Рис. 1. Изменение относительной влажности наружного воздуха в течение года
Рис. 2. Изменение концентрации паров соляной кислоты в воздухе бассейна в течение года
Рис. 3. Зависимость скорости коррозии железоуглеродистых сплавов от концентрации паров соляной кислоты
Рис. 4. Доля теплоты, идущей на испарение воды, от теплоты, затраченной на подогрев воды в бассейне
Требуемые параметры микроклимата в помещении бассейна формируют системы отопления и вентиляции [1]. Влажностный режим данного типа помещений — благоприятная среда для активного размножения различных бактерий и микроорганизмов, концентрация которых определяет санитарно-гигиенические условия в бассейне, которые на сегодняшний день редко где обеспечивают без применения хлора, как химического элемента, обладающего бактерицидными свойствами, для обеззараживания воды.
Хлор, растворяясь в воде, в зависимости от жесткости воды и рН образует соляную кислоту, испаряющуюся с поверхности бассейна вместе с водой, при этом создается газовый режим помещения с концентрацией паров соляной кислоты. Воздушно-тепловой и влажностно-газовый режимы помещения бассейна взаимосвязаны и влияют на распространение в воздухе паров соляной кислоты и проникновение ее в толщу несущих ограждающих конструкций, что вызывает коррозию и снижение долговечности стальной арматуры.
Влажностно-газовый режим наружных и внутренних ограждающих конструкций зависит от влажностно-газового состояния воздушной среды помещения бассейна. Влажностный режим помещения бассейна рассматривается в неразрывной связи с газовым режимом, что позволяет, рассчитав неравномерность распределения водяного пара, получить неравномерное распределение паров соляной кислоты по объему помещения, определив неравномерность интенсивности коррозии ограждающих конструкций в помещении бассейна во времени.
Связь четырех динамических режимов учтена в математической модели с распределенными по объему помещения параметрами — главным образом температуры, концентрации водяного пара и паров соляной кислоты [2]. Проведены расчеты воздушно-теплового и влажностно-газового режимов помещения бассейна на основе созданной математической модели для этих режимов.
Расчет годового изменения рассматриваемых динамических режимов проведен на компьютере по программе, составленной на основании заданных значений температуры и относительной влажности наружного воздуха в виде функции f = P – Acos(τ), где f — исследуемый параметр (относительная влажность, температура); P — среднее значение данного параметра; A — амплитуда изменения параметра; τ — время.
Заданы все необходимые исходные данные: геометрия помещения, теплотехнические характеристики строительных материалов, производительность работы системы вентиляции. Воздушный режим помещения бассейна рассмотрен с учетом работы приточно-вытяжной механической системы вентиляции, а также с учетом конвективных потоков, образующихся у нагретых и охлажденных поверхностей. Тепловой режим помещения бассейна учитывает переменные во времени теплопоступления и теплопотери.
Поток теплоты от солнечной радиации принят изменяющимся в течение года и суток по часам. Влажностный режим помещения бассейна связан с испарением воды с поверхности ванны и обходных дорожек, зависящий от температуры воды, воздуха и относительной влажности воздуха в помещении. Следует отметить, что влажностный режим задан изменяющимся во времени в связи с колебаниями температуры внутреннего воздуха и относительной влажности наружного воздуха в течение года.
Результаты расчетов представлены на рис. 1 и 2, где показано, как в течение года меняется относительная влажность воздуха и концентрация паров соляной кислоты в воздухе бассейна. На рис. 3 и 4 отображена скорость коррозии стали, причем цифрами показаны следующие материалы: 1 — низкоуглеродистая сталь; 2 — 0,01 %-я углеродистая сталь; 3 — 0,03 %-я углеродистая сталь. Для расчетов использовались данные [3, 4].
Температурный режим воды в бассейне связан с ее нагревом, испарением и теплообменом с воздухом и поверхностями ванны в бассейне. Вследствие испарения воды с поверхности ванны и обходных дорожек бассейна тратится достаточно много тепловой энергии на ее испарение, при этом температура воды становится ниже температуры воздуха. Изменение соотношения количества теплоты, поступающего на испарение воды и на ее нагрев в течение года, также рассчитано.
Скачкообразное изменение соотношения затраченного теплоты на нагрев воды и теплоты на испарение получено в связи с учетом отличия температуры водопроводной воды до нагрева в холодный и теплый периоды года. Годовые изменения параметров микроклимата, а также формирование тепловых, влажностных и газовых (пары соляной кислоты) балансов в помещении бассейна позволяют представить сложную взаимосвязь рассматриваемых динамических режимов. Из представленных графиков видно, что процессы при расчетах приняли квазистационарное состояние, что позволяет сделать выводы о правильности всех физических представлений о совместном действии рассматриваемых динамических режимов.
Созданная математическая модель и программа по расчету динамических тепломассообменных режимов в помещении бассейна позволяет прогнозировать динамику изменения параметров микроклимата в помещении в годовом режиме и оценивать снижение долговечности несущих ограждающих конструкций, что позволяет оценивать вероятность возникновения аварийных ситуаций и повышает безопасность эксплуатации объекта.
