Nocne obniżenia temperatury w halach basenowych
Nocne obniżenia temperatury w halach basenowych
Fot. freeimages.com
W wielu obiektach basenowych stosuje się nocne obniżenia temperatury, co w okresie zimowym może powodować wzrost ryzyka wykraplania się wilgoci na zimnych przegrodach. Ryzyko to minimalizuje się, stosując nawiew szczelinowy ciepłym powietrzem, który tworzy kurtynę osłaniającą przegrody.
Korzystniejsze z punktu widzenia wystąpienia ryzyka kondensacji jest obniżenie wilgotności względnej w okresie nocnym. Natomiast względy eksploatacyjne (koszty uzdatniania powietrza) przemawiają za utrzymywaniem wyższej wilgotności względnej powietrza w hali basenowej w ciągu dnia.
Zobacz także
Castorama Meble do ogrodu, na balkon i taras – jak je wybrać?
Meble ogrodowe to nie tylko praktyczne wyposażenie każdego przydomowego ogródka czy tarasu. To także wyjątkowe akcesoria, które podkreślą charakter Twojego domu, pozwolą Ci na wygodny odpoczynek lub zapewnią...
Meble ogrodowe to nie tylko praktyczne wyposażenie każdego przydomowego ogródka czy tarasu. To także wyjątkowe akcesoria, które podkreślą charakter Twojego domu, pozwolą Ci na wygodny odpoczynek lub zapewnią dodatkowe miejsce do pracy. Wybierz kolor, który lubisz, udekoruj meble miękkimi poduszkami i ciesz się niepowtarzalnym charakterem Twojego ogrodu, który docenią goście.
Koniec rur przy grzejniku
Nowy grzejnik aluminiowy G500 F/D wychodzi naprzeciw potrzebom związanym z tym trendem. Dzięki nowemu sposobowi przyłączenia, doprowadzające wodę rury pozostają niewidoczne.
Nowy grzejnik aluminiowy G500 F/D wychodzi naprzeciw potrzebom związanym z tym trendem. Dzięki nowemu sposobowi przyłączenia, doprowadzające wodę rury pozostają niewidoczne.
VTS Polska Sp. z o.o. WING - nowa jakość w technologii kurtyn powietrznych
Strefa wejściowa we współczesnym budownictwie ma znaczenie nie tylko funkcjonalne, ale przede wszystkim reprezentacyjne. Estetyka wnętrza i komfort osób przebywających w holu wejściowym nowoczesnego biurowca,...
Strefa wejściowa we współczesnym budownictwie ma znaczenie nie tylko funkcjonalne, ale przede wszystkim reprezentacyjne. Estetyka wnętrza i komfort osób przebywających w holu wejściowym nowoczesnego biurowca, banku, apartamentowca, urzędu lub innego obiektu użyteczności publicznej stanowią więc jedne z najbardziej istotnych cech tej części budynku.
W takich obiektach jak pływalnie parametry powietrza są zazwyczaj stałe w ciągu roku i doby, a pomieszczenia te wymagają ciągłej pracy wentylacji, zarówno w czasie ich użytkowania, jak i przerw. W niektórych obiektach stosuje się różnicowanie parametrów powietrza w zależności od pory roku czy dnia.
W okresie nocnym, kiedy basen jest nieczynny, zmieniać się może zarówno wilgotność względna, jak i temperatura powietrza. W wielu obiektach stosuje się nocne obniżenia temperatury, przez co zimą może rosnąć ryzyko wykraplania się wilgoci na zimnych przegrodach.
Parametry termodynamiczne, jakie powinny panować w hali basenowej, na etapie projektowania określa projektant, jednak podczas eksploatacji wielu parków wodnych zarządzający obiektem mają możliwość zmiany nastaw i decydują się często na wybór innych ustawień, co nie zawsze jest korzystne.
Charakterystyka analizowanych obiektów
Analizie poddano dwa różne obiekty basenowe – basen pływacki i park wodny. W hali basenowej pierwszego obiektu znajduje się jedna niecka basenowa, a w drugim cztery niecki basenowe, atrakcje wodne i zjeżdżalnie zewnętrzne. Obiekty te charakteryzują się innymi parametrami termodynamicznymi powietrza i wody utrzymywanymi w hali basenowej.
Basen pływacki
Zlokalizowany jest w II strefie klimatycznej okresu zimnego (tz = –18°C) oraz w II strefie klimatycznej okresu ciepłego (tz = 30°C). W obiekcie znajduje się niecka basenowa o powierzchni 312,5 m2 oraz dwie atrakcje basenowe. Powierzchnia hali basenowej wynosi 585 m2, a jej kubatura 5310 m3.
Do wentylacji hali zastosowano centralę basenową o wydajności 13 000 m3/h powietrza nawiewanego oraz 11 780 m3/h powietrza wywiewanego. Basen czynny jest od 8.00 do 22.00 od poniedziałku do soboty oraz od 10.00 do 20.00 w niedzielę.
Park wodny
Zlokalizowany jest w tych samych strefach klimatycznych, co pierwszy obiekt. Wybudowany został w 2006 r. We wspólnej hali basenowej znajduje się basen pływacki o powierzchni 312,5 m2, basen rekreacyjny z atrakcjami wodnymi, rwąca rzeka, brodzik dla dzieci z atrakcjami wodnymi, wanna do hydromasażu oraz dwie zjeżdżalnie zewnętrzne. Powierzchnia hali basenowej wynosi 1200 m2, a kubatura 8400 m3.
Współczynniki przenikania ciepła przegród zewnętrznych są następujące:
- ściany zewnętrzne hali basenowej: U = 0,40 W/(m2 K),
- stropy zewnętrzne: U = 0,30 W/(m2 K),
- okna (hala basenowa): U = 1,40 W/(m2 K).
Halę basenową obsługuje centrala o wydajności 35 000 m3/h powietrza nawiewanego oraz 36 400 m3/h wywiewanego. Jednak strumień powietrza wywiewanego z pomieszczenia hali basenowej wynosi 32 300 m3/h, a pozostały strumień jest wyciągany przez wywiewniki w natryskach. Park wodny czynny jest codziennie od 6.00 do 22.00.
Parametry termodynamiczne powietrza w analizowanych halach basenowych
Basen pływacki
Na rys. 1 pokazano, jak kształtują się parametry powietrza wywiewanego z hali basenu pływackiego. Kiedy basen jest użytkowany, temperatura powietrza wynosi ok. 30°C, a wilgotność względna powietrza kształtuje się na poziomie 35–45%. Dokładny rozkład parametrów powietrza wywiewanego w ciągu doby przedstawiono na rys. 2 i 3.
Rys. 1. Parametry termodynamiczne powietrza wywiewanego z hali basenu pływackiego 5.04.2014: a) basen użytkowany, b) basen nieużytkowany
Źródło: Autorzy
Rys. 2. Parametry termodynamiczne powietrza wywiewanego z hali basenu pływackiego 5.04.2014
Źródło: Autorzy
Rys. 3. Parametry termodynamiczne powietrza wywiewanego z hali basenu pływackiego w terminie 7–13.04.2014
Źródło: Autorzy
W okresie nocnym następuje zjawisko obniżenia temperatury powietrza, która waha się od 28 do 29°C, a wraz z obniżeniem temperatury następuje zwiększenie wilgotności względnej powietrza w hali basenowej w przedziale od 50 do 55%. Niższa wilgotność względna w okresie użytkowania basenu wynika ze sposobu uzdatniania powietrza w centrali basenowej.
W ciągu dnia do hali nawiewane jest wyłącznie powietrze zewnętrzne, a recyrkulacja uruchamiania jest jedynie w nocy. Według [1] przy zastosowaniu central basenowych z jednostopniowym odzyskiem energii realizowanym w rekuperatorze bez recyrkulacji nie można w okresie zimowym utrzymywać w hali basenowej wilgotności względnej powietrza powyżej 40–45%.
Zbyt niska wilgotność względna powoduje intensyfikację procesu parowania – z lustra wody, a także zwilżonych posadzek, atrakcji wodnych, od osób kąpiących się, co może być przyczyną odczuwania przez nich dyskomfortu. Zwiększone odparowanie ze zwilżonej skóry człowieka powoduje nieprzyjemne odczucie chłodu.
W okresie nocnym, kiedy zaczyna pracować centrala basenowa na powietrzu mieszanym, w hali uzyskuje się wilgotność względną powietrza na poziomie 50–55%, zalecaną przez autorów publikacji [2, 3, 4].
Park wodny
Na rys. 4, 5 oraz 6 przedstawione zostały parametry powietrza wywiewanego z hali basenowej parku wodnego. W obiekcie tym temperatura powietrza jest utrzymywana w ciągu doby na stałym poziomie.
Rys. 4. Parametry termodynamiczne powietrza wywiewanego z hali parku wodnego 5.04.2014: a) basen użytkowany, b) basen nieużytkowany
Źródło: Autorzy
Rys. 5. Parametry termodynamiczne powietrza wywiewanego z hali parku wodnego 5.04.2014
Źródło: Autorzy
Rys. 6. Parametry termodynamiczne powietrza wywiewanego z hali parku wodnego w terminie 7–13.04.2014
Źródło: Autorzy
Jedyną zmienną zależną od pory dnia jest wilgotność względna, która maleje w okresie nocnym nawet do 40%. Wynika ona przede wszystkim ze zmniejszonych zysków wilgoci w okresie nocnym (mniejsza emisja od lustra wody, niepracujące atrakcje wodne, brak użytkowników). Wilgotność względna powietrza w czasie użytkowania basenu sięga 50–55%, a w okresie nocnym spada do 40–45% i znajduje się w przedziale zalecanym przez autora publikacji [2].
Według [4] w hali basenowej zaleca się utrzymywanie wilgotności względnej powietrza nie niższej niż 45% ze względu na komfort użytkowników (co nocą nie ma znaczenia) oraz rachunek ekonomiczny.
Ocena trafności wyboru parametrów termodynamicznych
Jak wspomniano, wybór parametrów termodynamicznych w hali basenowej jest szczególnie istotny ze względu na możliwość wykraplania się pary wodnej na zimnych przegrodach. W celu wykazania ryzyka wystąpienia zjawiska kondensacji na rys. 7 przedstawiono temperatury po wewnętrznej stronie okna o różnych współczynnikach przenikania ciepła w hali basenowej o temperaturze powietrza 30°C.
Rys. 7. Temperatura okna od wewnątrz hali basenowej o temperaturze powietrza 30°C w zależności od temperatury powietrza zewnętrznego
Źródło: Autorzy
Na wykres naniesiono temperaturę punktu rosy powietrza w hali basenowej o wilgotności względnej 40%, zwiększoną dla bezpieczeństwa o 1°C. Odpowiada to parametrom panującym w hali basenu pływackiego podczas użytkowania obiektu. Na wykresie przedstawiono trzy krzywe, które odpowiadają rozkładowi temperatury na oknach o trzech różnych współczynnikach przenikania: 1,6 i 1,8 oraz 2,0 W/(m2 K).
Ponieważ obiekt został wybudowany ponad 50 lat temu, trudno określić rzeczywisty współczynnik przenikania ciepła dla okien bez wykonania odpowiednich badań. Na podstawie analizy wykresu zamieszczonego na rys. 7 można przyjąć, że kondensacja pary wodnej na oknach w hali basenowej o powyższych parametrach nie powinna wystąpić.
Na rys. 8 przedstawiono krzywe, które odpowiadają punktom rosy powiększonym o 1°C dla parametrów powietrza panujących w hali basenu pływackiego w okresie nocnym, czyli temperaturze 28°C oraz wilgotności względnej 50 i 55%. Jak widać, wykroplenie wilgoci może wystąpić przy najniższych temperaturach powietrza zewnętrznego.
Rys. 8. Temperatura okna od wewnątrz hali basenowej o temperaturze powietrza 28°C w zależności od temperatury powietrza zewnętrznego
Źródło: Autorzy
Największe ryzyko dotyczy okien o współczynniku przenikania ciepła 2,0 W/(m2 K), w hali basenowej, w której wilgotność względna powietrza wynosi ok. 55%. Zgodnie z wykresem para wodna może się wykraplać przy temperaturze powietrza zewnętrznego poniżej –7°C. Według [5] temperatura taka występuje przez 413 godzin w roku.
Zjawisko nocnego obniżenia temperatury powietrza
W celu przedstawienia wpływu nocnego obniżenia temperatury powietrza na wzrost odparowania wilgoci w hali basenu pływackiego skorzystano z czterech wybranych zależności empirycznych dostępnych w publikacjach naukowych. Pierwszy wzór, podany w [6], ma następującą postać:
(1)
gdzie:
w – prędkość powietrza nad powierzchnią parującą, m/s;
pw” – ciśnienie cząstkowe pary wodnej w warstwie granicznej przy stanie nasycenia i temperaturze powierzchni wody, mm Hg;
pw – ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu, w którym zachodzi parowanie, mm Hg;
A – powierzchnia lustra wody w zbiorniku, m2;
pb – ciśnienie barometryczne, mm Hg;
a – współczynnik uwzględniający ruch powietrza w zależności od temperatury powierzchni wody i wywołany jego odświeżaniem w pomieszczeniu (należy przyjmować a = 0,022 przy temperaturze powietrza tp = 15–30°C i temperaturze powierzchni wody tpw £ 30°C).
Temperaturę powierzchni wody przyjmuje się o 2°C niższą od temperatury wody w niecce basenowej (tw = 20–35°C).
W publikacji [7] zalecane jest obliczanie zysków wilgoci z zależności:
(2)
gdzie:
cf – współczynnik odparowania, g/(m2 h mm Hg). Wielkość współczynnika cf określa się z zależności:
(2a)
gdzie:
w – prędkość powietrza nad powierzchnią wody, m/s; założono 0,10 m/s.
Z kolei w [8] emisję strumienia parującej wody określa się z zależności:
(3)
gdzie:
x – zawartość wilgoci w powietrzu, w którym zachodzi parowanie, kg/kg;
x” – zawartość wilgoci w powietrzu warstwy granicznej w stanie nasycenia przy danej temperaturze wody, kg/kg;
s – liczba parowania, kg/(m3 h), należy przyjmować: s = 10 dla spokojnej wody w niecce basenowej, s = 20, gdy ruch wody jest umiarkowany (małe baseny), s = 30 dla burzliwego ruchu wody (baseny ogólnego przeznaczenia).
Natomiast w publikacji [9] podano, że zyski wilgoci można wyznaczyć ze wzoru:
(4)
gdzie:
tsr – średnia temperatura powietrza, s (wyznaczana jako średnia arytmetyczna temperatury powietrza w hali basenowej i warstwie granicznej). Wzór ten wykorzystuje się tylko dla w < 1 m/s.Rys.
Podsumowanie
Ryzyko wykroplenia się wilgoci na zimnych przegrodach hali basenowej może powstać, kiedy temperatura przegrody po wewnętrznej stronie osiągnie temperaturę punktu rosy. Z tego powodu zabezpiecza się okna, stosując nawiew szczelinowy ciepłym powietrzem – jego zadaniem jest stworzenie kurtyny osłaniającej zimne przegrody od ciepłych i wilgotnych mas powietrza unoszącego się nad lustrem wody.
Dzięki temu rozwiązaniu można uniknąć powstawania nieestetycznych zacieków, powodujących w najgorszym przypadku osłabienie konstrukcji.
Warto dodać, że z punktu widzenia wystąpienia ryzyka kondensacji korzystniejsze wydaje się obniżenie wilgotności względnej w okresie nocnym, kiedy temperatura powietrza zewnętrznego jest niższa i ryzyko wykroplenia wilgoci większe.
W przypadku obiektów starszych, które nie spełniają warunków dotyczących współczynników przenikania ciepła przegród budowlanych [10], ryzyko takie jest największe – szczególnie w nich powinno się utrzymywać niższą wilgotność względną powietrza w okresie nocnym i zimowym.
Zadanie współfinansowane ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Literatura
- Czerkawska I., Całoroczna praca centrali basenowej z jednostopniowym odzyskiem energii oraz recyrkulacją powietrza wywiewanego, [w:] „Aktualne kierunki badań systemów inżynieryjnych”, Anisimov S. red., Politechnika Wrocławska, Wrocław 2012.
- VDI 2089 Warme-, Raumlufttechnik, Wasserver- und -entsorgung in Halle- und Freibadern – Hallenbäder.
- Sabiniak H.G., Pietras M., Klimatyzacja obiektów basenowych, Politechnika Łódzka, Łódź 2008.
- Kappler H.P., Baseny kąpielowe, Wydawnictwo Arkady, Warszawa 1977.
- Pełech A., Wentylacja i klimatyzacja – podstawy, Oficyna Wydawnicza PWr, Wrocław 2008.
- Malicki M., Wentylacja i klimatyzacja, PWN, Warszawa 1980.
- Ferencowicz J., Wentylacja i klimatyzacja, Wydawnictwo Arkady, Warszawa 1962.
- Recknagel H., Sprenger E., Schramek E.R., Kompendium ogrzewnictwa i klimatyzacji, Omni Scala, Wrocław 2008.
- Jaskólski M., Micewicz Z., Wentylacja i klimatyzacja hal krytych pływalni, IPPU MASTA, Gdańsk 2000.
- Rozporządzenie 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.).