Wilgotność Względna Otoczenia: Normy i Znaczenie dla Basenów i Pomieszczeń

Człowiek jest w stanie zaakceptować zmiany wilgotności względnej powietrza w stosunkowo szerokim zakresie. Oczywiście wilgotność w budynkach nie może być dowolna. Jednak odpowiedź na pytanie, jaka wartość wilgotności jest najbardziej wskazana, nie jest prosta.

Komfort termiczny jest obok jakości powietrza wewnętrznego, poziomu hałasu, czy wystroju wnętrza, istotnym elementem pozytywnego odbioru otaczającego środowiska. Z uwagi na stale wydłużający się czas spędzany, zarówno w życiu zawodowym, jak i pozazawodowym w pomieszczeniach, w których warunki środowiska są sztucznie kształtowane przez urządzenia klimatyzacyjne, niezbędne jest zaprojektowanie parametrów powietrza wewnętrznego w taki sposób, aby przebywanie w nich nie prowadziło do zaburzeń zdrowotnych.

Między człowiekiem a otoczeniem stale odbywa się przepływ energii cieplnej, którego kierunek zmienia się wraz ze zmianą temperatury ciała ludzkiego i warunków otoczenia, zwanych łącznie mikroklimatem. Warunki mikroklimatyczne kształtują się pod wpływem naturalnych czynników klimatycznych oraz w wyniku świadomej lub nieświadomej działalności człowieka.

Komfort cieplny - jest to taki zespół wartości parametrów meteorologicznych przy którym większość ludzi czuje się najlepiej i nie odczuwa ani ciepła ani chłodu. Głównym elementem, który powinien zapewnić człowiekowi komfort cieplny jest odzież, w różnych warunkach środowiska termicznego, oraz przy różnym wysiłku fizycznym. Ubiór wyraźnie zmienia możliwości termoregulacyjne organizmu.

Jako praktyczną miarę termoizolacyjności odzieży wprowadzono jednostkę „clo” , zakładając, że 1 clo równa się izolacyjności zwykłego ubioru, używanego w pomieszczeniach termo neutralnych przez osobę siedzącą w spoczynku. Dokładniejszą (bardziej poprawną) definicją jednostki clo jest równowartość insulacji potrzebnej do utrzymania średniej ważonej temperatury skóry człowieka na poziomie ok. 33°C podczas siedzenia w pomieszczeniu w temperaturze powietrza 21°C, wilgotności względnej poniżej 50 % i ruchu powietrza 0,1 m/s, u którego wysokość wytwarzana ciepła metabolicznego wynosi l met.

Przeczytaj także: Poradnik: walka z wilgocią w mieszkaniu

Metabolizm to strumień cieplny wytwarzany przez człowieka w procesach utleniania zachodzącego w jego ciele (ciepło metaboliczne), odniesiony do jednostki pola powierzchni ciała. Metabolizm który zmienia się z poziomem aktywności wyrażany jest w jednostkach „met” lub W/m2 (1 met = 58,2 W/m2). Wytwarzane przez człowieka ciepło metaboliczne odpowiada różnym rodzajom działania i pracy, Zależy od wykonywanej pracy, dla człowieka śpiącego M = 0,8 met a dla uprawiającego sport wyczynowy wartość może dochodzić do 10 met.

Bilans cieplny organizmu w obszarze komfortu cieplnego jest zrównoważony. Oddawanie ciepła odbywa się przez promieniowanie i konwekcją oraz pocenie niewyczuwalne i przez układ oddechowy. Człowiek jest organizmem stałocieplnym (temperatura wewnętrzna ciała wynosi około 37°C). Żeby zachować ten stan musi być zapewniona równowaga pomiędzy zyskami i stratami ciepła, czyli musi być zrównoważony bilans ciepła.

Człowiek zyskuje ciepło przede wszystkim z przemian metabolicznych oraz przez promieniowanie i konwekcję ze środowiska cieplejszego od średniej ważonej temperatury skóry. Traci ciepło drogą promieniowania i konwekcji do środowiska chłodniejszego niż średnia ważona temperatura skóry, również przez parowanie wody z dróg oddechowych jak i potu na powierzchni skóry. Jeżeli równowaga pomiędzy ciepłem wytwarzanym i ciepłem traconym zostanie zachwiana, ciało wtedy magazynuje lub ma niedobór ciepła, czego efektem jest zmiana temperatury ciała.

Pierwszą normą, w której uwzględniono parametry środowiska wewnętrznego, jakie powinny być zachowane w pomieszczeniach przeznaczonych do stałego przebywania ludzi była norma PN-78/B-03421. Przyjmuje się że dla danego człowieka istnieją dwa warunki komfortu cieplnego. Pierwszy zakłada, że kombinacja wartości temperatury skóry i głębokiej ciepłoty tj. temperatury ciała zapewni odczuwanie środowiska termicznego jako neutralnego.

Niespełnienie warunków komfortu termicznego może być spowodowane brakiem komfortu ze względu na ciepło lub zimno odczuwane przez całe ciało. W tym przypadku granice komfortu mogą być wyrażone wskaźnikami PMV i PPD. Jednakże, niespełnienie warunków komfortu termicznego może być również spowodowane niepożądanym miejscowym prze­grzaniem lub oziębieniem określonej części ciała.

Przeczytaj także: Wakacje w Bodrum

Wskaźnik PPD, tzn. Natomiast PMV jest wskaźnikiem, który przewiduje średnią ocenę dużej grupy osób określających swoje wrażenia cieplne w siedmiostopniowej skali ocen (tabela 3), możliwy do wyznaczenia, gdy zostanie oceniona aktywność. człowieka (wytwarzanie energii metabolicznej) i jego odzieży (oporność cieplna) i gdy zostaną zmierzone następujące parametry środowiska: temperatura powietrza, średnia temperatura promieniowania, względna prędkość przepływu powietrza i cząstkowe ciśnienie pary wodnej. Jest oparty na równowadze cieplnej ciała ludzkiego.

Wpływ Wilgotności Względnej na Zdrowie i Samopoczucie

Jak wynika z przeprowadzonych badań, niższa wilgotność powietrza w pomieszczeniach sprzyja lepszej ocenie przez użytkownika warunków panujących w pomieszczeniu [2]. Potwierdza się to szczególnie przy jednoczesnej stosunkowo niskiej temperaturze powietrza. Z kolei wilgotności względnej wyższej od 50% przypisuje się wzrost narażenia na grypę i przeziębienia, a także zwiększoną emisję VOC (Volatile Organic Compounds - lotne związki organiczne). Jeszcze wyższa wilgotność powietrza sprzyja rozwojowi grzybów pleśniowych oraz związanych z tym reakcji alergicznych i zatruć toksynami. Silnie zawilgocone środowisko wewnętrzne powoduje również wzrost występowania chorób reumatycznych [6].

Optymalny Zakres Wilgotności Względnej

Biorąc pod uwagę wszystkie z powyższych ograniczeń, zakres optymalny wilgotności względnej powietrza to przedział od 30 do 50% RH. Wartości niższe (wilgotność względna ok. 30% RH) należy uznać za bardziej właściwe dla okresu zimowego, a wyższe (wilgotność względna ok.

Normy Wilgotności Względnej

Szczegółowe wymagania dotyczące wilgotności powietrza wewnętrznego zawarto w wycofanej przez PKN normie PN-B-03421:1978 [3] oraz w przyjętej normie europejskiej PN-EN-15251:2012 [4]. Zgodnie z wycofaną normą (choć ciągle jeszcze popularną, używaną i co najważniejsze powołaną w warunkach technicznych) za optymalne wartości wilgotności względnej należy uznać przedział 40-60% RH, a za dopuszczalne do 30% RH w okresie zimy i do 70% RH latem.

Dla najwyższego poziomu oczekiwań (kategoria I) rekomendowana wartość w przypadku nawilżania to 30% RH, a w przypadku osuszania - 50% RH, dla kategorii II odpowiednio 25% RH i 60% RH, dla kategorii III odpowiednio 20% RH i 70% RH. W normie znajduje się również zapis zalecający ograniczenie zawartości wilgoci w powietrzu do 12,0 gH2O/kg (jest to tożsame z wytycznymi amerykańskimi - norma ASHRAE 55 2017 [1] nie precyzuje minimalnej wartość wilgotności, lecz jedynie ogranicza wartość maksymalną również do poziomu 12,0 gH2O/kg).

Przeczytaj także: Poradnik pomiaru wilgotności

Dodatkowo rozporządzenie [5] wymaga, aby wilgotność względna powietrza w pomieszczeniach przeznaczonych do pracy z monitorami ekranowymi nie była mniejsza niż 40% RH (bez względu na typ monitora). Zapis ten pochodzi jeszcze z lat 80. XX w.

Metody Regulacji Wilgotności

Nawilżanie Powietrza

Nawilżanie parowe wykorzystujące elektryczne wytwornice pary jest najpopularniejszym sposobem na wzrost wilgotności powietrza. Para wytworzona przez wytwornicę może być wprowadzana bezpośrednio do pomieszczenia (nawilżanie lokalne - miejscowe) lub wprowadzana lancą do kanału wentylacyjnego i dystrybuowana razem z powietrzem (nawilżanie centralne). Popularność elektrycznych wytwornic pary wynika z wygody stosowania i możliwości dokładnego regulowania wydatku pary. Do urządzenia należy doprowadzić jedynie wodę (w niektórych przypadkach zdemineralizowaną) oraz energię elektryczną. Należy także zapewnić bezproblemowe odprowadzanie niewykorzystanej wody.

Nawilżacze parowe montowane są zazwyczaj w głównych przewodach wentylacji nawiewnej za centralą wentylacyjno-klimatyzacyjną. Proces mieszania wygenerowanej pary wodnej i powietrza wymaga zapewnienia odpowiednio długiego, prostego odcinka przewodu wentylacyjnego za przekrojem, w którym doprowadzono parę. Elektryczne wytwornice pary mogą działać na dwa sposoby. Pierwszy z nich to odparowanie wody na skutek przepływu prądu między elektrodami umieszczonymi w cylindrze wypełnionym wodą. Regulacja wydajności wynika ze zmiany poziomu wody wypełniającej cylinder i jest możliwa tylko w ograniczonym zakresie. Drugi sposób wykorzystuje rezystancyjne elementy grzejne. Zmiana sposobu powstawania pary umożliwia dużo dokładniejszą regulację wilgotności powietrza (nawet do ±0,5% RH). W tym przypadku konieczne jest najczęściej zasilanie wodą zdemineralizowaną.

Podstawową wadą elektrycznych wytwornic pary jest wysoki koszt energii elektrycznej (wytwornica zasilana gazem ziemnym jest rodzajem kotła parowego i jest to rozwiązanie mało popularne, jeśli nawilżacz jest jedynym odbiornikiem pary). Zużycie energii elektrycznej można znacznie ograniczyć, stosując nawilżanie wodne. Energia elektryczna jest używana jedynie do rozpylenia wody do postaci drobnego aerozolu. Kropelki wody, odparowując, pobierają ciepło z powietrza, powodując obniżenie temperatury.

W przybliżeniu ilość ciepła jest dokładnie taka jak zapotrzebowanie na energię elektryczną wytwornicy pary, jednak w tym przypadku można wykorzystać ciepło niskotemperaturowe. Ciepło takie jest znacznie tańsze (ok. trzykrotnie), a także odpowiada blisko trzykrotnie mniejszej ilości energii pierwotnej niż energia elektryczna.

Nawilżanie wodne było technologią powszechnie stosowaną do lat 80. XX w. Odkrycie łatwo namnażającej się w wodzie termofilnej bakterii legionella pneumophila spowodowało gwałtowny spadek popularności tych systemów. We współczesnych konstrukcjach nawilżaczy wyposażonych w dysze atomizujące wodę lub połączenie dyszy i złóż zraszanych wyeliminowano obiegi wodne w układzie zamkniętym.

Osuszanie Powietrza

Najczęściej osuszanie powietrza realizowane jest łącznie z chłodzeniem (klimatyzacją) przez wykroplenie pary wodnej na powierzchni chłodzącej. Warunkiem koniecznym wystąpienia wykroplenia jest uzyskanie temperatury powierzchni wymiennika niższej od temperatury punktu rosy. Praca chłodnicy w trybie osuszania powoduje najczęściej nadmierne wychłodzenie powietrza. Konieczne jest wtedy wtórne podgrzanie powietrza nawiewanego, aby wprowadzone do pomieszczenia nie powodowało dyskomfortu użytkowników. Przyczynia się to do znacznego zapotrzebowania na energię zarówno chłodniczą, jak i cieplną.

Jeśli wymagania co do wilgotności nie są nazbyt rygorystyczne, to najczęściej można ze sterowania wilgotnością w okresie letnim zrezygnować. W pomieszczeniach specjalnych (magazyny, muzea, basen) można stosować osuszacze lokalne kondensacyjne (działające na podobnej do powyższej zasadzie) lub osuszacze absorpcyjne, w których wilgoć pochłaniana jest przez materiał osuszający (desykant). Materiał ten jest regenerowany przez drugi strumień powietrza o odpowiednio mniejszej wilgotności względnej (np.

Wilgotność w Halach Basenowych

Zamknięte przestrzenie i kryte baseny - to prawie zawsze pojawienie się skroplin na ścianach, oknach i suficie. Normalne wskaźniki względnej wilgotności powietrza wynoszą 55-60%. Im więcej wilgotności w powietrzu, tym trudniej oddychać.

Obecnie istnieją pewne wymagania i przepisy dotyczące charakterystyki mikroklimatu i normalnej wymiany powietrza w pomieszczeniach wykorzystywanych do wyposażenia basenów. Wybór osuszacza do basenu może być trudnym zadaniem, dlatego najlepiej zasięgnąć profesjonalnej pomocy.

Takie osuszacze wykorzystują różne techniki usuwania wilgoci z powietrza. Proces ten pozostawia kondensat w osuszaczu. Sprzęt może zebrać od 10 do 100 litrów wody, ale to zależy od wybranej marki i modelu. Proces ten zapobiega cyrkulacji dużej ilości zimnego powietrza w strefie basenu, co może stworzyć niewygodne i szkodliwe dla zdrowia środowisko.

Podczas doboru centrali basenowej trzeba wziąć pod uwagę specyficzne warunki, które zmieniają się nie tylko zgodnie z porami roku ale także w zależności od ilości osób na basenie i ich aktywności w czasie doby. Kluczowym parametrem są tutaj zyski wilgoci.

Z uwagi na specyfikę hal basenowych, wydatek w centralach klimatyzacyjnych jest określany często na podstawie zysków wilgoci. Duże zyski wilgoci powstają na wskutek odparowania wody z powierzchni basenu a także z mokrych nawierzchni podłóg.

Nawiew powietrza o odpowiednich parametrach ma na celu utrzymanie wilgotności względnej powietrza w pomieszczeniu krytej hali basenowej zgodnie ze standardami wymaganymi dla tego typu pomieszczeń. W przeciwnym wypadku zbyt duża wilgotność powietrza wpływa na dyskomfort osób przebywających na basenie oraz ma destrukcyjny wpływ na konstrukcję przegród budowlanych.

Wykraplająca się para wodna z powietrza może również powodować erozję i zapleśnienie przegród budowlanych. Nie ulega więc wątpliwości, że zyski wilgoci powinny być usunięte z pomieszczenia hali basenowej poprzez uzdatnione powietrze z centrali klimatyzacyjnej. Nowe hale basenowe cechują się dodatkowo znacznym przeszkleniem co powoduje duże zyski ciepła w okresie letnim oraz duże straty ciepła w okresie zimowym.

W basenach publicznych parametry powietrza wewnętrznego utrzymywane są zazwyczaj w zakresie 28°C/60%RH ÷ 30°C/55%RH, przy temperaturze wody niższej o 2÷4 stopni. Powyższe parametry powinny być przestrzegane gdyż są to optymalne wartości ze względu na odparowanie z lustra wody z niecki basenowej. W przypadku basenów leczniczych mogą być przyjmowane wyższe temperatury wody. Z tych względów wilgotność względna nie powinna przekraczać 65%, zaś wilgotność bezwzględna 14,3 g/kg p.s.

Centrale przeznaczone do klimatyzowania hal basenowych charakteryzują się specyficznym układem procesu uzdatniania powietrza klimatyzacyjnego a także z uwagi na duże zawartości chloru i wilgoci powinny cechować się wysoką odpornością na destrukcyjne działanie wody i związków chloru. Centrale basenowe, podobnie jak typowe centrale klimatyzacyjne, mają konstrukcję modułową, co umożliwia ich dowolną konfigurację zależnie od potrzeb danego obiektu.

Określanie Strumienia Powietrza Nawiewanego

Ilość powietrza nawiewanego określa się podobnie jak dla typowych central klimatyzacyjnych, tzn. dla najbardziej ekstremalnych warunków pracy centrali. Czyli określane są parametry powietrza nawiewanego i odczytywane są wartości zawartości wilgoci dla powietrza wewnętrznego oraz dla parametrów określających punkt nawiewu (z wykresu Molliera).

Jeśli centrala nawiewa świeże powietrze zewnętrzne możliwe jest odprowadzenie wilgoci z pomieszczenia, gdy wilgotność bezwzględna powietrza zewnętrznego jest niższa od zawartości wilgoci w powietrzu odpowiadającym docelowym parametrom powietrza w pomieszczeniu. W okresie letnim wilgotność powietrza zewnętrznego może wynosić 11-12 g/kg, natomiast w okresie zimowym spada do wartości 1-3 g/kg p.s.

VN = mw / (xw - xz) [m3/s]

gdzie:

  • mw - zyski wilgoci [g/s];
  • ρ - gęstość powietrza [kg/m3];
  • xw - zawartość wilgoci w powietrzu wewnętrznym [g/kg p.s.];
  • xz - zawartość wilgoci w powietrzu nawiewanym lub zewnętrznym dla okresu letniego [g/kg p.s.] (dla obliczeniowych parametrów powietrza w Polsce 300°C/45%RH → xz = 12 g/kg p.s.

Ilość powietrza nawiewanego niezbędnego do odprowadzenia zysków wilgoci w zimie jest znacznie niższa niż dla okresu letniego. Oznacza to, że centrala może pracować z dużym udziałem powietrza recyrkulacyjnego. Także w godzinach nocnych, gdy basen nie jest użytkowany zyski wilgoci są znacznie mniejsze, a wydajność centrali z pompą ciepła pracującej w układzie pełnej recyrkulacji wystarczająca do ich usunięcia.

Określanie Zysków Wilgoci

Wielkość zysków wilgoci jest uzależniona od wielkości basenu, intensywności jego użytkowania (liczby kąpiących się osób), temperatury wody oraz wilgotności i temperatury powietrza wewnętrznego. Istnieje wiele metod określania zysków wilgoci. W dalszej części przedstawiono dwie najczęściej spotykane. Pierwszą z nich jest metoda wg niemieckiej normy VDI 2089 w której zyski wilgoci kalkuluje się na podstawie:

mw = ε · F · (pw’- pw) · 10-3 [kg/h]

gdzie:

  • pw’ - ciśnienie nasycenia pary wodnej przy temperaturze wody [hPa];
  • pw - ciśnienie cząstkowe pary wodnej odpowiadające parametrom powietrza zewnętrznego [hPa];
  • F - powierzchnia lustra wody [m2];
  • ε - współczynnik empiryczny: ε = 5 - spokojna powierzchnia, ε = 10 - baseny prywatne, ε = 20 - baseny publiczne, ε = 28 - duże baseny rekreacyjne, ε = 30 - sztuczna fala.

Drugą z wymienionych metod stanowi formuła proponowana przez poradnik Recknagel:

mw = σ · F · (x” - xw) · 10-3 [kg/h]

gdzie:

  • x” - zawartość wilgoci w powietrzu nasyconym o temperaturze wody [g/kg p.s.];
  • xw - zawartość wilgoci w powietrzu wewnętrznym [g/kg p.s.];
  • F - powierzchnia lustra wody [m2];
  • σ - współczynnik odparowania [kg/(m2h)]: σ = 10 - baseny prywatne, spokojna powierzchnia, σ = 20 - baseny ogólnego przeznaczenia, σ = 30 - baseny ze sztuczną falą.

Centrala basenowa z recyrkulacją typu R Centrala basenowa z recyrkulacją i wymiennikiem płytowo-krzyżowym typu R-WKRCentrala basenowa z recyrkulacją i rurką ciepła typu R-WROCentrala basenowa z pompą ciepła i wymiennikiem płytowo-krzyżowym typu R-WKR-HP

Urządzenie to ma trzy stopnie odzysku ciepła. W większości przypadków moc grzewcza centrali jest wystarczająca do pokrycia strat ciepłą obiektu, dzięki czemu stosowanie innego rodzaju ogrzewania nie jest wymagane. Elementy składowe centrali to: rekuperacyjny krzyżowy wymiennik ciepła, pompa ciepła, przepustnice recyrkulacyjne, wentylator nawiewny i wyciągowy, nagrzewnica wodna oraz filtry kieszeniowe klasy G4. Opcjonalnie urządzenie może być wyposażone w dwubiegowy wentylator nawiewny i dodatkowy wymiennik odzysku ciepła skraplania wykorzystywany do podgrzewania wody basenowej lub na potrzeby c.w.u.

Tryby Pracy Centrali Basenowej

Ogrzewanie w zimie w okresie nocnym. Pełna recyrkulacja W godzinach, gdy basen nie jest użytkowany a dopuszczalna wilgotność powietrza wewnętrznego nie jest przekroczona, pracuje tylko wentylator nawiewny i nagrzewnica wodna, która podgrzewa powietrze utrzymując zadaną temperaturę. W razie zastosowania silnika 2-biegowego wentylator może pracować z obniżoną wydajnością. Jeśli zadana temperatura zostanie przekroczona istnieje możliwość wyłączenia wentylatora.

Osuszanie w okresie nocnym. Pełna recyrkulacja Jeśli dopuszczalna wilgotność powietrza wewnętrznego zostanie przekroczona uruchamiana jest pompa ciepła i wentylator wyciągowy. Część powietrza przepływa przez wymiennik krzyżowy, gdzie jest wstępnie ochładzana, a następnie przez parownik, w którym jest ochładzana i osuszana. Osuszone powietrze przepływa ponownie przez wymiennik, gdzie jest wstępnie ogrzewane, miesza się z powietrzem wywiewanym, a następnie jest podgrzewane w skraplaczu. Przepustnice mieszające utrzymują optymalny przepływ powietrza przez parowacz w celu zapewnienia maksymalnego osuszania.

Praca w okresie zimowym i przejściowym w czasie użytkowania basenu Zadana wilgotność powietrza wewnętrznego jest utrzymywana poprzez regulację ilości powietrza zewnętrznego. Minimalny udział powietrza zewnętrznego wynika z wymogów higienicznych. Ciepło z powietrza usuwanego odzyskiwane jest w wymienniku krzyżowym. Powietrze po wstępnym podgrzaniu w wymienniku kolejno podgrzewane jest w skraplaczu ciepłem odebranym w parowaczu i powiększonym o moc napędową sprężarki. Jeśli temperatura powietrza za skraplaczem jest zbyt niska od zadanej uruchamiana jest nagrzewnica wodna. Jeśli temperatura powietrza zewnętrznego jest wyższa, pompa ciepła jest wyłączana lub ciepło skraplania jest wykorzystywane do podgrzewania wody basenowej bądź c.w.u. (w przypadku zastosowania wymiennika odzysku ciepła skraplania).

Praca w okresie letnim w czasie użytkowania basenu W okresie tym centrala najczęściej pracuje tylko na powietrzu zewnętrznym a pompa ciepła i nagrzewnica są wyłączone. Jeśli temperatura nawiewu jest za wysoka, część bądź całość powietrza zewnętrznego przepływa przez by-pass wymiennika krzyżowego. Jeśli centrala jest wyposażona w dodatkowy wymiennik odzysku ciepła skraplania istnieje możliwość uruchomienia pompy ciepła i podgrzewania wody basenowej lub c.w.u. za pomocą ciepła skraplania czynnika chłodniczego krążącego w pompie ciepła.

Parametry określające punkt powietrza nawiewanego nakreślony na wykresie „h-x” powietrza wilgotnego są uzależnione od przyjętego systemu klimatyzacyjnego, charakterystyki cieplno-wilgotnościowej klimatyzowanego pomieszczenia (budynku), lokalizacji elementów nawiewnych, itp.

Tabela 1. Zalecane zakresy wilgotności względnej.

tags: #wilgotność #względna #otoczenia #RH #baseny #normy

Popularne posty: