Rozdział powietrza w krytych basenach pływackich dla układu centralnego i zdecentralizowanego

Głównym wyznacznikiem doboru centrali jest ilość powietrza dostarczonego do hali basenowej oraz jej możliwości osuszania i odpowiedniego podgrzania powietrza wentylacyjnego. Strumień powietrza w tradycyjnym układzie zabezpiecza przegrody zewnętrzne przed wykraplaniem się na ich powierzchni wilgoci, jednak takie rozwiązanie powoduje zwiększenie strat ciepła przez przenikanie [1, 2, 3].

Rozwiązaniami uznawanymi za wysokoefektywne są centrale wentylacyjne basenowe, w których odzysk ciepła odbywa się trzystopniowo: poprzez krzyżowy wymiennik ciepła, pompę ciepła oraz recyrkulację powietrza [4].

Recyrkulacja powietrza pozwala łatwo podnieść jego temperaturę oraz ustalić odpowiednią zawartość wilgoci w powietrzu nawiewanym. Krzyżowy wymiennik ciepła natomiast umożliwia wstępne ogrzanie powietrza wentylacyjnego, co znacznie zmniejsza wielkość urządzenia stosowanego do podgrzewu powietrza do wymaganej temperatury, czyli nagrzewnicy wodnej lub pompy ciepła.

Dzięki zastosowaniu pompy ciepła składającej się ze skraplacza umiejscowionego w części nawiewnej centrali przed nagrzewnicą wodną (jeżeli jest ona wymagana) i parowaczem umiejscowionym na wywiewie powietrza za wymiennikiem ciepła możemy wykorzystywać charakterystyczne właściwości powietrza wentylacyjnego usuwanego z hali basenowej, którego temperatura i wilgotność są w przybliżeniu równe przez cały rok. Wahania związane są ze zmiennymi parametrami powietrza zewnętrznego. Pompa ciepła wykorzystywana może być w kilku wariantach sterowania.

W centralach wysokoefektywnych koszty przygotowania i przetłaczania powietrza są wyższe niż w układach prostszych, w związku z tym nie jest zasadne, by powietrze przygotowane w takiej centrali było nawiewane do całej kubatury obiektu, zwłaszcza na okna. Potrzebna jest zatem analiza systemów zdecentralizowanych. Centrala basenowa, jak sama nazwa wskazuje, powinna być przeznaczona dla użytkowników obiektu, a inne dodatkowe systemy powinny zabezpieczać przegrody zewnętrzne hali basenowej.

Centralny układ wentylacyjny dla hali basenowej

W centralnym układzie wentylacyjnym dla hali basenowej powietrze przygotowywane jest dla całej hali w jednej centrali i powinno spełniać szereg wymagań. Najważniejszym jest usuwanie zysków wilgoci powstałych podczas parowania wody oraz szkodliwych produktów ubocznych procesu jej dezynfekcji. Dodatkowo układ powinien zapewnić odpowiednią ilości powietrza świeżego i wymaganą temperaturę dla zapewnienia komfortu cieplnego użytkownikom basenu.

Poprzez odpowiedni rozdział powietrza układ wentylacyjny zabezpiecza konstrukcję budynku przed wykraplaniem wilgoci oraz zapewnia powietrze świeże i odpowiednie warunki ludziom przebywającym na trybunach obiektu (jeżeli takie występują). Jeden system wentylacyjny może być niewystarczający z uwagi na inne wymagania dotyczące temperatury, wilgotności, jakości powietrza [5].

Zyski wilgoci oraz produkty uboczne dezynfekcji wody powstają w obszarze niecki basenowej, czyli strefie przebywania głównych użytkowników basenu – pływaków, trenerów, ratowników. To tutaj należy zapewnić odpowiednią temperaturę i wilgotność względną powietrza oraz odpowiednią ilość powietrza świeżego.

Przegrody zewnętrzne powinny być zabezpieczone przed wykraplaniem się na ich powierzchni wilgoci. Zasadne może być zabezpieczanie tych przegród powietrzem nawiewanym w ich pobliżu. Korzystniejsze wydaje się jednak stosowanie przegród o niskich współczynnikach przenikania ciepła, których ten problem prawie nie dotyczy.

Trybuny w obiektach basenowych są wykorzystywane stosunkowo rzadko, jednak powinny na nich zostać zapewnione odpowiednie warunki dla widzów, którzy są ubrani, czyli temperatura powietrza powinna tam być niższa niż w strefie niecki basenowej.

Układy centralne charakteryzują się również typowym rozdziałem powietrza. Nawiew odbywa się na przeszklone przegrody zewnętrzne, w Polsce najczęściej z dołu, a wywiew z górnej części hali basenowej [1, 2, 3].

Zapewnienie tych wszystkich, tak różnych warunków w całej hali basenowej poprzez przygotowanie powietrza o jednakowych parametrach oraz rozdział powietrza dół-góra nie jest do końca uzasadnione – może powodować niedostateczną wentylację niecki basenowej.

Powietrze świeże dostarczanie jest nie do strefy przebywania ludzi, ale nawiewane na okna. Temperatura nawiewu jest wysoka, żeby pokryć straty ciepła przegród zewnętrznych, a nawiewanie gorącego powietrza na przegrody przeszkolone powoduje zwiększenie tych strat.

Centrala wentylacyjna musi być duża, ponieważ przygotowuje powietrze dla bardzo dużej kubatury, a im większa centrala, szczególnie specjalistyczna, tym jest ona droższa w eksploatacji. Użytkowane trybuny nie są odpowiednio wentylowane, a parametry powietrza w ich strefie są niekomfortowe dla widzów (za gorąco, za duszno).

Natomiast zaletami centralnych układów wentylacyjnych jest ich tradycyjność i typowość, szybkie projektowanie oraz prostota działania i sterowania.

Zdecentralizowany układ wentylacyjny dla obiektu

Układ zdecentralizowany pozwala na rozdzielenie funkcji, jakie powinna spełniać wentylacja obiektu basenowego, na kilka mniejszych systemów [5].

Centrala wentylacyjna przygotowuje powietrze dla strefy niecki basenowej. Osusza powietrze do poziomu, dzięki któremu odebrane zostaną zyski wilgoci, zapewnia temperaturę wynikającą z bilansu cieplnego samej niecki basenowej oraz dostarcza odpowiednią ilość powietrza świeżego. Nawiew powietrza powinien się odbywać do strefy niecki basenowej, a wywiew w dolnej części, tak żeby odbierać zyski wilgoci i szkodliwe związki w miejscu ich powstawania i nie pozwolić im przedostawać się do innych części hali basenowej.

Dodatkowy układ wentylacyjny obsługujący widownię pozwala zapewnić widzom odpowiednie parametry komfortu cieplnego, a także zaoszczędzić dużą ilość energii, gdyż jest włączany tylko w czasie zawodów.

Przegrody zewnętrzne mogą być zabezpieczone poprzez nawiew powietrza, ale można skorzystać z powietrza, które już się znajduje w hali basenowej. Centrala zabezpieczająca przegrody zewnętrzne może pracować na powietrzu obiegowym. Powietrze jest osuszane, a jego temperatura może być niższa, co powoduje zmniejszenie strat ciepła przez przenikanie.

W tabeli 1 przedstawiono obliczone temperatury powierzchni okna dla różnych wartości współczynników przenikania ciepła U reprezentujących maksymalne wartości zgodne ze zmieniającymi się kolejno w latach 2008, 2014, 2017 i 2021 wymaganiami zawartymi w warunkach technicznych [6] oraz różnych temperatur zewnętrznych te. W 2014 r. maksymalny współczynnik przenikania ciepła wynosi 1,3 W/(m² · K) i dla takiego okna ryzyko wykraplania się wilgoci istnieje, gdy temperatura zewnętrzna spada poniżej –13°C.

Dla Poznania, biorąc pod uwagę dane klimatyczne dla typowego roku meteorologicznego [7], ma to miejsce w przypadku mniej niż 0,5% godzin w roku.

Stosując przegrody budowlane o niskich współczynnikach przenikania ciepła, redukujemy przypadki, w których może wystąpić ryzyko wykraplania wilgoci. Należy więc przewidzieć układ zabezpieczający przegrody zewnętrzne, jednak powinien być on wydzielony i działać tylko w przypadku niskich temperatur na zewnątrz.

W układzie zdecentralizowanym temperatura nawiewu może być niższa niż w układzie centralnym. Dodatkowe straty ciepła, jakie występują w obiekcie, powinny być kompensowane nie powietrzem, którego przygotowanie z uwagi na pobór energii elektrycznej jest drogie, ale przez system centralnego ogrzewania. Rys. 1 pokazuje różnicę temperatury nawiewu, gdy uwzględnimy bilans cieplno­‑wilgotnościowy hali basenowej [8].

W przypadku układów centralnych, w których straty ciepła pokrywane są przez układ powietrzny, temperatura nawiewu zależy głównie od temperatury powietrza zewnętrznego. Temperatura nawiewu kształtuje się w zakresie 31–45°C. Dla wentylacji zdecentralizowanej, gdy osobny układ obsługuje tylko strefę niecki basenowej, można przyjąć, że temperatura nawiewu jest stała w ciągu całego roku.

W układzie zdecentralizowanym nawiew na okna może być uzależniony od temperatury zewnętrznej i nie musi działać przez cały rok, gdyż jedynie w stosunkowo niedługim okresie będzie występowało ryzyko wykraplania się wilgoci na powierzchni okna.

Na rys. 2 pokazano zależność temperatury nawiewu do strefy niecki basenowej oraz na przegrody przeszklone od temperatury powietrza zewnętrznego. Zaznaczono również temperaturę punktu rosy dla warunków standardowych (t_p = 30°C i j_p = 60% [8]), która wynosi 21,4°C.

Problemem systemu zdecentralizowanego jest jego złożoność. Parametry powietrza w strefie niecki basenowej muszą być dobrane tak, żeby układ działał prawidłowo. Biorąc pod uwagę fakt, że strefa niecki basenowej jest wydzielona i zabezpieczana osobnym systemem, można przyjąć, że jej bilans cieplny jest w miarę stały w ciągu całego roku i niezależny od parametrów powietrza zewnętrznego.

Można tak założyć, jeżeli przyjmie się, że straty ciepła przegród zewnętrznych kompensowane są przez system grzewczy oraz ewentualnie przez dodatkowy nawiew powietrza w pobliżu tych przegród. Należy pamiętać, żeby przegrody miały niskie współczynniki przenikania ciepła. Można przyjąć, że parametry nawiewu będą się wahały w zakresie 32–34°C. Temperatura ta nie powinna być wyższa, ponieważ niższa gęstość nawiewanego powietrza spowoduje jego przepływ do górnej części hali.

W układzie strefowym wywiew odbywa się dołem, zatem należy pilnować, żeby gęstość powietrza nawiewanego była na odpowiednim poziomie, a powietrze przepływając nad powierzchnią wody i odbierając zyski wilgoci, zwiększało swoją gęstość.

Wnioski

Układy centralne i zdecentralizowane mają swoje wady i zalety, jednak wydaje się, że więcej zalet dotyczy rozwiązań zdecentralizowanych. Najważniejszą zaletą jest to, że zapewniają one odpowiednie parametry powietrza zgodnie z przeznaczeniem danej strefy. Ponadto pozwalają zapewnić komfort użytkownikom basenu przy jednoczesnym spełnieniu pozostałych wymagań stawianych instalacjom znajdującym się w hali basenowej.

Niewątpliwą korzyścią jest możliwość sterowania instalacją w zależności od potrzeb obiektu, co pozwala na redukcję kosztów eksploatacyjnych budynku. W systemie zdecentralizowanym układ dla widowni może być włączany jedynie w czasie zawodów, które na obiektach basenowych odbywają się dosyć rzadko. To samo dotyczy zabezpieczenia przegród przeszklonych – okazuje się, że nie jest konieczne, by system pracował przez cały rok, jeżeli jest przeznaczony tylko do zabezpieczania okien.

W układzie zdecentralizowanym temperatura nawiewu jest zdecydowanie niższa, co umożliwia uzyskanie niższych kosztów eksploatacyjnych. Centrala basenowa jest mniejsza, mniejsze są więc moce wentylatorów, co również korzystnie wpływa na koszty eksploatacji systemu wentylacyjnego.

Artykuł powstał na podstawie referatu przygotowanego na konferencję Air, Heat & Energy 2014

Literatura

1. . Sabiniak H.G., Pietras M., Systemy organizacji wymiany powietrza w halach basenowych, „Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja” nr 9/2005.
2. Kolaszewski A., Więcek K. System klimatyzacji hal basenowych, „Instal” nr 3/2008.
3. Wnukowicz Z., Tendencje w projektowaniu i budowie instalacji wentylacyjno-klimatyzacyjnych dla hal basenowych, „Chłodnictwo i Klimatyzacja” nr 7/2007.
4.  Wnukowicz Z., Porównanie urządzeń klimatyzacyjnych stosowanych dla hal basenowych, „Chłodnictwo i Klimatyzacja” nr 3/2004.
5. Ratajczak K.,Szczechowiak E., Energy Efficient HVAC System in the Indoor Swimming Pool Facilities, CLIMA 2013, Proceedings of 11th REHVA World Congress & 8th International Conference on IAQVEC „Energy Efficient, Smart and Healthy Building”, 16–19.06.2013, Praha.
6.  Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75/2002, poz. 690, z późn. zm.).
7. Typowe lata meteorologiczne i statystyczne dane klimatyczne dla obszaru Polski do obliczeń energetycznych budynków, www.mir.gov.pl.
8. Ratajczak K., Szczechowiak E., Wpływ przepływu powietrza na parowanie i straty konwekcyjne w krytych basenach kąpielowych, „Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja” nr 4/2010.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!