Рис. 1. Зависимость точки росы от относительной влажности
Табл. 1. Сравнение принципиальных решений организации микроклимата в бассейне
Параметры расчета
Для начала расчета микроклимата в бассейне задаются следующими входными параметрами: температура воздуха в помещении; температура поверхности воды; требуемое значение относительной влажности воздуха в помещении. В соответствии, например, с действующими на данный момент украинскими строительными нормативами [1] при расчете микроклимата в помещениях бассейнов необходимо принимать температуру воздуха на 1–2 °C выше температуры поверхности воды.
В зависимости от назначения бассейна значение температуры воды принимается в пределах 26–29 °C. Следовательно температура воздуха может колебаться в диапазоне 27–31 °C. Проектное значение относительной влажности определяется в зависимости от степени утепления ограждающих конструкций. Его выбирают из диапазона 50–65 %. При этом для проведения теплотехнических расчетов ограждающих конструкций принимают величину относительной влажности равной 67 %. Таким образом получается запас — влагостойкость используемых материалов рассчитана на значение выше значения существующей влажности в помещении. Так обеспечивают надежность, стойкость и долговечность строительных конструкций.
Последовательность расчета
Необходимо помнить, что снижая показатели относительной влажности в помещении, мы в дальнейшем значительно продлеваем срок службы здания в целом. Но при этом чем ниже мы планируем поддерживать отметку влажности в бассейне тем больше будут наши энергозатраты и тем мощнее нам нужен вентиляционный агрегат. Поэтому разработка раздела ОВ проекта помещений бассейнов начинается с детального изучения архитектурного раздела проекта и расчета теплопритоков и теплопотерь.
Параметр ϕ [%] (требуемая относительная влажность в помещении бассейна) определяется из расчета температуры точки росы. В нашем случае температура точки росы — значение температуры ограждающей конструкции, при котором на ней начнет конденсироваться влага. При одном и том же значении температуры воздуха внутри помещения температура точки росы значительно зависит от отметки относительной влажности (рис. 1).
Проведя расчет теплопотерь, определяют, до какой минимальной температуры будут охлаждаться стены и окна в помещении, и какое значение относительной влажности необходимо поддерживать, чтобы препятствовать выпадению конденсата. Исходя из графика: допустим температура оконного стекла (наиболее быстро остывающая конструкция) в помещении может опускаться до значения +22,7 °C и никогда ниже.
Тогда для препятствия выпадения конденсата на окнах необходимо поддерживать значение относительной влажности не выше 65 %. Если окно менее термостойкое и может охлаждаться до температуры +18,4 °C, допустимым будет значение относительной влажности 50 %. После расчета точки росы выбирают максимальное значение относительной влажности, при котором не выпадает конденсат на окнах.
Понятно — чем теплее вода при равных остальных параметрах микроклимата, тем быстрее она испаряется. Это еще одна причина, почему нежелательно поддерживать температуру водной глади выше температуры воздуха в помещении. Определив значение относительной влажности и температуры воздуха в помещении, рассчитывают количество влаги, которое испаряется в помещении бассейна за час.
Основные источники влагопоступлений: испарения с поверхности зеркала воды бассейна; испарения с влажного пола помещения; испарения с мокрых тел купающихся. Таким образом, расчет и проектирование ограждающих конструкций, а также свойства применяемых в строительстве материалов играют решающую роль в формировании микроклимата внутри помещения. Подбор климатического оборудования целиком зависит от этих факторов с одной стороны и от параметров воздуха и воды в бассейне, с другой.
Выполнив подбор оборудования по значению влаговыделений необходимо проверить кратность воздухообмена в помещении. Так как недостаточная кратность (ниже трех-четырех крат) может привести к ряду негативных последствий: возникновение «мертвых зон» — мест, где воздух застаивается; возникновение неконтролируемых воздушных потоков; появление неприятных запахов.
Для начала разработки раздела ОВ проекта бассейна необходимо собрать следующие данные: архитектурный проект, включающий описание «пирога» наружных стен и чертежи помещений; требования к температурным режимам помещения и требования к температуре воды в бассейне (часто составляются совместно со службами, проектирующими оборудование для обработки воды в бассейне); данные для расчета влагоизбытков.
Методики расчета влагоизбытков
На сегодняшний день известно достаточно большое количество методик расчета влагоизбытков в помещении бассейнов. Ниже приведем наиболее известные из них. Методика немецких инженеров VDI 2086 — наиболее распространенная методика расчетов в Европе, дает достаточно хороший результат при расчете любого типа бассейна. Методика Бязева-Крюме активно используется инженерами Великобритании, чаще всего используется для расчетов влагоизбытков в помещениях общественных бассейнов и учитывает возможность перехода на ночной сберегающий режим.
Методика И.Г. Староверова рекомендуется для использования в приложениях к СНиП, учитывает подвижность воздушных масс в помещении. Методика финских инженеров дает несколько завышенный результат, поэтому чаще используется для расчета общественных бассейнов. Все вышеописанные расчеты учитывают как основной фактор влаговыделений разность давлений при 100 % насыщенности влагой воздуха при температуре водной глади и давления при требуемых в помещении влажности и температуре.
Поэтому все они дают приблизительно одинаковый результат. Все эти формулы носят эмпирический характер. То есть, все они содержит коэффициент, полученный опытным путем в ходе ряда испытаний. Поскольку в лаборатории нельзя создать модель, полностью соответствующую условиям на конкретном реальном объекте, применение такого расчета не дает идеально точных результатов.
По этой же причине все расчеты существенно зависят от выбранных проектировщиком значений относительной влажности и температуры в помещении, а также от температуры воды в бассейне. Увеличение расчетного значения относительной влажности снижает объем влаговыделений. Это просто объяснить — сухой воздух значительно проще насыщать влагой, чем влажный.
Конструктивные решения
Правильно проведенный расчет часто может нивелироваться неправильной организацией циркуляции воздуха в помещении. Как правило, помещения бассейнов имеют высокие потолки. Более теплый воздух собирается в верхней части помещения. Чем теплее воздух, тем больше его влагоемкость. Поэтому количество влаги в верхней зоне помещения бассейна всегда выше, чем в зоне пребывания людей.
Учитывая этот факт, вытяжные решетки стараются разместить в потолке непосредственно над зеркалом воды. Для предотвращения снижения температуры внутренней поверхности ограждающих конструкций приточный воздух необходимо подавать по периметру помещения. Нагретый и сухой воздух, обдувающий окна и стены, позволит эффективно бороться с образованием конденсата на них.
Существует несколько вариантов организации обдувки окон. Если воздуховоды подачи расположить под полом бассейна, можно подавать воздух под окном — решетка в полу или в подоконнике. Либо организовать воздухораздачу вдоль окон, расположив решетки в стене по периметру окна. В случае применения этих вариантов необходимо: следить за пределом скорости воздуха в рабочей зоне (не выше 0,2 м/с); предусмотреть мероприятия по защите от попадания в воздуховоды брызг; в случае подбора напольных решеток обратить внимание на их прочность.
Более простым вариантом является обдув окна сверху. При использовании этого варианта главное правильно рассчитать скорость подачи воздуха. Если помещение бассейна является отдельно стоящим зданием, предусматривают минимальный подпор воздуха. Это полностью исключит возможность просачивания наружного необработанного воздуха сквозь имеющиеся щели и неплотности конструкций. Но чаще помещение бассейна является смежным с рядом других помещений.
В таком случае в бассейне организовывают небольшое разряжение, вследствие чего в соседние помещения не проникают запахи и влажный воздух. Выброс влажного воздуха желательно выполнять выше конька крыши. Поскольку воздух может иметь неприятный запах. А в холодное время года повышенная влажность приводит к образованию пара, который может оседать инеем на стенах здания. При выборе места заборной решетки необходимо руководствоваться общими нормами.
Очень часто магистральные воздуховоды размещают в технических помещениях под бассейном или на чердаке. Поскольку воздух в таких воздуховодах достаточно нагрет и часто перенасыщен влагой, без надежного утепления велика вероятность выпадения конденсата в воздуховоде. Кроме того, вытяжные воздуховоды по строительным нормам прокладывают с небольшим уклоном для удаления конденсата самотеком. Для этого в самой нижней точке такого воздуховода предусматривают дренажное отверстие.
Различают два основных типа климатического оборудования, используемого в данных помещениях: приточно-вытяжные вентиляционные установки и осушители. Принцип работы осушителя со встроенным тепловым насосом (рис. 4) основан на цикле Карно. Проще говоря, в любой осушитель встроена холодильная машина. Воздух из помещения бассейна, который забирается вентилятором 1, имеет свою температуру (явную энергию теплоты) и влажность — некоторое количество водяного пара (скрытую энергию теплоты).
В вентиляционной машине, на испарителе 2, происходит охлаждение воздуха (отбор обоих видов тепла). Вследствие чего часть влаги, находящейся в охлаждаемом воздухе, выпадает в осадок, собирается в специальном поддоне и удаляется из установки 3. Далее холодный воздух подается на конденсатор 5. Здесь он нагревается — ему возвращается, отобранная ранее у него энергия. Поскольку воздух теперь имеет низкую влажность, то для его нагрева необходимо затратить только часть имеющейся энергии — «вернуть» явную энергию теплоты.
Сухой теплый воздух возвращается в помещение бассейна. Так мы получаем некий запас — часть скрытой энергии теплоты, который аккумулирован на дополнительном теплообменнике 6. Этот запас незначителен при небольших объемах осушения. Если речь идет о полупромышленном и промышленном осушении, этого запаса достаточно для поддержания постоянной температуры воды в бассейне, или перегрева воздуха, подающегося в бассейн.
Так можно организовать воздушное отопление. С помощью регулировки количества хладагента на обоих теплообменниках 7 можно не нагревать холодный осушенный воздух, а сразу подавать его в помещение бассейна. Это режим охлаждения для летнего периода. Работа приточно-вытяжной установки в режиме осушения основана на принципе ассимиляции (разбавления) влагоизбытков. То есть воздух насыщенный влагой удаляют, а вместо него подают с улицы более сухой свежий.
Этот тип оборудования имеет ряд недостатков. Основной — высокое энергопотребление (особенно в зимний период), поскольку агрегат забирает наружный холодный воздух, который необходимо подогревать до температур 27–31 °C. Следует также отметить зависимость параметров микроклимата в помещении от параметров внешней среды. Установка берет сухой воздух с улицы.
В случае, когда наружный воздух перенасыщен влагой, например, идет летний дождь, влажность в помещении бассейна повышается и может превысить допустимые нормы. Но обойтись без приточно-вытяжной установки нельзя. Ведь в каждом помещении, где находятся люди, необходим свежий воздух. Бассейн считается помещением с повышенной активностью людей. В процессе плавания, как и любых других физических нагрузок, человеку необходимо большее количество кислорода, нежели в состоянии покоя.
Удалять часть отработанного воздуха, а с ним и неприятные запахи также необходимо. Совместная работа осушителя и приточно-вытяжного агрегата является наиболее правильным и экономичным решением. Как показывает практика, использование только одного из типов решений, сталкивает пользователя с рядом неудобств. Установив только осушитель, мы не получим свежего воздуха в помещении. И хотя, это и можно считать приемлемым для небольших частных бассейнов с ограниченным количеством купающихся.
Следует опасаться появления неприятных запахов. Используя только приточно-вытяжную установку, потребитель вынужден идти на значительные эксплуатационные затраты. При этом регулировка влажности в помещении может быть неточной. Чтобы объединить все преимущества обеих технологий производители предлагают т.н. «осушитель канального типа». По сути своей работы это приточно-вытяжной агрегат со встроенным осушителем или осушитель с возможностью подмеса свежего воздуха.
Для промышленного сегмента такое решение уже давно стало нормой. В домашних бассейнах иногда отдельно устанавливают осушитель настенного типа и отдельно закладывают приточно-вытяжную вентиляцию. Это приводит к экономии капитальных затрат. В такой связке установки работают наиболее правильно. Приточно-вытяжной агрегат можно включать по датчику углекислого газа, датчику движения, вместе со светом в помещении, по таймеру или отдельно по желанию заказчика.
Так он будет работать не постоянно и с разной интенсивностью воздухообмена. При этом энергоресурсы (горячая вода на обогрев воздуха и электричество для работы установки) будут использоваться оптимально. Осушитель должен работать в автоматическом режиме по гигростату (датчику влажности). Включаясь только при повышении значения относительной влажности, он сможет эффективно и быстро восстанавливать требуемый уровень влажности в помещении.
Приведем сравнительные характеристики различных типов оборудования для наладки микроклимата в помещении бассейна (табл. 1). Использование осушителя канального типа или совместно приточно-вытяжной вентиляционной системы и настенного осушителя позволяет организовать микроклимат в помещении бассейна качественно: удалить неприятные запахи, подать свежий воздух, правильно организовать движение воздушных масс в помещении, быстро и в полном объеме удалить влагоизбытки и выполнить все это с минимальными энергозатратами.
