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游泳池、嬉水池、水上乐园、等场馆设计中存在的问题及解决措施

2014/8/22 14:09:41      点击:

游泳嬉水是极好的文体活,游泳馆、游泳池、嬉水池、水上乐园遍布全球。随着社会的发展,这些建筑与日俱增,在发达的美国,已有450万座,中国的这类建筑,也如雨后春笋,比比皆是,正以迅猛的速度在发展,许多专家、工程师也都相继遇到了泳池设计这一问题。
泳池嬉水工程的投资,少则几十万,多则几千万。而每年的运转费用,少则数十万,多则数百万。它既是耗水大户、又是耗电大户和耗热大户。随着能源的日益紧缺,随着时代的迅速发展,我们应该在理论上深入研究,在设计上不断改进,在这实践中认真总结,逐步使问题得到解决。
许多国外的理论、实践总结、经验公式和各具特色的过滤砂缸,在各自的国度里都曾取得了一定的成功,便在群众性泳池中使用,始终并不十分尽人意。近些年来,知用于人口众多的我国的群众性泳池中,显得无能为力。
  如何简化设计、简化管理,减少基建投资,减少运转费、维修费,如何节水、节电、节热能、节药品、节人力,如何在任何情况下确保水质,是本文讨论的内容。

一、把机房面积降下来
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  已建游泳池机房面积普遍偏大,从123-400m2不等(为便于说明,本文皆以标准为例)机房造价10-40万元甚至更高,滤罐数2-6个都有,罐径一般2-3m,立式居多,卧式较少,国外的机房设计得更是宽大。形成的主要原因是罐数多,摆开后必然占据较大的面积。
  有的机房,除了过滤间外,还有加氯间、氯瓶间、加药间、加热间、工具间、药库、化验室、控制室等。这种照大中型水厂配置的帮法,在任何超大型、任何高档次的游泳馆也是不需要的。水厂和泳池处理,虽然有共同之处,但却是两个完全不同领域的两码事。
 (1)世界上几乎几不到≥1万m3水的游泳馆,而中型水厂的产水量都在几万m3以上,水量相差悬殊。
 (2)水厂是无限的水,一次性通过;而泳池的水是有限的水,“无限”次通过。
 (3)江河湖的原水水质可能骤变,而泳池的水质不可能骤变,没有强烈外界因素的直接加入,泳池水质的变化是极为缓慢的。
 (4)江河湖水常规处理主要靠投加混凝剂和助凝剂后沉淀和过滤,而泳池水处理要靠过滤、氧化和活化。泳池这几千吨水的周而复始处理,当路子走对以后,并不困难,没有必要人为搞得那么复杂。除了全部电动阀门控制的系统需要设置控制室外,手动系统和水力自动化系统都无此必要。其它房间更没有单设的必要。对水力自动化系统来说,除了主机房和机房一角的加氯间外,不需要再设置任何房间。
水力自动化系统的机房总面积<50m2,主体是水力自动化曝气滤机,占地面积不足90m2,它是一种结构紧凑的整体性机型,当前已有60套机型,日处理水量由100m2~30000m3。
二、把电耗降下来

  游泳池水处理的唯一目的是解决水质问题。是采用压有处理,还是采用无压处理,只是个手段问题。对于0.000来,又回到0.000去的这一特定环境下的水处理领域,使用什么手段才是合理的呢?很显然,对于原来没有压力要求的系统,做成重力系统更合理。
  当处理流量Q相同的情况下,轴功率N与扬程H成正比。

一、综合国内外压力系统的设计水头为:H1=15~35m

二、无压系统的设计水头H2
 1 .水处理机房与泳池在同层,H2=3~5m.
 2.水处理机房在泳池下层。H2=4~6m.

注:无压循环水理系统,初始水头损失0.4m,终止水头损失2.2m,正常运转所需水头3m-6m。这个数值主要取决于机房地面与泳池水在的相对关系。换句话说,同层、地面、半地下式机房,取决于处理机顶高于泳池水面的高度;下层、地下式机房,取决于水面高于机房地面的高度。因此,水处理设计与土建设计的配合是关键。

  可以看出,在相同的处理水量情况下,压力系统的电耗是无压系统的2.5倍以上。上百座馆池的大量运行经验告诉我们,仅电量一项,每年可节约15~58万。

三、把水耗降下来

取消自动补水池

  在水的系统中,为了保持某一固定液面,补水池、补水箱往往是不可缺少的。除非控制水位的浮球阀或电磁阀已经损坏外,一般不会漏水。但对游泳池来说,补水池、补水箱不宜使用。开放中的游泳池是不存在固定的液面的,波动的游泳池液面造成的结果是,泳者不断的入水,池水一次次地溢走,泳者不断的出水,一次次的补水,永不停息,只有闭池时,才算结束。浪费的水超过30m3/h。对全球缺水的今天,应杜绝这种做法。

  那一次次溢走的水,都是经过加热的温水,而一次次补进的水却都是冷水,这才是池温为什么迅速降低的根本原因。由于低温水无休止的加入,每年多消耗标准煤超出百吨!

  为了堵住这个耗水跑热大漏洞,30多年来笔者走了一个漫长的全过程,逐渐缩小补水池为补水箱,又把补水箱缩小到只有300L,实践证明,浪费的水量和热量与补水池或补水箱的容量大小毫无关系,与采取何种型式的浮球阀与电磁阀也没无关系。直到彻底取消补水箱,这个漏洞才堵注。结论是:不能依靠泳池波动水面来控制泳池液面。每年我国有上亿吨水和几十万吨煤,由这里流掉!但取消补水池和补水箱以后,除了每池、每年带来5~10万元的效益外,未出理异常。

2、力图取消平衡水池
一般设计平衡水池的主要目的是:调节泳者占据的池容。调节手段是:用(各种各样的)浮球阀的补水,来保持固定的液面。实际上,在国内外的许多实例中,可以看到,平衡水池的水面与泳池水面安全一致,浮球阀也是控制着这个水面。不管它是叫平衡水池,还是叫调节水池,实际都是一个放大了的补水池。因此,它浪费的水量和热量与补水池是完全相同的。这种平衡水池应淘汰。

  还有一种设计,平衡水池的水面,或浮球阀控制的水面,明显低于泳池的水面。开池时泳者挤出的水存入平衡水池,闭池时再打入泳池中。由于波动的泳池水面不会影响浮球阀,该形势较好。但这种平衡水池补水浮球阀,必须比泳池液面低得多,浮球阀控制水面以上的容量,必须不小于高峰人流的总容量,通常不小于30m3,以储存泳者挤出的水,闭池时把水送回泳池采取什么手段,也是麻烦事,国外的作法是把平衡池当作水泵吸水池来用,方法是简单而有效的,可是能量白白浪费了不少。
众所周知,那些平衡池、调节水池的容量有的虽然很大,但与泳池的容量相比,却又是小巫见大巫。因此,如何开发泳池本身的调节作用,才是设计研究者的课题。

  请看,无平衡水池馆池的情况:当开池前特意把水放满,通常15个人挤走1m3水,入池极限450人,挤走30m3水,在闭池时,水面下降应是30mm,实际上,由于池水充满度总是100%,时刻有水溢走,溢走的水近10m3,闭池时测量水位降是30~41mm。这时池水少了40m3,造成池水的水位变化却很微小,假如不去测量,往往不易发现。在一次开池时,只要有人入池,便双失去了平静的水面,更难发现这个水位差。随着入池人员的增多,又一次达到高峰时,由于池水不再溢满,溢走的水明显减少,如此周而复始,可以达到一个动态平衡,也可以看出,开池时水面总是高于停池时的水面。众所周知游泳池本身不仅有相当大的水量,而主要是它的水面很大。即使水量减少了100m3,水面才相差100mm。对于重大的国际比赛平说,只有对池水深度的严格规定,把泳池设计成无论什么时候都100%的溢满,是一种很大的误解,实用中并没有这个必要。

  然而,池底进水,周边溢水的设计,则又心须绝对溢满,还要绝对溢流,否则,水处理无法进行。然而,即使这种型式,同样可以启用游泳池本身的调节功能,而需设置平衡水池。具体的做法是:泳池水面、周边溢水面、溢水沟盖面示高皆为0.000,沟外侧地面皆为0.040的标高,然后四周以1%的坡度坡向溢水沟。

  顺便提醒一下,池底进水,周边溢水这种设计对土建施工要求极为严格,要求双侧共长100m的池边上顶面,都必须在同一高度上,不行相差+1mm这几乎是不可能的。常常一个工程要返工3~4次,最后依然有较大差距。在100m长度上, 高程相差1mm就相当于增大或缩小了Φ357mm管道的过水断面积,高程相差1mm产生的结果是溢流出水不均匀。为了弥补这一缺陷, 欧美的作法是加大循环水量,由于浪费能量过大,很不适合我国国情。实际上,国际上这种下进上溢式(逆流式)方式。这是一个误区,应立即杜绝这种错误方式。 

  采用这一作法的目的是,使漂流物能够较快溢出池面。然而在拉水线时,便起不到这个作用。还有人认为,这一作法可以减少池底的沉淀物,实践证明,没有这个作用。因为池底进水口面积不到池底面积的1/10000,池水的平均上升速度不到0.07mm/s,除进水口的水流是自下而上外,周围的水流都是自上而下的回流,沉淀照样进行。

  结论:尽量避免使用上升泉式,多用河道式。由土建配合,启用游泳池本身的自我调节功能,力图避免另设平衡池。

3、节约游泳池滤体的冲洗水量

  游泳池滤体的冲洗水量,取决于工作周期、冲洗历时、和冲洗强度三个因素。

  滤体的工作周期:笔者曾对国内外的大量馆池作过普查,了解到各馆的工作周期都不一样,从1天~7天都有,实质都是人为规定的一种作法、一种自己制订的冲洗制度。有的水量浪费很大。其中也有正确的作法,按滤层阻力增加值实施冲洗。遗憾的是,它是手动的;当水质不好时,几乎都误认为是冲洗不够造成的,人为提前冲洗和拉长冲洗的时间。国外还有一种轮冲的作法,如5个罐,每天冲1个,5天1个轮回。这种自动轮冲的作法,与我国手动冲洗的作法并没有本质上的区别,与实际情况脱节,和水质没有建立起任何关系。众所周知,季节不同,地区不同,馆的性质不同,人流量不同,人口素质不同,水的污染程度相差不是几倍,而是百倍!死的(不管是手动的还是电动的)工作制度都不够理想。国外的资料表明,尽管其人流数量远远少于我国,夏季水质变坏也屡有发生。
我们利用滤层阻力增加,水位自然升高的原理,实现了水力自动化控制。工作周期是一个变值,它随季节、天气、人流、污染程度的变化而变化。上百个馆池的大量数据告诉我们,工作周期完全决定于水质。极限最短的工作周期和极限最长的工作周期相差百倍!一般冬季难得遇到自动冲洗的机会。

  游泳池滤体的冲洗历时:总括中外写在书本上的资料为 5~8 min,实际普查结果为 15~30 min,个别的竟达到2h,调查中竟未见到一处是 5~8min,连国外的电动冲洗阀,也设定为15min。原因是管理或承包者怕冲不干净影响水质?!这是一个很大的浪费。按常用的 φ2.5m罐计算,每一次冲洗水量,至少比需要的多消耗 38 m3/每罐次!。

  冲洗历时不应人为确定,应以开始流出清水的时间作为依据。我们测得的数据是, 2.0min后冲洗水浓度开始减小, 2.5 min后开始变清, 3.0min以内全清。于是,以水力学原理按此实测资料制造机型,实现水力自动控制,不受人为因素影响,它的冲洗历时永远是150s。

  游泳池滤体的冲洗强度:中外公布的冲洗强度为 15~20 l/s·㎡,根据我们滤料情况,在机体的结构设计上,把冲洗强度提高为 32l/s·㎡,此时全部滤料翻滚搅搓,2.5 min内已淘洗洁净。

  结论:只有增大了冲洗强度,才能减少冲洗历时,还必须依据水质自身规律实现自动冲洗,才能做到节水。

四、 把热耗降下来

  在游泳馆土建和采暖通风设计正确的情况下,池面蒸发和池身传导不是热耗的主要因素。游泳池水的热耗主要取决于水耗,尤其在冬季水耗对热耗的影响极大。调查的结果是,我国大部分馆每年9、10月就开始加热,直到次年4、5月份才停热,热耗很大。然而,对采用我们作法的我国北方馆,由于冬季不补水,不换水,不用自来水消毒,春、秋两季每月只需补热l~2h,冬季每月补热2次,每次1~2 h,每年累积补热时间<4 0 h。结论:节热问题的实质是春、秋、冬季如何节水的问题。
我国冬季正处人流低谷,压力系统也应该争取不补水、不换水,可以尽量减少冲洗次数。
  
  池温降低的一个很重要的原因是,加药、消毒都用自来水。每天加进冷水约有 5~20m3,有的远大于20 m3,同时挤走的却是温水,尤其寒冷冬季低温水的加入,使池温迅速下降,几乎需要每天启用加热系统,这是一个沉重的负担。我们的作法是取之池水用之池水,既节约了水,又消除了降低水温的因素。请大家今后的设计中应避免用自来水加药、消毒。不要小看这个问题,仅此一项,每池每年可节约成千上万吨水和千万大卡的热量!

  另外,在调查中我们还发现,不少馆的池水加热系统设计得十分庞大不说,往往还用的是各种各样的容积式换热器。泳池本身就有特大容积,没有必要再用容积式换热器。容积式体积大,占地多,效率低,普通碳钢的不能用,不锈钢的造价又太高。只有不锈钢板式换热器(当前还没有使用非金属换热的材料和技术)或其它更小型、更经济、更快捷的措施才适合泳池水的换热。
对于标准池来说,采用8~15㎡不锈钢板式换热器已经足够,实践中得出15㎡的 2 4~30 h加热一池水,8㎡的 48~60 h加热一池水。水一水、汽一水均可使用。池水加热不要疏水器,因为冷媒 (池水)温度低、流量大、热媒一蒸汽能迅速冷却过冷的缘故。