Swimming pool indoor climate systems

Abstract

Analysis of a year-round operation of microclimate systems in swimming-pool rooms is given fundamental circuit arrangement of such systems has been developed. Standard types and sizes of air conditioners used in this circuit and produced by Russian industry are given.

Full Text

Помещения плавательных бассейнов используют, как правило, круглый год. Температура воды в бассейне в холодный период года не должна опускаться ниже 25 °C, а летом увеличивается до 27 °C. Температура воздуха поддерживается на 1...2 °C выше температуры воды при относительной влажности 50—60 %.

Наличие открытой поверхности воды обусловливает поступление в воздух помещений большого количества водяных паров.

Количество испаряющихся с поверхности ванны бассейна водяных паров может быть вычислено по опытной формуле, полученной финскими специалистами применительно к особенностям функционирования плавательных бассейнов:

W=A Fδ(d_w-d_B)/100

где А — опытный коэффициент; F— площадь поверхности водяной ванны, м2; коэффициент испарения, кг/(м2 *ч) на 1 кг влаги; d_w влагосодержание соответственно насыщенного воздуха и воздуха в зоне на хождения людей, г/кг.

Опытный коэффициент А учитывает интенсификацию испарения с поверхности волы площадью (из-за изменения условий протекания процессов испарения при наличии купающихся) по сравнению с испарением со спокойной поверхности воды. Поданным финских специалистов, для оздорови тельных плавательных бассейнов коэффициент.

Площадь F поверхности спокойной глади воды в бассейне определяется размерами водяной ванны. Коэффициент испарения о и [кг/(м3 • ч) на 1 кг влаги] вычисляют по опыт ной формуле [1] а 1к = 2 5 + I9v, (2) где V — скорость движения воздуха, м/с.

Влагосодержание насыщенного воздуха dw при температуре поверхности воды, находят по диаграмме (рис. 1) или вычисляют по известным формулам. Влагосодержание воздуха( в зоне нахождения людей находят по диаграмме при заданных параметрах воздуха — температуре и относительной влажности или вычисляют по известным формулам [1].

Скорость движения воздуха г (м/с) над поверхностью воды зависит от схемы организации воздухообмена в помещении. По условиям теплового комфорта для обнаженных людей скорость воздуха в зоне их нахождения в бассейне не должна превышать 0 ,1 м/с.

Примем площадь водной поверхности бассейна F = 25*8 = 200 м2, температуру воды летом tи, = 27 °C и параметры воздуха в зоне нахождения людей tв = 28 °C и <рв = 60 %.

По формуле (2) вычисляем коэффициент испарения кг/(м 2 *ч) на I кг влаги]: о,к = 25 + 19*0,1 =26,9.

Pиc. 1. Построение на i, d-диаграмме режима работы приточно-вытяжной системы в расчетных условиях теплого периода года в климате Москвы. Обозначение режимов: Н-В-У — поглощение влаговыделений приточным воздухом по высоте помещения плавательного бассейна; Н-Н — нагрев приточного наружного воздуха в утренние и вечерние часы теплого периода года

На диаграмме (см. рис. 1) находим dn = 23 г/кг (точка ИО и du = 14,4 г/кг (точка В).

По формуле (1) вычисляем количество испаряющейся влаги при использовании бассейна для оздоровительного плавания: 1¥1К = 1 , 5 * 200*26,9* (23 -1 4 , 4)/1000 = 69,4 кг/ч.

На испарение воды затрачивается тепло та, которая поступает из воздуха при наличии градиента температур (/R — tw) в сторону воды, а также теплота, отдаваемая горячей водой в водо-водяном нагревателе. Горячая вода поступает при насосной циркуляции от источника теплоснабжения. Поток теплоты, затрачиваемой на испарение воды (кДж/ч), вычисляют по формуле

Q = W г. (3)

Скрытую теплоту парообразования г (кДж/кг) при температуре воды tw находят по формуле г = 2500 — 4.2/и,. (4) Для рассматриваемого случая по формуле (4) получим г = 2500 4,2 • 27 = 2387 кДж/кг.

Тогда = 69,4 • 2387 = 165 658 кДж/ч, или 165 658/3,6 = 46016 Вт. (5) Если помещение плавательного бассейна имеет значительную площадь поверхности остекления в наружных ограждениях, то проникающая через неё солнечной радиации затрачивается на нагрев строительных конструкций и зеркала воды. Использование проникающей в помещение бассейна солнечной радиации в целях нагрева зеркала воды в плавательной ванне позволяет сократить затраты теплоты от источников теплоснабжения, требуемые для поддержания температуры воды в ванне tи = 27 °C.

В холодный период года необходимо предотвратить большие теплопотери через значительные поверхности остекления в наружных ограждениях. Для этой цели конструкция остекления должна иметь повышенное термическое сопротивление теплопередаче, обусловленной наличием градиента температур внутреннего и наружного воздуха, но сохранять способность пропускать в помещение теплоту солнечной радиации, которая будет способствовать поддержанию температуры поверхности воды в плавательной ванне на требуемом уровне = 25...27 °C.

На рис. 1 представлено построение на диаграмме расчетного режима работы системы микроклимата в помещении плавательного бассейна в теплый период года в климате Москвы. Для удаления из помещения испаряющихся водяных паров используется наружный воздух с параметра ми Б [3]: tн - 28,5 °C. tн — 54 кДж /кг (точка II). В зоне плавания поддерживаются параметры точки В: гк = 28 °C и <рв = 60 % при tв = 64 кДж/кг.

В целях увеличения поглотительной способности приточного воздуха по восприятию влаговыделений рационально подавать приточный воздух с малыми скоростями непосредственно в зону нахождения людей, а удалять воздух из верхней зоны под потолком помещения. Влажный воз дух легче сухого. Поэтому в режиме поступления в зону нахождения людей при точного воздуха и поглощения им испаряющихся водяных паров образуется более насыщенный влагой воздух, который будет подниматься под перекрытие, где влагосодержание d становится выше, чем dn.

Для нахождения влагосодержания r (г/кг) удаляемого воздуха при расходе £, можно использовать формулу 4 = dn-ад - dt, (6) где dn, dn — влагосодержание соответственно внутреннего и приточного воздуха, г/кг.

Показатель Kd называется коэффициентом эффективности организации воздухообмена. Для рекомендуемой схемы притока воздуха в зону нахождения людей и вытяжки под потолком этот показатель может быть принят равным Kt = 1,6. Вычислим по фор муле (6) возможное влагосодержание удаляемого воздуха для рассматриваемого примера: rf = 10+ 1 ,6 (1 4 ,4 -1 0 )= 17 г/кг.

Рис. 2. Построение на i, d-диаграмме режима работы приточно-вытяжной системы в расчетных условиях холодного периода года в климате Москвы Обозначение режимов: Нх—Н,— нагрев приточного наружного воздуха в установ­ке утилизации; У,—У, извлечение теплоты из выбросного вытяжного воздуха в установке утилизации: Н -П Н нагрев приточного наружного воздуха в калорифере: П Н -СМ -У, — процесс смешения подогретого приточного наружного воздуха с частью вытяжного воздуха; СМ—В—У1 - поглощение влаговыделений приточным воздухом по высоте помещения плавательного бассейна

Рис. 3. Принципиальная схема системы микроклимата в помещении бассейна для плавания

На диаграмме (см. рис. 1) находим точку Ус параметрами: dy — 17 г/кг,  и = t — 28 °C.

Согласно расчету для поглощения влаговыделений в помещениях плавательных бассейнов в зону нахождения людей необходимо подавать следующее количество приточного наружного воздуха (м /ч) •1000)/(Р т , Ц - < )). (7) Дня рассматриваемого примера по формуле (7) получим L п н = (69,4 • 1000)/( 1.15 • (17 - 10)) = 8621 м 7ч.

В СНиП [3] указано, что в расчетные сутки теплого периода года температура наружного воздуха в климате Москвы снижается на 10,4 °C (точка). Следовательно, для сохранения комфортных условий воз душной среды приточный наружный воздух в утренние и вечерние часы летом необходимо подогревать.

Для первоначального нагрева приточного наружного воздуха энергетически рационально использовать установку утилизации с насосной циркуляцией промежуточного теплоносителя-антифриза [2]. Во избежание конденсации водяных паров температура внутренней поверхности ограждений должна быть выше температуры точки росы удаляемого воздуха т.е. выше 22 °C (для построения, выполненного на рис. 1).

На рис. 2 представлено пост роение на -диаграмме расчет ного режима работы системы микроклимата в холодный пери од года при параметрах Б [3]: = -26 °C, d, х = 0,6 г/кг; температура волы tи, = 25 °C, dw = = 20,2 г/кг; тем!icpaгура воздуха tв = 26 °C, da — 10,8 г/кг, относительная влажность 50 %.

Градиент влагосодержании внутреннего и приточного воз духа в расчетных условиях холодного периода года значительно больше, чем в расчетных условиях для теплого периода года (см. рис. 1). Как следует из формулы (1), увеличение градиента влагосодержании приведет к возрастанию количества воды , испаряющейся с водного зеркала ванны плавательного бассейна, что соответственно увеличит рас ход теплоты на подогрев пополняющей бассейн свежей воды.

В целях сохранения в холодный период года условий испарения воды близкими к режимам в летний период предлагается в холодный период года градиенты влагосодержании оставить неизменными и равными их значениям при работе в лет них режимах. Для выполнения этих условий следует в холодный период года достигать требуемого влагосодержания приточного воздуха смешения до - 26 °C наружном воздуха и рециркуляционного влажною воздуха из помещения. Градиенты влагосодержании в рабочей зоне в теплый и холодный периоды года принимают одинаковыми и равными в теплый период года: I = г/н - dH = 14, 4 - 10 = 4,4 г/кг. Таким образом, влагосодержание смеси приточною воздуха в холодный период года 17 ~ Af/p , = 10,8 - 4,4 = 6,4 кг.

Влагосодержание удаляемого воздуха вычисляем по формуле (6): I 7 = 6 , 4 + 1 ,5 (1 0 ,8 -6 ,4 )= 13,44 г/кг. 1 Из уравнения баланса смеси определяем расход приточного наружного воздуха в холодный период года: I = 8621(1.15’ 1 3 .4 4 - 1,16 • 6,4)/( 1,15 •1 3 ,4 4 - 1,17-0,6) = 4811 м5/ч, где ру, рпн, р.м — плотность соответственно удаляемого, приточного наружного воздуха и смеси, к г/м Полученное значение £1м(л необходимо проверить на соответствие санитарно-гигиеническим нормам по подаче в помещение при точного наружного воздуха. В плавательном бассейне для условий рассматриваемого примера одновременно находятся 40 человек, т. е. па одного человека приходится объемный расход воздуха 80 м3/ч, что отвечает минимальному расходу: А..... 1Н = 40 80 =3200 м Уч.

Таким образом, значение £пмх больше L п.н.ммн-, что указывает на соответствие санитарным нормам.

Для снижения количества теплоты, расходуемой на подогрев приточного наружного воздуха, предлагается применить установку утилизации теплоты выбрасываемого в атмосферу удаляемого воздуха £у.

Нагрев при точного наружного воздуха в установке утилизации отвечает следующему уравнению теплового баланса. Методом подбора находим рациональное значение энтальпии удаляемого воздуха, направляемого в теплообменные установки утилизации. Для рассматриваемого примера I = 30 кДж/кг. По правой части уравнения (8) вычисляем количество утилизуемой теплоты: Q = 4800 • 1,18(60,5 - 30) - 172 752 кДж/ч.

Из преобразованной левой части уравнения (8) находим достигаемую температуру подогрева приточного наружного воздуха.

На рис. 2 режим извлечения теплоты из вытяжного воздуха показан пунктирными линиями. От температуры гн, = 1,4 °C до tн , = 26 С приточный наружный воздух нагревается в калорифере, питаемом горячей водой. При повышении < 60 % система переходит на работу по прямоточной схеме.

На рис. 2 показано, что температура точки росы удаляемого воздуха в холодный период года равна t = 18,6 °C. Во избежание конденсации влаги на поверхности ограждающих конструкций с помощью нагревательных приборов необходимо обеспечить поддержание температуры их поверхностей зимой на уровне не менее 19 °C. В расчетных режимах теплого периода года температура точки росы удаляемою воздуха равна 22 °C (см. рис. 1). Чтобы предотвратить конденсацию влаги, температура внутренних поверхностей ограждений не должна опускаться летом ниже 23 °C.

Проведенный анализ круглогодовых ре жимов работы систем микроклимата в помещениях плавательных бассейнов позволил разработать принципиальную схему системы микроклимата. представленную на рис. 3.

Приточный агрегат собирается из блоков, включающих по ходу воздуха следующие элементы: многостворчатый воздушный клапан 2 для поступления приточного наружного воздуха при переменном расходе ; воздушный фильтр 5; теплоотдающий теплообменник 4 установки утилизации; калорифер второго подогрева 5; смесительную камеру 6; приточный вентилятор 7.

Воздуховодами 8 приточный агрегат соединяется с ламинарными воздухораспределителями 9, из которых приточный воздух Ln поступает в зону нахождения людей со скоростью не более 0.2 м/с. Влажный воздух под потолком через вытяжной воздуховод забирается в вытяжной агрегат 11. который включает: воздушный фильтр 5; вытяжной вентилятор 12, воздушную камеру 5 с воздушным клапаном, соединенную воздуховодом 14 со смесительной камерой 6 приточного агрегата ; теплоизвлекающий теплообменник 15 установки утилизации; выбросной воздуховод 16 удаляемого в атмосферу воздуха.

В помещении плавательного бассейна термостат контролирует температуру воздуха и в июне нахождения людей и через импульсную связь воздействует на автоматический клапан 18 изменения расхода горя чей воды через калорифер 5. Датчик 9 контролирует влажность воздуха в зоне на хождения людей и через импульсную связь воздействует на моторный привод воздушных клапанов у воздушной камеры 15. При снижении относительной влажности воздуха до нижнего уровня 50 % воздушные клапаны камеры 13 открыты для пропуска по соединительному воздуховоду 14 на рециркуляцию до 50 % удаляемого воздуха, который смешивается с подогретым приточным наружным воздухом в камере 6 приточного агрегата. При достижении верхнего уровня относительной влажности воздуха 60 % в зоне нахождения людей датчик Р подаст команду на закрытие воздушных клапанов у воздушной камеры 15, после чего приточный агрегат работает по прямоточной схеме. На схеме (рис. 3) не показаны нагревательные приборы, которые должны поддерживать температуру па поверхности ограждений помещения плавательного бассейна выше температуры точки росы удаляемого влажного воздуха (см. рис. 1 и 2).

Приточные I и вытяжные II агрегаты удобно и экономично создавать на базе блоков каркасно-панельных кондиционеров, разработанных и выпускаемых отечествен ной фирмой «Веза».

В настоящее время только в Москве реализовано более двадцати проектов систем микроклимата плавательных бассейнов, выполненных по схеме на рис. 3. Приточные и вытяжные aгрегаты для систем микроклимата производительностью, указанной в при веденном в статье примере, собирают на базе блоков кондиционеров К Ц К П -1 0 фирмы «Веза». (Каталог «Кондиционеры центральные каркасно-панельные», выпущенный в 1999 г., имеется в офисе фирмы).