Modernizacja zabytkowego obiektu basenowego w aspekcie zmiany rozdziału powietrza
Modernizacja obiektu jest zadaniem znacznie trudniejszym aniżeli budowanie nowego obiektu.
Trzeba pogodzić się z ograniczeniami, jakie stawia istniejąca struktura budynku. Wytyczne konserwatora zabytków mogą w znaczący sposób ograniczyć możliwości przebudowy obiektu. W artykule przeprowadzono studium przypadku modernizacji zabytkowego obiektu basenowego w trudnych warunkach ustawy o zamówieniu publicznym.
Obiekty basenowe, głównie poprzez znaczne rozmiary oraz duże zyski wilgoci, są problematycznymi obiektami pod względem rozwiązań instalacyjnych, bardzo wymagającymi i czułymi na wszelkie błędy projektowe. W obiektach tych nie zwrócenie dostatecznej uwagi na parametry projektowe oraz aspekty wynikające z ich eksploatacji, powoduje zaburzenia we właściwej pracy instalacji, co negatywnie wpływa na funkcjonowanie budynku. Zaniedbania te oraz niedociągnięcia bardzo szybko się ujawniają poprzez osadzanie się wilgoci, parowanie okien, powstawanie pleśni i grzybów czy korozję elementów. Problemy te nabierają na sile w przypadku starych obiektów projektowych. W starych, często zabytkowych obiektach basenowych rozwiązania instalacyjne pod względem funkcjonalności oraz wyboru metody, powinny być bardziej staranie przemyślane, ponieważ w obiektach tych możliwość wpłynięcia na kształtowanie przestrzeni oraz wygląd obiektu są często ograniczone.
Modernizacja musi zapewnić właściwe warunki w pomieszczeniach, a jednocześnie ingerencja w strukturę i formę budynku powinna być jak najmniejsza, tak aby charakter obiektu nie był naruszony. Dodatkowo w przypadku modernizacji obiektu basenowego, projektant musi zwrócić szczególną uwagę na materiały budowlane, z których zbudowane są poszczególne elementy obiektu, tak aby nowe rozwiązania nie miały niekorzystnego wpływu na istniejące elementy konstrukcyjne. Ma to kluczowe znaczenie przy określaniu właściwej temperatury przegród budowlanych oraz ochrony elementów konstrukcyjno-wykończeniowych.
Aspekty projektowe – zadania
Najważniejszą kwestią, zresztą jak w przypadku każdego budynku, jest zapewnienie właściwej ilości powietrza zewnętrznego oraz jego rozdziału. W przypadku modernizacji może być to zadanie utrudnione, ponieważ istniejące rozwiązania konstrukcyjne nie zawsze pozwalają na dowolne modyfikowanie. Zgodnie z definicją [1] wentylacja ma za zadanie usunąć powietrze zużyte oraz dostarczyć powietrze świeże, natomiast zadaniem sprawnie funkcjonującej instalacji klimatyzacyjnej jest doprowadzenie powietrza do pomieszczenia o takich parametrach i w takiej ilości, która pozwoli utrzymać wymagane parametry powietrza w pomieszczeniu (głównie temperaturę, wilgotność). Z definicji tych wynika, iż poprawnie funkcjonująca instalacja wentylacyjno-klimatyzacyjna obiektów basenowych powinna zapewnić taką ilość powietrza nawiewanego i wywiewanego, która pozwoli na odebranie zysków wilgoci i nie dopuści do kondensacji na przegrodach budowlanych (okna, ściany zewnętrzne). Utrzymanie właściwych parametrów powietrza w pomieszczeniach basenowych ma więc zapewnić właściwy komfort termiczny użytkownikom pływalni, a także chronić konstrukcję budynku przed szkodliwym działaniem osadzającej się wilgoci.
Przy projektowaniu instalacji wentylacyjno-klimatyzacyjnej obiektu basenowego należy zwrócić uwagę na następujące parametry powietrza:
- wilgotność,
- temperaturę,
- prędkość,
- strumień powietrza.
- parowania z powierzchni skóry ludzi użytkujących basen,
- parowania z tafli wody,
- powietrza nawiewanego.
- powierzchnia tafli wody,
- prędkość powietrza nad powierzchnią basenu,
- temperatura powietrza,
- przeznaczenia basenu – liczba kąpiących się osób oraz ich wpływ na wzburzenie powierzchni wody,
- czas użytkowania,
- obecność atrakcji wodnych tj. bicze wodne, zjeżdżalnie, natryski.
Unoszenie się wilgoci do powietrza z powierzchni basenu należy określać dla dwóch przypadków – podczas użytkowania pływalni oraz podczas braku użytkowników. W obydwóch przypadkach należy przeanalizować stosunek temperatury powierzchni wody (tw) do temperatury termometru suchego otaczającego powietrza (tp), gdyż zachodząca na granicy styku powietrza i wody wymiana ciepła i masy jest wynikiem różnicy potencjałów temperatury i ciśnienia cząstkowego [4]. Jeśli [5]:
- tp = tw wówczas warstwa powietrza przy powierzchni wody nasyci się wilgocią i w wyniku różnicy gęstości nastąpi unoszenie się powietrza wilgotnego i opadanie suchego cięższego powietrza z wyższych rejonów pomieszczenia;
- tp < tw wówczas powietrze w pomieszczeniu w wyniku kontaktu z cieplejszą wodą ogrzewa się przy jednoczesnym pochłanianiu wilgoci, w związku z występującą różnicą temperatury zjawisko unoszenia się wilgotnego powietrza jest bardziej intensywne niż w pierwszym przypadku;
- tp > tw wówczas powietrze przy kontakcie z powierzchnią wody zwiększa swoją wilgotność, przy jednoczesnym obniżaniu temperatury, zjawisko unoszenia się wilgoci jest tu najmniejsze.
W przypadku okresów użytkowania basenu zyski wilgoci z powierzchni wody są większe w związku ze wzrostem powierzchni parowania. Powierzchnia kontaktu wody z powietrzem zwiększa się na skutek aktywności fizycznej użytkowników basenu [7]. Dodatkowo wszelkie atrakcje wodne tj. bicze, natryski są dodatkowym emitentem wilgoci. W tym przypadku również prędkość powietrza ma większy wpływ na zjawisko parowania i unoszenia wilgoci.
Emisja pary wodnej w całym okresie użytkowania basenu jest trudna do oszacowania. Trwają prace i badania nad stworzeniem coraz dokładniejszego modelu numerycznego, który pozwoli na precyzyjne określenie strumienia emitowanej wilgoci, o czym możemy przeczytać w prasie branżowej [3, 7]. Należy zaznaczyć, iż wilgotność jest ważnym parametrem decydującym o odczuciu komfortu użytkowników basenu. Zarówno zbyt niska jak i za wysoka wilgotność powoduje negatywne zjawiska tj. przy jej podwyższonym poziomie – uczucie duszności oraz osadzanie się wilgoci, a przy jej obniżonej zawartości w powietrzu – wzmożone parowanie z powierzchni wody [8].
W tym aspekcie należy zwrócić uwagę na kolejne źródło wilgoci, jakim są sami użytkownicy. Każda osoba wykonująca wysiłek fizyczny wykonuje pracę, której towarzyszy wydzielanie ciepła, a co za tym idzie – podwyższenie temperatury ciała i parowanie z powierzchni skóry. Wartość zysków wilgoci zależy zatem od intensywności wykonywanej „pracy”, co można określić poprzez znajomość przeznaczenia obiektu np. basen rekreacyjny, sportowy i przyjąć zyski ciepła utajonego dla projektowej liczby użytkowników. W odniesieniu do wilgoci należy również zaznaczyć, iż zjawisko wykraplania się jej na powierzchniach ścian, okien czy dachów (sufitów) jest niebezpieczne i szkodliwe dla obiektów nie tylko ze względu na zawilgocenie powierzchni i możliwość rozwijania się grzybów, pleśni czy powstawania rdzy, ale również ze względu na pochodzenie wilgoci. Głównym emitentem wilgoci jest sama woda basenowa, która ze względów higienicznych jest odpowiednio uzdatniana i zawiera różne środki chemiczne, które unosząc się z parą wodną, mogą mieć szkodliwy wpływ na konstrukcję budynku.
Kolejnym istotnym parametrem powietrza w obiektach basenowych jest jego temperatura. Przy jej określaniu należy wziąć pod uwagę:
- zapewnienie komfortu cieplnego użytkowników basenu,
- temperaturę powierzchni wody,
- zjawisko wykraplania się wilgoci na powierzchniach.
Studium przypadku
W części badawczej niniejszego referatu zbadano rozkład temperatury, wilgotności oraz rozdział powietrza w krytej pływalni Akademii Wychowania Fizycznego w Warszawie. Jest to obiekt zabytkowy, pochodzący z końca lat 30-tych XX wieku, który w ostatnich latach został poddany modernizacji. W wyniku wykonanych prac powietrze nawiewane jest do pomieszczenia poprzez dwa rzędy nawiewników szczelinowych umieszczonych około 50 cm nad poziomem posadzki wzdłuż niecki basenowej. Wywiew następuje poprzez kanał umieszczony pod stropem symetrycznie nad powierzchnią basenu oraz poprzez kratki wyciągowe zlokalizowane na widowni. Jako zabezpieczenie przeciwko wykraplaniu się wilgoci na szybach zastosowano indywidualny nawiew na powierzchnie każdego okna. Nawiew jest realizowany poprzez wentylatory automatycznie, włączane w momencie spadku temperatury zewnętrznej poniżej 15°C. Na dachu znajdują się świetliki, które zostały obudowane i tym samym oddzielone od hali basenu. W powstałej przestrzeni zamontowano aparat grzewczo-wentylacyjny, którego zadaniem jest zapewnienie ruchu powietrza oraz ochrona przed wykraplaniem się wilgoci.
W projekcie modernizacji znalazło się wiele nieścisłości, głównie związanych z doborem central oraz określeniem strumieni powietrza wentylacyjnego oraz zewnętrznego. Konieczne było wykonanie działań naprawczych.
W aspekcie prawidłowego rozdziału powietrza istnieje niebezpieczeństwo występowania spięcia instalacji nawiewnej biegnącej wzdłuż podstawy widowni oraz wyciągu zlokalizowanego na trybunach w połowie wysokości hali.
Po przeciwległej stronie do widowni zaprojektowano kraty wyciągowe bezpośrednio nad szczeliną nawiewną w podłodze. W celu poprawy sytuacji wykonawca zainstalował dodatkowy kanał wyciągowy w najwyższym punkcie hali (bezpośrednio pod stropem – w miejscu gromadzenia wilgotnego powietrza).
Weryfikacji prawidłowego rozdziału powietrza dokonano poprzez umieszczenie w różnych miejscach hali źródła dymu i obserwację przepływu powietrza. Źródło dymu zostało umieszczone kolejno w trzech miejscach: po obu stronach niecki przy nawiewnikach oraz w połowie szerokości basenu. Z zaobserwowanego zachowania dymu wnioskować można o zjawisku „krótkiego spięcia” a zatem niekontrolowanego przepływu powietrza pomiędzy elementem nawiewnym a wywiewnym.
W celu określenia rozkładu temperatury oraz wilgotności w pomieszczeniu w różnych miejscach hali zamontowano rejestratory temperatury oraz wilgotności. Urządzenia te zbierały dane przez około 48 h. Lokalizacja poszczególnych czujników została przedstawiona na rysunku 1.
Na podstawie otrzymanych danych należy stwierdzić, iż zgodnie z przewidywaniami najwyższa temperatura została zanotowana przez rejestrator umieszczony na ścianie wewnętrznej a najniższa przy oknie oraz ścianie zewnętrznej. W odniesieniu do wilgotności sytuacja jest odwrotna – najwyższą wilgotność można zaobserwować w pobliżu przegród zewnętrznych a najniższą wewnętrznych.
Wnioski
- W czasie badań stwierdzono niską wartość wilgotności powietrza wewnętrznego.
- Zarówno temperatura, jak i wilgotność utrzymywane były z wysoką precyzją (temperatura ±1,09°C, wilgotność 2,65%).
- Przeprowadzone badanie nie daje pełnego obrazu sytuacji, gdyż basen nie był w czasie badania obciążony.
- Przeprowadzona wizualizacja wskazuje na występowanie zjawiska „krótkiego spięcia”, tj. przepływanie powietrza bezpośrednio z elementów nawiewnych do wywiewnych.
- W celu pełnego zobrazowania rozdziału powietrza należy przeprowadzić zarówno badanie parametrów, jak również wizualizację.
Literatura:
[1] J. HENDIGER, P. ZIĘTEK, M. CHLUDZIŃSKA: Wentylacja i klimatyzacja. Materiały pomocnicze do projektowania. Venture Industries. Warszawa 2009 r.
[2] H. G. SABINIAK, M. PIETRAS: Klimatyzacja obiektów basenowych. Politechnika Łódzka. Łódź 2010 r.
[3] M. MOGHIMAN, A. JODAT: Effect of air velocity on water evaporation rate in indoor swimming pools. Iranian Journal of Mechanical Engineering. Vol. 8. No. 1. 2007 r.
[4] A. PEŁECH: Wentylacja i klimatyzacja – podstawy. Oficyna wydawnicza Politechniki Wrocławskiej. wydanie 3. Wrocław 2010 r.
[5] M. M. SHAH: Analytical formulas for calculating water evaporation from pools. ASHRAE. 2008 r.
[6] Cz. SOKOŁOWSKI: Wymagania sanitarno-higieniczne dla krytych pływalni. PZITS. Warszawa 1998 r.
[7] F. ASDRUBALI: A scale model to evaluate water evaporation from indoor swimming pools. Energy and Buildings. nr 4. 2009 r.
[8] A. NAPIÓRKOWSKA, A. ISAŃSKA-ĆWIEK: Wentylacja krytych basenów w hotelach. Chłodnictwo i Klimatyzacja. wydanie specjalne. edycja 2. 2006 r.
[9] J. SCHNOTALE, J. MULLER, D. SKRZYNIOWSKA, R. SIKORSKA-BĄCZEK: Instalacje i urządzenia do uzdatniania powietrza dla celów wentylacji i klimatyzacji. Politechnika Krakowska. Kraków 2010 r.
[10] H. J. HOLTERMAN: Kinetics and evaporation of water drops in air. IMAG report 2003-12. Wageningen UR. 2003 r.
[11] Swimming pools. A deeper look at energy efficiency. Carbon Trust. UK 2008 r.
[12] A. KOLASZEWSKI: Nawiew powietrza do hal basenowych przez nawiewne szyny szczelinowe.
Karolina DURCZAK
