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1、工程建筑论文-对室内游泳馆冬季防结露设计的分析简介： 针对室内游泳馆冬季防结露设计的问题，对室内参数的选择以及室内发湿量计算等一些问题进行分析。由于室内温度选择范围较小，本文重点讨论了室内相对湿度变化对防结露设计的影响，认为合适的降低室内相对湿度是可行的。为达到经济运行的目的，建议不同季节采用不同的室内参数。对高大空间的游泳池建议采用 CFD 模拟以便达到最佳设计之目的。最后对游泳池发湿量计算比较了国内外三个公式，希望得到一个适合于工程使用的计算公式。关键字：室内游泳馆 防结露 相对湿度 发湿量 室内参数 1 简介 随着人民生活水平不断提高，国内相继兴建了许多大型室内游泳馆。由于室内游泳馆投资
2、高，运行费用大，室内条件与普通建筑有较大差异，尤其在冬季可能出现围护结构结露问题，本文将针对游泳馆冬季防结露设计中的一些问题进行分析。本文使用的一些符号说明：G蒸发量 kg/h RH 相对湿度 %T温度 密度 kg/m3Pq水蒸汽分压力 Pa V风速 m/sPqb饱合水蒸汽分压力 Pa A泳池面积 m2U传热系数 W/m2 * R热阻 m2 */WK材料传热系数 W/m2 * L通风量 m3/hB大气压 Pa X绝对湿度 kg /kg Cp空气比热 kJ/kg* 内表面传热系数 W/m2 *为便于说明，本文以杭州某在建的室内游泳馆作为例子进行分析，室外参数以杭州地区为准，池水温度暂定为 26，
3、游泳馆外型见图 1，室内见图 2。游泳馆室内面积为 3000m2，水池面积为 1400m2，包括一个标准泳池和一个浅水区，围护结构以彩钢板和玻璃为主。图 1 游泳馆外型 图 2 游泳馆室内 (注：本课题受到浙江大学建筑设计研究院科研基金资助) 2 室内设计参数的确定 对于室内游泳馆空调设计而言，室内参数的确定是最为重要的，只有在确定了室内参数后，才能进行室内负荷，发湿量及通风量的相应计算，而室内参数的选择也会影响到初投资及运行费。表 1 是体育建筑空调设计给出各国游泳馆采用的设计参数1表 1 池厅国别水温（） 空气温度（）相对湿度（%RH）空气速度（m/s）换气次数（ l/h）国际设计标准规定
4、2628 水温+2 美国 2427 水温+2 5060 0.125 46英国 2527 水温（至少）+1 6070 0.15 联邦德国2426 水温+（23）750.2 34法国 27 水温+1 700.140.222m3/h人苏联 2425 水温+（12） 65 0.2 日本 2527 水温+（1.53） 60700.10.214中国 2527 水温+（12） 750.150.324表 2 给出了国家卫生标准2：表 2 项目 标准冬季室内气温() 高于水温 12相对湿度(%) 不超过 80%风速(m/s) 不超过 0.5表 3 列出了体育建筑设计规范中游泳馆设计参数3：表 3 夏季 冬季房间
5、名 温度（）相对湿度（ %）气流速度（m/s）温度（）相对湿度（ %）气流速度（m/s）最小 新风 量（m3/h人）观众区262960700.5 2224600.51520游泳馆 池区 262960700.2 262860700.2 表 3 与表 1、2 的最大区别，就是在表 1、2 中明确了室内温度与池水温度关系，而表 3 并未强调这一点，同时规范中采用了“宜”字，表明可按当地气象条件和建筑本身特点选择合适室内设计参数。游泳馆室内温度高，发湿量大，如果设计不当冬季会出现围护结构结露现象。由于结露现象会引发许多问题，因此，这里的讨论均以冬季防结露设计为前提。现在国内防结露设计主要采取加强围护结
6、构保温性能和提高围护结构内表面温度的办法（如送热风或热辐射的办法）。笔者认为也可以从另一个角度来解决这个问题，即降低室内露点温度的办法。露点温度可由两个参数确定室内温度和室内相对湿度由于室内温度选择范围较小，为方便记，这里把室内温度设为 28(池水温度+2)。而室内相对湿度变化范围较大，本文重点讨论相对湿度的变化对游泳馆空调设计的影响。我们选择三个相对湿度参数作比较：Case1: =70%，Case2: =60%，Case3: =50%。在 28时对应的露点温度：Case1:22.0、Case2:19.5、Case3:16.8。为防止结露，围护结构内表面温度取比相应露点温度高 11，分别为 2
7、3.0、20.5、17.8，根据围护结构内表面温度可据公式（1）计算出防结露所需之 U 值1 :U(TnTw)= (TnTwn) （1）Tn室内温度 Tw室外温度 Twn围护结构内表面温度 内表面传热系数， 值的计算有专门论述，为方便计，此取8.7w/m2*根据 U 值，可相应计算出围护结构材料传热系数 K。池面蒸发量按公式(2)计算4：G=（+0.00013V）(PqbPq)AB/B （2）扩散系数，取值 0.00017kg/m2*h*PaV池面风速 m/sB当地实际大气压 Pa排除室内湿负荷所需通风量按公式(3)计算1：L= （3）d室内外含湿量差 kg/kg取值 1.2kg/m3三种情况
8、计算结果见表 4： 表 4 CASE1（70%） CASE2（60%） CASE3（50%）G(kg/h) 196 300 404U( W/m2*) 1.36 2.00 2.77K(W/m2*) 1.71 2.94 4.74L(m3/h) 13300 18200 32900Q(Kw)* 176 220 385*仅为 新风 部分加热量，从-4加热到 28根据上述 K 值，分别选取围护材料，彩钢板采用 100mm 厚保温材料（传热系数：0.37W/m2*），能满足三种情况的要求。玻璃部分 Case1 须采用中空LOW-E 低幅射玻璃，价格为 350 元/m2，K=1.34W/m2*，Case2 采
9、用中空玻璃315 元/m2，K=2.13W/m2*，Case3 可采用普通玻璃，K=4.56W/m2*，价格 80元/m2，具体造价及运行费见表 5：表 5 玻璃造价 *1 设备造价 *2 运行费*3 总价CASE1 45.5 万 42500 24500 49.75万CASE2 40 万元 55000 32000 45.5 万CASE3 12 万 80000 54000 20 万*1：玻璃是围护结构最薄弱部分(除节点外)，价格差异也较大，为方便计，此处不考虑其余围护结构部分造价差异，仅比较了玻璃部分，价格与热工性能参考了沈阳远大铝业有限公司参数。*2：设备造价部分仅考虑了通风（进排风）部分，其
10、余部分由于变化量较小，也不予考虑。*3：运行费仅指通风部分耗电量及 新风 加热部分，至于由于蒸发量变化引起补充水及加热部分由于量比较小，亦不考虑。冬季按运行时间 3 个月，每天 8 小时计算。由表 4 可以看出(此表只能示意)，在室内温度不变的情况下，相对湿度取值越高，其运行费会较低，但围护结构材料投资较大，节点处理也较复杂；反之，亦然。室内取不同相对湿度耗能关系可参见图 35。图 3 是国外对一个室内游泳池做的测试，具体条件不明，但基本可以看出不同室内条件下耗能的差异，以及采用了节能技术后节能的比例。 此图与我们的分析结果是一致的。因此为达到一个最佳的经济效果(综合费率最低)，设计人员应对室
11、内参数的选择做仔细的分析比较。实际工程中室内相对湿度取用，可参考公式（4）6：=55+0.25Tw(%RH) （4）Tw室外温度此公式为国外一个计算公式，可以为我们的设计提供一个参考。但具体的取值，仍应根据当地气象条件和建筑本身特点做相应的计算。3 不同季节运行控制 为使室内游泳馆综合造价最合理，同时在各不同季节能经济运行，设计有必要根据各季节室外气象条件的不同选取不同的室内设计参数：3.1 夏季：室内温度和 RH 值均取允许值的高限值，当自然通风能满足要求时，应采用自然通风。当自然通风不能满足要求，可由空调系统对部分补风进行 除湿 降温处理，以达到室内设计参数。3.2 冬季：室内温度取允许值
12、的低限值，而 RH 值冬季应分为两个运行模式选取：有结露可能时和无结露可能时。如当室内参数为 28、70%（RH）围护结构 U 值为 2.04 w/m2*时，室外温度大于 10，围护结构便不会产生结露现象。此时可设定当室外气温大于10时，室内参数均取 28、70%（RH），当室外气温小于 10时，室内温度取 28，而 RH 取值可按图 4 所示来选取(即 B 点对应的 RH 值)。3.3 过渡季：室内温度取允许值的低限值，RH 值取允许值的高限值。当自然通风可以满足要求尽量采用自然通风。当室外湿度偏高而温度偏低时，系统应能进行 除湿 升温的处理。3.4 闭馆时段：在游泳馆闭馆时，冬季室内温度取
13、值班温度（如 5），RH 值应能满足不结露要求。过渡季及夏季在闭馆时进行自然通风。控制室内 RH 值不高于 90%。上述运行的实现必须要求有相应控制，关于室内游泳池控制的内容可详见相关文章。4 CFD 辅助设计 游泳馆一般均是高大空间，室内温度场、湿度场和速度场的分布非常复杂，以上论述均是考虑室内温度场、湿度场和速度场是均匀分布的，与实际的状况有较大不同，因此有必要进行室内温度场、湿度场和速度场的模拟，以发现室内最不利的薄弱点，来进行相应的设计。我们委托同济大学对此工程作了 CFD模拟。模拟采用三维单精度分离隐式稳态解算器。所使用到的计算方程包括连续性方程，k- 湍流动量方程，能量方程和组分传
14、递方程。压力速度耦合算法为 SIMPLE 算法。压力离散差分格式采用标准离散差分格式，其它变量采用一阶迎风格式。CFD 模拟了三种室内参数，28C 70%,28C 60%,28C 50%。下面是最终采用参数 28C 50%的模拟结果7：表 6 空气相对湿度关键数据列表 位置 最大值(%) 最小值(%) 平均值(%)Z=1.5 63.8 15.4 50.2顶部彩钢板近壁面 92.6 46.5顶部 Low-e 玻璃近壁面 57.3 41.0 50.1顶部双层玻璃近壁面 72.3 24.8 41.6西面彩钢板近壁面 54.3 41.6西面 Low-e 玻璃近壁面 90.8 38.9东面内墙近壁面 6
15、1.0 48.8 53.4东面外墙近壁面 60.1 48.6 55.1南面双层玻璃近壁面 72.3 30.0排风 53.9 52.8 53.3表 7 水蒸汽分压力关键数据列表 位置 最大值(Pa) 最小值(Pa) 平均值(Pa)顶部彩钢板近壁面 2288 1778顶部 Low-e 玻璃近壁面 1986 1606 1852顶部双层玻璃近壁面 1899 1144 1570西面彩钢板近壁面 1994 1660西面 Low-e 玻璃近壁面 2329 1565东面内墙近壁面 1970 1870 1896东面外墙近壁面 1974 1887 1957南面双层玻璃近壁面 1878 1273表 8 空气速度关键数据列表 位置 最大值(m/s) 最小值(m/s) 平均值(m/s)Z=1.5 0.86 0.005 0.23游泳池池面 0.55 0.06 0.31浅水区池面 0.37 0.03 0.22表 9 围护结构内表面关键数据列表 位置 露点温度最大值() 壁面温度最小值() 是否可能结露顶部彩钢板壁面 19.6 19.0 是顶部 Low-e玻璃壁面 17.4 18.0 否顶部双层玻璃壁面 16.7 8.5 是西面彩钢板壁面 17.4 23.3 否西面 Low-e玻
