За последние годы значительно возрос объем заказов на разработку и реализацию технических решений по обеспечению гигиенических и климатических условий в помещениях плавательных бассейнов.
Такая активность связана с резко возросшими темпами строительства индивидуальных коттеджей, в которых, как правило, предусматривается устройство мини-бассейнов, а также строительством новых и реконструкцией действующих спортивных и оздоровительных сооружений. Следует отметить, что при планировании и выборе строительных и конструктивнных решений устройство вентиляции во многих коттеджных бассейнах либо не предусматривалось, либо откладывалось на <потом> или делалось <дешево>.
Все это приводило к активной конденсации влаги на огрождающих конструкциях, особенно на окнах, образованию грибковой плесени, коррозии металлических и гниению деревянных конструкций. Значительные теплопотери через ограждающие конструкции, в том числе связанные с высоким уровнем инфильтрации наружного воздуха, не позволяли поднять температуру воды и воздуха до требуемых значений.
В соответствии со СНИП 2.08.02-89* - <Общественные здания и сооружения> - в плавательных бассейнах температуру поверхности воды необходимо поддерживать на уровне 26-28°С (в лечебных бассейнах на 4-8°С выше). При этом температура воздуха должна быть на 1-2°С выше температуры воды, то есть 27-30°С. Нормируемая относительная влажность воздуха 50-65%, но конкретные ее значения в каждом отдельном случае диктуются степенью теплозащиты ограждающих конструкций, недопускающих выпадения на них конденсата и увлажнения строительных материалов. Ограничивающим параметром при этом является температура на поверхности ограждения, которая должна быть на 1-2°С выше температуры точки росы внутреннего воздуха. Исходя из этих условий, рассчитывается требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций, в соответствии с которым проводится выбор конструктивного решения здания.
Подвижность воздуха в зоне нахождения должна обеспечиваться в пределах 0,15-0,2 м/с.
Какие же основные особенности технологического процесса необходимо учитывать при подходе к решению проблемы обеспечения комфортных условий в помещении плавательного бассейна? Это, в первую очередь, наличие значительных площадей открытых водных и смоченных поверхностей, обуславливающих при высокой температуре воды (tw=26-28°С) высокую интенсивность испарения влаги.
Влага, испаряющаяся в помещение является основным технологическим показателем <вредности>, по которому проводится расчет требуемого воздухообмена и определение мощности вентиляционного оборудования по воздухопроизводительности. Окончательное же принятие принципиально-технологических схем обработки приточного воздуха и организации воздухообмена производится только после проведения уточненных расчетов тепло-влажностного баланса и принятия технических решений по отоплению и утеплению здания.
Расчет тепло-влажностного баланса проводится по общепринятой методике, подробно изложенной в книге <Система вентиляции и кондицианирования. Теория и практика> - М., <Евроклимат>, 2000>, за исключением подсчета количества влаги, испаряющейся с открытой водной поверхности. Существует современная методика финских и немецких специалистов, которые вводят специальный эмпирический коэффицент, учитывающий изменение интенсивности испарения при различной активности купающихся:
Wот=A·F·d·(dw-dl/103);
Wот = e·F·(Pw-Pl/103);
Wот = F·[0,118 + (0,01995· ·a·(Pw-Pl/1,333)], где
Wот - количество влаги, испаряющейся с открытой водной поверхности плавательного басейна, кг/час;
F - площадь открытой водной поверхности, м2;
А - эмпирический коэффицент, учитывающий наличие купающихся;
d = (25 + 19·V) - коэффициент испарения, кг/м2ч влаги;
V - скорость воздуха над поверхностью воды;
dw, dl - соответственно, влагосодержание насыщенного воздуха и воздуха при заданной температуре и влажности (г/кг сух. воздуха);
Pw-Pl - давление водяных паров насыщенного воздуха в бассейне при заданныхтемпературе и влажности воздуха;
e - эмпирический коэффициент равный 0,5 - для закрытых поверхностей бассейна, 5 - для неподвижных открытых поверхностей бассейна, 15 - небольших частных бассейнов с ограниченным временем использования, 20 - для общественных бассейнов с нормальной активностью купающихся, 28 - для больших бассейнов для отдыха и развлечений, 35 - для аквапарков со значительным волнообразованием;
а - коэффициент занятости бассейна людьми: 0,5 - для больших общественных бассейнов, 0,4 - для бассейнов отелей, 0,3 - для небольших частных бассейнов.
Сравнительные расчеты, проведенные по вышеуказанным формулам, показывают на значительное расхождение в количестве испаряющейся влаги при одних и тех же условиях. Так, при температуре воды 26°С, температуре воздуха 28°С, относительной влажности 60% и подвижности воздуха 0,2 м/с, для плавательного бассена с нормальной активностью купающихся и площадью бассена 354 м2, количество испаряющейся влаги составит соответственно: 107, 72,5, 68,3 кг/ч.
Как показывает практика, результаты, полученные для указанных условий по двум последним формулам, более точные. Первая формула подходит для игровых бассейнов.
Наиболее универсальной является вторая формула, в которой эмпирический коэффициент <е> дает возможность учесть наиболее высокую интенсивность испарения в бассейнах с активными играми, горками и значительным волнообразованием, а также и в малых индивидуальных плавательных бассейнах.
Необходимо отметить еще одну особенность при выборе принципиальной технологической схемы приточно-вытяжной вентиляции. Дело в том, что воздухообмен для различных периодов года подвержен значительному изменению из-за резкого увеличения градиента перепада влагосодержания внутреннего и наружного воздуха в холодный период года в сравнении с теплым. Для малых бассейнов с незначительной мощностью вентиляционного оборудования эта проблема решается за счет изменения воздухообмена с помощью установки регуляторов оборотов вентилятора. Для бассейнов с большой мощностью вентоборудования снижение градиента влагосодержания в холодный период года достигается применением частично регулируемой рециркуляции выбрасного воздуха.
При проектировании системы вентиляции очень важно учитывать особенности распределения приточного и вытяжного воздуха, обеспечивая комфортную подвижность в зоне обитания людей. Зная, что приточный воздух имеет высокую температуру (28°С), низкую относительную влажность (15-20%) и высокую скорость, его целесообразно подавать вдоль стен и окон по периметру помещения (особенно это относится к бассейнам с малыми объемами). Такое распределение воздуха позволяет увеличивать <поглотительную способность> приточного воздуха обеспечивая поддержание температуры у поверхности ограждающих конструкций выше температуры точки росы. Аналогичного эффекта можно достичь применяя осушители воздуха или нагревательные приборы, устанавливаемые по периметру наружных ограждающих конструкций. Причем осушители воздуха рекомендуется применять в малых и средних по объему бассейнах при дефиците энергообеспечения для систем вентиляции.
В качестве примера рассмотрим задачу обеспечения микроклимата в комплексе зданий Аквапарка, включающего гостиничный блок, блок спортивных, административно-хозяйственных и бытовых помещений и блок плавательного бассейна (рис.1). Техническое решение базируется на применении высокотехнологичного кондиционерного и вентиляционного оборудования, позволяющего обеспечить комфортные условия для пребывания отдыхающих и работы обслуживающего персонала.
Наибольший интерес, в связи с рассматриваемой проблемой, представляет центральная часть развлекательного комплекса Аквапарка, где на территории 2740 м2 под высоким куполом (высота 15 м) размещено пять бассейнов различного назначения общей площадью 1087 м2.
Из них: 1 - оздоровительно-спортивный бассейн - 354 м2; 2 - бассейн для отдыха и развлечений - 362 м2; 3 - массажный бассейн - 68,3 м2; 4 - детский бассейн - 156,9 м2; 5 - бассейн с водяными горками - 146 м2.
Суммарное количество влаги, испаряющейся с открытой водной поверхности, расчитывается по второй формуле и составит 273,7 кг/ч, в том числе с поверхности плавательного бассейна с нормальной активностью купающихся - 72,5 кг/ч; бассейна для отдыха и развлечений - 103,8 кг/ч; бассейна для массажа - 14 кг/ч; детского бассейна 31,1 кг/ч; бассейна с горками 52,3 кг/ч.
Количество влаги, испаряющейся со смоченной поверхности, расчитывается по формуле:
Wcv = 0,006·F (tс - tм), где
tс, tм - соответственно температура воздуха по сухому и мокрому термометрам, определяемые по I-d диаграмме влажного воздуха;
F - поверхность испарения, определяется в процентном отношении от открытой водной поверхности и принимается в размере 20-40% открытой водной поверхности. Причем чем больше площадь водного зеркала бассейна, тем меньше процент.
Суммарная площадь бассейнов составляет 1087,2 м2. Смоченная поверхность принимается в размере 20%, то есть 217,4 м2. Тогда количество влаги, испаряющейся с этой поверхности, при температуре внутренного воздуха 280C и отностительной влажность 60% составит 7,56 кг/ч.
Количество влаги от находящихся в бассейне людей при легкой физической работе и вышеуказанных температурных условиях составит 0,225 кг/ч на человека. При одновременном нахождении в зоне отдыха 127 человек количество испаряющейся влаги составит Wв = 27,3 кг/ч.
Таким образом, суммарное количество влаги, поступающей в бассейновый комплекс составит:
SWисп=SWот+Wсм+Wл= 308,56 кг/ч
Количество воздуха, которое необходимо подать в зону жизнедеятельности, определяется из условий поглощения основных <вредностей>, то есть, влаги по формуле:
Lw=SWисп·103/r(dп-dв), где
(dп - dв) - разница влагосодержания приточного и внутреннего воздуха, г/кг;
r - объемный вес воздуха. При температуре 28°C, равен 1,15.
Расчетные параметры наружного воздуха для летнего периода примем такими: температура 27,4°C; теплосодержание 52,3; температура внутреннего воздуха 28°C; относительная влажность 60 %. При этих условиях, значение влагосодержания воздуха составит: dн - 9,8 г/кг, dв - 14,3 г/кг.
Таким образом, количество воздуха составит 59 625 м3/ч.
Исходя из полученных результатов расчета требуемого количества воздуха, к установке принято две приточно-вытяжных системы на базе центральных кондиционеров, производительностью по воздуху 35 тыс. м3/ч каждая.
Расчет теплового баланса в помещениях плавательного бассейна не отличается какими-либо особенностями и проводится по общепринятой методике.
С учетом проведенного анализа круглогодичных режимов работы системы микроклимата бассейнового комплекса Аквапарка разработана принципиальная схема обработки приточно-вытяжного воздуха.
Приточные агрегаты собираются из функциональных блоков кондиционеров, включающих по ходу воздуха воздушный клапан с электроприводом для регулирования поступления наружного воздуха; воздушный фильтр грубой и тонкой очистки; гликолевый рекуперативный теплообменник, где наружный воздух от расчетных параметров зимнего периода (-34°C) догревается до (-11°C); теплообменник I подогрева с параметрами теплоносителя 110/70°C, в котором приточный воздух от - 11°C догревается до 12,8°C; камера смешивания удаляемого и приточного воздуха, где приточный воздух за счет смешивания с удаляемым воздухом догревается до 20°C; секция II подогрева, в которой воздух нагревается до температуры притока (38°C); вентиляторная секция и секция глушения шума.
После глушителя воздух по воздуховодам подается в бассейновую зону с температурой 38°C. Перегрев на 10°C по сравнению с температурой внутреннего воздуха связан с необходимостью компенсации теплопотерь и повышения температуры поверхности ограждающих контрукций и предупреждения выпадения на них конденсата. Организация воздухообмена в помещениях бассейна принята с учетом объемно-планировочных и конструктивных решений здания. Подача приточного воздуха вдоль витражей производится регулируемыми напольными решетками, создавая настилающуюся на поверхность стекла изотермическую струю с высокой температурой (38°C) и низкой относительной влажностью (18%), обеспечивающую защиту витражей от конденсации влаги.
Основная масса приточного воздуха распределяется приточными воздушными соплами, обеспечивающими возможность регулирования направления потока в пределах +30°C. Аэродинамические характеристики воздухораспределителей позволяют раздать большой объем воздуха свободными изотермическими струями при высокой начальной (осевой) скорости (больше 10 м/с) на значительное расстояние. При этом требуемая в зоне обитания подвижность воздуха 0,2 м/c по ходу струи обеспечивается за счет обратных воздушных потоков (вентиляция методом разбавления). Воздухораспределители установлены на высоте 4 м, количество воздухораспределителей и их размер подобраны с учетом угла раскрытия струи, требуемого количества приточного воздуха и максимального расстояния до точки, где осевая скорость струи падает до нормативного значения 0,2 м/с.
Вытяжной влажный воздух удаляется из верхней зоны (под перекрытием) и по воздуховодам поступает в вытяжной агрегат, включающий воздушный двухступенчатый фильтр; вытяжной вентилятор; секцию смешивания; рекуперативный гликолиевый теплообменник, в котором из удаляемого воздуха в холодный период отбирается тепло, понижая температуру выбрасываемого воздуха с +28°C до +15,6°C, и наружный воздушный клапан с электроприводом.
Проведенные пуско-наладочные работы подтвердили правильность принятых технических и технологических решений систем обеспечения микроклимата в бассейновой зоне комплекса Аквапарка, включающей большое количество плавательных бассейнов различного назначения.
Антонов П. П., к.т.н., специалист компании
<Ситэс - кондиционер>
Предоставлено журналом Мир климата
