Klimatyzacja w pomieszczeniach powszechnego użytku.

Rozwój nowych technologii oraz sięganie do coraz lepszych jakościowo rozwiązań w elektronice i akustyce pociąga za sobą coraz większe wymagania co do utrzymania odpowiednich parametrów powietrza, jego temperatury, wilgotności i czystości w pomieszczeniach produkcyjnych, eksploatacyjnych i magazynowych.

I. Dobór centrali klimatyzacyjnej dla hali basenowej :

1. Wstęp
Centrala klimatyzacyjna z przeznaczeniem dla hali basenowej powinna zapewniać wymagane parametry powietrza, które przy zachowaniu warunków higieny utworzą odpowiedni klimat oraz dobre samopoczucie użytkowników. Powinna także eliminować zapachowe i szkodliwe substancje emitowane do powietrza hali basenowej przez użytkowników oraz wodę basenową.
Podstawowymi funkcjami klimatyzacji hali basenowej są [1]:
• oczyszczanie powietrza,
• osuszanie powietrza,
• wentylacja hali basenowej,
• ogrzewanie (chłodzenie) hali basenowej.

Centrala klimatyzacyjna musi spełniać powyższe założenia oraz dodatkowo zapewniać odzysk ciepła z powietrza usuwanego i niską energochłonność. Centrala ta powinna być skonstruowana z materiałów odpornych na korozję, a zastosowane z konieczności materiały korodujące muszą być pokryte odpowiednimi powłokami antykorozyjnymi. Jest to związane z klimatyzowanym powietrzem hali basenowej, które na skutek parowania wody basenowej zawiera stosunkowo dużą wilgotność oraz agresywne związki chemiczne. Stąd też dla klimatyzacji hal basenowych powinny być dobierane centrale, które produkowane są specjalnie z przeznaczeniem dla hal basenowych i w swojej nazwie mają określone przeznaczenie.

W celu prawidłowego doboru centrali klimatyzacyjnej dla hali basenowej należy uwzględnić w obliczeniach [2]:
• zyski wilgoci,
• ilość powietrza, które należy dostarczyć do hali basenowej, aby zapewnić właściwą asymilację zysków wilgoci,
• ilość powietrza, które należy nawiać w celu odpowiedniej wymiany i ujednolicenia parametrów powietrza w całej kubaturze hali,
• ilość powietrza, które należy nawiać pionowo wzdłuż okien hali basenowej, aby uniknąć parowania szyb i okuć okiennych,
• ilość powietrza, które należy dostarczyć do hali basenowej, aby zapewnić właściwą ilość świeżego powietrza dla osób przebywających w hali basenu.

Dodatkowym warunkiem jest obliczenie ilości ciepła, które należy dostarczyć do hali basenowej, aby pokryć zapotrzebowanie wynikające z bilansu ciepła. W tym przypadku moc dyspozycyjna nagrzewnicy centrali powinna pokryć zapotrzebowanie ciepła do ogrzania hali basenowej. Jeśli moc nagrzewnicy jest za mała dla pokrycia zapotrzebowania na ciepło to należy dodatkowo zastosować ogrzewanie statyczne (grzejniki lub ogrzewanie podłogowe).
2. Program obliczeniowy
W oparciu o założenia przedstawione w normie niemieckiej VDI 2089 [3] został opracowany przez producenta central klimatyzacyjnych dla hal basenowych Menerga&Reg; Apparatebau GmbH [4], Niemcy program komputerowy (tabela 1). Przy pomocy programu tego obliczane są cztery podstawowe parametry konieczne dla doboru centrali dla hali basenowej. Są to ilości:
• pary wodnej zawartej w powietrzu basenowym, którą należy usunąć,
• powietrza nawiewanego dla zapewnienia odbioru wilgoci (osuszania),
• powietrza nawiewanego dla zapewnienia wymaganej ilości wymian,
• powietrza nawiewanego pionowo wzdłuż okien, aby uniknąć parowania szyb i okuć okiennych.

W programie tym istnieje możliwość zmiany następujących parametrów:
• temperatura wody basenowej TW C
• temperatura powietrza hali basenowej TA C
• wilgotność względna powietrza hali basenowej RH %
• wilgotność bezwzględna powietrza hali basenowej XA g/kg
• wilgotność bezwzględna powietrza nawiewanego XSA g/kg
• gęstość powietrza nawiewanego PSA kg/m3
• powierzchnia lustra wody basenu a x b AP m x m
• objętość hali basenowej A x B – H VR m x m x m
• ilość wymian powietrza LR 1/h
• objętość powietrza nawiewanego dla danej wysokości okien VFH m3/h*m
• długość okien LM m
• parowanie z atrakcji wodnych W g/h
• empiryczny współczynnik parowania E g/m2*h*mbar
natomiast parametry: • ciśnienie cząsteczkowe parowania wody basenowej PS mbar
• ciśnienie cząsteczkowe pary wodnej powietrza hali basenowej PD mbar

zostały wprowadzone do programu w postaci nomogramów [3] i są automatycznie dobierane i przyjmowane do obliczeń.

W programie umieszczone są także dane pomocnicze, które należy wstawiać w zależności od wielkości hali basenowej, wysokości okien oraz rodzaju basenu (tabela 2).

Przy pomocy tego programu dokonano przykładowych obliczeń dla hali basenowej z basenem pływackim, który wykorzystywany jest zarówno do treningów, nauki pływania oraz częściowej rekreacji (tabela 3).
Przyjęto wymiary typowego obiektu:
• basen pływacki: długość 25 m
szerokość 12,5 m
• hala basenowa: długość 31 m
szerokość 18,5 m
wysokość 5 m
• okna hali basenowej: długość 30 m
wysokość 5 m
oraz parametry powietrza hali i wody basenowej zgodnie z normą niemiecką [3], wytycznymi [5] oraz potrzebami użytkownika:
• temperatura wody 26 - 28 ºC
• wilgotność względna powietrza 55 – 60 %
• temperatura powietrza powyżej temperatury wody 1 – 2 ºC
Tabela 1









Tabela 2





Tabela 3



Tabela 4






3. Dobór centrali klimatyzacyjnej
Po obliczeniu wartości wilgotności względnej (g/h) oraz nawiewu powietrza (m3/h) należy dobrać centralę klimatyzacyjną dla hali basenowej odpowiadającą obliczonym parametrom powietrza. Biorąc pod uwagę stopień oraz rodzaj wykorzystania basenu proponuje się dobór centrali klimatyzacyjnej dla hali basenowej produkcji Menerga&Reg; Apparatebau GmbH, Niemcy typ ThermoCond 36.13.01. [4] o danych (tabela 4):
• nominalny przepływ powietrza 12 600 m3/h
• przepływ powietrza bez odzysku ciepła 13 900 m3/h
• wydajność osuszania 80 kg/h

Dobrana centrala klimatyzacyjna dla hali basenowej wyposażona jest w układy optymalizacji kosztów eksploatacji w zależności od parametrów powietrza zewnętrznego oraz automatycznie, płynnie i optymalnie wybiera odpowiednie rodzaje pracy, takie jak:
• recyrkulacja powietrza basenowego,
• recyrkulacja powietrza basenowego z ogrzewaniem,
• recyrkulacja powietrza basenowego z ogrzewaniem i osuszaniem (odzysk ciepła),
• recyrkulacja powietrza basenowego z ogrzewaniem i osuszaniem oraz z częściowym doborem powietrza zewnętrznego (świeżego) (odzysk ciepła),
• ogrzewanie i osuszanie powietrza basenowego przy całkowitym doborze powietrza zewnętrznego (świeżego) (odzysk ciepła),
• ogrzewanie częściowe powietrza basenowego przy całkowitym doborze powietrza zewnętrznego (świeżego) (odzysk ciepła),
• całkowity dobór powietrza świeżego.

Zastosowanie tej centrali w przedstawionym obiekcie zapewnia wentylację, osuszanie i ogrzewanie hali basenowej. Nie jest konieczne stosowanie dodatkowo wentylacji mechanicznej (wentylatory), czy osuszaczy powietrza oraz w większości przypadków ogrzewania statycznego (grzejniki, ogrzewanie podłogowe).

W przypadku, gdy hala basenu posiada duże przeszklenia, należy dodatkowo obliczyć zyski ciepła powstające z promieniowania słonecznego. Zyski te można zmniejszać stosując przesłony na okna, szyby nie przepuszczające promieniowania lub stosować centrale klimatyzacyjne basenowe, które posiadają możliwość chłodzenia powietrza nawiewanego. W centralach dla hal basenowych produkcji Menerga&Reg; Apparatebau GmbH chłodzenie powietrza nawiewanego uzyskiwane jest bez zewnętrznego źródła chłodu. Centrala wyposażona jest wtedy dodatkowo w układ odwracalny pracy pompy ciepła lub układy adiabatycznego chłodzenia i odwracalny pracy pompy ciepła.

4. Wnioski
Przy pomocy programu obliczane są cztery podstawowe parametry konieczne dla doboru centrali dla hali basenowej. Ilość:
1. pary wodnej zawartej w powietrzu basenowym, którą należy usunąć,
2. powietrza nawiewanego dla zapewnienia odbioru wilgoci (osuszania),
3. powietrza nawiewanego dla zapewnienia wymaganej ilości wymian,
4. powietrza nawiewanego wzdłuż okien, aby uniknąć parowania szyb i okuć okiennych.

Powyższe parametry muszą być spełnione przy doborze centrali klimatyzacyjnej dla hali basenowej.
Ilość powietrza nawiewanego dla zapewnienia wymaganej ilości wymian nie może być brana pod uwagę, jako jedyne kryterium doboru centrali klimatyzacyjnej dla hali basenowej.

II. Przykład parametrów powietrza wymaganych w pomieszczeniach TVP :

Poniżej przedstawiono zastosowanie metody osuszania powietrza przez absorpcję wilgoci na przykładzie projektu uzdatniania powietrza w magazynach zbiorów TVP przy ul. Woronicza w Warszawie. Wymagane parametry powietrza w poszczególnych pomieszczeniach, w zależności od rodzaju zbiorów, przedstawiono w tabeli 1.





Dla zobrazowania skrajności zadanych parametrów powietrza w magazynach zbiorów można porównać je z wymaganymi parametrami powietrza w pomieszczeniach przeznaczonych do pobytu ludzi, a więc tam gdzie mamy do czynienia z klimatyzacją komfortu. Najkorzystniejsze parametry powietrza w pomieszczeniach dla ludzi to zapewnienie temperatury pomiędzy 20-26oC a wilgotności względnej w granicach 35-65%, w zależności od pory roku pogody i indywidualnych upodobań.
Jednym z warunków utrzymania zadanych parametrów powietrza jest wyeliminowanie wahania zysków i strat ciepła w pomieszczeniach zależnych od parametrów powietrza zewnętrznego i zmieniających się w ciągu dnia i pory roku. Aby to osiągnąć, należało tak zlokalizować magazyny w budynku, aby pomieszczenia nie miały przegród zewnętrznych, a ściany i stropy wewnętrzne stanowiły dobrą izolację dla przenikania ciepła z pomieszczeń sąsiednich. Warunki takie spełniają przegrody o współczynniku przenikania ciepła mniejszym od 0,2 W/m2K. Zalecono także, by magazyny wyposażyć w przedsionki i śluzy, które zabezpieczą przed niekontrolowanym przepływem powietrza z korytarzy, a tym samym przed niekontrolowaną zmianą parametrów powietrza w magazynach.
Parametry powietrza wymagane w magazynach są zróżnicowane, dlatego zaprojektowano dwa zespoły klimatyzacyjne, jeden obsługujący magazyny o wymaganej temperaturze 5oC, drugi dla pomieszczeń z temperaturą 15oC.
Na rys. 2 pokazano schemat instalacji klimatyzacyjnej dla dwóch grup omawianych magazynów.









Rys. 2 Schemat instalacji klimatyzacyjnej w magazynach zbiorów TVP




Dla magazynów o wymaganej temperaturze 15oC przyjęto dwa stopnie uzdatniania powietrza. Do osuszania dobrano urządzenia firmy DST. Pierwszy stopień - układ N1 - stanowi centrala klimatyzacyjna, wspólna dla wszystkich magazynów i wstępnie uzdatniająca tylko powietrze świeże. Ilość powietrza wynika z minimalnej wymaganej ilości powietrza zewnętrznego tj. 0,5 wymiany powietrza na godzinę. Centrala wyposażona jest w bloki filtracji, chłodnicę wodną I stopnia, nagrzewnicę wodną, blok osuszania (wypełniony żelem krzemionkowym), wentylator i chłodnicę II stopnia. Dodatkowym układem jest blok regeneracji sorbentu: nagrzewnica wodna, nagrzewnica elektryczna i wentylator. Nagrzewnica elektryczna jest konieczna ze względu na niskie parametry zasilania nagrzewnicy wodnej (90/70oC), nie gwarantującej wysokiej temperatury powietrza regeneracyjnego. Kolejny stopień uzdatniania powietrza - układy N2, N3 i N5 - to indywidualne centrale klimatyzacyjne dla każdego magazynu. Zapewniają odpowiednią ilość powietrza klimatyzującego, jego temperaturę i wilgotność. Układy te pracują z recyrkulacją powietrza, wyposażone są w nagrzewnice, chłodnice, nawilżacze i wentylatory.
W przypadku magazynów o temperaturze 5oC zastosowano również dwa stopnie uzdatniania powietrza. ierwszy to przygotowanie powietrza - układ N5 - w centrali klimatyzacyjnej wspólnej dla wszystkich magazynów. Centrala ta jest skonfigurowana tak jak centrala wstępna dla magazynów o wymaganej temperaturze 15oC. Dodatkowe wyposażenie to komora mieszania i wentylator wywiewny. Drugi stopień uzdatniania powietrza odbywa się już w magazynach i polega na zastosowaniu chłodnic z bezpośrednim odparowaniem freonu, które regulują temperaturę powietrza w każdym pomieszczeniu, uwzględniając zmianę zysków ciepła.
Przedstawiona instalacja klimatyzacyjna dla magazynów zbiorów TVP łączy w sobie cztery funkcje obróbki powietrza: grzanie, chłodzenie, osuszanie i nawilżanie. Instalacja jest skomplikowana, a każdą grupę magazynów wymagającą innych parametrów powietrza trzeba potraktować indywidualnie. Bardzo starannie należało zaprojektować system automatycznej regulacji, gdyż od tego w dużym stopniu zależy prawidłowość działania instalacji i utrzymanie zadanych parametrów powietrza w pomieszczeniach. Konieczność zastosowania tak rozbudowanych metod uzdatniania powietrza, jak w przypadku omawianych magazynów zbiorów TVP, występuje rzadko, najczęściej w przemyśle chemicznym, farmaceutycznym czy zakładach graficznych.