恒溫游泳池的加熱研究
 
1.    關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，這種泳池就是所謂的恒溫泳池。要實現池水恒溫，就要對池水加熱，目前池水加熱的方式主要有三種，各自的使用情況及優缺點介紹如下：

1.1 國內目前使用得zui普遍的燃煤、燃油、燃氣鍋爐或電加熱方式
        使用這幾種方式要受到能源危機的影響，由于我國是一個發展中的大國，每年用于熱水系統的能源耗費巨大。據統計，我國采暖能源耗費多達1億噸標煤，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口國。加上這幾年各地紛紛出現鬧電荒、油價上漲，這就讓我們不能不感受到能源的重要，節約能源的必要。把“堅持節約與開放并舉，把節約放在*”作為我國經濟發展的一項長遠能源政策來實施，也充分體現了對節約能源的重視程度。另外，使用燃煤、燃油、燃氣鍋爐還會帶來環境污染，國內加大了大氣環保執法力度，燃煤鍋爐房紛紛面臨改造，又由于燃油、燃氣甚至直接用電產生熱水的成本過高，且非“可持續發展”的長久之計。鍋爐系統無論是節能型還是環保型都受到了其自身的局限，廢氣的排放和能源的耗費是無論如何都無法改變的現實。

1.2采用比較節能環保的太陽能熱水器加熱方式，即利用太陽能結合輔助熱源實現池水加熱恒溫
        這方面的技術在國外已經比較成熟。有資料介紹，在美國70％的太陽能熱水系統應用在游泳池池水加熱上，國內也有廠家在做這方面的嘗試。技術上主要利用全玻璃真空管集熱器，采用強迫循環與卸壓設計，并配有輔助熱源，系統運行采用自動控制來實現。北京月壇體育中心綜合訓練館就是引進并使用了這方面的技術，利用太陽能為池水加熱。但這種方式實際使用時節能要受到地方氣象條件的制約。近年來太陽熱水器產業發展以年16%的速度遞增，但因我國太陽能資源分布存在著地區的較大差異，南方大部分地區恰恰是全年的輻射總量＜500kJ/㎡，也即全年的晴天率≤50%的地區，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，對大的游泳池館，占用空間更大，安裝使用時也受到限制，除非游泳池館為之特別設計。
        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動項目之一，近幾年來，泳池設施及技術發展很快并且不斷地改進。據有關資料報道，利用太陽能加熱泳池水，是一項技術成熟的項目。有資料介紹，在美國70％的太陽能熱水系統應用在泳池水加熱，目的是延長游泳池的使用時間。國內也有這方面的嘗試和工程。 游泳池的所需熱負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。還要考慮現場建筑的現有條件，與建筑的連接結構，承重，整體感觀，抗風等一系列因素。由于采光面積較大，集熱器數量多，所以還要優選集熱器種類，根據游泳池的當地環境和加熱實際負荷，選擇其性能價格比的集熱器品種。在系統運行方面，大的太陽能系統都采用強迫循環方式，集熱系統如要采用全玻璃真空管，就要解決承壓運行問題。由于太陽光照的不穩定性及晝夜間斷性，如果要求保證每天的加熱負荷，還必須考慮輔助熱源。zui后整個系統的自動運行控制及輔助加熱與太陽能系統的自動轉換都需要設計合理、安全可靠。
        山東省的某一家室內游泳館設計了一套池水加熱方案：該游泳池，往年夏季開館，開館時水溫較低，影響運動員及游客的游泳效果。不得已有時采用土法電加熱既危險又很難達到預期效果。該泳池希望利用太陽能解決池水加溫，延長開館時間，或能達到全年開館，并能同時解決人們游泳后洗浴用熱水的計劃。為此，設計了全玻璃真空管集熱器，擺放在該館建筑樓面上，采用強迫循環與卸壓設計。設計一個蓄熱水箱和一個淋浴水箱，放置在游泳池水處理系統的附近，并配有100千瓦的輔助熱源，系統運行采用自動控制。系統的運行、觀察和控制都非常方便。整個系統的設計結果是價格較低，控制方便，系統合理。

1.3利用熱泵技術給池水加熱
        熱泵技術是近年來在全備受關注的新能源技術。熱泵熱水器是一種可替代鍋爐的供暖設備和熱水裝置。與傳統太陽能相比，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，制冷劑再經壓縮機壓縮后，通過換熱器把熱量傳給水，大大提高熱效率，充分利用了廉價的自然能源，是將電熱水器和太陽能熱水器的各自優點結合于一體的新型熱水器，北京月壇體育中心綜合訓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備之一。因而利用熱泵給泳池水加熱稱得上是實現池水恒溫的理想方式，不過這方面的技術在國內泳池使用上還不是很成熟。
 
2.    恒溫泳池用熱泵使用現狀
        恒溫泳池熱泵的熱源可是空氣、水或地熱，其中以空氣源zui為普遍。熱泵用于泳池加熱在國外技術已比較成熟，在國內只是剛剛起步，比較理想的也只是那些國外的代理產品，而自己真正擁有成熟技術的國內生產廠家卻。盡管國內也有不少廠家也在做泳池方面的熱泵產品，空氣源、水源熱泵都有，如果仔細分析他們的產品，也不過是普通的商用熱泵。當然這些產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(如池水凈化處理、能否參與室內泳池的空氣處理等)，恒溫泳池熱泵也自然應該具備符合恒溫泳池要求的功能和特點，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（主要針對室內泳池）
3.1．健康問題
        室內恒溫泳池池水表面的水汽蒸發，會使室內空氣含有大量的氯氨/三鹵甲烷，不僅對人體會有刺激作用，更嚴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90%以上的能量損失是由于蒸發造成的，這部分能量大部分以水汽（潛熱）的形式存在泳池空氣中，如采用傳統的通風除濕，一般要求排風量為每小時3倍的泳池室內容積，這在冬季會造成泳池室內的熱量大量損失掉，在夏季則會造成泳池室內的冷量大量損失。為了補充游泳池損失的能量，在傳統通風除濕方式中，游泳池不得不采用鍋爐、中央空調等提供大量的熱源或冷源向泳池內補充能量，耗費大量的能源費用。
3.3腐蝕問題
        室內恒溫泳池由于表面容易使室內充滿潮濕含氯的空氣，當潮濕的含氯空氣遇到較冷物體就會凝結出冷凝水，冷凝水一方面會造成霧氣，影響室內游泳者觀看室外環境，另一方面由于室內泳池含有大量的氯，將會腐蝕建筑物，嚴重的時候會造成房屋垮塌等危險；大量氯的存在對熱泵機組的換熱器產生腐蝕作用，影響熱泵機組的使用壽命。
3.4舒適問題
        游泳池室內空氣相對濕度過高，在夏季讓人感到發悶，使人感到極為不舒服；冬季容易形成凝結水（結露），影響人的舒適外也影響人的觀感。
        由上面存在的問題可知，恒溫泳池熱泵不僅要求能實現給泳池水加熱，防止自身換熱器被腐蝕外，室內恒溫泳池熱泵還要求能處理泳池室內的空氣，讓游泳者在健康舒適的環境下鍛煉身體，并保護建筑物。

4.恒溫泳池熱泵開發應用方向
        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熱泵確定開發和應用方向：
4.1．首先產品必須節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，就是因為它的節能，這符合《游泳池給水排水設計規范》7.2.3條中提出的“加熱設備應根據能源條件……綜合進行技術經濟比較確定”要求；當然也因為熱泵為環保無污染產品，機組一年四季全天候運行性能穩定，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15年以上，而且維護費用低。
        考慮到長江以北的地區冬季比較寒冷，利用空氣源熱泵產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，因為地下水溫一年四季比較穩定，這樣就不用考慮冬季使用電加熱。
        恒溫泳池熱泵應用時除了利用其加熱功能外，還應盡可能充分地利用其產生的冷量，以求zui大限度的利用機組能量，為用戶節省空調費用。目前有些泳池熱泵在應用時，只利用了它的加熱功能，而讓冷量白白浪費掉了，這對需要空調制冷的泳池館或泳池附近建筑是十分可惜的。這就要求設計方為用戶著想，選擇功能合理的熱泵機組，如加熱、制冷雙重功能的節能機組。

4.2開發符合泳池自身功能要求和特點的恒溫泳池熱泵產品
        上面提出了有關泳池特別是室內恒溫泳池的常見問題，這就要求熱泵設計生產廠家提供相應的能夠解決這些問題的熱泵系列產品，來滿足用戶的要求，同時使游泳者真正舒適，游出健康。
4.2.1泳池一體機的功能
        它主要是針對室內游泳池開發的產品，它集空調、除濕和池水加熱于一體，利用熱泵技術，將除濕加熱過程中的冷量回收利用，機組能克服高濕、高氯環境等諸多問題，通過春夏秋冬四季運行模式的改變，機組達到節能的運行。
4.2.2泳池一體機的工作原理
        空氣處理系統將池水表面的蒸發熱充分回收，使之轉移進入池水和空氣中，彌補池水和空氣熱損，同時實現調節空氣的溫度濕度功能。該過程主要包括以下兩方面內容：
        *，暖濕空氣流經空氣過濾器及蒸發器，溫度下降，水汽凝結成冷凝水從空氣中分離出來，使空氣干爽，實現空氣除濕功能；同時，空氣冷卻、水汽凝結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，首先經熱交換器給池水加熱，實現池水加熱功能；余熱經空氣冷凝器，給冷卻的空氣加熱，實現空氣恒溫功能。
        由于熱量經墻壁和窗戶等傳導散失以及要吸入新鮮空氣，當熱泵所產生的熱能不足以滿足要求時，由輔助空氣加熱器補充提供室內暖氣所需的熱量即可。整個機組只需提供其本身的運行電能，熱泵即按上述工作過程不斷循環運行，以較低的能耗，實現“空調、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
        室內泳池館回風進入機組先經過空氣過濾器凈化處理到達蒸發器，高濕度的暖空氣遇到低溫的翅片（通常蒸發溫度比較低），水汽凝結成冷凝水從空氣中分離出來流回泳池(因為空氣濕度比較大，所以要使用擋水板），降溫除濕后的空氣由離心風機送到加熱冷凝器(系統通過空氣溫度控制分配加熱冷凝器和室外冷凝器熱負荷量)，使空氣溫度回升至合理溫度后通過風管道送到室內(當室內溫度比較低時啟動輔助電加熱)。
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循環把熱量部分傳給冷凝器給水加熱，因為空氣熱符合比較大，系統通常要使用室外空氣冷凝器((當室內溫度比較低時，室外冷凝器停用)。
五、結語
        面對能源危機及環保要求，恒溫泳池加熱方式朝著節能環保方向選擇已成定局，這給恒溫泳池熱泵應用與發展提供了機遇。我們除了要求恒溫泳池熱泵在節能環保舞臺上當好角色外，更要求它能具備制熱、制冷、除濕、凈化空氣、建筑/設備防腐等多種功能。