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游泳池、嬉水池、水上樂園、等場館設計中存在的問題及解決措施

2014-8-22 14:09:41      點擊:

游泳嬉水是極好的文體活,游泳館、游泳池、嬉水池、水上樂園遍布全球。隨著社會的發展,這些建筑與日俱增,在發達的美國,已有450萬座,中國的這類建筑,也如雨后春筍,比比皆是,正以迅猛的速度在發展,許多專家、工程師也都相繼遇到了泳池設計這一問題。
泳池嬉水工程的投資,少則幾十萬,多則幾千萬。而每年的運轉費用,少則數十萬,多則數百萬。它既是耗水大戶、又是耗電大戶和耗熱大戶。隨著能源的日益緊缺,隨著時代的迅速發展,我們應該在理論上深入研究,在設計上不斷改進,在這實踐中認真總結,逐步使問題得到解決。
許多國外的理論、實踐總結、經驗公式和各具特色的過濾砂缸,在各自的國度里都曾取得了一定的成功,便在群眾性泳池中使用,始終并不十分盡人意。近些年來,知用于人口眾多的我國的群眾性泳池中,顯得無能為力。
  如何簡化設計、簡化管理,減少基建投資,減少運轉費、維修費,如何節水、節電、節熱能、節藥品、節人力,如何在任何情況下確保水質,是本文討論的內容。

一、把機房面積降下來
本篇文章來源:全自動軟水器 http://www.850565.tw
  已建游泳池機房面積普遍偏大,從123-400m2不等(為便于說明,本文皆以標準為例)機房造價10-40萬元甚至更高,濾罐數2-6個都有,罐徑一般2-3m,立式居多,臥式較少,國外的機房設計得更是寬大。形成的主要原因是罐數多,擺開后必然占據較大的面積。
  有的機房,除了過濾間外,還有加氯間、氯瓶間、加藥間、加熱間、工具間、藥庫、化驗室、控制室等。這種照大中型水廠配置的幫法,在任何超大型、任何高檔次的游泳館也是不需要的。水廠和泳池處理,雖然有共同之處,但卻是兩個完全不同領域的兩碼事。
 (1)世界上幾乎幾不到≥1萬m3水的游泳館,而中型水廠的產水量都在幾萬m3以上,水量相差懸殊。
 (2)水廠是無限的水,一次性通過;而泳池的水是有限的水,“無限”次通過。
 (3)江河湖的原水水質可能驟變,而泳池的水質不可能驟變,沒有強烈外界因素的直接加入,泳池水質的變化是極為緩慢的。
 (4)江河湖水常規處理主要靠投加混凝劑和助凝劑后沉淀和過濾,而泳池水處理要靠過濾、氧化和活化。泳池這幾千噸水的周而復始處理,當路子走對以后,并不困難,沒有必要人為搞得那么復雜。除了全部電動閥門控制的系統需要設置控制室外,手動系統和水力自動化系統都無此必要。其它房間更沒有單設的必要。對水力自動化系統來說,除了主機房和機房一角的加氯間外,不需要再設置任何房間。
水力自動化系統的機房總面積<50m2,主體是水力自動化曝氣濾機,占地面積不足90m2,它是一種結構緊湊的整體性機型,當前已有60套機型,日處理水量由100m2~30000m3。
二、把電耗降下來

  游泳池水處理的唯一目的是解決水質問題。是采用壓有處理,還是采用無壓處理,只是個手段問題。對于0.000來,又回到0.000去的這一特定環境下的水處理領域,使用什么手段才是合理的呢?很顯然,對于原來沒有壓力要求的系統,做成重力系統更合理。
  當處理流量Q相同的情況下,軸功率N與揚程H成正比。

一、綜合國內外壓力系統的設計水頭為:H1=15~35m

二、無壓系統的設計水頭H2
 1 .水處理機房與泳池在同層,H2=3~5m.
 2.水處理機房在泳池下層。H2=4~6m.

注:無壓循環水理系統,初始水頭損失0.4m,終止水頭損失2.2m,正常運轉所需水頭3m-6m。這個數值主要取決于機房地面與泳池水在的相對關系。換句話說,同層、地面、半地下式機房,取決于處理機頂高于泳池水面的高度;下層、地下式機房,取決于水面高于機房地面的高度。因此,水處理設計與土建設計的配合是關鍵。

  可以看出,在相同的處理水量情況下,壓力系統的電耗是無壓系統的2.5倍以上。上百座館池的大量運行經驗告訴我們,僅電量一項,每年可節約15~58萬。

三、把水耗降下來

取消自動補水池

  在水的系統中,為了保持某一固定液面,補水池、補水箱往往是不可缺少的。除非控制水位的浮球閥或電磁閥已經損壞外,一般不會漏水。但對游泳池來說,補水池、補水箱不宜使用。開放中的游泳池是不存在固定的液面的,波動的游泳池液面造成的結果是,泳者不斷的入水,池水一次次地溢走,泳者不斷的出水,一次次的補水,永不停息,只有閉池時,才算結束。浪費的水超過30m3/h。對全球缺水的今天,應杜絕這種做法。

  那一次次溢走的水,都是經過加熱的溫水,而一次次補進的水卻都是冷水,這才是池溫為什么迅速降低的根本原因。由于低溫水無休止的加入,每年多消耗標準煤超出百噸!

  為了堵住這個耗水跑熱大漏洞,30多年來筆者走了一個漫長的全過程,逐漸縮小補水池為補水箱,又把補水箱縮小到只有300L,實踐證明,浪費的水量和熱量與補水池或補水箱的容量大小毫無關系,與采取何種型式的浮球閥與電磁閥也沒無關系。直到徹底取消補水箱,這個漏洞才堵注。結論是:不能依靠泳池波動水面來控制泳池液面。每年我國有上億噸水和幾十萬噸煤,由這里流掉!但取消補水池和補水箱以后,除了每池、每年帶來5~10萬元的效益外,未出理異常。

2、力圖取消平衡水池
一般設計平衡水池的主要目的是:調節泳者占據的池容。調節手段是:用(各種各樣的)浮球閥的補水,來保持固定的液面。實際上,在國內外的許多實例中,可以看到,平衡水池的水面與泳池水面安全一致,浮球閥也是控制著這個水面。不管它是叫平衡水池,還是叫調節水池,實際都是一個放大了的補水池。因此,它浪費的水量和熱量與補水池是完全相同的。這種平衡水池應淘汰。

  還有一種設計,平衡水池的水面,或浮球閥控制的水面,明顯低于泳池的水面。開池時泳者擠出的水存入平衡水池,閉池時再打入泳池中。由于波動的泳池水面不會影響浮球閥,該形勢較好。但這種平衡水池補水浮球閥,必須比泳池液面低得多,浮球閥控制水面以上的容量,必須不小于高峰人流的總容量,通常不小于30m3,以儲存泳者擠出的水,閉池時把水送回泳池采取什么手段,也是麻煩事,國外的作法是把平衡池當作水泵吸水池來用,方法是簡單而有效的,可是能量白白浪費了不少。
眾所周知,那些平衡池、調節水池的容量有的雖然很大,但與泳池的容量相比,卻又是小巫見大巫。因此,如何開發泳池本身的調節作用,才是設計研究者的課題。

  請看,無平衡水池館池的情況:當開池前特意把水放滿,通常15個人擠走1m3水,入池極限450人,擠走30m3水,在閉池時,水面下降應是30mm,實際上,由于池水充滿度總是100%,時刻有水溢走,溢走的水近10m3,閉池時測量水位降是30~41mm。這時池水少了40m3,造成池水的水位變化卻很微小,假如不去測量,往往不易發現。在一次開池時,只要有人入池,便雙失去了平靜的水面,更難發現這個水位差。隨著入池人員的增多,又一次達到高峰時,由于池水不再溢滿,溢走的水明顯減少,如此周而復始,可以達到一個動態平衡,也可以看出,開池時水面總是高于停池時的水面。眾所周知游泳池本身不僅有相當大的水量,而主要是它的水面很大。即使水量減少了100m3,水面才相差100mm。對于重大的國際比賽平說,只有對池水深度的嚴格規定,把泳池設計成無論什么時候都100%的溢滿,是一種很大的誤解,實用中并沒有這個必要。

  然而,池底進水,周邊溢水的設計,則又心須絕對溢滿,還要絕對溢流,否則,水處理無法進行。然而,即使這種型式,同樣可以啟用游泳池本身的調節功能,而需設置平衡水池。具體的做法是:泳池水面、周邊溢水面、溢水溝蓋面示高皆為0.000,溝外側地面皆為0.040的標高,然后四周以1%的坡度坡向溢水溝。

  順便提醒一下,池底進水,周邊溢水這種設計對土建施工要求極為嚴格,要求雙側共長100m的池邊上頂面,都必須在同一高度上,不行相差+1mm這幾乎是不可能的。常常一個工程要返工3~4次,最后依然有較大差距。在100m長度上, 高程相差1mm就相當于增大或縮小了Φ357mm管道的過水斷面積,高程相差1mm產生的結果是溢流出水不均勻。為了彌補這一缺陷, 歐美的作法是加大循環水量,由于浪費能量過大,很不適合我國國情。實際上,國際上這種下進上溢式(逆流式)方式。這是一個誤區,應立即杜絕這種錯誤方式。 

  采用這一作法的目的是,使漂流物能夠較快溢出池面。然而在拉水線時,便起不到這個作用。還有人認為,這一作法可以減少池底的沉淀物,實踐證明,沒有這個作用。因為池底進水口面積不到池底面積的1/10000,池水的平均上升速度不到0.07mm/s,除進水口的水流是自下而上外,周圍的水流都是自上而下的回流,沉淀照樣進行。

  結論:盡量避免使用上升泉式,多用河道式。由土建配合,啟用游泳池本身的自我調節功能,力圖避免另設平衡池。

3、節約游泳池濾體的沖洗水量

  游泳池濾體的沖洗水量,取決于工作周期、沖洗歷時、和沖洗強度三個因素。

  濾體的工作周期:筆者曾對國內外的大量館池作過普查,了解到各館的工作周期都不一樣,從1天~7天都有,實質都是人為規定的一種作法、一種自己制訂的沖洗制度。有的水量浪費很大。其中也有正確的作法,按濾層阻力增加值實施沖洗。遺憾的是,它是手動的;當水質不好時,幾乎都誤認為是沖洗不夠造成的,人為提前沖洗和拉長沖洗的時間。國外還有一種輪沖的作法,如5個罐,每天沖1個,5天1個輪回。這種自動輪沖的作法,與我國手動沖洗的作法并沒有本質上的區別,與實際情況脫節,和水質沒有建立起任何關系。眾所周知,季節不同,地區不同,館的性質不同,人流量不同,人口素質不同,水的污染程度相差不是幾倍,而是百倍!死的(不管是手動的還是電動的)工作制度都不夠理想。國外的資料表明,盡管其人流數量遠遠少于我國,夏季水質變壞也屢有發生。
我們利用濾層阻力增加,水位自然升高的原理,實現了水力自動化控制。工作周期是一個變值,它隨季節、天氣、人流、污染程度的變化而變化。上百個館池的大量數據告訴我們,工作周期完全決定于水質。極限最短的工作周期和極限最長的工作周期相差百倍!一般冬季難得遇到自動沖洗的機會。

  游泳池濾體的沖洗歷時:總括中外寫在書本上的資料為 5~8 min,實際普查結果為 15~30 min,個別的竟達到2h,調查中竟未見到一處是 5~8min,連國外的電動沖洗閥,也設定為15min。原因是管理或承包者怕沖不干凈影響水質?!這是一個很大的浪費。按常用的 φ2.5m罐計算,每一次沖洗水量,至少比需要的多消耗 38 m3/每罐次!。

  沖洗歷時不應人為確定,應以開始流出清水的時間作為依據。我們測得的數據是, 2.0min后沖洗水濃度開始減小, 2.5 min后開始變清, 3.0min以內全清。于是,以水力學原理按此實測資料制造機型,實現水力自動控制,不受人為因素影響,它的沖洗歷時永遠是150s。

  游泳池濾體的沖洗強度:中外公布的沖洗強度為 15~20 l/s·㎡,根據我們濾料情況,在機體的結構設計上,把沖洗強度提高為 32l/s·㎡,此時全部濾料翻滾攪搓,2.5 min內已淘洗潔凈。

  結論:只有增大了沖洗強度,才能減少沖洗歷時,還必須依據水質自身規律實現自動沖洗,才能做到節水。

四、 把熱耗降下來

  在游泳館土建和采暖通風設計正確的情況下,池面蒸發和池身傳導不是熱耗的主要因素。游泳池水的熱耗主要取決于水耗,尤其在冬季水耗對熱耗的影響極大。調查的結果是,我國大部分館每年9、10月就開始加熱,直到次年4、5月份才停熱,熱耗很大。然而,對采用我們作法的我國北方館,由于冬季不補水,不換水,不用自來水消毒,春、秋兩季每月只需補熱l~2h,冬季每月補熱2次,每次1~2 h,每年累積補熱時間<4 0 h。結論:節熱問題的實質是春、秋、冬季如何節水的問題。
我國冬季正處人流低谷,壓力系統也應該爭取不補水、不換水,可以盡量減少沖洗次數。
  
  池溫降低的一個很重要的原因是,加藥、消毒都用自來水。每天加進冷水約有 5~20m3,有的遠大于20 m3,同時擠走的卻是溫水,尤其寒冷冬季低溫水的加入,使池溫迅速下降,幾乎需要每天啟用加熱系統,這是一個沉重的負擔。我們的作法是取之池水用之池水,既節約了水,又消除了降低水溫的因素。請大家今后的設計中應避免用自來水加藥、消毒。不要小看這個問題,僅此一項,每池每年可節約成千上萬噸水和千萬大卡的熱量!

  另外,在調查中我們還發現,不少館的池水加熱系統設計得十分龐大不說,往往還用的是各種各樣的容積式換熱器。泳池本身就有特大容積,沒有必要再用容積式換熱器。容積式體積大,占地多,效率低,普通碳鋼的不能用,不銹鋼的造價又太高。只有不銹鋼板式換熱器(當前還沒有使用非金屬換熱的材料和技術)或其它更小型、更經濟、更快捷的措施才適合泳池水的換熱。
對于標準池來說,采用8~15㎡不銹鋼板式換熱器已經足夠,實踐中得出15㎡的 2 4~30 h加熱一池水,8㎡的 48~60 h加熱一池水。水一水、汽一水均可使用。池水加熱不要疏水器,因為冷媒 (池水)溫度低、流量大、熱媒一蒸汽能迅速冷卻過冷的緣故。

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