝海岸游泳馆空调系统设计的要点，分析可得如下结论：

1）基于全热回收技术的空调冷热源系统适合应用在游泳馆建筑，经济效益比较明显。

2）在本工程中，观众席采用送风柱送风，具有简单、可靠、美观、经济的优点。

3）在过渡季和冬季利用通风能有效除湿，维持所需要的温、湿度，且能避免开启冷水机组，达到了节能的目的。

蔚蓝海岸游泳馆总体上感觉还是不错的,但也有很多管理上的问题.比如：

（1）信息反馈与信息处理不及时，问题不能很好解决

游泳馆没有良好的信息反馈与信息处理机制，致使很多问题累积下来，没有得到真正的解决。

救生员人数不确定的问题、公司食宿问题、卫生问题等，都是由于这一原因导致的。

（2）部门与部门之间不协作，矛盾重重

企业是个联合体，为实现战略目标，通过流程化的设计思路，可以将实现企业战略目标所需要创造的价值分解到各个环节和活动中，并由此分解到承担这些环节和活动的各个部门。

在游泳馆里，各部门之间没有团结与协作，给各自的工作带来了很多不必要的麻烦。

在吃饭问题上，销售部人员做得不好，饭菜不够没有向领导反映，还提前下班抢饭，影响了救生队与他们之间的关系。

游泳馆不允许不穿泳衣、不戴泳帽游泳的，而检票人员没有把好关，允许游客不带齐必备泳具进来，致使许多游客披头散发地游，救生员要一个个地警告他们，这样给救生员工作带来了很多困难。

救生员心理不爽，有些游客对救生员说要办理什么业务，救生员也没有通知销售部，这样公司丧失了不少生意，形成了恶性循环。

参考文献

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[2]宇飞.《室游泳馆空调设计的几点体会》［J］.建筑，

[3]万兵.《室游泳池围护结构结露机理与预防措施》［J］.工业安全与环保

[4]宏、郭巧云主编《管理学》大学，2009年

[5]喻湘存、熊曙初主编《系统工程教程》清华大学、交通大学，2006年

[6]黄梯云主编《管理信息系统》高等教育，2004年