Poprawne wymiarowanie urządzeń wentylacyjno–klimatyzacyjnych obsługujących hale basenowe wymaga uwzględnienia licznych parametrów. Jednym z nich są właściwości termodynamiczne powietrza zewnętrznego.

 W niniejszym artykule rozważony zostanie wpływ przyjmowanych parametrów powietrza zewnętrznego na dobór urządzeń wentylacyjno– klimatyzacyjnych, a także ich konfigurację. Przeanalizowane będą możliwości niedotrzymania parametrów powietrza zewnętrznego i ich konsekwencje. Całość uzupełni analiza zaleceń określonych w polskich normach, a także w ogólnodostępnych bazach danych parametrów powietrza zewnętrznego.

Hale basenów ze względu na rodzaj występujących w nich zysków ciepła i wilgoci stanowią jedno z trudniejszych zagadnień wentylacji czy klimatyzacji, dla utrzymania założonych parametrów powietrza.

Nie wystarczy zatem zastosowanie ogólnych metod przy wymiarowaniu instalacji grzewczej i wentylacyjnej. Bardzo starannie rozważyć należy: bilans wilgoci, ze względu na znaczącą

• emisję z powierzchni niecki basenu,
• ochronę powierzchni chłodnych przegród przed kondensacją,
• utrzymanie warunków mikroklimatu wewnętrznego na poziomie akceptowalnym przez użytkowników.

Analiza wielu projektów technicznych obiektów basenowych wskazuje, że zagadnienia związane z regulacją wilgotności w hali basenu są w większości przypadków podstawą do wymiarowania instalacji grzewczych, wentylacyjnych i klimatyzacyjnych. Nieznajomość zasad prawidłowej wentylacji hali basenów oraz lekceważenie podstawowych praw fizyki powoduje bardzo poważne konsekwencje, prowadzące do szybkiego niszczenia konstrukcji budynku oraz zagrożeń z punktu widzenia sanitarnego i bezpieczeństwa osób przebywających w obiekcie.

Wykonana z niedostateczną starannością oraz brakiem znajomości zagadnienia dokumentacja techniczna i zrealizowana w sposób niewłaściwy instalacja wentylacyjno–klimatyzacyjna hali basenu powodują wzrost kosztów eksploatacji, a także często kosztowne remonty obiektu.

Parametry wejściowe dla wymiarowania instalacji wentylacyjnych

Podstawowe kryteria wymiarowania instalacji wentylacji mechanicznej i klimatyzacji to:

1. bilans ciepła,
2. bilans wilgoci,
3. bilans zanieczyszczeń gazowych,
4. dystrybucja powietrza,
5. ochrona przegród przed kondensacją.

ad a.

Przyjmuje się, że instalacja wentylacji mechanicznej i klimatyzacji utrzymywać będzie temperaturę powietrza wewnętrznego, bez dodatkowych źródeł ciepła. Szczegółowo zagadnienie to omawiano w publikacjach [3], [4] i [5]. Głównym ograniczeniem w ogrzewaniu hali basenu za pomocą powietrza wentylacyjnego jest maksymalna wartość temperatury powietrza nawiewanego równa 45°C. Strumień powietrza do pokrycia strat ciepła hali basenu wyznacza się na podstawie następującej zależności:

gdzie:
Q – projektowe obciążenie cieplne hali [kW],
c_p – ciepło właściwe powietrza [kJ/kgK],
r – gęstość powietrza [kg/m³],
t_n – temperatura powietrza nawiewanego [°C],
t_i – temperatura powietrza w hali basenu [°C].

Dla hali basenu zakłada się zwykle następujące parametry temperatury powietrza wewnętrznego: ts = 28÷30ºC (1÷2 K powyżej temperatury wody w basenie podstawowym).

ad b.

Jest to w większości przypadków decydujące kryterium określania strumienia powietrza wentylacyjnego. Decyduje o utrzymaniu żądanego poziomu wilgotności powietrza w hali basenu. Dzięki dostarczaniu suchego powietrza z zewnątrz, strumień wilgoci jest asymilowany i usuwany na zewnątrz (lub kondensowany na wymiennikach pompy ciepła). Oto wzór, za pomocą którego określa się strumień powietrza wentylacyjnego dla usunięcia zysków wilgoci:

gdzie:
W – zyski wilgoci w hali [kg/h],
r – gęstość powietrza [kg/m³],
x_n – wilgotność powietrza nawiewanego [g/kg],
xi – wilgotność powietrza w hali basenu [g/kg].

Dla hali basenu na potrzeby utrzymania parametrów wilgotnościowych, odpowiadających warunkom komfortu cieplnego zakłada się utrzymanie wilgotności względnej na poziomie j = 55÷60%. W tym celu zakładana wartość wilgotności bezwzględnej powietrza nie powinna przekraczać 14÷15 g/kg.

ad c.

Na hali basenu mogą być emitowane z powierzchni lustra wody (lub atrakcji) zanieczyszczenia gazowe, takie jak związki chloru, czy THC. Należy w takim przypadku przeprowadzić bilans zanieczyszczeń i określić strumień powietrza zewnętrznego niezbędny do usunięcia tych zanieczyszczeń. Obliczyć można go ze wzoru:

gdzie:
E – emisja zanieczyszczeń w hali [g/h],
Z – współczynnik nierównomierności emisji zanieczyszczenia [-],
r – gęstość powietrza [kg/m³],
c_n – stężenie zanieczyszczeń w powietrzu nawiewanym [mg/m³],
c_dop – dopuszczalne stężenie zanieczyszczeń w powietrzu wewnętrznym [mg/m³].

ad d.

Instalacja wentylacyjna ma za zadanie zapewnić skuteczną wymianę powietrza w hali basenu. Określa się np. takie wskaźniki jak czas przebywania cząstki w pomieszczeniu, czy skuteczność wentylacji. Wiele wytycznych do projektowania instalacji wentylacyjnych hal basenowych określa taki parametr jak minimalna krotność wymian powietrza w pomieszczeniu. Zakłada się: min.

• 4 wym/h dla dużych hal basenów pływackich,
• min. 5 wym/h dla typowych hal basenowych,
• min. 6 wym/h dla niedużych basenów prywatnych.

Jest to wyłącznie orientacyjny wskaźnik, który nie powinien stanowić podstawy do wymiarowania systemu.

ad e.

W celu zapewnienia zadanych parametrów powietrza w hali basenu, w całej objętości hali konieczna jest właściwa dystrybucja oraz ruch powietrza. Miejscami wymagającymi szczególnej ochrony przed kondensacją są chłodne powierzchnie przegród zewnętrznych. Najwyższe współczynniki przenikania ciepła posiadają okna, drzwi szklane oraz elementy konstrukcyjne budynku. Często wykorzystywany materiał konstrukcyjny – jakim jest drewno – wymaga szczególnej ochrony. Projektanci konstrukcji drewnianych zalecają, aby wilgotność względna w okresie całego roku bezwzględnie nie przekraczała 55%. Dla parametrów obliczeniowych w hali basenu temperatura punktu rosy wynosi 17÷21ºC. Stąd też w celu uniknięcia wykraplania się pary wodnej na elementach chłodnych, temperatura powietrza wewnętrznego oraz elementów powinna być utrzymywana co najmniej o 1 K powyżej temperatury punktu rosy [6].

Aby zapobiec kondensacji wilgoci na powierzchniach okien oraz drzwi zewnętrznych stosuje się nawiew powietrza ciepłego i suchego wzdłuż powierzchni przeszklonych. Do wprowadzenia powietrza do hali basenu z centrali klimatyzacyjnej oraz dla zapewnienia właściwego zasięgu strumienia powietrza nawiewanego, korzystnie jest stosować nawiewne szyny szczelinowe. Dają one możliwość nawiewu powietrza o określonym profilu wypływu wzdłuż powierzchni przeszklonych z prędkością 4÷5 m/s [3]. Jest to prędkość znacznie przewyższająca dopuszczalne prędkości powietrza kierowanego bezpośrednio na osoby. Prędkości te wynoszą dla osób [5]:

• rozebranych mokrych 0,2 m/s,
• rozebranych suchych 0,5 m/s,
• ubranych 0,8 m/s.

Nawiew powietrza do hali basenu należy umieszczać poza strefą przebywania ludzi. Usuwanie wilgotnego powietrza z hali basenu następuje w wyższych punktach hali. Przepływ powietrza należy zorganizować w sposób nie dopuszczający do bezruchu powietrza w którymkolwiek miejscu. Czas przebywania cząsteczki powietrza w pomieszczeniu nie powinien być dłuższy od czasu wynikającego z założeń projektowych, gdyż sprzyja to kondensacji wilgoci na chłodnych powierzchniach przegród.

Analiza parametrów powietrza wewnętrznego i ich wpływ na wymiarowanie instalacji wentylacyjnych hal basenowych

(...)

Wnioski

Analizowane wyniki badań potwierdzają, że przyjęcie parametrów powietrza zewnętrznego na poziomie 9,0 g/kg powoduje przekroczenie dopuszczalnych parametrów wilgotności na hali basenu. Powoduje to konsekwencje dwojakiego rodzaju: po pierwsze znaczące pogorszenie odczucia komfortu cieplnego użytkowników basenu. Po drugie – w przypadku znaczącej dobowej amplitudy temperatury wystąpić może zjawisko kondensacji na chłodnych powierzchniach (pamiętać należy, że przy 30°C i 60%RH temperatura punktu rosy wynosi 21,4°C, przy 70% – 23,9°C, ale przy 80% aż 26,2°C. Przy tych parametrach bardzo często dochodzi do kondensacji pary wodnej np. w kanałach wyciągowych, przebiegających w chłodnych przestrzeniach.

Obserwując trendy klimatyczne wskazujące na rosnącą wilgotność powietrza zewnętrznego w okresie letnim, autorzy artykułu wnioskują na podstawie powyższego, że dobrą praktyką inżynierską powinno stać się dobieranie urządzeń wentylacyjno–klimatyzacyjnych na parametry powietrza zewnętrznego określone w Polskiej Normie. Stosowanie się do wytycznych niemieckich powoduje znaczące pogorszenie komfortu użytkowania obiektu, a w ekstremalnych przypadkach zagrażać może bezpieczeństwu konstrukcji budynku.

Karolina DURCZAK
Kierownik pracowni projektowej, KS-INSTAL sp. z o.o.

Zenon SPIK
KS-INSTAL sp. z o.o.

LITERATURA:
[1] BESLER J., BESLER M.: Niektóre zagadnienia projektowania wentylacji w krytych basenach kąpielowych. I sympozjum Naukowo Techniczne Instalacje Basenowe. Ustroń, 1999.
[2] FERENCOWICZ J.: Wentylacja i Klimatyzacja. Arkady. Warszawa, 1962.
[3] WNUKOWICZ Z.: Kryteria doboru central klimatyzacyjnych dla hal basenowych. IV Sympozjum Naukowo Techniczne Instalacje Basenowe. Ustroń, 2003.
[4] SPIK Z.: Ogrzewanie podłogowe w hali basenu – za, czy przeciw. V Sympozjum Naukowo Techniczne Instalacje Basenowe. Zakopane, 2005.
[5] SOKOŁOWSKI CZ.: Wymagania sanitarno–higieniczne dla krytych pływalni. MZiOS. PZiTS. Warszawa, 1998.
[6] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 roku w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie.
[7] VDI 2089: Ogrzewanie, wentylacja, doprowadzenie i odprowadzenie wody w krytych i odkrytych basenach kąpielowych. Hale basenowe. Wytyczne niemieckie. 1994.
[8] Norma PN-76/B-03420: Wentylacja i klimatyzacja – Parametry obliczeniowe powietrza zewnętrznego.
[9] WIĘCEK K.: Obliczenia wentylacji hal basenowych w oparciu o zaktualizowane wytyczne zrzeszenia inżynierów niemieckich VDI 2089. VI Sympozjum Naukowo Techniczne Instalacje Basenowe. Zakopane, 2007.

Pełną treść artykułu przeczytają Państwo w miesięczniku Chłodnictwo & Klimatyzacja nr 10/2013