引言温湿度独立控制空调系统是近年来暖通领域发展的新方向。相较于传统冷凝除湿方式，该系统采用高温冷水机组制备的冷冻水处理室内显热负荷，采用热泵式溶液新风机组送风，处理室内湿负荷调节室内环境，以明显的节能优势在建筑节能领域受到关注。1项目概况某游泳馆位于江西省南昌市，总建筑面积4 257 m2，其中地上一层2 842 m2，包括主场馆内拥有1 050 m2游泳池及观众席。地下室面积1 415 m2，层高4 m，用于制冷机组与锅炉等机械设备的放置。南昌市全年气象参数分布如图1所示，表1为该游泳馆建筑结构材料，各构件热工性能参数满足《公共建筑节能设计标准》（GB 50189—2015）的要求[1]。此次场馆内中央空调的设计根据有关规范要求和地区节能标准，保证游泳馆为馆内人员提供舒适的活动环境。泳池大厅空气温度按国际游泳池设计标准28 ℃，相对湿度60%，送风速度控制在0.25 m/s以下，并保持室内5~10 Pa微正压[2]。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.007.F001图1南昌市全年逐月温度与相对湿度10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.007.T001表1游泳馆建筑围护结构材料围护结构名称材料名称传热系数/［W/（m2·℃）］外墙加气混凝土（无机轻集料保温砂浆）0.72内墙砖墙0.90外门木（塑料）框双层玻璃门1.50内门木（塑料）框单层实体门1.20外窗单层塑钢窗与铝合金中空玻璃窗2.20屋顶加气混凝土（挤塑聚苯板）0.502温湿度独立控制空调系统空调系统采用两套独立的系统分别控制和调节室内湿度和温度。温度处理方面，夏季采用高温冷水机组制备17 ℃冷冻水；冬季工况时切换阀门，两管制管道接至燃气锅炉经换热器后所提供40 ℃热水。而在湿度处理方面，采用热泵式溶液新风机组，经过处理的新风不仅能够调节室内湿环境，还起到维持卫生要求的作用[3-4]。对于室内末端，采用干式风机盘管承担室内显热负荷。游泳馆中，巨大的敞开水面导致室内湿负荷占比较大。THIC空调系统通过溶液除湿达到减少送风中含湿量的目的，高湿度环境中优势明显[5-6]。高温冷水机组布置在地下一层，通过主干管及支管连接至主馆空间上方的干式风机盘管，冷却塔放置于游泳馆屋顶处。热泵式溶液新风机组布置于泳池大厅西南处的空调机房中，采用一次回风方式，处理新风以满足室内湿度要求。温、湿系统布局相协调，实现空间的合理利用，系统示意如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.007.F002图2南昌市某游泳馆温湿度独立控制空调系统简图3冷热负荷计算区别于一般民用公共建筑，室内游泳馆泳池大厅内明显的空气特点与负荷特征为：场馆内巨大的敞开水面使得建筑物夏季相对湿度大、温度高、潜热负荷（湿负荷）约占50%以上，而显热负荷小，冬季外围护结构内表面容易出现结露现象。此外，用于游泳馆池水消毒的液氯易挥发到空气中，对人体造成危害，这对空调中通风换气的新风量提出要求。综上所述，游泳池厅空调以除湿为主，负荷计算中的散湿量（即潜热冷负荷）包括人体散湿、水面蒸发、渗透空气等[7]。表2为负荷计算所需室外气象参数，表3为该游泳馆夏季与冬季负荷统计表。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.007.T002表2南昌市室外气象参数基本参数名称数值夏季室外空调计算干球温度/℃35.6夏季室外空调计算湿球温度/℃27.9夏季室外平均风速/（m/s）2.7夏季大气压/Pa99 910冬季室外空调计算干球温度/℃-3冬季室外空调相对湿度/%74冬季最多风向平均风速/（m/s）5.4冬季大气压/Pa101 88010.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.007.T003表3游泳馆夏季与冬季负荷统计表季节总冷（热）负荷/kW室内冷（热）负荷/kW新风冷（热）负荷/kW室内湿负荷/（kg/h）夏季827656171379冬季6671565112124送风参数计算游泳馆夏季空调总冷负荷827 kW，湿负荷379 kg/h；冬季总热负荷667 kW，湿负荷212 kg/h。用经热泵式溶液新风机组除湿后的新风承担室内湿负荷，新风温度处理至与室内状态等温。4.1夏季工况空气参数计算排除室内湿负荷所需通风量按式（1）计算：L=Gρ×Δd （1）式中：L——通风量，m3/h；G——室内除湿量，kg/h；Δd——室内和送风含湿量差，kg/kg；ρ——空气密度，取1.2 kg/m3。设计参数下，室内含湿量14.626 g/kg，热泵式溶液调湿新风机组送风含湿量7.303 g/kg，计算所需总除湿风量45 000 m3/h。由于游泳池内所需新风量为22 500 m3/h，故回风量为22 500 m3/h。根据室内设计要求，送风温差不宜高于6 ℃且必须高于室内露点温度，室内露点温度19.5 ℃，取送风温度22 ℃。夏季空气处理过程如图3所示，各空气状态参数如表4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.007.F003图3温湿度独立控制空调系统夏季处理过程10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.007.T004表4夏季工况空气状态参数工况干球温度/℃相对湿度/%含湿量/（g/kg）焓/（kJ/kg）风量/（m3/h）新风W35.656.5921.44991.00522 500混合状态点C31.559.1118.0478.30945 000回风N286014.62665.61322 500新风处理后W'2820.837.30341.04345 000经干式风盘处理状态点M2285.8214.62659.392129 2604.2冬季工况空气参数计算冬季空气参数的确定与夏季相类似。由于冬季室外空气温度较低，先与回风混合，再利用热泵溶液机组升温，处理至室内状态的等温点。冬季空气处理过程如图4所示，各空气状态参数如表5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.007.F004图4温湿度独立控制空调系统冬季处理过程10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.007.T005表5冬季工况空气状态参数工况干球温度/℃相对湿度/%含湿量/（g/kg）焓/（kJ/kg）风量/（m3/h）新风W-3742.1122.24122 500混合状态点C12.390.068.22733.20744 000回风N286014.62665.61321 500新风处理后W'2843.8710.62655.40344 000经干式风盘处理状态点M3542.6214.62671.834127 9505风系统与水系统的设计空调管路系统的设计应遵循满足空调系统节能、运行管理方便、节省管材等原则。空调水系统应和空调风系统的设计相结合，由于主馆以中轴线呈对称分布，因此在布置风、水系统的管道、阀件、末端时，亦按照对称理念进行设计，这样有利于空调系统的水力平衡、调试管理及美观等。5.1风系统设计本设计采用矩形风管，宽高比范围在6~10，材质为镀锌薄钢板。送风管主要布置在观众席及池岸边走道上方，用于处理周边因池水蒸发所产生的余湿量。送风口统一采用FC-FS，合计26台。回风管主体布置于泳池岸壁内，外加保温层。回风口贴壁布置，统一采用单层百叶风口，尺寸为800 mm×800 mm，合计16台，单个回风量为2 470.5 m3/h。风管布置应尽量减少局部阻力，弯管中心曲率半径不小于风管边长。根据推荐的流速进行水力计算，主风管采用6 m/s左右风速，支风管采用4 m/s左右风速。由最不利管路计算所得最大阻力为226.34 Pa，由选型得出热泵式溶液新风机组机外余压不应低于该值。对于呈对称式的风管布置形式而言，不平衡率较大的支管，安装相应的平衡阀以达到合理范围。5.2水系统设计水系统的功能是输配干式风机盘管所需的冷热水，配置原则包括：（1）具备足够的输送能力，经济合理地选定管材、管径以及水泵台数、型号、规格；（2）具有良好的水力工况稳定性，重视环路间阻力平衡。管路采用异程式系统，节省材料及安装工程量。对于不平衡率较大的支管，安装相应的平衡阀以达到合理范围[8]；（3）采用闭式系统，膨胀水箱设置在循环水泵引入段附近的回水干管上，起到定压、补水、排气作用；（4）调节方面，由于游泳馆独特的室内负荷特性，负荷随时间、人员变化的差异不大，采用两管制定水量系统，系统简单，操作方便，不需要复杂的自控设备；（5）为防止管路因杂质和积垢造成水路堵塞影响使用，在制冷机组、水泵回水口上加电子水处理仪器和除垢器。5.3设备选型由于夏季送风温差、送风量均大于冬季，应按照夏季工况参数进行设备选取。当选型机组的冷量与风量无法同时满足承担空气负荷所需值时，按照风量优先的方式选取。热泵式溶液新风机组送风量为45 000 m3/h，干式风盘总送风量106 000 m3/h。热泵式溶液新风机组的产品性能参数如表6所示，共计2台。主馆内干式风机盘管的产品性能参数如表7所示，共计45台。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.007.T006表6热泵式溶液新风机组性能参数机组型号额定风量/（m3/h）制冷量/kW除湿量/（kg/h）制热量/kW加湿量/（kg/h）装机功率/kW外形尺寸/（mm×mm×mm）GHRD-2023 000394400257126103.43 200×5 720×2 80010.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.007.T007表7干式风机盘管性能参数风盘型号额定风量/（m3/h）制冷量/kW制热量/kW功率/kW水量/（L/min）水阻/kPa外形尺寸/（mm×mm×mm）FP—238K2 3801319.50.194040950×950×310由送风量校核室内换气次数后满足要求，热泵式溶液新风机组将新风除湿，并将新风处理到与室内等温状态点，不参与承担室内显热负荷。而显热负荷完全由高温冷水供水的干式风机盘管承担。高温冷水供回水温17~20 ℃。排除室内显热负荷所需冷冻水量，按式（2）计算：M=QC×ρ'(Th-Tg) （2）式中：Q——夏季室内显热负荷，kW；C——水的平均比热，4.2 kJ/(kg·℃)；M——冷冻水量，m3/h；ρ'——水的密度，1 000 kg/m3；Tg——供水温度，℃；Th——回水温度，℃。由该式计算得出，项目工程夏季所需承担室内显热负荷的高温冷冻水量为60.67 m3/h。冬季干式风机盘管的出风温度为35 ℃，冬季热水供回水温度为40~32 ℃，计算得出，承担冬季热负荷所需的水量为32.14 m3/h。高温冷水机组的产品性能参数如表8所示。水管水力计算采用假定流速法，根据推荐的流速，供水干管采用1.2 m/s左右水速。选取最不利环路（供水干管—最远端干式风盘—回水干管），计算所得水管最大阻力为83.86 kPa，取安全系数为1.1。因此，选取水泵扬程不低于9.2 m，水泵性能参数如表9所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.007.T008表8高温冷水机组性能参数机组型号制冷量/kWCOP功率/kW出水温度/℃冷冻水流量/（m3/h）冷却水流量/（m3/h）外形尺寸/（mm×mm×mm）LSBLX1200T3607.9515117612584 150×1 730×2 15010.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.007.T009表9水泵性能参数型号叶轮形式流量/（m3/h）扬程/m转速/（r/min）效率/%轴功率/kW125-80-200（J）B69.79.51 450752.966气流组织设计合理地组织大空间内的气流将直接影响空调系统的效果。风口对气流组织至关重要，应根据送风量选择合适的风口形式并均匀布置[9]。对于馆内活动在池边及观众席的人员而言，使活动区处于回流区，以增强舒适度。承担室内显热负荷的送风采用吊顶卡式风机盘管，布置于泳池上方；处理湿度的新风采用上送侧回的送风方式，送风口采用方形散流器，房间侧壁设有百叶回风口，高度低于送风口。以主场馆内空调系统的温度处理系统为例，进行气流组织设计与校核。6.1布置散流器卡式风机盘管及其对应的散流器沿着径向形成射流，使工作区容易形成稳定而均匀的温度和风速，且在游泳馆内布置比较美观，是常见的送风形式。由于游泳馆对噪音要求不高，采用高速风量的干式风盘，为消除主馆显热冷负荷所需送风量为106 000 m3/h，送风温度22 ℃，工作区温度28 ℃。空调区尺寸为60 m×36.6 m×6 m，被划分为60个小区域，每个小区域由一个散流器服务，总数量n=45个。分区散流器服务的送风面积长宽比均满足不宜大于1∶1.2的要求，且散流器中心线与墙的距离满足不小于1 m的要求。6.2计算射程送风射程公式为：x=Kv0Fvx-x0 （3）式中：K——系数，盘式散流器为1.1；v0——散流器出口风速，m/s；F——散流器有效流通面积，m2；vx——在x处最大风速，m/s；x0——自散流器中心算起射流外观原点的距离，对于多层锥面型为0.07 m。由上式计算出射程为5.25 m。根据要求散流器的射程应为散流器中心到区域边缘距离的75%，所需最小射程为6×0.75=4.5 m5.25 m，满足要求。6.3校核轴心温差衰减根据式（4）校核轴心温差：ΔtxΔt0≈vxvd （4）式中：Δt0——送风温差，℃；Δtx——温度波动范围，℃。计算所得：Δt≈vxvd,Δt0=0.52.94×6≈1 ℃，满足舒适性空调温度波动范围±1 ℃的要求。7结语本次设计将温湿度独立控制空调系统运用在游泳馆的实际工程中，分析THIC系统不同于传统空调模式节能特征，以及在游泳馆建筑中的高度适用性。依据建筑结构热工性能参数与室外气象参数，完成冬夏季负荷计算与室内送风参数计算。按照风电水电系统设计、设备选型、气流组织校核等步骤进行空调系统设计，为该系统在游泳馆建筑中的设计以及应用推广提供指导与参考。