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  • 加熱設備

    2020-08-06

                         

    加熱設備

         加熱設備的功能就是將游泳池水加熱到規定的溫度和維持池水日常所需要的“恒溫”所需的溫度范圍。用于游泳池池水加熱的設備具有與生活熱水及采暖熱水所用的換熱設備相同的要求:即①換熱效能高、效果好;②設備結構簡單、體形小、重量輕;③設備安全可靠;④設備操作靈活,維護保養方便;⑤使用壽命長等優點。另外,還應考慮游泳池池水特點:①溫差小:②池水含化學藥品(如氯、溴、硫酸鋁等);③被加熱池水與人體長期接觸等特點。

         加熱設備的分類

         1.間接式加熱設備:就是指熱媒與被加熱的池水不直接接觸,通過汽水或水水板式換熱器、汽水或水水快速式換熱器、汽水或水水半容積式換熱器、汽水或水水浮動盤管式加熱器等將池水加熱的方式;

         2.直接式加熱設備:就是利用燃煤、燃氣、燃油鍋爐將池水直接加熱的方式;小型游泳池也可以采用電熱水器直接加熱池水的方法;

         3.太陽能及熱泵等加熱設備、加熱設施。

         池水初次加熱時間

         游泳池池水初次加熱所需要的熱量與正常開放使用過程中維持池水“恒溫”狀態所需的熱量相差較大。為了保持用熱負荷相對平衡,特別是采用自備熱源的情況下,不給加熱設備造成較大的浪費,同時還應考慮新建游泳池內表面襯貼或鑲貼的材質不會因為池水溫度升高太快,致使飾面材料膨脹造成裂縫或脫落等因素,應對池水初次加熱時每小時的溫升加以限制。據國外資料介紹:如果游泳池從冷水開始加熱時,以每1h的升溫不超過0.25℃為宜;也有資料介紹應以每1h的升溫不超過0.5℃為宜。因此,從用熱均衡、制熱設備不至于過大、保護游泳池飾面材料的安全、使用要求和游冰池規模等因素綜合考慮,池水初次加熱或換水后再次加熱的時間一般以24~48h為宜。對于既有大型標準游泳池,還有相當規模的休閑游樂池的綜合性游泳游樂設施,應根據游泳設施分布分隔情況,可采用單個池子分別進行加熱,逐步分別開放使用的方式進行加熱,從總體上考慮可以將池水初次加熱時間延長至72h,這就需要設計人員視具體情況確定。

         加熱設備的選型

         加熱或換熱設備的形式,應根據熱源條件、熱負荷的大小、使用要求、運行管理水平等因素綜合比較后確定。

         1.選用加熱設備應遵循:①高效:傳熱系數高:②節能:熱損失小;③水流阻力小①耐化學藥品腐蝕;⑤結構緊湊,且易于維修:①密封性能好:①使用壽命長;③成本低等原則。用于游泳池池水加熱的設備,一般應選用不銹鋼材質。

         2.如熱源為蒸汽、高溫熱水時,應采用間接式加熱方式,可適用于各種類型游泳泡

         一般宜采用快速型換熱器、板式換熱器。由于它們換熱效率高、體積小、維修簡便,故在工程中被廣泛采用。如采用蒸汽熱源,因熱源溫度與被加熱池水溫差較大,且流量差較大不易造型,為了便于控制出水溫度,宜采用半容積式或浮動盤管式換熱器。如熱源為高熱水,則宜采用板式換熱器。

         1)板式換熱器的阻力較大,不能適應游泳池要求過流量大、溫差小這一特點。即加熱時會出現熱源介質側與被加熱池水側的流量相差較大,造成換熱器過流通道受力不均勻,出現一側受壓,一側受脹,這不僅易損壞換熱器,其阻力損失較大。造成水泵耗能加大。

         2)板式換熱器宜采用池水分流量加熱方式,并應設置未被加熱的“冷水”與被加熱水的冷、熱水壓力平衡裝置,如采用增設加壓泵或設計時應盡量選用大通道和不對稱型阻力小的板式換熱器產品等措施。以按循環流量側的阻力損失不大于0.02MPa進行選型設計,一般按此計算選用1臺板式換熱器,再備用1臺,并在池水初次加熱時,2臺同時運行,以減小循環水泵的揚程,達到節能目的。

          3.如為自備熱源時,應與游泳人員的淋浴用熱水一并考慮,可以設置燃煤、燃氣、燃油鍋爐等加熱設備。如上述條件不具備或不經濟時,可采用電鍋爐或電熱水器。

         4.有條件的地區,應盡量采用太陽能及熱泵加熱裝置。它不僅是永久性能源,而且也是潔凈的環保能源。在技術上也趨成熟,在游泳池池水加熱工程中已有所應用,并取得了良好的節能效果。當然,它的應用受環境條件影響較大,故在某些地區還應考慮設置精助熱源才能適應游泳池全年性開放使用的要求。這兩種供熱系統,將在本手冊第11.5節,第1.6節詳細介紹。

         5.加熱設備和熱媒管道應進行保溫。

     

         換熱設備容量確定

         1.換熱設備換熱面積計算

         在具體工程中,一般可按游泳池初次充水加熱所需熱量,以《游泳池給水排工程技術規程》CJ122-2008規定的加熱時間進行計算,并以此熱量選用2臺相同類型的加熱沒備,以適應游泳池正常開放使用后,只運行一臺換熱設備維持池水“恒溫”之需,而另臺則作備用,或兩臺交替使用,這就為池水加熱系統不間斷運行提供了靈活性和安全可靠性。

          般游泳池加熱設備宜選用板式換熱器。該設備具有傳熱效率高、結構緊湊、拆裝方便、操作靈活等特點。游泳池池水加熱因其流量大、溫差大,故應采用被加熱水的流量大、阻力小等不對稱形式的板式換熱器。

         換熱器的換熱面積可按下式計算:

             

                                                                                                                (11-8)

         式中Fr一游泳池池水初次加熱所需換熱面積(m2);

                Qc一游泳池池水初次加熱所需熱量(kJ/h);

                 e一因水垢及熱媒分布不均勻影響熱效率的系數,一般取e=0.8

                 K一傳熱系數(kJ/m2?℃),初算時可取k=2000~3000該數值與熱媒、被加熱水的流速、水流通道形式及材質等因素有關,而且差異也很大。因此,在具體工程中,應由供貨廠商根據自己生產產品的特點及實際k值進行準確計算,設計人員應予以校核確認;

                  △tj一熱媒與被加熱水的對數平均溫度差(℃),按下式計算:

                             

     

                   式中△tmax。熱媒與被加熱水在換熱器入口端的最大溫度差(℃)

                         △tmin一熱媒與被加熱水在換熱器出口端的最小溫差(℃)

         2.游泳池初次加熱時間的核算

         游泳池換熱設備的容量一般是按人們常說的以維持池水“恒溫”所需的熱量計算換熱器面積,并以此選用加熱設備,為滿足游冰池池水初次加熱能符合《游泳池給水排工程技術規程》CJ122-2008規定的時間內完成,設備按正常維持池水“恒溫”選型,并按一用一備進行設備配置,這樣可滿足游泳池池水初次加熱時按2臺換熱器同時運行核算加熱時間能否滿足《游泳池給水排工程技術規程》CJ!122-2008規定。加熱時間可按下式計算。

                            

     

            式中Tj一使用所選換熱設備所需加熱時間(h);

                   Vp一游泳池的水容積(m3)

                   Td一游泳池池水的設計水溫(℃)

                   Tf一游泳池初次充水或換水的原水水溫(℃);

                   P一一原水的密度(kg/L);

                   C一水的比熱[kJ/(℃.kg)]

                   Qhr一維持池水“恒溫”所需熱設備的容量(kJ/h),可取Qhr=Qvz

         3.池水換熱設備進水口與出水口溫度差按下式計算

     

            式中△Th一換熱設備進水管口與出水管口的水溫差(℃)

                  Qvz一維持池水“恒溫”所需的熱量(kJ/h);

                  P一水的密度(kg/L);

                 C一水的比熱(kI/"℃kg),取C=4.19k/(℃kg)

                  qr  一通過換熱設備的循環水量(m3/h)。

         4.游泳池水加熱熱媒用量計算

         1)蒸汽間接加熱所需蒸汽量

     

          式中Gm一蒸汽需要量(kg/h);

                 Q一.保持游泳池池水初次加熱所需的熱量(kJ/h);

                im一一蒸汽熱焓(kJ/kg),按表117選用;

               in一一蒸汽凝結水的熱焓(kJ/kg),按表11-7選用。

         2)高溫熱水間接加熱所需高溫水量

     

          式中qm一高溫熱水用量(L/h)

                 Qvz一保持游泳池池水“恒溫”所需的熱量(kJ/h);

                 C一水的比熱,取C=4.1876kJ/kg.℃;

                   t1一高溫熱水進水口溫度(℃)

                 t2ー一高溫熱水出水口溫度(℃)。

         3)熱媒管管徑

         在專業分工較細的設計院,這部分工作大多分工為采暖空調專業負責,他們根據給水排水專業提供的游泳池池水加熱所需的熱量計算后確定熱媒管管徑和熱媒參數:如蒸汽壓力、高溫熱水的供水和回水溫度等,并將熱媒管接至游泳池池水凈化處理設備機房,具體如何處理,應遵守各設計院的不同專業分工原則為方便游泳池池水加熱專設鍋爐房制備熱媒,且為高壓蒸壓時,其管徑可按表118確定。

         (1)蒸汽管

         蒸汽管道內的流速及管徑一般可參考表11-8選用;詳細計算時,可查管渠水力計算表。

                                   

         (2)凝結水管

         凝結水管可按自流凝結水管和余壓凝結水管分別計算管徑,設計時可參照表11-9和表11-10選用。

                             

         (3)高溫熱水管

         熱媒為高溫熱水時,其管徑按《建筑給水排水設計規范》GB50015關于生活熱水系統管徑確定方法確定。

         換熱設備的配置

         1.每座游泳池的換熱設備一般應獨立設置,這樣既方便管理,也便于控制不同用途游泳池的水溫。每座游泳池宜按2臺換熱器同時使用配置,每臺換熱設備應按游泳池初次加熱所需總耗熱量的60%選配一用一備,互為備用。既保證游泳池連續開放的安全供熱,又方便游泳池初次加熱需熱量大的需要。

         2.由于游泳池池水在循環的過程中要向水中投加消毒劑、混凝劑、pH值調整劑,所以池水中含有這些化學藥品的剩余量,盡管濃度很小,但在長期運行中它們會對池水凈化處理設備及換熱設備具有一定的腐蝕性,所以換熱器的材質應選用不銹鋼材質。

         3.每臺換熱設備均應配置溫度控制裝置,一般宜采用雙控型溫度自動調節閥,可調幅度的刻度不大于0.5℃,以確保傳熱效果準確和穩定。

         4.安全

         1)各種配件均應安全可靠,動作靈敏,操作方便。

         2)換熱器的耐壓等級應滿足被加熱水系統和熱媒系統最高工作壓力的要求。

    (例11-2)同本手冊第1.2節例題1中各項參數。須將全部池水在48h內全部加熱至27℃,試計算其板式換熱器面積。

         解:1)游泳池池水初次加熱所需換熱器面積

         按本手冊公式11-8計算,各項參數由例11-1知

         Qc=2061234kJ/h

         e取0.8

         k取2000

           △tmax=90-27=63℃

            △tmin=70-12=58℃

     

     

         2)保持池水“恒溫”所需換熱器面積

         (1)換熱采用分流量加熱方式,根據《游泳池給水排水工程技術規程》CJ]1222008第7.3.4.1款和第7.3.4.2款的規定,本例題采用被加熱水量為池水循環流量的25%。被加熱水的出水溫度為40℃

         (2)被加熱池水流量:取池水循環周期5h,池水循環水量為   則被加熱的循環水量為

     

                   

         (3)由熱平衡計算所需要的被加熱的水量:設游泳池的循環回水溫度為25℃,則需要加熱的循環水量為x,則

                            

     

         不滿足“規程”25%之規定,此時有兩個辦法進行處理:①提高換熱設備的出水溫度,但要處理好冷熱水因溫差大如何混合均勻的要求;②仍按《規程》規定計算,要處理好降低換熱設備出水溫度而帶來的換熱設備容量加大的費用問題。

         (4)對數計算溫度差

         按本手冊公式11-9計算,各項參數由例11-1所給參數計算得:     

          (5)換熱器加熱面積

         按本手冊公式11-8計算,各項參數為

                         

         其他參數同本例題

     

         (6)以1臺13m2板式換熱器的熱量校核游泳池池水初次實際加熱時間

         由[例題11-1]知,游泳池池水容積Vp=1575m3,游泳池的設計池水溫度Td=27℃、游泳池初次充水水溫Tf=12℃、初次充水水的密度P=0.995kg/L、水的比熱C=4.1876kJ/(℃.kg)、維持池水“恒溫”所選換熱設備容量為:

       

     

          實際加熱時間太長,不滿足《游泳池給水排水工程技術規程》CJJ122-2008中關于初次加熱時間不宜超過48h的規定要求。

        (7)以2臺換熱器同時工作維持池水“恒溫”,校核池水初次加熱時間:

                                                                     能基本滿足的《規程》規定要求。

         所以選用2臺F=13m2的換熱器,池水初加熱時2臺同時工作,維持池水“恒溫”時一臺工作,一臺備用或互為備用

         (8)熱媒消耗量

         ①熱媒為高溫熱水時:

         △維持池水“恒溫”時所需要的高溫熱水量:

         由例題11-1知:Qvz=1015688k/h,熱媒供水溫度t1=90℃,回水溫度t2=70℃

         △池水初次加熱所需的熱媒量為維持池水“恒溫”熱媒量的2倍,

          即12.13×2=24.26m3/h。

         ②熱媒為高壓蒸汽時:

         △維持池水“恒溫”所需蒸汽量

         由本章例11-1知,按本手冊公式11-12計算,各項參數

                   

         當蒸汽表壓力為0.3MPa時,由本手冊表11-7査得,im=2738 kJ/kg  in=601kJ/kg

      

         △池水初次加熱所需蒸汽量為維持池水“恒溫”蒸汽量的2倍,即

                         

                                                                                     

                                                                                                                                                                                                                                                               

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