Климатические системы для бассейнов

Вода - колыбель жизни. Эту банальную фразу вспоминает, наверное, каждый, окунаясь в прохладную воду бассейна жарким летним днем. А зимой, когда прозрачный купол бассейна укутан снегом, в нем можно представить себя хотя бы на 45 стандартных минут в летнем пруду или море. Водные виды спорта тоже остаются популярными - родители с удовольствием отдают своих детей в секцию плавания, мальчишки сражаются в водное поло, девочки выполняют искусные пируэты синхронного плавания. А вечеринки "у бассейна"? В последние годы этот вариант отдыха, знакомый прежде только по западным фильмам, пользуется популярностью и в нашей стране.

Казалось бы, нет ничего сложного: построил бассейн и пользуйся всеми этими восхитительными радостями жизни. Но на самом деле понимающие люди знают, что все зависит только от проектировщиков. А центральным элементом конструкции любого бассейна, будь то огромный спортивный комплекс или небольшое частное пространство для отдыха на воде, является система кондиционирования воздуха. И именно от того, грамотно ли она продумана проектировщиками, зависит долговечность сооружения, его эргономичность и прочие полезные качества.

Главная головная боль для любого проектировщика водного пространства - повышенная влажность. Для спортивных бассейнов наилучшая температура воздуха - 27-28°С или немного ниже. Это обусловлено рекомендациями врачей поддерживать температуру воздуха примерно на 1°С выше температуры воды. Испарения с водной поверхности минимальны, а плавающим удобно и комфортно.

Однако многие владельцы бассейнов хотят использовать их не только для спорта и фитнеса, но и для проведения различных вечеринок. В таком случае необходимо поддерживать в бассейне нормальную для жилых помещений комфортную температуру. Задача проектировщика - убедить их не делать этого. При высокой температуре воды возникнет большая положительная разница температур воды и воздуха, в результате чего резко возрастет интенсивность испарения с поверхности бассейна. Совместить наиболее комфортные значения температуры воздуха и воды можно только с помощью правильного подбора оборудования, обеспечивающего снижение влажности воздуха до необходимого уровня.

Что же делать с влажностью?

Для поддержания комфортных условий и разумного уровня испарения воды влажность в помещении бассейна должна составлять 50-60%. В таком случае при температуре воздуха 28-30°С температура точки росы находится между 16°С и 21°С (График 1). Это значительно выше, чем в обычных кондиционируемых помещениях, где температура воздуха поддерживается на уровне 24°С, влажность составляет 50%, и точка росы находится на уровне 13°С. В закрытых бассейнах абсолютное влагосодержание воздуха может на 3/4 превышать влагосодержание в обычных кондиционируемых помещениях. Проектировщик должен учесть это и принять меры для уменьшения конденсации влаги на поверхностях ограждающих конструкций.

Ситуация еще больше осложняется тем, что тепло и влажность не исчезают, когда из бассейна уходят люди. Нельзя же просто "выключить" бассейн на ночь. Конечно, если в нерабочие часы использовать покрытия поверхности воды, можно значительно снизить количество испаряемой влаги. Но эти устройства редко используются продолжительное время, несмотря на лучшие намерения проектировщиков, производителей и операторов бассейнов.

Как справиться проектировщику с такой сложной ситуацией?

Постоянное образование влаги (24 часа в сутки 7 дней в неделю) снижается в то время, когда в бассейне никого нет. Хотя в пустом бассейне влаги образуется на 25-35% меньше, чем в заполненном людьми, нагрузка на оборудование, предназначенное для снижения влажности, все равно сохраняется. В бассейне нельзя уменьшать температуру ночью, потому что пониженная температура воздуха только увеличивает испарение с поверхности бассейна. Проектировщики и владельцы должны понимать, что в бассейне никогда нельзя отключать климатическое оборудование.

Постоянная циркуляция воздуха должна поддерживаться 24 часа в сутки. В обычном бассейне достаточно выключить осушитель воздуха всего на 20-30 минут, чтобы относительная влажность возросла до 80-85%. Чтобы снизить энергозатраты, когда бассейн пустует, можно прекратить подачу свежего воздуха и осуществлять снижение влажности в режиме рециркуляции. Однако можно использовать и наружный воздух, если это позволяет местный климат и погода.

Чем дышать?

Кроме поддержания стабильного уровня влажности, проектировщик обязан думать и о качестве воздуха. Ведь в воду бассейна добавляются химикаты в целях обеспечения санитарно-гигиенических требований путем нейтрализации различных органических веществ и микроорганизмов, которые остаются от пловцов. Эти химикаты могут вызывать загрязнение воздуха, а оно, в свою очередь, может способствовать различным раздражениям у пловцов. Поэтому для поддержания в бассейне нормальных условий нужна вентиляция, обеспечивающая ассимиляцию химических выделений с поверхности воды, помимо обычных метаболических выделений человека.

Для обеспечения приемлемого качества воздуха в помещении раздел ANSI/ASHRAE 62.1-2004, "Вентиляция для обеспечения приемлемого качества воздуха в помещении", рекомендует коэффициент вентиляции 2,4 л/сек на 1 м2 площади бассейна, включая площадь пола. Из-за повышенной температуры и влажности в бассейне это увеличивает нагрузку на отопительное оборудование и в определенных обстоятельствах на осушитель воздуха. Если в бассейне поддерживается температура воздуха 29°С, любой нагнетаемый внешний воздух с температурой меньше 29°С снижает температуру воздуха в бассейне, тем самым увеличивая нагрузку на отопительное оборудование, причем тем сильнее, чем холоднее снаружи. При этом, однако, если температура точки росы у наружного воздуха ниже, чем у воздуха в бассейне, это помогает снизить влажность. Если же температура точки росы наружного воздуха выше, приток наружного воздуха увеличивает нагрузку на осушитель.

Куда подавать воздух?

Согласно рекомендациям 2003 ASHRAE Handbook - HVAC Applications, ст. 4.6-4.8, оптимальная кратность воздухообмена составляет от четырех до восьми. Такой широкий диапазон рекомендуемых значений обусловлен различиями интенсивности использования бассейна, его посещаемости и типа установленного оборудования. Личный опыт авторов показывает, что используемая схема воздухораспределения важнее, чем кратность воздухообмена. Есть системы, которые обеспечивают трехкратный воздухообмен и при этом прекрасно работают.

На первый взгляд, проще забирать больше воздуха снаружи, чем проектировать эффективные системы воздухораспределения. Но этот путь чреват большими затратами для владельца бассейна: ему придется постоянно платить за излишний расход энергии.

Очень важно, чтобы кондиционированный воздух поступал именно туда, где он действительно нужен, а не шел, куда хочет (нарисованные на стенах стрелки вряд ли помогут). Определить, куда необходимо подавать воздух, вовсе не высшая математика: очевидные места - это зрители и поверхности, которые надо охладить. Над поверхностью воды тоже необходимо иметь ограниченную подвижность воздуха.

Основная задача проектирования системы воздухораспределения - достичь эффективного снижения влажности и приемлемого качества воздуха в бассейне. Простое увеличение расхода воздуха через оборудование для снижения влажности не сможет решить проблему конденсации и образования застойных зон, в которых будет скапливаться "плохой" воздух. В бассейне из-за высокой температуры точки росы есть много мест, где требуется создание достаточных воздушных потоков для поддержания качества воздуха или для предотвращения образования конденсата.

Вот некоторые соображения, позволяющие обеспечить правильное воздухораспределение в бассейне:

Поверхность воды. Поток воздуха над поверхностью воды должен быть сведен к минимуму, чтобы избежать избыточной его подвижности в зоне плавания. Кроме того, это позволяет уменьшить испарение, которое усиливается с увеличением скорости воздуха. При этом скорость воздушного потока не должна быть нулевой: если над поверхностью воды не будет слабого, но стабильного потока воздуха, различные выделяющиеся из воды газы станут накапливаться над поверхностью. Из-за этого у купающихся может возникнуть раздражение глаз и проблемы с дыханием. Жалобы на некомфортные условия в воде часто вызваны именно плохим воздухораспределением и тем, что хлорамины не удаляются с поверхности бассейна.

Обычно в подобных проблемах винят проектировщика оборудования для снижения влажности, однако он не отвечает за разработку системы воздухораспределения.

Формированию необходимого потока над водой может помешать расположение приточных отверстий на большой высоте (4,5-9м), помочь же может продуманное расположение вытяжных отверстий.

Приточные и вытяжные отверстия. Обычно в бассейнах потолки выше, чем в офисных помещениях. Расположенные под потолком приточные диффузоры часто не справляются с подачей потока вниз, к воде и полу. Чтобы избежать сложной корректировки направления, часто подачу воздуха осуществляют на уровне пола (при этом потоком "накрываются" наиболее холодные поверхности). Эта схема особенно часто применяется там, где из-за холодного климата требуется обогрев. Но где бы ни были расположены приточные диффузоры, нужно позаботиться о воздушных решетках для направления потока на нужные поверхности.

На первый взгляд, самое простое решение - расположить вытяжные отверстия на том же уровне, что и приточные. Эта ошибка ведет к тому, что когда приточный воздух попадает в воздухозаборник, не смешавшись с воздухом кондиционируемого помещения, возникает короткое замыкание воздушных потоков. Это может произойти само собой, если приточные и вытяжные отверстия неправильно расположены и поток из приточных диффузоров неправильно распределяется.

К неправильному расположению часто добавляется недостаточный размер вытяжных решеток. Дело в том, что они шумят и неприглядно выглядят, поэтому их, естественно, стараются сделать поменьше, а то и просто убрать с глаз долой. Это ни к чему не приводит: через маленькие вытяжные отверстия воздух движется с большей скоростью, и шум становится только сильнее, а неприятным побочным эффектом становится образование застойных зон. Между тем правильно подобранные размеры могут практически уничтожить этот шум и уменьшить потерю статического давления в воздуховодах. Если как следует просчитать проект, то без труда можно найти достаточное количество мест для размещения вытяжных решеток "правильного" размера.

В теплом джакузи или детском бассейне вытяжная решетка должна располагаться рядом с водой, чтобы уменьшить влияние повышенного испарения. Нельзя ограничиваться только этим, допуская ошибки в определении потребной производительности системы снижения влажности, подавая в нее более влажный воздух, чем в среднем по бассейну. Иногда в таких зонах стоит использовать дополнительный вытяжной вентилятор.

Трибуны для зрителей

Зрители в бассейне хотят ощущать себя комфортно. Они жаждут прохлады - и для них не важно, что в зоне для плавания и зоне для зрителей не может поддерживаться разная температура без разделительного барьера. Чтобы создать дополнительный воздушный поток в зрительской зоне при большом наплыве народа, необходимо установить вспомогательное оборудование. Особое внимание здесь следует уделить выбору мест установки приточных диффузоров. К примеру, можно направить поток сухого воздуха непосредственно на зрителей, установив вытяжные решетки сзади трибун.

Раздевалки

Раздевалки не следует подключать к системе снижения влажности бассейна. Для них нужны собственные системы притока и вытяжки воздуха. С осторожностью надо относиться к открытым проемам: разрежение в раздевалке провоцирует приток насыщенного хлораминами воздуха из бассейна, что приводит к неблагоприятной санитарно-гигиенической обстановке в раздевалке и коррозии установленного в ней оборудования. Эта проблема может быть решена посредством установки герметичных дверей между бассейном и раздевалками.

Распределение давления

Чтобы предотвратить перетекание повышенной влажности и запаха хлораминов из бассейна в другие помещения, в бассейне необходимо поддерживать разрежение по отношению к прилегающим помещениям и внешней атмосфере. Это не так просто, как кажется. К бассейну примыкает много помещений - раздевалки, холлы, вестибюли и так далее. Кроме того, условия могут значительно меняться в зависимости от количества людей, присутствующих в бассейне. Очевидно одно: давление в помещении бассейна должно быть скоординировано со смежными зонами, где имеется своя вытяжка воздуха, например с теми же раздевалками.

Но главное - не перестараться с понижением давления. Двери будут открываться с трудом: у них большая площадь, и достаточно незначительной разницы давлений, чтобы создать затруднения. Щели могут начать издавать свистящий звук, а попадание воздуха из раздевалок может создать проблемы с запахом. Холодный воздух, просачивающийся через щели в дверях, может вызвать образование измороси на внутренних поверхностях дверей даже при температуре воздуха в бассейне 28°С.

Воздуховоды

Правильное распределение воздуха во многом зависит от качества монтажа воздуховодов, которые следует устанавливать так, чтобы в них не образовывался конденсат. Все стыки приточных и вытяжных воздуховодов должны быть плотно герметизированы, включая их соединения с приточными решетками, вентиляторами, вытяжными решетками. Особое внимание следует уделить вытяжным воздуховодам, работающим под разрежением. Когда в них появляются щели, туда засасывается воздух из некондиционируемых помещений, в результате чего образуется конденсат, и нарушается нормальная работа оборудования для снижения влажности. Если воздуховоды проложены снаружи кондиционируемого помещения, они должны быть помещены в теплоизоляцию. Воздуховоды для бассейнов изготавливаются из материалов, стойких к коррозии, вызываемой хлоридами, а места их соединения в обязательном порядке должны быть загерметизированы, обернуты и покрыты мастикой.

Вода, везде вода

При определении климатических условий в типовом бассейне прежде всего исходят из комфорта для купающихся, то есть из температуры воды и температуры воздуха, которые и определяют интенсивность испарения.

Созданное Уиллисом Карриером более 70 лет назад и используемое до сих пор уравнение для расчета интенсивности испарений не всегда корректно. Лучше отражает различные условия бассейнов модифицированное уравнение (1), предлагаемое 2003 ASHRAE Handbook - HVAC Applications (ст. 4.6).

p = 0,1A(p - pa)Fa.(1),

где:

p - .интенсивность испарения воды в унциях в час,
А - .площадь поверхности ванны бассейна в квадратных футах,
p - .давление насыщенного пара при температуре поверхности воды в дюймах ртутного столба,
pa - .давление насыщенного пара при температуре точки росы, в тех же единицах,
Fa - .фактор активности.

2003 ASHRAE Handbook (ст. 4.6) приводит таблицу значений фактора для различных типов бассейнов. Таблица эта не отражает все варианты активности в бассейне и поэтому в настоящее время Технический комитет 8.10 по оборудованию для снижения влажности и тепловым насосам ASHRAE ведет работу, имеющую своей целью обновление существующей информации.

Повышение температуры воды в бассейне до температуры воздуха (всего на 1°С) может увеличить уровень испарения на 15-20%. Снижение относительной влажности воздуха в бассейне на 10% может увеличить уровень испарения больше чем на 30%. Поэтому важно знать, как будет использоваться бассейн и какие желательны параметры по воздуху и воде.

Коэффициенты вентиляции (расход свежего воздуха на единицу общей площади бассейна), рекомендуемые Стандартом 62.1-2004 для поддержания приемлемого качества воздуха, могут вызвать летом значительное повышение нагрузок по фактору влажности. Однако, как уже говорилось, вентиляция может помочь снизить влажность, если температура точки росы атмосферного воздуха опускается ниже, чем у воздуха в бассейне. При выборе оборудования для снижения влажности необходимо исходить из максимально возможной влажности, хотя свежий воздух с максимальной влажностью может поступать достаточно редко.

Конечно, снизить интенсивность испарения могут покрытия поверхности воды, но только в том случае, если они действительно покрывают бассейн - эффект от их применения снижается при увеличении часов работы бассейна. Бывает и так, что персонал забывает установить их. Общественные бассейны часто имеют многочасовой режим работы, и часть нерабочего времени используется для очистки воды суперхлорированием, что еще больше сокращает время, когда вода покрыта. Весьма вероятно, что покрытие бассейна не будет использоваться регулярно, если только оно не автоматическое. В любом случае в рабочее время поверхность воды не покрыта, и проектировщик должен исходить из этого.

Все эти факторы приводят к неопределенности, сколько влаги необходимо удалять из бассейна, так как при крайне высоких нагрузках микроклимат в -бассейне контролировать будет невозможно, что особенно критично для больших часто используемых бассейнов.

Куда уходит вода?

Водяной пар, содержащийся в воздухе, переходит в жидкую фазу, когда воздух охлаждается ниже температуры точки росы. Влага конденсируется и выпадает в виде капель. Этот конденсат может повредить дерево, бумагу, способствовать ускорению отслаивания краски и появлению ржавчины. В закрытых бассейнах хлорамины (вторичные продукты, образуемые химикатами, которые применяются для санитарной обработки воды) вместе с влагой воздуха, конденсирующейся на холодных поверхностях, образуют хлоридные растворы, вызывающие коррозию большинства металлов, в том числе некоторых сортов нержавеющей стали.

Если вопросу снижения влажности не уделяется серьезное внимание при проектировании и строительстве бассейна, внутри помещения образуется излишний конденсат, который вызывает в том числе провисание потолка, намокание теплоизоляции, образование грибка и плесени, разрушение кладки, коррозию и даже разрушение строительных конструкций.

Холодные поверхности

Если какая-нибудь поверхность охлаждается до температуры ниже точки росы окружающего воздуха, на ней начинается конденсация влаги. К потенциально холодным поверхностям можно отнести северные наружные стены, окна, рамы окон и дверей и световые люки. Окна с одиночным остеклением, металлические оконные и дверные коробки, крепежные элементы крыши создают тепловые мостики между холодным воздухом снаружи и влажным воздухом внутри. Хорошо, что большинство проектировщиков понимают, как важно установить теплые окна. Даже двойного остекления может оказаться недостаточно - ведь температура снаружи может быть очень высокой или, напротив, очень низкой. К сожалению, в некоторых проектах не предусматривается установка рам с тепловыми барьерами. Мы встречали много сооружений, где сами окна были чистыми, а вот рамы покрыты влагой.

Другая распространенная ошибка - когда архитектор устанавливает над окнами и дверями стальные конструкции, которые проходят через стену, но при этом не имеют тепловых барьеров.

У большинства бассейнов есть хотя бы один аварийный выход - и здесь также должен быть тепловой барьер. Другие места, о которых обычно забывают, - дверные пороги и замки. Авторам доводилось видеть сооружения, двери которых были, казалось бы, облиты из шланга, а дверные рамы покрыты изнутри льдом.

На остекленных проемах бассейна, выходящих во внутренние помещения здания, также может конденсироваться влага, особенно если на них снаружи попадает поток воздуха от кондиционера. Здесь опять же, как минимум, следует использовать двойное остекление.

Световые люки - это то же самое, что и окна, только располагаются они в более неблагоприятных с точки зрения наличия конденсата местах. Теплый влажный воздух поднимается вверх, где воздушный поток под потолком обычно очень слаб. Поэтому уровень влажности около светового люка будет выше, чем где-либо еще. В некоторых сооружениях для обеспечения естественной вентиляции устанавливают открывающиеся световые люки или подвижные потолки. С одной стороны, это в определенной степени решает вопрос конденсата, но с другой - их сложнее герметизировать, а на многих из них применяются механизмы с недостаточной теплоизоляцией.

Вообще говоря, любые световые люки - не очень хорошая идея для бассейна. Если их решили использовать, то проектировщик климатических систем должен быть привлечен к разработке архитектурной части проекта на ранней стадии, чтобы обеспечить нормальный воздухообмен. Он обязан предусмотреть установку дополнительного оборудования, чтобы поддерживать необходимую циркуляцию воздуха у поверхности, и предусмотреть возможность блокировки оборудования снижения влажности при открытии люков - в целях энергосбережения.

Пароизоляция

Бассейны следует строить настолько паронепроницаемыми, насколько это возможно. При этом пароизоляцию нужно укладывать непосредственно за внутренним покрытием стен. Тогда влажный воздух и пар будут задерживаться внутри бассейна, а не проходить в более холодные пористые стены. Все стыки пароизолятора должны быть герметизированы, простого перекрытия недостаточно. Пароизолятор, в свою очередь, тоже должен быть герметично прикреплен к потолку и половым панелям, чтобы влажный воздух не проходил через стыки в стены и потолок. Все стыки вокруг электрических выключателей и розеток должны быть герметизированы для предотвращения проникновения влаги. Важна неразрывность пароизоляции.

Точка росы

Ключевым параметром является температура точки росы. Так как температура точки росы воздуха в бассейне высока, будучи обусловлена спецификой данного сооружения, это должно учитываться при проектировании всех элементов здания. Согласно рекомендациям, самая холодная поверхность должна иметь температуру хотя бы на 3°С выше температуры точки росы воздуха в бассейне (2003 ASHRAE Handbook, ст. 4.6-4.8). Однако в зимний день не так просто поддерживать температуру всех поверхностей на уровне 21-24°С. Здесь важную роль может сыграть схема воздухораспределения, о чем мы уже говорили.

Осушение воздуха

В большинстве случаев в Северной Америке для обеззараживания воды применяется хлорирование, что негативно сказывается на работе установленного внутри бассейнов технологического оборудования.

Так, для продления срока службы осушителей воздуха проектировщикам приходится принимать дополнительные меры по их защите, используя специальные материалы для покрытия внутренних металлических частей. Также важно обеспечить антикоррозионную защиту электрических и охлаждающих элементов.

С учетом сказанного владельцам бассейнов следует иметь в виду, что устанавливать обычные кондиционеры в бассейнах нецелесообразно и следует обратить внимание на более дорогое, но и более функциональное в данном случае специализированное оборудование.

Осушители воздуха для бассейнов отличаются от стандартных кондиционеров. Они разрабатываются для удаления значительно большего количества влаги из воздуха. Фактор сухого тепла (Sensible Heat Ratio, SHR), определяемый соотношением производительности по явному и скрытому теплу, у осушителей воздуха составляет порядка 0,5-0,6, существенно отличаясь от фактора сухого тепла стандартных кондиционеров, доходящего до 0,8. Затраты на единицу объема обрабатываемого воздуха у этого оборудования выше. При этом у осушителей воздуха хладопроизводительность по явному теплу значительно ниже, чем у стандартных кондиционеров, что серьезно влияет на габариты оборудования.

С учетом того, что климатическое оборудование бассейнов работает в тяжелых атмосферных условиях по 24 часа в сутки семь дней в неделю, оно нуждается в регулярном и профессиональном техническом обслуживании. Сервис может быть упрощен за счет установки современных блоков с непосредственным приводом вентиляторов и фазово-частотным управлением скорости приводов. Тем не менее и в этом случае регулярная проверка состояния осушителя воздуха необходима, поэтому проектировщик должен обеспечить легкий доступ обслуживающего персонала к климатическому оборудованию.

В ряде случаев для поддержания необходимой степени разрежения внутри помещении устанавливаются отдельные вентиляционные установки, использующие наружный воздух.

Конфигурация с приточным и вытяжным вентиляторами. Внутри агрегата имеются два вентилятора. Вытяжной вентилятор служит для обеспечения отрицательного статического напора в вытяжном воздуховоде, а приточный вентилятор создает положительный статический напор в приточном воздуховоде. Разрежение в помещении может легко обеспечиваться изменением скорости вращения вытяжного вентилятора, приточного вентилятора или обоих сразу. Смесительная секция с тремя клапанами позволяет под