Klimatyzacja wieży zjeżdżalni wodnych w krytych pływalniach

Zjeżdżalnie należą do najpopularniejszych atrakcji wodnych w halach basenowych. Ze względu na konstrukcję, zjeżdżalnie wymagają odrębnych klatek schodowych, w obszarze których niezbędna jest precyzyjna klimatyzacja. W artykule analizowano systemy klimatyzacji klatek schodowych zjeżdżalni wodnych.

Zjeżdżalnie należą do jednych z popularniejszych atrakcji wodnych. Budowane są we wszystkich aquaparkach oraz w większych krytych pływalniach.
Zjeżdżalnia wodna składa się z podestu startowego, ślizgu oraz basenu hamownego [1]. Długość ślizgu zjeżdżalni wynosi od 40 do 200 m, co przy średnim spadku ślizgu 10 – 11% daje różnicę poziomów pomiędzy podestem startowym, a basenem hamownym 4 - 20 m. Wysokość wieży zjeżdżalni dla długości ślizgu 40 m wynosi ok. 7 m, a dla ślizgu 200 m ok. 23 m.
Dla małych zjeżdżalni o długościach od 40 do 70 m, schody prowadzące do podestu startowego zjeżdżalni często znajdują się w hali basenu i znajdują się w atmosferze powietrza dostarczanego przez centrale klimatyzacyjne do hali basenu. Wzdłuż schodów oraz na podeście startowym muszą być zachowane odpowiednie parametry powietrza, jak w pozostałych częściach hali basenu tj. powietrze o wilgotności 55% oraz temperaturze 30oC [2].
Dla zjeżdżalni o długościach od 60 do 200 m wieże zjeżdżalni mają zazwyczaj kształt prostopadłościanu z umieszczoną wewnątrz klatką schodową. W szczycie wieży umieszcza się często szklany świetlik. Nieraz też ze względów architektonicznych i estetycznych stosowane są ściany oszklone. Stosowanie świetlików w szczytowej części wieży oraz szklanych ścian (okien) powoduje, że wieże zjeżdżalni należą do trudniejszych obiektów pod względem klimatyzacji. Często budowane są jako oddzielne konstrukcje przylegające do hali basenu [3].
W zjeżdżalni o długości większej niż 70 m, kiedy do podestu startowego należy dojść klatką schodową znajdującą się w przeszklonej wieży, przy niewłaściwej wentylacji w lecie występuje podwyższona temperatura powietrza na skutek promieniowania słonecznego przenikającego przez szyby. W zimie natomiast występują duże straty ciepła na skutek wypromieniowania ciepła przez szyby, a także (współczynnik przenikania ciepła U = 1 - 2 W/m2K) przez przenikanie. W lecie należy odbierać nadmiar zysków ciepła, a w zimie dogrzewać wieżę zjeżdżalni. Najskuteczniejszym rozwiązaniem jest nawiew ciepłego powietrza zimą, a odbieranie nadmiaru ciepła przy zastosowaniu swobodnego chłodzenia powietrzem (free cooling’u).
Nawiew powietrza
Nawiew powietrza zapewnić:
- komfort cieplny,
- asymilację wilgoci,
- uniknięcie kondensacji wilgoci na chłodnych przegrodach budowlanych,
- dostarczenie powietrza w ilości niezbędnej ze względów higienicznych.
Warunki powyższe należy obliczyć i wziąć pod uwagę najbardziej niekorzystny przypadek. Niedopuszczalne jest obliczanie ilości powietrza na podstawie liczby wymian [4]. W przeszklonych wieżach zjeżdżalni, głównym kryterium jest zapobieżenie kondensacji na powierzchniach przeszklonych. Nawiew ciepłego i suchego powietrza należy skierować od dołu do góry wzdłuż powierzchni szyb. Nawiew ten należy tak rozdzielić, aby swoim zasięgiem spowodował ruch i wymianę powietrza na całej wysokości przestrzeni klatki schodowej zjeżdżalni. Zasięg jest skuteczny do wysokości 5 m [5]. Tak więc nawiew powinien być realizowany z każdego piętra klatki schodowej.
Dla zapewnienia komfortu osobom oczekującym przy podeście startowym, nawiew powietrza należy także skierować na szczyt klatki schodowej zjeżdżalni. Należy do tego celu wykorzystać kolumnę wsporczą klatki schodowej, wokół której znajdują się schody, jako kanał nawiewny. Nawiew powietrza z tego kanału (kolumny wspornej) należy skierować tak, aby uniknąć kondensacji pary wodnej na powierzchniach szklanych świetlika oraz nawiać powietrze w pobliże osób oczekujących na start.
Wywiew powietrza
Dla wywiewu powietrza można wykorzystać rurę ślizgu zjeżdżalni. W ten sposób powietrze zużyte z wieży zjeżdżalni zostanie przemieszczone do hali basenu z basenem hamownym. W hali basenu w okolicy basenu hamownego należy umieścić kratki wywiewne.
Schody
Schody w klatce schodowej zjeżdżalni muszą być wyłożone ceramiką lub wykładziną antypoślizgową. Muszą być wykonane jako pełne, bez prześwitu pomiędzy stopniami. Jest to ważny warunek, ponieważ woda spływająca ze stopni jest traktowana jako ściek i nie powinna spadać na użytkowników zjeżdżalni. Przy niewłaściwym odprowadzeniu wody, spadające i rozpryskujące się krople tworzą w ten sposób „komorę zraszania”, w której deszcz kropli ma przeciwny kierunek do strumienia nawiewanego powietrza. Powoduje to zwiększone odparowanie z deszczu kropli, a tym samym ochłodzenie i nawilżenie powietrza w klatce schodowej. Różnica temperatur powietrza między parterem wieży, a podestem startowym może wynosić 2 – 3 K, przy wzroście wilgotności 15 - 30%.
Centrala klimatyzacyjna
Do klimatyzacji wieży zjeżdżalni należy zastosować centralę klimatyzacyjną do hal basenowych. Ze względu na niejednoczesność występowania maksymalnych obciążeń cieplnych i wilgotnościowych wieży i hali basenu, należy zastosować indywidualną centralę klimatyzacyjną. Centrala musi spełnić funkcje oczyszczania powietrza, osuszania, ogrzewania i odzysku ciepła.
Centrala musi być wyposażona w kompletną automatykę [6] zapewniającą utrzymanie założonych parametrów powietrza w klatce schodowej wieży zjeżdżalni. W czasie pracy zjeżdżalni temperatura oraz wilgotność powietrza powinny być takie, jak na hali basenu (30oC , 55%). Natomiast po wyłączeniu zjeżdżalni, gdy brak jest wody w ślizgu oraz basenie hamownym, centrala powinna przejść w tryb pracy dyżurnej. Następuje wtedy zmniejszenie strumienia powietrza nawiewanego do 60% strumienia znamionowego przy zachowaniu nie zmienionych parametrów powietrza w klatce schodowej zjeżdżalni.
Analiza pomiarów
W celu oceny poprawności klimatyzacji wież zjeżdżalni wodnych, przeprowadzono pomiary temperatury i wilgotności względnej powietrza w trzech krytych pływalniach w województwie mazowieckim, wyposażonych w zjeżdżalnie wodne. Najważniejsze dane techniczne zestawiono w tabeli 1.
Tabela 1. Najważniejsze dane techniczne wież zjeżdżalni wodnych w badanych krytych pływalniach

Pływalnia 1 posiada wieżę zjeżdżalni całkowicie przeszkloną, oddzieloną od hali basenu drzwiami, zazwyczaj otwartymi. Przeszklenie stanowi około 80% przegród zewnętrznych. Wieża zjeżdżalni wyposażona jest w oddzielną instalację wentylacyjną nawiewno - wywiewną o wydajności 5300 m3/h, obsługującą tylko wieżę.
Pływalnia 2 posiada wieżę zjeżdżalni częściowo przeszkloną, a powietrze z hali basenu może przepływać bezpośrednio do wieży zjeżdżalni. Brak jest drzwi działowych. Przeszklenie wynosi około 60%. Pływalnia jest wyposażona w instalację wentylacyjną nawiewną. Nawiew powietrza obiegowego z hali basenu następuje w pobliże podestu startowego w ilości około 320 m3/h.
Pływalnia 3 posiada wieżę zjeżdżalni częściowo przeszkloną, a powietrze z hali basenu może swobodnie przepływać do wieży. Przeszklenie wynosi około 20%. Wieża jest wyposażona w instalację nawiewną, podłączoną do głównej instalacji nawiewnej hali basenu. Powietrze nawiewane jest wyłącznie w pobliże podestu startowego w ilości około 2000 m3/h.
Pomiary w pływalni 1 dokonano przy temperaturze zewnętrznej powietrza na poziomie 8oC (zbliżonej do średniej rocznej temperatury dla obszaru Polski) a na pływalniach 2 i 3 przy temperaturze około 0oC. Pomiary wykonywano na wysokości 150 cm ponad posadzką i nad schodami wieży. Odległość pionowa pomiędzy poszczególnymi punktami pomiarowymi wahała się od 30 cm do 60 cm.
Wnioski
Wyniki pomiarów wykazują, że jedynie w pływalni 1 utrzymywały się parametry powietrza zbliżone do założonych. W pływalniach 2 i 3 zarówno temperatura jak i wilgotność powietrza znacznie odbiegała od wartości zadanych. Wyniki pomiarów temperatury i wilgotności powietrza w pływalniach 1, 2 i 3 przedstawiono na rys. 1 i 2.


Rys. 1. Rozkład temperatury powietrza w wieży zjeżdżalni w zależności od wysokości nad poziomem hali basenu
W pływalni 1 temperatura powietrza nieznacznie wzrasta wraz z wysokością wieży bez znacznych wahań dla sąsiadujących punktów pomiarowych.
W pływalni 2 występują gwałtowne skoki temperatury, wynikające z połączenia wieży i hali basenu na różnych poziomach, a także błędów budowlanych (nieszczelności fasady, przez które wnika zimne powietrze) oraz braku wentylacji mechanicznej w prawie całej wieży. Wartości temperatury w pływalniach 1 i 2 odpowiadają zasadniczo wartościom zadanym.
W pływalni 3 występuje znaczne niedogrzanie powietrza w wieży zjeżdżalni. Temperatura powietrza odbiega nawet o 3 K od wartości zadanej w hali basenu. Brak wentylacji mechanicznej w prawie całej wieży powoduje schłodzenie powietrza o około 2 K, pomimo że wieża jest przeszklona w niewielkim stopniu (a zatem ma mniejsze straty przez przenikanie, w stosunku do pływalni 1 i 2).


Rys. 2. Rozkład wilgotności względnej powietrza w wieży zjeżdżalni w zależności od wysokości nad poziomem hali basenu
Pomiary wilgotności względnej w pływalni 1 wykazały utrzymanie tego parametru na poziomie zbliżonym do założonego. Nie stwierdzono kondensacji pary wodnej na żadnej powierzchni wewnętrznej wieży.
W pływalniach 2 i 3 wilgotność powietrza przekraczała dopuszczalne wartości. Zgodnie z wytycznymi [2], wilgotność względna w hali basenu nie powinna przekraczać 64 %. Wyższa wilgotność zagraża bezpieczeństwu konstrukcji pływalni i powoduje szkody budowlane. W pływalniach tych wysoka wilgotność powietrza powodowała intensywne wykraplanie się wilgoci na szybach oraz okuciach okien.
Efekty złej wentylacji wież nie dają na siebie długo czekać. Pomimo krótkiego okresu eksploatacji (pływalnia 3: 15 miesięcy, pływalnia 2: 9 miesięcy) uszkodzenia budowlane w obiektach były już widoczne. Nieustanne zawilgocenie przegród spowodowało powstawanie ognisk rdzy na elementach stalowych oraz tworzenie się warstwy tlenków na elementach aluminiowych. Korozji uległy też elementy wyposażenia wnętrza hali wykonane ze stali nierdzewnej. Ma to miejsce po przekroczeniu określonych wilgotności granicznych i objawia się charakterystycznym żółto - brązowym nalotem na całej powierzchni okuć.


Fot. 1. Stale utrzymująca się wilgotność powietrza powyżej 70% powoduje korozję elementów ze stali nierdzewnej


Fot. 2. Poprawna klimatyzacja chroni przed wystąpieniem kondensacji pary wodnej na szybach w wieży zjeżdżalni
Autorzy: Andrzej KOLASZEWSKI, Kamil WIĘCEK Menerga Polska Sp. z o.o.

BIBLIOGRAFIA:
[1] KATALOG ZJEŻDŻALNI MAZUR: Firma Mazur, 41-605 Świętochłowice, ul. Barlickiego 11
[2] SOKOŁOWSKI C.: Wymagania sanitarno – higieniczne dla krytych pływalni, MZiOS, Warszawa 1998
[3] PROJEKT WENTYLACJI: Wentylacja mechaniczna wieży zjeżdżalni wodnej, Kryta Pływalnia w Płońsku, 2003
[4] VDI 2089.: Ogrzewanie, wentylacja, doprowadzenie i odprowadzenie wody w krytych i odkrytych basenach kąpielowych. Hale basenowe. Wytyczne niemieckie, 1994
[5] KOLASZEWSKI A., Nawiew powietrza przez szyny szczelinowe w halach basenowych, IV Sympozjum Naukowo Techniczne, Instalacje Basenowe, Ustroń 2003
[6] KATALOG MENERGA.: MENERGA® Apparatebau GmbH, D - 45473 Mülheim an der Ruhr, Gutenbergstraße 51, Niemcy