Статья подготовлена на основе материалов сборника докладов VI Международной научно-технической конференции «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции» НИУ МГСУ.

Неудовлетворительное состояние тепловлажностной обстановки в бассейне индивидуального жилого дома, наличие конденсации влаги на поверхности остекления и откосов фонарей привело к необходимости обследования состояния воздушной среды, эффективности работы систем вентиляции, а также теплотехнических характеристик фонарей.

Бассейн размером 25,4 X 7,7 м высотой 3,3 м имеет ванну размером 19,7 X 4,4 м; над ванной расположены четыре световых фонаря. В помещении запроектирована механическая общеобменная приточно-вытяжная вентиляция. По проекту температура воздуха принята 31 °C, относительная влажность воздуха 50 %; температура воды 30 °C, что соответствует требованиям санитарных норм [1].

Воздухообмен составляет 6300 м3/ч. Раздача воздуха организована по двум зонам: 2700 м3/ч воздуха подаётся через щелевые воздухораспределители, расположенные в полу, на обдув оконного остекления; 3600 м3/ч воздуха — в подфонарное пространство через сопловые воздухораспределители. Вытяжка осуществляется из верхней зоны через решётки, расположенные в торцевой стене. Схема организации воздухообмена представлена на рис. 1.

Приточно-вытяжная установка (кондиционер с многоступенчатой утилизацией теплоты) расположена в подвале. В её состав входят высокоэффективный пластинчатый рекуперативный теплообменник, тепловой насос и водяной воздухонагреватель; применяется рециркуляция воздуха.

Работа установки автоматизирована. В холодный период принята следующая последовательность обработки воздуха: наружный воздух (4570 кг/ч) подогревается в рекуператоре за счёт теплоты вытяжного воздуха от -30 °С до 20,7 °C, затем смешивается с рециркуляционным воздухом (2980 кг/ч), температура смеси составляет 25 °C. Далее воздух подогревается до температуры 30,4 °С в конденсаторе теплового насоса, затем в воздухонагревателе до температуры притока 43,4 °C. В нерабочем режиме (при отсутствии людей) предусмотрена работа кондиционера на полной рециркуляции воздуха. В этом случае часть рециркуляционного воздуха (4870 кг/ч) проходит через рекуператор, где охлаждается, затем осушается и охлаждается в испарителе теплового насоса, после чего нагревается в рекуператоре за счёт теплоты вытяжного воздуха, смешивается с другой частью рециркуляционного воздуха, нагревается в конденсаторе теплового насоса и в воздухонагревателе до температуры притока.

Приточно-вытяжная установка (кондиционер с многоступенчатой утилизацией теплоты) расположена в подвале. В её состав входят высокоэффективный пластинчатый рекуперативный теплообменник, тепловой насос, водяной воздухонагреватель; также применяется рециркуляция воздуха

В результате обследования работы вентиляции было установлено: на обдув остекления подаётся 2690 м3/ч воздуха, на обдув фонарей — 3710 м3/ч. Расход приточного воздуха составил 6400 м3/ч, расход вытяжного воздуха — 5550 м3/ч. Сопоставление полученных величин с проектными значениями показывает, что по притоку воздухообмен соответствует проекту, по вытяжке — занижен на 12 %. В помещении обеспечивается положительный дисбаланс вместо отрицательного, рекомендуемого санитарными нормами [1]. Несмотря на высокую кратность воздухообмена (11 ч-1) и работу установки в момент обследования на прямотоке, состояние воздушной среды было неудовлетворительное из-за ощущения повышенной влажности воздуха и духоты. Наличие обдува не предотвратило конденсацию влаги на остеклении фонарей. Для выяснения причин сложившейся обстановки проведено обследование теплозащитных свойств фонарей и тепловлажностного состояния воздушной среды в помещении.

При обследовании теплозащитных свойств фонарей температура на внутренней и наружной поверхностях остекления измерялась с использованием тепловизионной съёмки [3, 4].

Температура на внутренней поверхности составила 11,6-12,2 °C, что ниже температуры точки росы и приводит к выпадению конденсата. Также определены удельный тепловой поток и сопротивление теплопередаче световых фонарей, средняя величина которого составила 0,357 м2·°С/Вт [5].

В свою очередь, требуемое сопротивление теплопередаче, определённое в соответствии с [6], составило 0,43 м2·°С/Вт.

Таким образом, установлено, что фактическое сопротивление теплопередаче фонарей менее требуемого сопротивления теплопередаче, а это является нарушением норм.

При исследовании тепловлажностной обстановки в помещении температура воздуха в обслуживаемой зоне составила 28,2 °C, относительная влажность 41 %, температура воды в ванне 29,9 °C. В соответствии с санитарными нормами [1, 2] в помещениях частных плавательных бассейнов рекомендуется принимать температуру воды 30-32 °C, температуру воздуха — на 1-2 °С выше температуры воды, относительную влажность воздуха 50-65 %. Таким образом, параметры воздуха не соответствуют санитарным нормам. Выяснилось, что по требованию заказчика работа кондиционера была настроена на поддержание температуры воздуха 28 °C, относительной влажности 55 % при температуре воды 30 °C, то есть в нарушение санитарных норм температура воздуха принята на 2 °C ниже температуры воды.

Для того чтобы выяснить последствия изменения параметров воздуха, были выполнены расчёты выделений влаги с поверхности ванны бассейна и требуемого воздухообмена на ассимиляцию избытка влаги при разных сочетаниях параметров воздуха в помещении при температуре воды в ванне 30 °C.

Выделение влаги с поверхности ванны W[кг/ч] определялось по формуле [7]:

где е — эмпирический коэффициент, е = 15 для частных бассейнов, е = 5 для неподвижной поверхности воды (в нерабочем режиме); А — площадь водной поверхности, м2; рн — парциальное давление водяных паров насыщенного воздуха при температуре воды, мбар; рв — парциальное давление водяных паров в воздухе, мбар.

Для того чтобы выяснить последствия изменения параметров воздуха, были выполнены расчёты выделений влаги с поверхности ванны бассейна и требуемого воздухообмена на ассимиляцию избытка влаги при разных сочетаниях параметров воздуха в помещении при температуре воды в ванне 30 °С

Воздухообмен по борьбе с избытками влаги G [кг/ч] рассчитывался по следующей формуле:

где dв — влагосодержание внутреннего воздуха, г/кг; dп — влагосодержание приточного воздуха, г/кг.

Влагосодержание приточного воздуха принято 9,9 г/кг, что соответствует параметрам наружного воздуха в тёплый период года для города Самары. Результаты расчёта представлены в табл. 1.

Проанализируем результаты расчёта. Параметры воздуха t = 31 °C, φ = 50-55 % соответствуют санитарным нормам [1]. Однако известно, что максимальное влагосодержание воздуха для комфортного состояния человека в бассейне составляет 14,3 г/кг [7]. Следовательно, для индивидуального бассейна при t = 31 °C следует принимать относительную влажность 50 %. Требуемый воздухообмен в этом случае не превышает проектные значения. Параметры воздуха t = 28 °C, φ = 55 % соответствуют параметрам воздуха, на которые настроена автоматика кондиционера; параметры t = 28 °C, φ = 50 % — фактическим параметрам воздуха в момент обследования. Как видно из результатов расчётов, требуемый воздухообмен при t = 28 °C превосходит производительность установки. Принятие температуры воздуха на 2 °C ниже температуры воды (28 вместо 31 °C) приводит к увеличению выделений влаги при относительной влажности φ = 55 % на 8 %, при φ = 50 % — на 18 %. Требуемый воздухообмен для ассимиляции выделений влаги при этом увеличивается в полтора и 2,7 раза, соответственно, и превышает производительность приточно-вытяжной установки. Установка может обеспечить необходимый воздухообмен только в нерабочем режиме.

В результате проведённого обследования был установлен комплекс причин, приведших к неудовлетворительной тепловлажностной обстановке в помещении:

  • теплозащитные свойства фонарей не отвечают требуемым значениям, что привело к выпадению конденсата на внутренней поверхности остекления и возникновению подтёков на потолке;
  • отсутствие отрицательного дисбаланса способствует абсорбции водяных паров строительными материалами ограждающих конструкций, что приводит к снижению теплозащитных свойств ограждений;
  • принятое в нарушение норм сочетание температуры (28 °C), относительной влажности воздуха в помещении (55 %) и температуры воды (30 °C) привело к увеличению выделений влаги с поверхности ванны — для ассимиляции влаговыделений требуется увеличить воздухообмен в 1,5 раза, что превышает производительность приточной установки;
  • приточно-вытяжная установка, поддерживая температуру воздуха 28 °C, обеспечивает относительную влажность воздуха 50 %, что приводит к ещё большему испарению влаги и увеличению требуемого воздухообмена в 2,7 раза;
  • на необеспеченность комфортного ощущения в бассейне влияет неудачная организация воздухообмена [8].

Обследование выявило, что: теплозащитные свойства фонарей не отвечают требуемым значениям, что привело к выпадению конденсата; отсутствие отрицательного дисбаланса способствует абсорбции водяных паров материалами; принятое в нарушение норм сочетание температуры, относительной влажности воздуха и температуры воды привело к увеличению выделений влаги

Большая часть приточного воздуха подаётся в подфонарное пространство на обдув остекления фонарей, меньшая часть воздуха раздаётся под оконным остеклением, расположенным в продольной стене бассейна. Размещение вытяжных отверстий в торцевой стене приводит к перемещению воздушных потоков вне зоны отдыха и пространства над поверхностью ванны; образуются застойные зоны в местах пребывания людей.

Также были разработаны рекомендации по устранению перечисленных причин, выполнение которых позволили привести тепловлажностную обстановку в помещении в соответствие с санитарными нормами.