恒溫游泳池的加熱研究
 
1.    關(guān)于恒溫泳池及其常用的加熱方式
        泳池不管是夏天還是冬天池水溫度總保持在一定的溫度范圍之內(nèi)，這種泳池就是所謂的恒溫泳池。要實(shí)現(xiàn)池水恒溫，就要對(duì)池水加熱，目前池水加熱的方式主要有三種，各自的使用情況及優(yōu)缺點(diǎn)介紹如下：

1.1 國內(nèi)目前使用得zui普遍的燃煤、燃油、燃?xì)忮仩t或電加熱方式
        使用這幾種方式要受到能源危機(jī)的影響，由于我國是一個(gè)發(fā)展中的大國，每年用于熱水系統(tǒng)的能源耗費(fèi)巨大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國采暖能源耗費(fèi)多達(dá)1億噸標(biāo)煤，約占我國全年能源消耗總量的16%。我國入世的成功，中國成為的加工中心，能源耗費(fèi)更加巨大，中國又是能源缺少國，自93年開始中國便成為石油凈進(jìn)口國。加上這幾年各地紛紛出現(xiàn)鬧電荒、油價(jià)上漲，這就讓我們不能不感受到能源的重要，節(jié)約能源的必要。把“堅(jiān)持節(jié)約與開放并舉，把節(jié)約放在*”作為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一項(xiàng)長遠(yuǎn)能源政策來實(shí)施，也充分體現(xiàn)了對(duì)節(jié)約能源的重視程度。另外，使用燃煤、燃油、燃?xì)忮仩t還會(huì)帶來環(huán)境污染，國內(nèi)加大了大氣環(huán)保執(zhí)法力度，燃煤鍋爐房紛紛面臨改造，又由于燃油、燃?xì)馍踔林苯佑秒姰a(chǎn)生熱水的成本過高，且非“可持續(xù)發(fā)展”的長久之計(jì)。鍋爐系統(tǒng)無論是節(jié)能型還是環(huán)保型都受到了其自身的局限，廢氣的排放和能源的耗費(fèi)是無論如何都無法改變的現(xiàn)實(shí)。

1.2采用比較節(jié)能環(huán)保的太陽能熱水器加熱方式，即利用太陽能結(jié)合輔助熱源實(shí)現(xiàn)池水加熱恒溫
        這方面的技術(shù)在國外已經(jīng)比較成熟。有資料介紹，在美國70％的太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用在游泳池池水加熱上，國內(nèi)也有廠家在做這方面的嘗試。技術(shù)上主要利用全玻璃真空管集熱器，采用強(qiáng)迫循環(huán)與卸壓設(shè)計(jì)，并配有輔助熱源，系統(tǒng)運(yùn)行采用自動(dòng)控制來實(shí)現(xiàn)。北京月壇體育中心綜合訓(xùn)練館就是引進(jìn)并使用了這方面的技術(shù)，利用太陽能為池水加熱。但這種方式實(shí)際使用時(shí)節(jié)能要受到地方氣象條件的制約。近年來太陽熱水器產(chǎn)業(yè)發(fā)展以年16%的速度遞增，但因我國太陽能資源分布存在著地區(qū)的較大差異，南方大部分地區(qū)恰恰是全年的輻射總量＜500kJ/㎡，也即全年的晴天率≤50%的地區(qū)，包括湖南、湖北、廣西、浙江、江西、福建北部、陜西南部、江蘇南部、安徽南部、黑龍江、四川、貴州等地。其平均陰雨天占45%，多云和晴天占55%，這就意味著在滿負(fù)荷利用太陽熱水器的情況下，將近50%的熱是來自電或其它熱源。另外，安裝太陽能集熱器需要比較大的空間場所，對(duì)大的游泳池館，占用空間更大，安裝使用時(shí)也受到限制，除非游泳池館為之特別設(shè)計(jì)。
        隨著人們生活水平不斷地提高，游泳也逐漸成為人們生活中不可欠缺的體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目之一，近幾年來，泳池設(shè)施及技術(shù)發(fā)展很快并且不斷地改進(jìn)。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，利用太陽能加熱泳池水，是一項(xiàng)技術(shù)成熟的項(xiàng)目。有資料介紹，在美國70％的太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用在泳池水加熱，目的是延長游泳池的使用時(shí)間。國內(nèi)也有這方面的嘗試和工程。 游泳池的所需熱負(fù)荷主要是池水加熱和淋浴。池水加熱主要是解決每天池水的溫降，與洗浴用水是不一樣的，熱水不需排掉，可循環(huán)使用，只要解決每天溫降幾攝氏度即可。游泳池的水量較大，從幾十噸至幾百噸，所以需要足夠的采光面積安裝太陽能集熱器。還要考慮現(xiàn)場建筑的現(xiàn)有條件，與建筑的連接結(jié)構(gòu)，承重，整體感觀，抗風(fēng)等一系列因素。由于采光面積較大，集熱器數(shù)量多，所以還要優(yōu)選集熱器種類，根據(jù)游泳池的當(dāng)?shù)丨h(huán)境和加熱實(shí)際負(fù)荷，選擇其性能價(jià)格比的集熱器品種。在系統(tǒng)運(yùn)行方面，大的太陽能系統(tǒng)都采用強(qiáng)迫循環(huán)方式，集熱系統(tǒng)如要采用全玻璃真空管，就要解決承壓運(yùn)行問題。由于太陽光照的不穩(wěn)定性及晝夜間斷性，如果要求保證每天的加熱負(fù)荷，還必須考慮輔助熱源。zui后整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行控制及輔助加熱與太陽能系統(tǒng)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換都需要設(shè)計(jì)合理、安全可靠。
        山東省的某一家室內(nèi)游泳館設(shè)計(jì)了一套池水加熱方案：該游泳池，往年夏季開館，開館時(shí)水溫較低，影響運(yùn)動(dòng)員及游客的游泳效果。不得已有時(shí)采用土法電加熱既危險(xiǎn)又很難達(dá)到預(yù)期效果。該泳池希望利用太陽能解決池水加溫，延長開館時(shí)間，或能達(dá)到全年開館，并能同時(shí)解決人們游泳后洗浴用熱水的計(jì)劃。為此，設(shè)計(jì)了全玻璃真空管集熱器，擺放在該館建筑樓面上，采用強(qiáng)迫循環(huán)與卸壓設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)一個(gè)蓄熱水箱和一個(gè)淋浴水箱，放置在游泳池水處理系統(tǒng)的附近，并配有100千瓦的輔助熱源，系統(tǒng)運(yùn)行采用自動(dòng)控制。系統(tǒng)的運(yùn)行、觀察和控制都非常方便。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)果是價(jià)格較低，控制方便，系統(tǒng)合理。

1.3利用熱泵技術(shù)給池水加熱
        熱泵技術(shù)是近年來在全備受關(guān)注的新能源技術(shù)。熱泵熱水器是一種可替代鍋爐的供暖設(shè)備和熱水裝置。與傳統(tǒng)太陽能相比，熱泵熱水器不僅可吸收空氣中的熱量，還可吸收太陽能。熱泵熱水器通過制冷劑與空氣或水之間的溫差從空氣或水中吸收熱量，制冷劑再經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后，通過換熱器把熱量傳給水，大大提高熱效率，充分利用了廉價(jià)的自然能源，是將電熱水器和太陽能熱水器的各自優(yōu)點(diǎn)結(jié)合于一體的新型熱水器，北京月壇體育中心綜合訓(xùn)練館就是利用這種熱泵熱水器作為泳池加熱輔助熱源的。目前，熱泵熱水器有空氣源熱泵熱水器、水源熱泵和地源熱泵三種系列，是開拓和利用新能源的設(shè)備之一。因而利用熱泵給泳池水加熱稱得上是實(shí)現(xiàn)池水恒溫的理想方式，不過這方面的技術(shù)在國內(nèi)泳池使用上還不是很成熟。
 
2.    恒溫泳池用熱泵使用現(xiàn)狀
        恒溫泳池?zé)岜玫臒嵩纯墒强諝?、水或地?zé)?，其中以空氣源zui為普遍。熱泵用于泳池加熱在國外技術(shù)已比較成熟，在國內(nèi)只是剛剛起步，比較理想的也只是那些國外的代理產(chǎn)品，而自己真正擁有成熟技術(shù)的國內(nèi)生產(chǎn)廠家卻。盡管國內(nèi)也有不少廠家也在做泳池方面的熱泵產(chǎn)品，空氣源、水源熱泵都有，如果仔細(xì)分析他們的產(chǎn)品，也不過是普通的商用熱泵。當(dāng)然這些產(chǎn)品也可以用于給池水加熱，但是恒溫泳池有其自身的要求和特點(diǎn)(如池水凈化處理、能否參與室內(nèi)泳池的空氣處理等)，恒溫泳池?zé)岜靡沧匀粦?yīng)該具備符合恒溫泳池要求的功能和特點(diǎn)，不是普通商用熱泵所能代替的。

3.恒溫泳池存在的常見問題（主要針對(duì)室內(nèi)泳池）
3.1．健康問題
        室內(nèi)恒溫泳池池水表面的水汽蒸發(fā)，會(huì)使室內(nèi)空氣含有大量的氯氨/三鹵甲烷，不僅對(duì)人體會(huì)有刺激作用，更嚴(yán)重的是危害人的健康，其中三鹵甲烷可致癌。
3.2能耗問題
        運(yùn)行成本高，泳池水處理和泳池恒溫恒濕能耗過高，國外資料顯示，游泳池內(nèi)90%以上的能量損失是由于蒸發(fā)造成的，這部分能量大部分以水汽（潛熱）的形式存在泳池空氣中，如采用傳統(tǒng)的通風(fēng)除濕，一般要求排風(fēng)量為每小時(shí)3倍的泳池室內(nèi)容積，這在冬季會(huì)造成泳池室內(nèi)的熱量大量損失掉，在夏季則會(huì)造成泳池室內(nèi)的冷量大量損失。為了補(bǔ)充游泳池?fù)p失的能量，在傳統(tǒng)通風(fēng)除濕方式中，游泳池不得不采用鍋爐、中央空調(diào)等提供大量的熱源或冷源向泳池內(nèi)補(bǔ)充能量，耗費(fèi)大量的能源費(fèi)用。
3.3腐蝕問題
        室內(nèi)恒溫泳池由于表面容易使室內(nèi)充滿潮濕含氯的空氣，當(dāng)潮濕的含氯空氣遇到較冷物體就會(huì)凝結(jié)出冷凝水，冷凝水一方面會(huì)造成霧氣，影響室內(nèi)游泳者觀看室外環(huán)境，另一方面由于室內(nèi)泳池含有大量的氯，將會(huì)腐蝕建筑物，嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)造成房屋垮塌等危險(xiǎn)；大量氯的存在對(duì)熱泵機(jī)組的換熱器產(chǎn)生腐蝕作用，影響熱泵機(jī)組的使用壽命。
3.4舒適問題
        游泳池室內(nèi)空氣相對(duì)濕度過高，在夏季讓人感到發(fā)悶，使人感到極為不舒服；冬季容易形成凝結(jié)水（結(jié)露），影響人的舒適外也影響人的觀感。
        由上面存在的問題可知，恒溫泳池?zé)岜貌粌H要求能實(shí)現(xiàn)給泳池水加熱，防止自身換熱器被腐蝕外，室內(nèi)恒溫泳池?zé)岜眠€要求能處理泳池室內(nèi)的空氣，讓游泳者在健康舒適的環(huán)境下鍛煉身體，并保護(hù)建筑物。

4.恒溫泳池?zé)岜瞄_發(fā)應(yīng)用方向
        通過上面恒溫泳池的加熱方式的分析以及恒溫泳池存在的需解決的常見問題的探討，我們不難給恒溫泳池?zé)岜么_定開發(fā)和應(yīng)用方向：
4.1．首先產(chǎn)品必須節(jié)能是選用熱泵為泳池水加熱的前提條件
        選擇熱泵作為泳池水的加熱方式，就是因?yàn)樗墓?jié)能，這符合《游泳池給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》7.2.3條中提出的“加熱設(shè)備應(yīng)根據(jù)能源條件……綜合進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定”要求；當(dāng)然也因?yàn)闊岜脼榄h(huán)保無污染產(chǎn)品，機(jī)組一年四季全天候運(yùn)行性能穩(wěn)定，不受夜晚、陰天、下雨及下雪等惡劣天氣的影響，使用壽命長達(dá)15年以上，而且維護(hù)費(fèi)用低。
        考慮到長江以北的地區(qū)冬季比較寒冷，利用空氣源熱泵產(chǎn)生的熱量不足以加熱維持池水溫度，建議利用地下水作為熱源，因?yàn)榈叵滤疁匾荒晁募颈容^穩(wěn)定，這樣就不用考慮冬季使用電加熱。
        恒溫泳池?zé)岜脩?yīng)用時(shí)除了利用其加熱功能外，還應(yīng)盡可能充分地利用其產(chǎn)生的冷量，以求zui大限度的利用機(jī)組能量，為用戶節(jié)省空調(diào)費(fèi)用。目前有些泳池?zé)岜迷趹?yīng)用時(shí)，只利用了它的加熱功能，而讓冷量白白浪費(fèi)掉了，這對(duì)需要空調(diào)制冷的泳池館或泳池附近建筑是十分可惜的。這就要求設(shè)計(jì)方為用戶著想，選擇功能合理的熱泵機(jī)組，如加熱、制冷雙重功能的節(jié)能機(jī)組。

4.2開發(fā)符合泳池自身功能要求和特點(diǎn)的恒溫泳池?zé)岜卯a(chǎn)品
        上面提出了有關(guān)泳池特別是室內(nèi)恒溫泳池的常見問題，這就要求熱泵設(shè)計(jì)生產(chǎn)廠家提供相應(yīng)的能夠解決這些問題的熱泵系列產(chǎn)品，來滿足用戶的要求，同時(shí)使游泳者真正舒適，游出健康。
4.2.1泳池一體機(jī)的功能
        它主要是針對(duì)室內(nèi)游泳池開發(fā)的產(chǎn)品，它集空調(diào)、除濕和池水加熱于一體，利用熱泵技術(shù)，將除濕加熱過程中的冷量回收利用，機(jī)組能克服高濕、高氯環(huán)境等諸多問題，通過春夏秋冬四季運(yùn)行模式的改變，機(jī)組達(dá)到節(jié)能的運(yùn)行。
4.2.2泳池一體機(jī)的工作原理
        空氣處理系統(tǒng)將池水表面的蒸發(fā)熱充分回收，使之轉(zhuǎn)移進(jìn)入池水和空氣中，彌補(bǔ)池水和空氣熱損，同時(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)空氣的溫度濕度功能。該過程主要包括以下兩方面內(nèi)容：
        *，暖濕空氣流經(jīng)空氣過濾器及蒸發(fā)器，溫度下降，水汽凝結(jié)成冷凝水從空氣中分離出來，使空氣干爽，實(shí)現(xiàn)空氣除濕功能；同時(shí)，空氣冷卻、水汽凝結(jié)及冷卻過程中釋放出的熱能被冷媒（制冷劑）吸收；二，冷媒（制冷劑）吸收的熱量，首先經(jīng)熱交換器給池水加熱，實(shí)現(xiàn)池水加熱功能；余熱經(jīng)空氣冷凝器，給冷卻的空氣加熱，實(shí)現(xiàn)空氣恒溫功能。
        由于熱量經(jīng)墻壁和窗戶等傳導(dǎo)散失以及要吸入新鮮空氣，當(dāng)熱泵所產(chǎn)生的熱能不足以滿足要求時(shí)，由輔助空氣加熱器補(bǔ)充提供室內(nèi)暖氣所需的熱量即可。整個(gè)機(jī)組只需提供其本身的運(yùn)行電能，熱泵即按上述工作過程不斷循環(huán)運(yùn)行，以較低的能耗，實(shí)現(xiàn)“空調(diào)、除濕和池水加熱”三大功能的和諧平衡。
4.2.3空氣處理循環(huán)
        室內(nèi)泳池館回風(fēng)進(jìn)入機(jī)組先經(jīng)過空氣過濾器凈化處理到達(dá)蒸發(fā)器，高濕度的暖空氣遇到低溫的翅片（通常蒸發(fā)溫度比較低），水汽凝結(jié)成冷凝水從空氣中分離出來流回泳池(因?yàn)榭諝鉂穸缺容^大，所以要使用擋水板），降溫除濕后的空氣由離心風(fēng)機(jī)送到加熱冷凝器(系統(tǒng)通過空氣溫度控制分配加熱冷凝器和室外冷凝器熱負(fù)荷量)，使空氣溫度回升至合理溫度后通過風(fēng)管道送到室內(nèi)(當(dāng)室內(nèi)溫度比較低時(shí)啟動(dòng)輔助電加熱)。
4.2.4池水恒溫加熱
          吸收了空氣熱量的制冷劑通過壓縮機(jī)循環(huán)把熱量部分傳給冷凝器給水加熱，因?yàn)榭諝鉄岱媳容^大，系統(tǒng)通常要使用室外空氣冷凝器((當(dāng)室內(nèi)溫度比較低時(shí)，室外冷凝器停用)。
五、結(jié)語
        面對(duì)能源危機(jī)及環(huán)保要求，恒溫泳池加熱方式朝著節(jié)能環(huán)保方向選擇已成定局，這給恒溫泳池?zé)岜脩?yīng)用與發(fā)展提供了機(jī)遇。我們除了要求恒溫泳池?zé)岜迷诠?jié)能環(huán)保舞臺(tái)上當(dāng)好角色外，更要求它能具備制熱、制冷、除濕、凈化空氣、建筑/設(shè)備防腐等多種功能。