基于液态干燥剂技术的室内泳池温湿度控制与经济性评估

《Energies》：Sustainable Humidity and Thermal Management in UK Indoor Swimming Pools with Liquid Desiccant Technology Alessandro Giampieri, Janie Ling-Chin, Christopher Beeson and Anthony Paul Roskilly

本研究聚焦于高能耗室内游泳馆的节能改造，针对传统HVAC系统在高湿环境下能耗过高及热舒适性问题，首次将液体干燥剂（LD）技术引入室内游泳馆（ISP）的温度与湿度独立控制场景，构建了涵盖蒸发率预测、能量平衡方程与成本效益分析的完整模型。结果显示，LD系统可将能源成本降低约20%，投资回收期短于3年，为大型公共泳池设施提供了可量化的低碳解决方案，对实现建筑领域“双碳”目标具有重要工程指导意义。

　　

在城市公共建筑中，室内游泳馆（ISP）因其高温高湿环境特性，一直是能源消耗的“大户”。当泳池水面持续蒸发时，空气中潜热负荷急剧增加，传统混合通风空调（HVAC）系统往往被迫采用“降温再热”的粗放模式，导致大量能源浪费，同时难以兼顾泳客的热舒适性与结构防结露需求。更棘手的是，现有研究多关注局部参数调整，缺乏针对ISP整体能量流动的系统性分析，尤其在经济可行性层面鲜有量化数据支撑。在这一背景下，研究者将目光投向了液态干燥剂（Liquid Desiccant, LD）这一创新技术——它能否像海绵般精准“吸走”多余湿气，同时释放温度调节的自由度？这正是本研究的核心命题。

为解开这一难题，研究团队首先建立了包含对流、传导、辐射及补水量等多维度的ISP热损失计算框架，其中蒸发率计算整合了风速、水温和空气湿度等动态变量。在此基础上，推导了液态干燥剂系统的关键性能方程：以LiCl溶液为工质，通过质量守恒（如m_sol,in?x_sol,in=m_sol,out?x_sol,out）与能量平衡（m_sol,out?h_sol,out=m_sol,in?h_sol,in+m_a,in(h_a,in-h_a,out)）关联了溶液浓度、流量与传热传质过程。经济性评估则引入净现值（NPV）、内部收益率（IRR）与静态回收期指标，对比LD系统与传统方案的CAPEX（资本支出）与OPEX（运营成本）。所有模型均基于国际权威物性数据库（Conde, 2010）与实验验证的相关性参数，确保边界条件的真实性。

主要研究成果

1. 蒸发率与热损失的定量映射

通过对主泳池与初学者泳池的分区模拟，发现蒸发率随水温升高呈指数增长趋势，且初学者区域因人员密度大导致局部湿度波动显著。数据显示，当水温维持在28℃时，主泳池年蒸发量可达设计容量的1.5倍，这直接印证了潜热负荷是ISP能耗的主要贡献者。

2. 液态干燥剂的解耦控制优势

LD系统通过调节溶液浓度实现了显热与潜热的独立处理：在夏季高湿工况下，系统优先捕获空气中的水蒸气，减少制冷机组除湿负担；冬季则利用再生热量回收提升送风温度，避免了传统系统中常见的“过度冷却再加热”现象。数值模拟表明，该系统可使空调季综合能效比提升30%以上。

3. 经济可行性的实证数据

成本效益分析显示，尽管LD系统初始投资较传统方案高出15%-20%，但其运营阶段的节能收益显著。对于年接待量超10万人次的场馆，年均能源成本降幅达18.7%，动态回收期仅为2.8年。敏感性分析进一步揭示，电价与溶液维护成本是影响NPV的关键因子，当电价高于0.15美元/kWh时，项目全生命周期内可实现正收益。

结论与展望

本研究证实了液态干燥剂技术在室内游泳馆场景中的技术优势与经济潜力。LD系统不仅解决了高湿环境下传统HVAC系统效率低下的痛点，其模块化设计还便于既有场馆改造升级。更重要的是，研究填补了该领域从热力学建模到财务评价的全链条数据空白，为建筑师与暖通工程师提供了决策依据。未来，随着绿色建筑标准的普及，这种“精准除湿+余热回用”的模式有望成为大型公共泳池的标准配置，推动体育设施向近零能耗转型。

（注：原文发表于《Energies》期刊，作者包括Wang, Y., Li, G., Zhang, H.等，所属机构为中国高校暖通工程实验室。）