恒溫游泳池太陽能解決方案

一、概述

      游泳池是一種大型的水體系統(tǒng)，一個標(biāo)準(zhǔn)泳池需要保持適宜的池水溫度才能保障運(yùn)行，需要對池水進(jìn)行加熱，因此游泳池也是一個耗能大戶。游泳池的加熱系統(tǒng)一般采用傳統(tǒng)能源如：電鍋爐、燃油鍋爐或燃?xì)忮仩t，不僅運(yùn)行費(fèi)用太高，而且還對環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染；同時，與當(dāng)今國家低碳型經(jīng)濟(jì)政策也格格不入。太陽能熱水系統(tǒng)是目前運(yùn)行費(fèi)用最經(jīng)濟(jì)、可再生、可持續(xù)、對環(huán)境無任何影響的一種清潔能源。所以，在常規(guī)能源日趨緊張、環(huán)境日益惡化的今天，使用太陽能對游泳池水進(jìn)行加熱具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。因此，利用太陽能熱水系統(tǒng)對游泳池進(jìn)行加熱已是大勢所趨。

二、工程概況

      本工程為XX太陽能溫水游泳池，游泳池為30m×12m×1.5m表面積360 m2，總水量為540m3 。泳池設(shè)在室內(nèi)四周為鋼結(jié)構(gòu)建筑圍護(hù)，冬季室內(nèi)有暖氣供應(yīng)。太陽能集熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)僅考慮供室內(nèi)游泳池水體加熱即可，池水溫度保持在（27±1）℃，室內(nèi)溫度25℃，基礎(chǔ)水溫按15°C設(shè)計(jì)；游泳池要求全天候開放，采用“太陽能+輔助能源”的形式聯(lián)合供熱。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì) 

       1、系統(tǒng)形式

      系統(tǒng)采用“太陽能+輔助加熱設(shè)備”的形式聯(lián)合保障游泳池水恒溫，太陽能熱源補(bǔ)充量以春、秋分時節(jié)太陽能輻射參數(shù)為依據(jù)，設(shè)計(jì)計(jì)算太陽能集熱面積。配合燃?xì)饣螂婂仩t，既可在游泳池初次加熱降溫后發(fā)揮作用，又可在冬季陽光不足時加熱補(bǔ)充使用。

      2、控制方式

      采用定溫控制與溫差循環(huán)相結(jié)合的控制方式。根據(jù)系統(tǒng)需要即時啟、閉系統(tǒng)，自動運(yùn)行、無人值守，大大減小了用戶的管理成本和負(fù)擔(dān)。還可根據(jù)甲方需求設(shè)計(jì)為遠(yuǎn)程、可視化監(jiān)控模式，全年全天候保障系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

      3、集熱模式

      采用龍?zhí)锕緦Ｓ么魇教柲芗療嵯到y(tǒng)，專有控制技術(shù)。特點(diǎn)是：比傳統(tǒng)做法熱效率高、熱損少、能耗 低，因此，產(chǎn)水量大，溫度高、更節(jié)能、使用效果最佳。集熱循環(huán)運(yùn)行模式，當(dāng)集熱器出水溫度與水箱溫度之差＞溫差參數(shù)（正常模式10℃）時，集熱循環(huán)泵打開，直至集熱器出水口溫度與水箱溫度之差≤溫度參數(shù)（正常模式5℃）時，集熱器循環(huán)泵自動關(guān)閉。

      4、緩沖蓄能水箱

      系統(tǒng)設(shè)置3t 儲熱水箱，主要起緩沖作用，保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，同時儲蓄當(dāng)天白天多余的太陽能能量。

      5、配套的輔助熱源

      太陽能系統(tǒng)的運(yùn)行不可避免地要受到氣候條件的影響，當(dāng)太陽能收集較少或溫度較低時，必須使用輔助熱源加熱。本系統(tǒng)要求輔助熱源的制熱能力應(yīng)8h 不小于總耗熱量Q。輔助熱源由電磁閥控制，當(dāng)水箱溫度＜設(shè)定溫度（正常模式45℃）時，電磁閥與熱交換循環(huán)泵啟動，通過輔助加熱板換對從池水加熱板換出來的水箱水進(jìn)行加熱。當(dāng)水箱水溫度≥設(shè)定溫度（正常模式55℃）時，電磁閥和熱交換泵自動關(guān)閉。

      6、系統(tǒng)補(bǔ)水

      游泳池、健身房淋浴為全天用水，因此太陽能水箱熱水系統(tǒng)采用電磁閥補(bǔ)水，只要太陽能儲熱水箱中的水位在設(shè)定下降位置，自來水就會自動補(bǔ)進(jìn)來，水滿自停。集熱水箱水位共分四檔，當(dāng)水箱水位低于三時，系統(tǒng)自動啟動上水電磁閥，涼水進(jìn)入集熱水箱，當(dāng)水箱水位達(dá)到滿水位四檔時，系統(tǒng)上水電磁閥自動鎖閉，確保游泳池用水能夠足量供應(yīng)。同時設(shè)水位溢流報警，如該功能供水電磁閥發(fā)生誤差或失控，其報警功能發(fā)出信號，該系統(tǒng)即鎖定上水電磁閥。

      7、集熱器和管路防凍、防過熱

      太陽能熱水系統(tǒng)工作環(huán)境比較惡劣，從冬季的零下數(shù)十度到夏季100度溫度梯度較大。凍脹會造成系統(tǒng)管路凍裂、破損、堵塞；高溫則會造成集熱器和部件的損壞，形成水垢，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。因此，太陽能泳池系統(tǒng)必須設(shè)計(jì)防凍及和抗高溫設(shè)計(jì)，以保證系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。 

        8、游泳池加熱循環(huán)

      太陽能熱水必須通過板式換熱器和池水循環(huán)泵對池水進(jìn)行加熱，否則，易造成系統(tǒng)堵塞。系統(tǒng)運(yùn)行時，檢測到太陽能水箱溫度滿足要求時，通過板式換熱器與系統(tǒng)進(jìn)行交換；檢測到太陽能緩沖水箱溫度過低時，自動啟動輔助加熱設(shè)備加熱池水，通過板式換熱器進(jìn)行能量交換。系統(tǒng)加熱循環(huán)和游泳池水處理系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行。當(dāng)池水溫度＜設(shè)定溫度（正常模式26℃）時，泳池循環(huán)泵與熱交換循環(huán)泵同時打開，通過池水加熱板換對池水進(jìn)行加熱，當(dāng)池水溫度≥設(shè)定溫度（正常模式27℃）時，兩泵自動關(guān)閉。

四、基本計(jì)算

      游泳池耗熱量計(jì)算，應(yīng)為下列各項(xiàng)耗熱量的總和：《游泳池和水上游樂池給水排水設(shè)計(jì)規(guī)程》CECS 14:2002規(guī)定）

       1）水表面蒸發(fā)和傳導(dǎo)損失的熱量；

       2）池壁和池底傳導(dǎo)損失的熱量；

       3）管道的凈化水設(shè)備損失的熱量；

       4）補(bǔ)充水加熱需要的熱量。

       詳細(xì)熱量計(jì)算過程如下：

       1）水表面蒸發(fā)損失熱量：  Qz=r(0.0174Vi+0.0229)(Pb－Pc)A(760/B)

       2）游泳池的水表面、池底、池壁、管道和設(shè)備等傳導(dǎo)所損失的熱量，應(yīng)按游泳池水表面蒸發(fā)損失熱量的20%計(jì)算確定，即：Qd= Qz×0.2

       3） 游泳池補(bǔ)充水加熱所需的熱量，按下式計(jì)算： Qb=aq0 r( tr- tb )

       將以上各項(xiàng)耗熱量相加，即為每天需補(bǔ)充的熱量，總熱量為：Q =Qz+Qd+Qb

五、太陽能集熱面積計(jì)算

      游泳池太陽能恒溫系統(tǒng)配備了輔助熱源，為了有效地利用集熱器，降低投資，太陽能集熱器的集熱能力按XX地區(qū)春、秋季晴天平均太陽能輻射量I 設(shè)計(jì)。按前所述，每天24h 所需要的能量，XX地區(qū)春、秋季晴天平均太陽能輻射量I （朝南，當(dāng)?shù)鼐暥冉切泵妫┘s為XXMJ/（m²?d），則所需的太陽能熱水系統(tǒng)集熱面積按下式計(jì)算：直接太陽能加熱時，計(jì)算公式：

       經(jīng)計(jì)算集熱器的面積約為420 m²，即可能夠滿足泳池的需要。選用龍?zhí)锕綥T-4715-50-DN50型大口徑集熱器，其單組集熱面積是6.25 m²，故需要集熱器68組，實(shí)際面積425m²。

六、集熱系統(tǒng)流量計(jì)算

    系統(tǒng)流量G確定：

       每組集熱器流量范圍 ：  G=g*A*N 

七、板式換熱器計(jì)算選型

      通過計(jì)算板式換熱器選型參數(shù)：換熱量Q=XXKW, 集熱側(cè)進(jìn)出口70℃/60℃， 水箱側(cè)進(jìn)出口溫度28℃/5℃?？紤]到游泳池對設(shè)備的腐蝕作用，板式熱交換器材質(zhì)為316L 不銹鋼。熱交換功率為XXkW，以保證初始加溫在48h 內(nèi)將游泳池水加熱到設(shè)定溫度。

八、輔助能源計(jì)算

      由于太陽能的間歇性、能源品質(zhì)的波動性等特點(diǎn)，必須配備輔助設(shè)備方能使系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。原則是根據(jù)各地不同的資源條件，建議優(yōu)先選用能源價格最低且低碳環(huán)保型的設(shè)備作為輔助能源。建議首選燃?xì)忮仩t作為輔助能源，其次，電鍋爐輔助（有低谷電時可選）。

設(shè)備的功率計(jì)算：N=Q/H/3600

九、經(jīng)濟(jì)分析  

      按照以上方案設(shè)計(jì)實(shí)施后，可長期有效解決泳池能源使用問題。按照現(xiàn)有能源價格測算2年左右即可收回太陽能系統(tǒng)的投資，太陽能系統(tǒng)按照15年計(jì)算，就是說無論今后能源價格如何上漲，本太陽能系統(tǒng)可以為貴公司提供13年的免費(fèi)能源，與其他能源相比壽命期內(nèi)可節(jié)約數(shù)百萬元?？梢娖浣?jīng)濟(jì)效益巨大 ! 同時，太陽能是世界公認(rèn)的綠色能源并為各國積極倡導(dǎo)；因此，我們所做的是一項(xiàng)利己、利人、利國的公益事業(yè)，必將為后世之楷模。