겨울철 실내수영장 결로방지 설계 분석?

동절기 실내수영장의 결로방지 설계 문제를 고려하여 실내 매개변수 선정, 실내 습도 계산 등 몇 가지 문제를 분석한다. 실내 온도 선택 범위가 작기 때문에 본 글에서는 실내 상대습도 변화가 결로방지 설계에 미치는 영향에 초점을 맞춰 실내 상대습도를 적절하게 낮추는 것이 가능하다고 본다. 경제적인 운영 목적을 달성하려면 계절에 따라 실내 매개변수를 다르게 사용하는 것이 좋습니다. 공간이 넓은 수영장의 경우 최상의 설계를 얻으려면 CFD 시뮬레이션을 사용하는 것이 좋습니다. 마지막으로 공학적으로 활용하기에 적합한 계산식을 얻기 위해 수영장의 수분함량 계산을 위한 국내외 3가지 공식을 비교하였다.

키워드: 실내 수영장, 결로 방지, 상대 습도, 수분 함량, 실내 매개변수 1 소개

사람들의 생활 수준이 지속적으로 향상됨에 따라 많은 대형 실내 수영장이 중국에서 건설되었습니다. 실내 수영장은 투자비와 운영비가 높기 때문에 실내 조건은 일반 건물과 상당히 다릅니다. 특히 겨울철에는 인클로저 구조에 결로 문제가 발생할 수 있습니다. 이 기사에서는 수영의 결로 방지 설계에 관한 몇 가지 문제를 분석합니다. 겨울에는 수영장.

이 기사에 사용된 일부 기호에 대한 설명:

G——증발 kg/h Ψ RH——상대 습도 %

T——온도 ℃ ρ — —밀도 kg/m3

Pq——수증기 분압 Pa V——풍속 m/s

Pqb——포화 수증기 부분압 Pa A——수영장 면적 m2

U——열전달 계수 W/m2 *℃ R——열 저항 m2 *℃/W

K——재료 열전달 계수 W/m2 *℃ L —— 환기량 m3/h

B——대기압 Pa X——절대 습도 kg/kg

Cp——공기 비열 kJ/kg*℃ α——내부 표면 열 전달 계수 W/m2 *℃

이 기사에서는 설명의 편의를 위해 항저우에 건설 중인 실내 수영장을 예로 들어 분석합니다. 수영장 수온은 26℃로 잠정 설정됩니다. 수영장 외부는 그림 1, 내부는 그림 2를 참조하세요. 수영장의 실내 면적은 3000m2이고 수영장 면적은 1400m2이며 표준 수영장과 얕은 수역을 포함합니다. 인클로저 구조는 주로 컬러 강판과 유리로 만들어졌습니다. (참고: 이 주제는 절강대학교 건축 설계 연구소 연구 기금의 지원을 받았습니다.)

2 실내 설계 매개변수 결정

실내 수영장의 에어컨 설계 , 실내 매개변수 결정 가장 중요한 것은 실내 매개변수가 결정된 후에만 실내 부하, 수분 함량 및 환기량을 그에 따라 계산할 수 있다는 것입니다. 실내 매개변수의 선택은 초기 투자 및 운영 비용에도 영향을 미칩니다.

표 1은 "스포츠 건물의 공조 설계"[1]에 제시된 다양한 국가의 수영장에서 사용되는 설계 매개변수이다.

표 1

국가

수온(℃)

수영장

공기변화(l/h)

기온(℃) 상대습도 (%RH) 풍속(m/s) 국제 설계 기준 규정 26~28 수온 +2 미국 24~27 수온 +250~60≯0.1254~6 영국 25~27 수온(적어도) + 160~70≯0.15 연방 독일 24~26 수온+ (2~3)≯75<0.23~4 프랑스 27 수온 +1≯700.14~0.2≮22m3/h 소련 24~25 수온 + (1~2) ≯65≯0.2 일본 25~27 수온 + (1.5~3 ) 60~700.1~0.21~4 중국 25~27 수온 + (1~2)≯750.15~0.32~4

표 2 국가 보건 기준 [2]을 제공합니다:

표 2 항목

겨울철 표준 실내 기온(℃)은 상대습도(%)보다 1~2℃ 높습니다. 80%를 초과하지 않음 풍속(m/s)이 0.5를 초과하지 않음

표 3에는 "스포츠 건물 설계 코드"의 수영장 설계 매개변수[3]가 나열되어 있습니다.

표 3

방 이름

여름

겨울

최소 신선한 공기량(m3/h-인)

온도(℃) 상대습도(%) 풍속(m/s) 온도(℃) 상대습도(%) 풍속(m/s)

천연풀

관중 면적 26~2960~70≯0.522~24≤60≯0.515~20 수영장 면적 26~2960~70 ≯0.226~2860~70≯0.2—

표 3과 표 3의 가장 큰 차이점 표 1과 표 2는 표 1과 2가 실내온도와 수영장 수온 사이의 관계를 명확히 한 반면, 표 3은 이를 강조하지 않는 동시에, 명세서에 "yi"라는 단어를 사용하여 적절한 실내 디자인임을 나타냅니다. 매개변수는 지역 기상 조건과 건물 자체의 특성에 따라 선택할 수 있습니다.

수영장의 실내 온도는 높고 습기의 양이 많습니다. 제대로 설계하지 않으면 겨울철 인클로저 구조에 결로가 발생합니다. 결로로 인해 많은 문제가 발생할 수 있으므로 여기서는 겨울철 결로방지 설계를 기준으로 논의합니다.

현재 국내 결로 방지 설계에서는 인클로저 구조의 단열 성능을 강화하고 인클로저 구조의 내부 표면 온도를 높이는 방법(뜨거운 공기 또는 열 복사 전달 등)을 주로 채택하고 있습니다. 저자는 이 문제가 또 다른 각도, 즉 실내 이슬점 온도를 낮추는 방식으로도 해결될 수 있다고 믿는다.

이슬점 온도는 실내 온도와 실내 상대습도 두 가지 변수로 결정되는데, 실내 온도 선택 범위가 작기 때문에 편의상 실내 온도를 28℃로 설정했습니다(수영장). 수온 + 2℃). 실내 상대 습도에는 다양한 변화가 있습니다. 이 기사에서는 상대 습도 변화가 수영장 에어컨 설계에 미치는 영향에 중점을 둡니다.

비교를 위해 세 가지 상대 습도 매개변수를 선택합니다. 사례1: ψ=70%, 사례2: ψ=60%, 사례3: ψ=50%. 28℃에서 해당 이슬점 온도: Case1: 22.0℃, Case2: 19.5℃, Case3: 16.8℃. 결로를 방지하기 위해 인클로저 구조의 내부 표면 온도는 내부 표면에 따라 각각 23.0°C, 20.5°C 및 17.8°C인 해당 이슬점 온도[1]보다 1°C 더 높습니다. 인클로저 구조 온도에 따라 보호 구조는 공식 (1)에 따라 계산할 수 있습니다. 응축에 필요한 U 값 [1]:

U(Tn-Tw)= α(Tn-Twn) (1 )

Tn——실내 온도 ℃

Tw——실외 온도 ℃

Twn——인클로저 구조 내부 표면 온도 ℃

α——내부 표면 열 전달 계수, α 값의 계산이 특별히 논의되며 편의상 8.7w/m2*℃로 간주됩니다.

U 값에 따르면 열 전달 계수는 이에 따라 봉투 재료의 K를 계산할 수 있습니다.

수영장 표면의 증발은 공식 (2) [4]에 따라 계산됩니다: ​​

G= (α+0.00013V)-(Pqb-Pq)-A-B /B' (2)

α - 확산 계수, 값 0.00017kg/m2*h*Pa

V - 수영장 표면 풍속 m/s

B'—— 국지적 실제 대기압 Pa

실내 습기 부하를 제거하는 데 필요한 환기는 공식 (3) [1]에 따라 계산됩니다.

L= (3)

Δd ——실내외 수분 함량 차이 kg/kg

ρ——값 1.2kg/m3

3가지 경우의 계산 결과를 나타냅니다. 표 4:

표 4 CASE1 (70%)

CASE2 (60%) CASE3 (50%) G(kg/h)196300404U( W/m2*℃)1.362 .002.77K(W/m2*℃)1.712 .944.74L(m3/h)133001820032900Q(Kw)*176220385

*신선공기 부분의 가열량만, -4℃에서 28℃까지 가열 ℃

위의 K 값에 따라 각각 인클로저 재질을 선택할 때 컬러 강판은 100mm 두께의 단열재(열 전달 계수: 0.37W/m2*℃)를 사용하여 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 세 가지 상황. 유리 부분 Case1은 절연 LOW-E 저방사 유리를 사용해야 하며 가격은 350위안/m2, K=1.34W/m2*℃, Case2는 절연 유리 315위안/m2, K=2.13W/m2*℃, Case3을 사용합니다. 캔 일반 유리를 사용하며 K=4.56W/m2*℃, 가격은 80위안/m2, 구체적인 비용과 운영 비용은 표 5에 나와 있습니다:

표 5 유리 비용*1

설비비 *2 운영비 *3 총 가격 CASE145만5천 425002450049750만 CASE240만 5500032000455.000 CASE312만 800005400020

*1: 유리는 건물 외피에서 가장 취약한 부분 (노드 제외) 가격 차이도 편의상 여기서는 건물 외피의 나머지 부분의 비용 차이를 고려하지 않습니다. 가격과 열 성능은 Shenyang Yuanda 알루미늄의 매개변수를 참조합니다. 유한 회사,

*2: 장비 비용 부분에서 환기(흡기 및 배기) 부분만 고려되며, 나머지 부분은 작은 변화로 인해 고려되지 않습니다.

*3: 운영비는 환기부와 외기난방부의 전력사용량만을 의미하며, 증발량 변화에 따른 보충수 및 난방부의 경우 그 금액이 상대적으로 적고, 고려되지 않습니다. 동절기에는 3개월, 1일 8시간의 수술시간을 갖는다.

표 4에서 볼 수 있듯이(이 표는 단지 ​​예시일 뿐입니다), 실내 온도가 변하지 않을 때 상대습도 값이 높을수록 운영 비용은 낮아지지만 봉투 재료에 대한 투자는 줄어듭니다. 값이 더 크면 노드 처리가 더 복잡해집니다.

다양한 상대 습도 수준에서 실내 에너지 소비 간의 관계는 그림 3[5]에서 확인할 수 있습니다.

그림 3은 실내 수영장에 대한 해외 테스트로 구체적인 조건은 알 수 없으나 기본적으로 실내 조건에 따른 에너지 소비량의 차이는 물론 사용 후 에너지 절감율도 확인할 수 있다. 에너지 절약 기술.

이 수치는 분석 결과와 일치합니다. 따라서 최고의 경제적 효과(최저 종합율)를 달성하기 위해 설계자는 실내 매개변수 선택을 주의 깊게 분석하고 비교해야 합니다.

실제 프로젝트의 실내 상대 습도는 공식 (4) [6]을 참조하십시오:

ψ=55+0.25Tw(%RH) (4)

Tw——실외 온도(섭씨)

이 공식은 외국 계산 공식이며 설계에 대한 참조를 제공할 수 있습니다. 그러나 구체적인 값은 여전히 ​​지역 기상 조건과 건물 자체의 특성을 고려하여 계산되어야 합니다.

3 계절별 운영 제어

실내 수영장의 종합적인 비용을 가장 합리적으로 만들고 다양한 계절에 경제적으로 운영하려면 다음 사항에 따라 디자인을 선택해야 합니다. 계절마다 다른 야외 날씨 조건. 다양한 인테리어 디자인 매개변수:

3.1 여름:

자연 상태에서는 실내 온도와 RH 값이 모두 더 높은 한계에 있을 수 있습니다. 환기가 요구 사항을 충족할 수 있는 경우 자연 환기를 사용해야 합니다. 자연 환기가 요구 사항을 충족할 수 없는 경우 에어컨 시스템은 실내 설계 매개변수를 달성하기 위해 보충 공기의 일부를 제습하고 냉각할 수 있습니다.

3.2 겨울:

실내 온도는 허용치의 하한선이어야 하며, RH 값은 겨울에 두 가지 작동 모드로 나누어야 합니다. 결로가 발생하지 않는 경우 및 결로가 발생할 가능성이 없는 경우.

예를 들어 실내 매개변수가 28°C, 70%(RH)이고 인클로저 구조의 U-값이 2.04w/m2*°C이고 실외 온도가 10보다 큰 경우 °C에서는 인클로저 구조에 응결 현상이 발생하지 않습니다. 이때, 실외온도가 10°C 이상일 경우 실내온도는 모두 28°C, 70%(RH)로 설정될 수 있으며, 실외온도가 10°C 미만일 경우 실내온도는 70%(RH)로 설정됩니다. 28°C, RH 값은 그림 4와 같이 선택될 수 있습니다(즉, B 지점에 해당하는 RH 값).

3.3 전환기:

실내 온도는 허용치의 하한값이어야 하며, RH 값은 허용치의 상한값이어야 합니다. 자연환기가 요구사항을 충족할 수 있는 경우에는 가능한 한 자연환기를 사용해야 합니다. 실외 습도가 높고 온도가 낮을 ​​때 시스템은 제습 및 가열이 가능해야 합니다.

3.4 폐쇄 기간:

수영장 폐쇄 시 겨울철 실내온도는 의무온도(예: 5℃)로 하고, 상대습도(RH) 값은 비기준을 충족해야 한다. - 응축 요구 사항. 건물이 폐쇄되는 전환기 및 여름에는 자연 환기가 제공됩니다. 제어실의 RH 값은 90%보다 높아서는 안 됩니다.

위 작업을 구현하려면 해당 제어가 필요합니다. 실내 수영장 제어에 대한 자세한 내용은 관련 기사를 참조하세요.

4 CFD 지원 설계

수영장은 일반적으로 높은 공간이며 실내 온도장, 습도장 및 속도장의 분포는 매우 복잡합니다. 실내 온도장, 습도장 고려 필드와 속도장은 균등하게 분포되어 있어 실제 상황과 상당히 다릅니다. 따라서 가장 불리한 약점을 찾기 위해 실내 온도장, 습도장 및 속도장을 시뮬레이션해야 합니다. 실내에서 해당 디자인을 수행합니다. 우리는 통지대학교에 이 프로젝트의 CFD 시뮬레이션을 의뢰했습니다. 시뮬레이션에서는 3차원 단정밀도 이산 암시적 정상 상태 솔버를 사용합니다. 사용된 계산 방정식에는 연속 방정식, k-ε 난류 운동량 방정식, 에너지 방정식 및 성분 전달 방정식이 포함됩니다. 압력-속도 결합 알고리즘은 SIMPLE 알고리즘입니다. 압력 이산 차이 형식은 표준 이산 차 형식을 채택하고 다른 변수는 1차 풍향 형식을 채택합니다. CFD는 세 가지 실내 매개변수인 28C 70%, 28C 60%, 28C 50%를 시뮬레이션했습니다.

다음은 매개변수 28C 50%[7]를 사용한 최종 시뮬레이션 결과입니다.

표 6 상대습도의 주요 데이터 목록 위치

최대값(%) 최소값(%) 평균값(%)Z=1.563.815.450.2 벽부근 상부 컬러강판 92.6~46.5 벽부부 상부 로우이유리 57.341.050.1 벽부부 상부 이중유리 72.324.841.6 벽부부 상부 컬러강판 54.3~41.6 서쪽 로-e 벽 근처 유리 90.8-38.9 벽 근처 동쪽 내부 벽 61.048.853.4 벽 근처 동쪽 외부 벽 60.148.655.1 벽 근처 남쪽 이중 유리 72.3-30.0 배기 53.952.853.3

표 7 물 증기 분압 키 데이터 목록 위치

최대값(Pa) 최소값(Pa) 평균값(Pa) 벽 근처 상단 컬러 강판 2288-1778 벽 근처 상단 로우이 유리 198616061852 상단 이중 벽부근 겹유리 189911441570 벽부근 서쪽 칼라강판 1994-1660 서쪽 벽부부 로이유리 2329-1565 벽부부 동쪽 내벽 197018701896 벽부부 동쪽 외벽 197418871957 벽부부 남쪽 복층유리 1878-1273

표 8 풍속 키 데이터 목록 위치

최대값(m/s) 최소값(m/s) 평균값(m/s) Z=1.50. 860.0050.23 수영장 표면 0.550.060.31 얕은 물 영역의 수영장 표면 0.370.030.22

표 9 인클로저 내부 표면의 주요 데이터 위치 목록

최대 이슬점 온도 (℃) 벽체 최저온도 (℃) 결로가능여부 상단 컬러강판벽 19.619.0이 상단 로이유리벽 17.418.0 없음 상단 이중유리벽 16.78.5가 서컬러강판벽 17.423.3 아니오 서쪽 로이유리벽면 19.914.3이 동쪽 내부벽면 17.222.8 아니오 동쪽 외벽면 17.319.6 아니오 남쪽 이중유리벽면 16.510.9 예

그림 5-6은 실내 온도장 및 습도장 시뮬레이션 다이어그램이다.

첨부 5 봉투 내부 표면 벽 근처의 공기 온도장 첨부 6 내부 표면 벽 근처 공기의 상대습도 분포

분석 결과를 보면 이론적인 계산 후에도 이런 일이 발생하지 않음을 알 수 있습니다. 그러나 실내 온도장, 습도장, 속도장의 불균일성으로 인해 여전히 결로 현상이 발생할 수 있습니다. 시뮬레이션 결과를 바탕으로 취약한 부분에 대해서는 상응하는 강화 조치를 취해야 합니다.

5가지 질문

5.1 실내 습도 계산

기술적 조치는 수면 증발에 대한 계산 공식(2)을 제공합니다[4]:

G=(α+0.00013V)-(Pqb-Pq)-A-B/B1 (2)

"스포츠 빌딩 에어컨 설계"는 또 다른 계산 공식(5)을 제공합니다. [1]:

G=0.0075-(0.0152V+0.0178)-(Pqb-Pq)-A (5)

위 두 식은 비교적 근사치이지만 그렇지 않다는 단점이 있습니다. 해당 계산 조건을 제공합니다.

일부 해외 데이터 조사에 따르면 활동적인 수영장 표면의 증발량이 고정된 수영장 표면의 증발량보다 훨씬 높은 것으로 나타났습니다.

공식(6)은 수영장의 증발을 계산하기 위한 외국 공식을 제공합니다[6]:

(6)

Cp - 실내 공기 비열 J / kg k

α의 값은 표 10과 같다

표 10 증발률 열전달계수 기간(근무일) 기간(토요일 기간(일요일 마감시간))

α 영업시간영업시간

(W/m2K) 8.00~21.00 6.00~18.00

최대 5.8 08.00-12.00,15.00-18.00 06.00-09.00,12.00-15.00 -

중간 3.8 12.00-15.00,18.00-21.00 0.900-12.00,15.00-18.00 -

최소 1.8 00.00-08.00 00.00-06.00,18.00-24.00 00.00-24.00

공식 (7)은 ASHRAE 수영장 계산 공식 [8]을 제공합니다:

G=4x10-5-A-(Pw-Pa)-Fa [kg/s] (7)

p>

Pw-수영장 수온에 해당하는 포화 수증기 분압, kPa

Pa-실내 이슬점 온도에 해당하는 포화 수증기 분압, kPa

Fa-Activity 계수, 값은 표 11에 표시됩니다.

표 11 수영장 유형

전형적인 활동 계수(Fa) 가정용 수영장 0.5 치료용 수영장 0.65 호텔 수영장 0.8 공공 수영장, 학교 수영장 1.0 웨이브 수영장 1.5

세 가지 공식의 계산 결과에 따르면 공식 2와 5에서 발생하는 수분량이 가장 많고,

수분함량 계산은 수영장 디자인의 성패와 관련이 있기 때문에, 공식 6에서 발생하는 수분량이 가장 적습니다. 저자는 이 측면에 대한 보다 자세한 연구가 중국에서 수행되어 공학적 계산에 사용될 수 있는 공식을 제공할 수 있기를 바랍니다.

5.2 실내 매개변수 결정: 실내 상대 습도 문제는 위에서 논의되었습니다. 이에 따라 겨울철 실내 온도를 낮출 수 있다면 실내 부하를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 이슬점 온도도 낮출 수 있다는 사실이 최근 해외 자료에 따르면 실내 온도와 수온이 동일할 경우에도 마찬가지입니다. 대부분의 수영장은 겨울에 복사열풍난방을 사용하기 때문에 실내 온도를 적절하게 낮추는 것도 가능합니다. 가장 적합한 온도는 무엇입니까?

5.3 대학의 실내 수영장 설계 문제: 수영이 대학생의 필수 프로젝트가 되면서 많은 대학에서 실내 수영장을 건설하기 시작했습니다. 대학은 상대적으로 비영리적 성격을 갖고 있으며, 둘째, 그 목적은 단일하고 특별합니다. 비영리적 특성으로 인해 설계자는 건설 비용과 운영 비용을 낮추고 대상과 용도의 특수성을 고려해야 합니다. 이들은 모두 젊고 건강하며 학습 및 훈련에 사용됩니다. 이에 따라 비용 및 운영 비용을 줄이기 위해 겨울철 수영장 수온은 24°C, 실내 온도는 25°C와 같은 소셜 수영장 매개변수를 사용합니다. 이는 작성자의 미성숙한 생각일 뿐이며, 아직 관련 전문가의 검증을 거치지 않은 상태입니다.

6 결론

위의 분석에서 볼 수 있듯이 겨울철 결로를 방지하기 위해 상대 습도를 낮추면 인클로저 재료의 비용과 복잡성을 줄일 수 있습니다. 여름 전환기 동안 결로 위험이 없을 때 가장 경제적인 작동을 위해 더 높은 상대 습도가 사용됩니다. 계절에 따라 실내 매개변수를 적절하게 선택함으로써 보다 경제적이고 합리적이며 에너지를 절약할 수 있는 디자인을 만들 수 있습니다. 물론 최적의 설계 목적을 달성하려면 건물 외피의 내부 표면 온도를 높여 결로 문제를 해결하고 복사열을 사용하여 열적 쾌적성을 높이는 등 상응하는 조치를 설계에 통합해야 합니다.

실내 수분 함량 계산 및 해당 설계 기준 등 실내수영장에서 아직 불명확한 일부 문제에 대해서는 관련 부서 및 전문가들이 효과적으로 처리하고 대응 방안을 내놓기를 간절히 바란다. 디자이너가 사용하는 프로젝트를 촉진하는 솔루션입니다.

참고 자료:

1. Zou Yueqin, He Qihua. 베이징 중국 건축 산업 출판사, 1991

2. 중국* **수영장에 대한 국가 표준 위생 표준

3. JGJ31-2003 J265-2003 중국 건축 산업 출판부, 2003

4. 국가 토목 건설 엔지니어링 설계 기술 조치 - HVAC 전력(2003) 중국 건축 표준 설계 연구소, 건설부 엔지니어링 안전 감독 및 산업 개발부

5. .Longo. 응용 열 공학, 1996, Vol 16.No.7.99:561-570

6. L. Johansson, L.Westerlund, Applied Energy, 2001,70:281-303

7. Zhejiang University of Finance and Economics Natatorium CFD 시뮬레이션 보고서, Tongji University, 2004.1

8.ASHRAE 애플리케이션 핸드북(SI) 4.6

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