Климатические установки в системах вентиляции крытых плавательных бассейнов

Введение

Распоряжение Правительства Российской Федерации от 7 февраля 2024 г. № 263-р об утверждении программы «Плавание для всех» [1] свидетельствует о заинтересованности государства к привлечению общества к спортивному образу жизни, и, в частности, занятиям плаванием. Особенное внимание уделяется приобщению детей и молодежи к активному образу жизни. Государственная программа предполагает достижение результата уже в 2030 году и рассчитывает на численный рост детей, которые занимаются плаванием, равный 12,5 миллиона.

В связи с этим активное строительство физкультурно-оздоровительных комплексов с ваннами бассейнов и отдельных крытых бассейнов будет продолжаться в будущем с целью достичь их эффективности в 90 процентов.

Для комфортного пребывания людей, занимающихся плаванием необходимо обеспечить оптимальный микроклимат в помещениях бассейнов. Данную задачу необходимо будет решать инженерам, специализирующихся на проектировании систем вентиляции. Целью их работы является достижение оптимальных параметров внутреннего воздуха в помещении бассейна, таких как температура, влажность, скорость воздуха и другие.

Для эффективной работы вентиляции необходимо подобрать климатическую установку, отвечающую всем необходимым требованиям обработки воздуха, так как она является сердцем любого проекта, направленного на обеспечение воздухообмена в помещении.

Существующие виды систем вентиляции плавательных бассейнов

В настоящее время используются различные варианты проектирования систем вентиляции бассейнов. В данном разделе следует рассмотреть 3 основных вида, предложенных в [2, с. 57-67].

В работе рассматриваются следующие системы:

1. Схема системы вентиляции с рециркуляцией удаляемого воздуха;
2. Схема с канальным осушителем, где вентиляция рассчитывается на санитарную норму воздухообмена;
3. Схема вентиляции с рециркуляцией и утилизацией теплоты в рекуперативном теплообменнике.

В первой схеме наружный воздух, частично смешиваясь с вытяжным, проходит нагреватель и возвращается в помещение. Часть вытяжного воздуха выбрасывается наружу без дальнейшего полезного использования тепловой энергии.

Преимущество второй схемы заключается в наличии автономного осушителя, который необходим для ассимиляции влаги. Таким образом, расход воздуха, подаваемого в помещение, значительно сокращается по причине отсутствия необходимости воздухообмена на ассимиляцию влаговыделений и его можно принять по санитарной норме на одного человека.

В третьей установке предусмотрены две ступени утилизации теплоты, а именно рециркуляция и рекуперация. Несмотря на то, что установка содержит больше дорогостоящего оборудования, удается достичь более экономную обработку воздуха более чем в 2 раза, согласно расчетам, представленным в [2, с. 57-67].

В научной работе выполнен расчет воздухообмена на ассимиляцию тепло- и влаговыделений для всех вариантов и рассчитан расход теплоты на нагрев приточного воздуха.

В ходе сравнения [2, с. 57-67] выявлено, что 3 вариант имеет наиболее высокий уровень энергосбережения. Несмотря на то, что установка требует больших капитальных затрат, экономия денежных средств на эксплуатацию составила 160 тысяч рублей в год.

Согласно требованиям [3] выполнен анализ вариантов климатических установок в соответствие с рекомендациями [4].

Приточно-вытяжная климатическая установка со встроенным противоточным рекуператором

Приточно-вытяжная установка с рекуператором представлена на рисунке 1. Холодный наружный воздух после фильтра 1 поступает в рекуператор 4, где забирает часть теплоты у вытяжного воздуха. После подмеса через клапан 5 воздух проходит через воздухонагреватель 8 и подается в помещение и обогревает его. Согласно [4] при использовании данной установки экономия энергии составляет 94 % теплоты.

Рис. 1. Вентиляционная установка со встроенным противоточным рекуператором в холодный период года

В переходный период года рекуперативный теплообменник компенсирует затраты на нагрев наружного воздуха до необходимой температуры для подачи в помещение с зеркалом воды.

В теплый период года есть возможность использовать байпас-клапан для исключения влияния отработанного воздуха с высокой температурой на поступающий свежий воздух (рис. 2).

Осушение воздуха в теплый и переходный периоды реализуется наружным воздухом, количества подмешиваемого вытяжного воздуха к наружному зависит от влагосодержания последнего.

Рис. 2. Вентиляционная установка со встроенным противоточным рекуператором и байпас-клапаном в теплый период года

Приточно-вытяжная климатическая установка со встроенным рекуператором и тепловым насосом

В холодный период года установка работает, как обычная с рекуперативным теплообменником без теплового насоса.

В переходный период года воздушное отопление реализуется совместной работой рекуператора и теплового насоса без участия воздухонагревателя. Подаваемый воздух снаружи через воздушный фильтр поступает в рекуператор, далее после частичного подмеса вытяжного воздуха, попадает в конденсатор и подается в помещение.

Такая система способна возвращать тепловую энергию с коэффициентом энергоэффективности тепловых насосов СОР, равным 7 [4]. Это становится возможным за счет скрытой теплоты водяных паров и говорит о том, что при использовании данной установки на каждый 1 кВт в час работы компрессора конденсатор теплового насоса способен отдать 7 кВт в час теплоты [4].

В теплый период года тепловой насос выключен, но в случае понижения температуры наружного воздуха установка начинает работать, как в переходный. Осушение воздуха в теплый и переходный периоды также реализуется наружным воздухом.

Однако в случае высокой влажности наружного воздуха, а это обычно бывает в южных регионах, может быть использована климатическая установка с дополнительными патрубками 3, 4 и 5 и дополнительным конденсатором 10, которая позволяет отвести избыточную теплоту (рис. 3). Наружный воздух, проходя верхний клапан 3, поступает в рекуператор 7 для охлаждения. С целью отвести лишнюю влагу далее воздух снижает свою температуру ниже точки росы в испарителе теплового насоса 8 и конденсируется. Осушенный воздух через клапан 5 возвращается в рекуператор 7 и нагревается, после этого через клапан 6 поступает в помещение бассейна.

Рис. 3. Вентиляционная установка со встроенным рекуператором и тепловым насосом в теплый период года при высокой влажности наружного воздуха

Таким образом, при размещении объекта в районе строительства с высокой влажностью наружного воздуха, крайне необходимо выбрать последнюю климатическую установку с опцией осушения воздуха перед подачей в бассейн.

Заключение

Рассмотрев различные схемы реализации системы вентиляции в плавательных бассейнах, следует сделать вывод, что наиболее подходящими, вариативными и экономичными являются приточно-вытяжные климатические установки с рекуперативным теплообменником и тепловым насосом. Благодаря возможности совместного применения перечисленного оборудования стало возможным наиболее эффективно использовать тепловую энергию, что является важным направлением в энергетике страны.