Obliczenia wentylacji hal basenowych w oparciu o zaktualizowane wytyczne Zrzeszenia Inżynierów Niemieckich VDI 2089

Zmiany w metodyce obliczeń według nowelizacji wytycznych Zrzeszenia Inżynierów Niemieckich VDI 2089.

1. WSTĘP
Rozwiązania techniczne krytych pływalni podlegają z każdym rokiem ewolucji. Również metodyka obliczeń ulega zmianie, dopasowując się do nowych trendów i przemyśleń technicznych. Wyrazem takich przemian jest nowelizacja, po 12 latach od ostatniego wydania [1], wytycznych Zrzeszenia Inżynierów Niemieckich VDI 2089, które planowano wprowadzić w życie w 2007 roku. Zapisy tych wytycznych będą w większości jednobrzmiące z projektem VDI 2089 z 2003 roku [2].
Wytyczne VDI 2089, zeszyt 1 obejmują swoim zakresem następujące zagadnienia:
• podstawowe zalecenia dotyczące fizyki budowli (izolacyjność cieplna, punkt rosy),
• wymagania odnośnie temperatury i wilgotności hal basenowych,
• obliczenia strumienia powietrza wentylacyjnego,
• obliczenia zapotrzebowania na ciepło,
• zagadnienia uzdatniania wody,
• utylizacja wody,
• wyposażenie sanitarne,
• izolacyjność cieplna instalacji,
• ochrona pożarowa,
• zagadnienia dotyczące saun.
Wytyczne obejmują zatem szeroki zakres zagadnień dotyczących krytych pływalni, stanowiąc przez to cenne narzędzie dla projektantów różnych branż.

2. WYBRANE ZAPISY Z WYTYCZNYCH VDI 2089
Niniejsze opracowanie przytacza wybrane fragmenty wytycznych VDI 2089, szczególnie istotnych przy obliczeniach wentylacji w halach basenowych.

2.1. Temperatury powietrza w pomieszczeniu (VDI 2089 punkt 5.1.2)
Tabela 1. Wartości temperatury powietrza w pomieszczeniu (VDI 2089, tabela 3)

W wypadku mokrej powierzchni ciała człowieka, na skórze znajduje się powłoka wodna, której odparowanie powoduje zwiększoną emisję ciepła. Aby zminimalizować tą stratę ciepła, temperatura powietrza podczas użytkowania basenu powinna być wyższa od temperatury powietrza od 2 do 4 K, nie powinna jednak przekraczać 34°C. Jako wartość obliczeniowa temperatury powietrza w pomieszczeniu ti należy przyjmować wartości z tabeli 1 (VDI 2089, tabela 3).

2.2. Temperatura powierzchni (VDI 2089 punkt 5.1.3)
Jako wartość obliczeniową temperatury powierzchni ogrzewczej należy przyjmować wartości z tabeli 2 (VDI 2089, tabela 4).
Tabela 2. Wartość temperatury powierzchni (VDI 2089, tabela 4)

2.3. Wilgotność powietrza w pomieszczeniu (VDI 2089 punkt 5.2)
Wilgotność względna powietrza w pomieszczeniu hali basenowej musi leżeć w zakresie akceptowalnym dla komfortu cieplnego. Zbyt wysoka wilgotność może prowadzić do uczucia duszności. Granica duszności dla osób rozebranych leży na linii ciśnienia cząstkowego pary wodnej pD = 22,7 hPa, co odpowiada zawartości wilgoci powietrza w hali xL = 14,3 g/kg suchego powietrza. Przekroczenie tej empirycznej wartości możliwe jest jedynie wówczas, gdy zawartość wilgoci w powietrzu nawiewanym x ≥ 9 g/kg powietrza suchego, co odpowiada ciśnieniu cząstkowemu pary wodnej pD = 14,4 hPa (może to wystąpić w cieplejszej części roku).
Zapobiegawczo, w celu ochrony elementów konstrukcyjnych i wykończeniowych wewnątrz hali basenowej, wartość wilgotności względnej powinna wynosić 40% ≤  ≤ 64%. Krótkotrwałe przekroczenie dolnej lub górnej granicy wilgotności jest dopuszczalne, pod warunkiem, że nie prowadzi do uszkodzenia elementów hali basenowej.

2.4. Obliczenie strumienia powietrza (VDI 2089 punkt 6)
Parowanie wody w hali basenowej (VDI 2089 punkt 6.1)
Powierzchnia odniesienia (VDI 2089 punkt 6.1.1)
Powierzchnią odniesienia przy obliczeniach strumienia odparowującej wody w basenie pływackim lub kąpielowym jest każdorazowo ta powierzchnia, która wynika z nominalnych wymiarów niecki, względnie użytkowa powierzchnia lustra wody.
W ramach tej powierzchni uwzględnia się strumień wody odparowujący z rynien przelewowych, zmoczonych powierzchni ciała oraz ubrań jak również wilgoć zawarta w powietrzu wydychanym przez użytkowników. Współczynniki odparowania są zamieszczone w tabeli 3 (VDI 2089, tabela 5). Współczynniki odparowania z tabeli 3 (5) uwzględniają łączny strumień odparowanej wody, ze wszystkich źródeł parowania w zbiorniku danego rodzaju.
Dotychczas stosowany w zaleceniu wzór Daltona na odparowanie wody zostaje zastąpiona przez wzór obrazujący prawo przenoszenia masy, stosowany w chemii procesowej. Sposób obliczeń różni się od dotychczasowego, jednakże wynik obliczeń jest porównywalny.

2.5. Metoda obliczania parowania z basenów pływackich i kąpielowych bez uwzględnienia dodatkowego wyposażenia (atrakcji)
(VDI 2089 punkt 6.1.2)
Strumień wilgoci wody odparowującej z niecki jest obliczany ze wzoru opartego na prawie przenoszenia masy, przy założeniu stanu ustalonego. Wzór ma postać:

- strumień odparowującej wody [kg/h]
- współczynnik odparowania wody dla niecek używanych lub nieużywanych - tabela 3 (5), [m/h]
Podstawą wyznaczenia tych współczynników jest dotychczasowy współczynnik parowania wody , który został odpowiednio przeliczony.
- stała gazowa pary wodnej 461,52 J/kg K,
- średnia arytmetyczna temperatury wody basenowej i powietrza (wartości z tabel 2 i 3),
- ciśnienie nasycenia pary wodnej przy temperaturze wody basenowej, [Pa]
- ciśnienie pary wodnej w powietrzu hali basenowej, [Pa]
- powierzchnia odniesienia, względnie użytkowa powierzchnia lustra wody (patrz rozdział 6.1.1 w VDI 2089) [m2].
W basenach o wielu atrakcjach należy uwzględniać dodatkowy strumień wody odparowującej z atrakcji wodnych.
Tabela 3. Wartości współczynnika odparowania wody (VDI 2089, tabela 5)

2.6. Metoda obliczania parowania z instalacji z masażem powietrznym (VDI 2089 punkt 6.1.3)
W nieckach wyposażonych w instalacje ze sprężonym powietrzem należy uwzględnić wzrost parowania spowodowany przepływem powietrza. Strumień wody odparowującej z instalacji z masażem powietrznym oblicza się następująco:

- objętościowy strumień powietrza w instalacji z masażem powietrznym [kg/h]
- zawartość wilgoci w powietrzu opuszczającym instalację z masażem powietrznym (wskazówka: zawartość wilgoci dla punktu nasycenia przy temperaturze wody), [kg/kg]
- zawartość wilgoci w powietrzu hali basenowej, [kg/kg]

2.7. Metoda obliczania parowania ze zjeżdżalni wodnych (VDI 2089 punkt 6.1.4)
Przy obliczeniu parowania ze zjeżdżalni przyjmuje się jako powierzchnię odniesienia iloraz długości i szerokości strugi wodnej w zjeżdżalni. Wzór przyjmuje następującą postać:

- współczynnik odparowania wody dla zjeżdżalni (tabela 5) [m/h]
- długość zjeżdżalni [m]
- uśredniona szerokość strugi wodnej [m]

2.8. Metoda obliczania parowania w wypadku pozostałych atrakcji wodnych (VDI 2089 punkt 6.1.5)
W wypadku atrakcji wodnych takich jak układy do zabaw wodnych, wodospady, wodotryski itd. Brak jest potwierdzonych danych eksperymentalnych wartości, które dałoby się obliczyć bezpośrednio przy użyciu opisanego wyżej wzoru (1a). Określenie współczynników odparowania w oparciu o standardową metodę bazującą na prawach przenoszenia masy i energii. Otrzymane wyniki należy traktować jako przybliżone.

2.9. Metoda obliczenia parowania łącznego w hali basenowej (VDI 2089 punkt 6.1.6)
Maksymalny strumień parującej wody w hali basenowej jest równy sumie strumieni składowych z poszczególnych niecek i atrakcji wodnych. W wypadku stosowania atrakcji wodnych należy ustalić ze zleceniodawcą lub użytkownikiem wiążący program ich używania. Przy tym należy uwzględnić wpływ tych atrakcji na koszty eksploatacji. Jako maksymalny strumień parującej wody w hali basenu należy traktować w tym wypadku strumień uwzględniający wspomniany program użytkowania atrakcji w ciągu jednej godziny. Obliczony strumień odparowania wody stanowi podstawę do doboru instalacji wentylacyjnej.

2.10. Strumień powietrza w halach basenowych (VDI 2089 punkt 6.2)
Obliczanie strumienia powietrza zewnętrznego (VDI 2089 punkt 6.2.1)
Strumień masy powietrza zewnętrznego jest ustalany między innymi w zależności od uśrednionej zawartości wilgoci w powietrzu zewnętrznym dla najbardziej wilgotnego miesiąca letniego. Wzór obliczeniowy przyjmuje postać:

- obliczeniowy strumień masy powietrza zewnętrznego,
- zawartość wilgoci w powietrzu hali basenowej zgodnie z rozdziałem 2.3 (VDI 2089 punkt 5.2): 0,0143 kg/kg,
- zawartość wilgoci w powietrzu zewnętrznym uśredniona dla wszystkich stref klimatycznych w Niemczech: 0,0090 kg/kg.

2.11. Obliczenie strumienia masy powietrza nawiewanego (VDI 2089 punkt 6.2.2)
Maksymalny strumień masy powietrza nawiewanego jest równy strumieniowi masy powietrza zewnętrznego zgodnie z rozdziałem 6.2.1 z VDI 2089.

2.12. Regulacja udziału strumienia powietrza zewnętrznego w trybie recyrkulacji (VDI 2089 punkt 6.2.3)
Instalacja wentylacyjna powinna być wykonana w taki sposób, żeby podczas godzin użytkowania hali basenowej strumień masy powietrza zewnętrznego dopasowywał się do obciążenia hali basenowej. Jeśli hala jest obciążona minimalnie, t.j. niecka nie jest używana, a atrakcje są wyłączone, strumień masy powietrza zewnętrznego powinien wynosić:

Jeśli hala jest obciążona maksymalnie, tj. w niecce znajduje się wielu użytkowników, a atrakcje są włączone zgodnie z rozdziałem 6.1.6, strumień masy powietrza zewnętrznego powinien wynosić:

Jeśli jest to wymagane, np. wypadku wysokiej wilgotności powietrza zewnętrznego lub w wypadku silnego nasłonecznienia, strumień masy powietrza zewnętrznego może zostać zwiększony do wartości 1,0 *

2.13. Sposób dostarczania powietrza zewnętrznego w czasie (VDI 2089 punkt 6.2.4)
Niezbędny godzinowy strumień masy powietrza zewnętrznego zgodnie z VDI 2089 punkt 6.2.3 może być dostarczany również w sposób nieciągły. Ilość równych sobie cykli dostarczania powietrza zewnętrznego nie powinna być mniejsza niż 5 razy w ciągu godziny.

2.14. Unikanie temperatury punktu rosy na konstrukcji budynku (VDI 2089 punkt 4.4)
Ze względu na ochronę konstrukcji budynku przed uszkodzeniem, temperatura punktu rosy nie może w sposób ciągły wystąpić w żadnym punkcie budynku. Podczas zimnej części roku należy wewnątrz pomieszczeń utrzymywać taką wilgotność powietrza, aby przy stałej temperaturze powietrza nie występowała kondensacja pary wodnej na szybach i okuciach okiennych, aż do momentu wystąpienia średniej temperatury zewnętrznej najchłodniejszego miesiąca w roku.
Autor: Kamil Więcek, kamil@menerga.pl, Menerga Polska Sp. z o.o.

BIBLIOGRAFIA
[1] VDI 2089. Blatt 1. Wärme-, Raumlufttechnik, Wasserver- und –entsorgung in Hallen- und Freibädern. Hallenbäder.- Berlin:Verlag Beuth GmbH, 1994
[2] VDI 2089. Blatt 1 Etwurf. Technische Gebäudeausrüstung von Schwimmbädern. Hallenbäder. - Berlin:Verlag Beuth GmbH, 2003