Nawiew powietrza do hal basenowych przez nawiewne szyny szczelinowe

1. Wstęp

Klimatyzacja hali basenu wymaga odpowiedniej wymiany i dystrybucji powietrza, która jest kształtowana przez nawiew oraz wywiew. Efektywność występujących zjawisk związanych z przemieszczaniem oraz wymianą powietrza i ciepła bardziej zależy od nawiewu niż wywiewu. Ważnym elementem systemu klimatyzacyjnego jest także usytuowanie elementów nawiewu doprowadzających powietrze do hali basenowej. Elementy te powinny być umieszczone w okolicy niecki basenu przed przegrodami chłodnymi, którymi są okna, szklane drzwi zewnętrzne, czy ściany szczytowe. 

Jak należy poprawnie umieścić elementy nawiewu w hali basenowej?

Projektując sposób dystrybucji powietrza w hali basenu należy wykorzystywać w nawiewie konwekcyjny ruch powietrza z nad powierzchni posadzki, czy niecki basenu. Elementy nawiewu powinny być umieszczone tak, aby powietrze nawiewane było skierowane pionowo do góry wzdłuż powierzchni chłodnych przegród [1] tworząc kurtynę powietrzną pomiędzy chłodną przegrodą, a powietrzem hali basenowej. Powoduje to osuszanie przegrody oraz tworzy barierę między chłodną powierzchnią przegrody, a ciepłym powietrzem hali basenowej.

Wymagana temperatura powietrza w hali basenowej

Dla zapewnienia wymaganej temperatury powietrza w hali basenowej, temperatura powietrza nawiewnego może wynosić nawet 48°C. Powietrze nawiewane, jako cieplejsze od powietrza hali basenowej o temperaturze 28 - 30°C, maksymalnie 32°C w sposób naturalny unosi się do góry wzdłuż chłodnych powierzchni przegród. Wymuszany nawiew powietrza z nawiewów powinien powodować powolny, ale stały ruch powietrza w hali basenowej tak, aby każda część powietrza w hali była poruszona i wymieniona [2]. Umożliwia to wyrównanie parametrów, odbiór wilgoci i wymianę powietrza w całej kubaturze hali basenowej.

Nawiew szczelinowy

Skuteczny nawiew oraz dystrybucję powietrza zapewniają odpowiednio rozmieszczone w hali basenu nawiewne szyny szczelinowe. W zależności od ilości wpływającego powietrza stosowane są szyny z jedną (rys. 1), dwoma, trzema, czy z większa ilością szczelin [3]. W obiektach publicznych, ze względów bezpieczeństwa, szerokość pojedynczej szczeliny powinna być nie większa niż 8 mm [4]. W przypadku stosowania nawiewnych szyn szczelinowych z większą ilością szczelin, powinna to być wielokrotność maksymalnej szerokości 8 mm.

2. Badania

Celem wykonanych badań było dobranie optymalnej prędkości wylotowej powietrza ze szczeliny oraz odległości szczeliny nawiewnej szyny szczelinowej od powierzchni chłodnych przegród. 

Badano:

  • ciśnienia statyczne powietrza w szczelinie i skrzynce rozprężnej nawiewnej szyny szczelinowej,
  • prędkość strumienia powietrza na zewnątrz w osi szczeliny w zakresie prędkości wylotowej ze szczeliny 2 do 10 m/s, 
  • rozkład prędkości strumienia powietrza na zewnątrz szczeliny dla prędkości wylotowej ze szczeliny 4 oraz 5 m/s. 



Wykonano badania dla braku przegrody oraz przy zastosowaniu przegrody o wysokości 3 m i szerokości 1 m w odległości 20 oraz 40 cm od szczeliny.

Badania wykonano dla nawiewnej szyny szczelinowej:

  • długości 1 m,
  • szerokości szczeliny 8 mm,
  • skrzynka rozprężna 40 x 88 mm. 



3. Pomiary

W badanym zakresie prędkości wylotowej powietrza 2 - 10 m/s ciśnienie statyczne w szczelinie nawiewnej szyny szczelinowej (rys. 2) w przybliżeniu wzrasta liniowo w funkcji zmian prędkości wylotowej powietrza ze szczeliny. Natomiast ciśnienie statyczne w skrzynce rozprężnej nawiewnej szyny szczelinowej dla prędkości wylotowej powietrza ze szczeliny powyżej prędkości 5 m/s zaczyna ulegać zmianom nieliniowym spowodowanymi wzrostem oporu przepływu. Podobnie pomiary prędkości strumienia powietrza w osi na zewnątrz szczeliny nawiewnej szyny szczelinowej dla różnych wysokości od szczeliny w zależności od prędkości wylotowej powietrza (rys. 3) potwierdzają, że dla prędkości wylotowej powietrza do 5 m/s następuje prawie równomierny spadek prędkości strumienia powietrza w funkcji wysokości. Powyżej wartości 5 m/s charakterystyki ulegają zagęszczeniu co oznacza, że wraz ze wzrostem prędkości wylotowej powietrza ze szczeliny następuje wzrost oporów związanych z wypływem oraz przepływem w otaczającym szczelinę powietrzu. Dla prędkości wylotowych powietrza poniżej 4 m/s następuje gwałtowne zmniejszenie zasięgu wypływającego strumienia powietrza. Optymalna prędkość wylotowa powietrza dla badanego typu nawiewnej szyny szczelinowej wynosi 4 do 5 m/s. Dalsze pomiary wykonano dla prędkości wylotowej powietrza 4 oraz 5 m/s.

Wizualizacja rozkładu prędkości strumienia powietrza

Wizualizację rozkładu prędkości strumienia powietrza na zewnątrz szczeliny w funkcji odległości od osi szczeliny dla różnych wysokości przy prędkości wylotowej powietrza ze szczeliny 4 m/s przedstawiono na rys. 4, a dla 5 m/s na rys. 5. Ze wzrostem wysokości następuje spadek prędkości strumienia powietrza oraz zwiększa się obszar oddziaływania strumienia w funkcji odległości od szczeliny. W osi szczeliny ze wzrostem prędkości wylotowej nawiewu następuje zwiększenie zasięgu strumienia powietrza. Przy zmianie prędkości wylotowej nawiewu z 4 do 5 m/s następuje zmniejszenie hamowanie strumienia powietrza w osi szczeliny.

Wizualizacja rozkładu prędkości strumienia powietrza z obecnością przegrody

Wizualizację rozkładu prędkości strumienia powietrza w funkcji odległości od osi szczeliny dla różnych wysokości i prędkości wylotowej powietrza ze szczeliny 4 oraz 5 m/s przy zastosowaniu przegrody w odległości 20 cm od szczeliny przedstawiono na rys. 6, dla przegrody w odległości 40 cm od szczeliny na rys. 7. W obecności przegrody występuje niesymetryczny przepływ strumienia powietrza z odchyleniem pierwotnej osi w stronę przegrody. Występuje wyraźnie efekt przylegania strugi powietrza do przegrody. Maksymalne wartości prędkości przesuwają się od osi pierwotnej strumienia powietrza w stronę przegrody. Efekt ten znacznie się zwiększa dla prędkości wylotowej 5 m/s oraz przegrody w odległości 20 cm. 

Rys. 5. Wizualizacja rozkładu prędkości strumienia powietrza na zewnątrz szczeliny dla różnych wysokości od szczeliny 10 do 120 cm, prędkości wylotowej powietrza 4 oraz 5 m/s, przegrody umieszczonej w odległości 20 cm od szczeliny w zależności od odległości od osi szczeliny.

Rys. 6. Wizualizacja rozkładu prędkości strumienia powietrza na zewnątrz szczeliny dla różnych wysokości od szczeliny 10 do 140 cm, prędkości wylotowej powietrza 4 oraz 5 m/s, przegrody umieszczonej w odległości 40 cm od szczeliny w zależności od odległości od osi szczeliny.


Przyleganie strumienia powietrza do przegrody

Zjawisko przylegania strumienia powietrza do przegrody jest wynikiem powstawania podciśnienia pomiędzy przegrodą, a strumieniem wypływającego powietrza ze szczeliny i maleje dla odległości przegrody 40 cm od osi szczeliny w stosunku do przegrody umieszczonej w odległości 20 cm.

Dla odległości 40 cm wytworzona kurtyna powietrzna nie odbiera gromadzącej się wilgoci na przegrodzie. Nawiew powietrza z nawiewnej szyny szczelinowej umieszczonej w odległości 40 cm od przegrody jest mniej skuteczny w odbiorze wilgoci z przegrody niż w wypadku umieszczenia nawiewnej szyny szczelinowej w odległości 20 cm od przegrody.

Umieszczenie szczeliny w odległości większej niż 40 cm od przegrody zmniejsza rolę osuszającą utworzonej kurtyny powietrznej w odbiorze wilgoci z przegrody. Natomiast umieszczenie szczeliny w odległości mniejszej niż 20 cm powoduje znaczny poślizg i przyleganie strumienia powietrza do przegrody, polepszenie warunków odbioru wilgoci z przegrody, ale następuje wzrost strat ciepła na ogrzewanie przegrody. Odległość szczeliny od przegrody powinna wynosić 20 do 30 cm.

Przykłady zastosowania nawiewnych szyn szczelinowych umieszczonych w posadzce przedstawiono na rys. 7, a umieszczonych w parapecie na rys. 8.

4. Podsumowanie

Nawiew powietrza do hali basenowej powinien odbywać się przy pomocy nawiewnych szyn szczelinowych.

Nawiewne szyny szczelinowe:

  • należy stosować wszędzie tam, gdzie występują przegrody okienne i drzwiowe między powietrzem zewnętrznym, a halą basenu oraz ściany szczytowe o stosunkowo dużym współczynniku oddawania ciepła, 
  • zapewniają w halach basenowych efektywne, optymalne i równomierne rozprowadzenie powietrza oraz ciepła,
  • należy projektować tak, aby prędkość wylotowa strumienia powietrza ze szczeliny wynosiła 4 do 5 m/s,
  • należy instalować w odległości 20 do 30 cm od przegrody. Zalecana odległość osi szczeliny od przegrody wynosi 25 cm.



Zjawisko odchylenia kierunku strugi wypływającego powietrza z nawiewnej szyny szczelinowej w stronę przegrody oraz poślizgu i przylegania strumienia powietrza do istniejącej przegrody (efekt Coandy [6]) należy uwzględniać w czasie projektowania nawiewu powietrza do hali basenowej. 

Uwagi podczas stosowania nawiewnej szyny szczelinowej

Zastosowanie nawiewnej szyny szczelinowej zbyt blisko przegrody spowoduje powstawanie strumienia przyściennego, który posiada zmniejszenie zdolności mieszania z otaczającym powietrzem, a więc i wymiany ciepła w hali basenowej oraz zwiększony zasięg strumienia w porównaniu ze swobodnym strumieniem powietrza. Poślizg i przyleganie strumienia powietrza wzdłuż chłodnej przegrody powoduje znaczne straty ciepła oraz niepotrzebne ogrzewanie przegrody. 

Zastosowanie nawiewnej szyny szczelinowej zbyt daleko od przegrody spowoduje powstawanie strumienia swobodnego, a powstała kurtyna powietrzna nie spełni warunków odbioru wilgoci z przegrody w hali basenowej.

Dopuszczalne prędkości przepływu powietrza w strefie przebywania ludzi

Wynoszą one 0,6 do 0,8 m/s. Prędkość wylotowa powietrza 4 do 5 m/s z nawiewnej szyny szczelinowej jest dużo większa od dopuszczalnych prędkości, które mogą występować w strefie przebywania ludzi w hali basenowej. Stąd też nawiewne szyny szczelinowe należy stosować w miejscach, które są trudno dostępne oraz mało uczęszczane przez użytkowników basenu. Są to miejsca wzdłuż zewnętrznych okien, drzwi, czy ścian szczytowych [7]. 


BIBLIOGRAFIA

[1] PRZYDRÓŻNY E, NAKONECZNY E., SOMPOLIŃSKI M.: Organizacja wymiany powietrza w basenach, II Sympozjum Naukowo – Techniczne, Instalacje Basenowe, Ustroń 1999

[2] GRÜNIGER E.: Klimat w hali basenowej, I Sympozjum Naukowo – Techniczne, Instalacje Basenowe, Ustroń 1997

[3] KATALOG: MENERGA® Apparatebau GmbH, D - 45473 Mülheim an der Ruhr, Gutenbergstraße 51, Niemcy

[4] KOLASZEWSKI A.: Nawiewne szyny szczelinowe w hali basenowej, III Sympozjum Naukowo – Techniczne, Instalacje Basenowe, Ustroń 2001

[5] SZYMAŃSKI T., WASILUK W.: Wentylacja użytkowa, MASTA, Gdańsk 1999

[6] KATZ P.: Der Coanda Effekt, Gesundheitz Ingenieur 94, Nr 6, 1973

[7] KOLASZEWSKI A., TARAS P.: Ogólne zasady sporządzania bilansu cieplnego oraz wymiarowania instalacji cieplnych w obiektach basenowych, II Sympozjum Naukowo – Techniczne, Instalacje Basenowe, Ustroń 1999

Autor: dr inż. Andrzej Kołaszewski