Wydaje się, że trudno wymyślić coś nowego w systemach wentylacji, klimatyzacji i ogrzewania krytych pływalni i rzeczywiście nie dzieje się tu rewolucja, ale powolna ewolucja. Wszystkie zmiany mają obniżyć koszty eksploatacji. Podstawowe kierunki zmian można podzielić na grupy: „przetłoczyć” daną ilość powietrza zużywając jak najmniej energii elektrycznej, podgrzać daną ilość powietrza zużywając jak najmniej energii (cieplnej i/lub elektrycznej), wszystko to co się dzieje w systemach klimatyzacji precyzyjnie kontrolować i monitorować.

1. Energooszczędne wentylatory

Dotychczas najbardziej znane w systemach wentylacji były wentylatory promieniowe (typu B- z łopatkami odgiętymi do tyłu lub typu F- z łopatkami odgiętymi do przodu) dwustronnie ssące, w obudowie w kształcie spirali Archimedesa. Napęd z silnika elektrycznego przekazywany był przekładnia pasową.

Coraz powszechniej w systemach wentylacji, a na krytych pływalniach w szczególności, spotyka się wentylatory promieniowe, jednostronnie ssące bez obudowy z napędem bezpośrednim. Aby dopasować punkt pracy wentylatora do aktualnych potrzeb zmienia się obroty silnika. Silniki nadal mogą być tradycyjnie silnikami prądu zmiennego, asynchronicznymi, z wirnikiem krótkozwartym i wtedy do regulacji obrotów stosuje się przetwornice częstotliwości, zwane potocznie falownikami.

Można tez zastosować silniki prądu stałego, elektronicznie komutowane EC (zamiast tradycyjnych szczotek i komutatorów stosuje się hallotrony do zamiany kierunku przepływu prądu elektrycznego i wtedy do regulacji obrotów stosuje się regulator napięcia specjalnie przystosowany do napędu takich silników.

Efektem stosowania takich rozwiązań jest oszczędność energii elektrycznej. Oczywiście dla uzyskania jak najlepszego efektu oszczędnościowego, projektant musi zadbać, aby prędkości przepływu powietrza we wszystkich elementach instalacji powietrznej były jak najmniejsze, wtedy są małe opory powietrza i małe zużycie energii elektrycznej. Określa się to współczynnikiem zwanym często SVP (kW/m3/s).

Ważnym elementem są także nawiewniki indukcyjne, szczególnie pod przeszkleniami. Indukcja to nic innego jak efekt ejektora, mała ilość powietrza, ale o stosunkowo dużej prędkości, wprawia w ruch o małej predkości duże masy powietrza.

2. Energooszczędne systemy grzania powietrza

Na krytych pływalniach musimy w okresie dnia, kiedy na hali basenowej przebywają ludzie, wymieniać duże ilości powietrza świeżego. Wynika to z regulacji wilgotności, w miejsce powietrza wilgotnego wprowadzamy powietrze zewnętrzne, suche, ale także musimy usuwać z hali basenowej powietrze zużyte, zanieczyszczone, zawierające różne związki chemiczne, przede wszystkim związki chloru. Zimą powietrze zewnętrzne ma temperaturę nawet – 20 stopni Celsjusza, aby to powietrze ogrzać do temperatury np. 42 stopnie Celsjusza, trzeba zużyć duże ilości ciepła. Jednocześnie usuwamy z hali basenowej powietrze które ma temperaturę + 30..32 stopnie Celsjusza i wysoką wilgotność rzędu 50..55% (w wilgotności zawarte jest tzw ciepło utajone).

Konieczne jest stosowanie systemów odzysku ciepła z powietrza usuwanego, najskuteczniejsze systemy odzysku doprowadzaja do tego, że powietrze wyrzucane ma temperaturę około + 2 stopnie Celsjusza. Bardziej odzyskać ciepła się nie da, gdyż przy wysokiej wilgotności następuje silne szronienie wymienników odzysku po stronie powietrza usuwanego. Wysoko sprawne systemy odzysku są kombinacją systemów odzysku typu np.: wymiennik płytowy, najczęściej rozbudowany, wymiennik typu „rurka ciepła” lub wymiennik tzw „glikolowy” także rozbudowany, 10 lub 12 rzędowy. Te systemy pozwalają odzyskiwać ciepło ze sprawnością temperaturową do 80%, ale powietrze usuwane za tymi wymiennikami ma jeszcze dosyć dużo energii, temperatura około 16..10 stopni Celsjusza i wilgotność 100%. Dalej odzyskiwać ciepło można tylko za pomocą pompy ciepła. Ponieważ pompa ciepła zużywa energię elektryczną, opłacalność dalszego odzysku musi być poparta bardzo rzetelnymi obliczeniami. Niestety wielokrotnie „skórka nie warta wyprawki”, ale zdarzają się obiekty, gdzie stosowanie pomp ciepła jest opłacalne.

Innym, coraz częściej stosowanym sposobem obniżenia kosztów eksploatacji jest stosowanie tzw. niekonwencjonalnych źródeł energii, są to przede wszystkim baterie solarne, pompy ciepła wykorzystujące energię gruntu oraz kotłownie na biomasę.
Warto także wziąć pod uwagę tzw „wymienniki gruntowe”, gdzie powietrze zewnętrzne (bez pomp ciepła), bezpośrednio ogrzewa się zimą od gruntu, latem uzyskuje się efekt odwrotny, powietrze zewnętrzne jest darmowo chłodzone od gruntu.

3. Automatyka wentylacji, klimatyzacji i ogrzewania

Kryte pływalnie są obiektami bardzo złożonymi technologicznie i dlatego, aby prawidłowo kontrolować pracę instalacji energetycznych stosuje się różne urządzenia i systemy automatyki.

Najprostsze urządzenia automatyki to np: termostaty, presostaty, czyli urządzenia cyfrowe, 0-1, ZAŁ/WYŁ. Najbardziej złożone systemy automatyki to systemy komputerowego nadzoru, monitoringu, wizualizacji, rejestracji i zdalnego sterowania z języka angielskiego zwane BMS (Building Management System).

W systemach wentylacji występują bardzo złożone układy automatyki. Podstawowym zadaniem wentylacji na obiekcie krytej pływalni jest utrzymanie odpowiednich zadanych parametrów powietrza w poszczególnych pomieszczeniach przez cały czas trwania eksploatacji obiektu. Parametry powietrza to: temperatura, wilgotność względna, wilgotność bezwzględna. Reguluje się często także odpowiednią ilość powietrza, ilość wymian w danej kubaturze rozumiana jako suma powietrza świeżego i obiegowego, a także minimalną ilość wymian powietrza świeżego dla uzyskania odpowiedniego stężenie substancji szkodliwych i nieprzyjemnych.

3.1 Regulacja temperatury powietrza

W układach automatyki wentylacji rozróżniamy trzy podstawowe systemy regulacji temperatury powietrza:
a) regulacja temperatury powietrza nawiewanego
b) regulacja temperatury powietrza wywiewanego lub w pomieszczeniu
c) regulacja temperatury kaskadowa

Regulacja temperatury powietrza nawiewanego stosowana jest najczęściej wtedy, gdy centrala wentylacyjna obsługuje kilka lub nawet kilkanaście pomieszczeń o różnym obciążeniu cieplnym, ale wentylacja ma zapewnić tylko wymianę powietrza bez funkcji grzania i/lub chłodzenia. Utrzymanie temperatury w poszczególnych pomieszczeniach realizowane w takim przypadku jest np. za pomocą grzejników radiatorowych (kaloryferów) z zaworami termostatycznymi, lub nagrzewnic strefowych. Powietrze nawiewane ma stałą temperaturę, chodzi o to żeby powietrze wentylacyjne nie wychładzało pomieszczeń. Ewentualna wyższa temperatura powietrza nawiewanego od temperatury oczekiwanej w pomieszczeniu, zapewnia dogrzewanie pomieszczenia, ale bez możliwości regulacji temperatury. Ilości powietrza nawiewanego i wywiewanego z pomieszczeń są najczęściej zrównoważone lub bliskie zrównoważenia, utrzymując w pomieszczeniach lekkie nadciśnienie lub lekkie podciśnienie, w zależności od charakteru pomieszczeń i ich czystości. Niekiedy temperatura nawiewu uzależniona jest od temperatury zewnętrznej, wtedy wentylacja pełni także funkcję częściowego grzania i/lub chłodzenia. Innym rozwiązaniem spotykanym w wentylacji wielu różnych pomieszczeń jedną centralą o stałej temperaturze powietrza nawiewanego z jednoczesną regulacją temperatury w poszczególnych pomieszczeniach jest układ VAV. Centrala w zależności od temperatury zewnętrznej przygotowuje powietrze wstępnie ogrzane lub wstępnie schłodzone, utrzymując stałe ciśnienie dyspozycyjne, ilość powietrza z centrali jest zmienna (proporcjonalnie nawiewu i wywiewu), zależna od zapotrzebowania w poszczególnych pomieszczeniach. Indywidualne układy VAV dla poszczególnych pomieszczeń w zależności od różnicy temperatury w tym pomieszczeniu od wartości zadanej dla tego pomieszczenia pobierają większe lub mniejsze ilości powietrza z kanału nawiewnego i proporcjonalnie do nawiewu utrzymując ilość powietrza wywiewanego z tego pomieszczenia.

Regulacja temperatury powietrza wywiewanego lub w pomieszczeniu stosowana jest wtedy gdy centrala wentylacyjna obsługuje jedno pomieszczenie lub co najwyżej dwa, trzy pomieszczenia o bardzo zbliżonym obciążeniu cieplnym. Obciążenie cieplne w uproszczeniu zależy od ilości ludzi, ilości i mocy źródeł ciepła i ilości i ukierunkowaniu w tą samą stronę świata okien w danych pomieszczeniach. Wtedy temperatura wywiewu odzwierciedla uśrednioną temperaturę w pomieszczeniach, niewiele się różniącą od rzeczywistej temperatury w pomieszczeniach. Wentylacja w takim układzie nie tylko wentyluje, ale także utrzymuje stałą temperaturę w pomieszczeniu. Układ taki posiada także czujnik temperatury powietrza nawiewanego, który ogranicza minimalną i maksymalną temperaturę powietrza nawiewanego.

Regulacja temperatury kaskadowa, jest pewną odmianą regulacji temperatury powietrza wywiewanego.

W każdym z trzech wyżej opisanych układach regulacji temperatury, sam proces grzania przebiega, jeżeli jest taka możliwość, sekwencyjnie: najpierw wykorzystuje się najtańsze źródła ciepła (systemy odzysku), później nagrzewnicę. Przykładowo sekwencja grzania w centrali nawiewno-wywiewnej z układem wymiennika krzyżowego, pompy ciepła i nagrzewnicy wodnej, przebiega tak, że najpierw wysterowany jest na 100% odzysku ciepła wymiennik krzyżowy (przepustnica by-pass tego wymiennika), w drugiej kolejności załączane są sekwencyjnie lub binarnie sprężarki chłodnicze pompy ciepła, a dopiero w trzeciej kolejności, gdy poprzednie układy grzania wysterowane są już na 100%, otwierany jest zawór regulacyjny nagrzewnicy wodnej. Nagrzewnice wodne mogą być regulowane po stronie wody: ilościowo (nie zalecane) lub jakościowo (zalecane). Najczęściej spotykane odmiany regulacji jakościowej to: układ mieszający z 3-drogowym zaworem regulacyjnym na rurociągu wody zasilającej nagrzewnicę i z pompką cyrkulacyjną wody w nagrzewnicy i mniej znany, ale bardzo bezpieczny układ z tzw. „wtryskiem”.

3.2 Regulacja wilgotności względnej powietrza

Na hali basenowej krytej pływalni wentylacja ma zapewnić w czasie przebywania tam ludzi, stałą, optymalną wilgotność względną powietrza. Centrale wentylacyjne różnych producentów, dla dużych, publicznych basenów krytych utrzymują stałą wilgotność w hali basenowej poprzez zmienne ilości powietrza zewnętrznego. W naszych warunkach klimatycznych, dla pływalni publicznych, gdzie wymagane są duże ilości powietrza zewnętrznego ze względu na ilości ludzi, ta metoda osuszania jest skuteczna i ekonomiczna, pod warunkiem, że centrala wentylacyjno-osuszająca wyposażona jest w system odzysku ciepła o wysokiej sprawności. Na krytych pływalniach publicznych nie stosuje się osuszania z wykorzystaniem wykraplania na zimnych powierzchniach jako metody podstawowej, owszem w centralach z układem chłodniczym wykorzystuje się osuszanie na powierzchni chłodnicy w dwóch przypadkach: w czasie pracy nocnej i latem przy ekstremalnych warunkach zewnętrznych (wysoka wilgotność bezwzględna).

Zmienne ilości powietrza zewnętrznego uzyskuje się, stosując komorę mieszania w centrali wentylacyjnej. Ilość powietrza nawiewanego i wywiewanego muszą być stałe, niezależne od położenia przepustnic komory mieszania. Układ automatyki sterując położeniem przepustnic komory mieszania, musi jednocześnie zapewnić minimalną ilość powietrza świeżego w czasie przebywania w hali basenowej ludzi. Szczególnie ważne jest to zimą, wtedy do utrzymania zadanej wilgotności wystarczyłyby niewielkie ilości bardzo suchego powietrza zewnętrznego. Najczęściej wystarczy przyjąć, że minimalna ilość powietrza zewnętrznego w dzień ma zapewnić 1 krotną wymianę kubaturową hali basenowej. W nocy dopuszcza się wyższe wilgotności i regulacja wilgotności z ciągłej przechodzi w krokową.

3.3 Regulacja ilości powietrza

W centralach wentylacji hal krytych pływalni należy stosować układy automatycznej regulacji ilości powietrza. Wynika to ze względu na komorę mieszania, której przepustnice wprowadzają zmienne opory instalacji wentylacyjnej, które przy stałych nie regulowanych obrotach wentylatorów zmieniają, choć w niewielkim zakresie, ilości powietrza nawiewanego i wywiewanego, nie pozwala to utrzymać stałego lekkiego podciśnienia w hali basenowej. W czasie pracy nocnej można obniżyć strumienie powietrza obiegowego, zachowując dalej zasadę utrzymania lekkiego podciśnienia w hali basenowej, ale obniżony strumień powietrza nadal musi zapewnić odpowiednią kurtynę powierza przed oknami. Układ regulacji ilości powietrza mierzy ilość powietrza czujnikami: albo prędkości powietrza w kanale o znanej powierzchni i przelicza to na ilość powietrza, albo różnicy ciśnienia w zwężce Venturiego, albo różnicy ciśnienia w rurce Pitota. Zmienne ilości powietrza realizowane są zmianą obrotów silników wentylatorów przetwornicami częstotliwości, potocznie zwanymi falownikami. Niekiedy spotyka się silniki prądu stałego, bezszczotkowe zasilane specjalnymi zasilaczami.

3.4 Układy zabezpieczające, pomiarowe i sygnalizacyjne układów wentylacji powietrza

Centrale wentylacyjne spotykane na obiektach krytych pływalni, wyposażone są, oprócz wymienionych wyżej, podstawowych układów automatyki, także w inne, nie mniej ważne układy zabezpieczające, pomiarowe i sygnalizacyjne. Wszystkie nagrzewnice wodne muszą być zabezpieczane przed zamarzaniem wody, jedynie nagrzewnice wodne pracujące zawsze na powietrzu obiegowym w pomieszczeniach, gdzie zawsze są dodatnie temperatury, mogą nie mieć takich zabezpieczeń. Nagrzewnicę można zabezpieczać przed zamarzaniem: albo po stronie powietrza nawiewanego za nagrzewnicą, albo po stronie wody wychodzącej z nagrzewnicy. Po stronie powietrza stosuje się termostaty przeciw zamarzaniowe, po stronie wody spotyka się najczęściej czujnik zanurzeniowy, analogowy temperatury wody. Moim zdaniem zabezpieczenie po stronie wody jest skuteczniejsze. Żaden sposób zabezpieczenia od zamarzania nie zadziała, jeżeli zabraknie napięcia zasilającego i/lub czynnika grzewczego o odpowiednich parametrach.

Wymienniki odzysku ciepła narażone są na szronienie. Zabezpiecza się je przed szronieniem: albo mierząc temperaturę powietrza wyrzucanego za wymiennikiem odzysku ciepła, albo mierząc różnicę ciśnienia przed i za wymiennikiem po stronie powietrza wywiewanego. Odszranianie polega na zmniejszeniu skuteczności odzysku ciepła, lub wręcz na wyłączeniu odzysku ciepła. Pierwszy sposób jest bardziej skuteczny, pozwala płynnie zmniejszać sprawność odzysku, np. uchylając by-pass wymiennika krzyżowego. Innym często spotykanym układem jest sygnalizacja zabrudzenia filtrów powietrza, sygnalizacja zerwania paska klinowego napędu wentylatora, realizowane jest to poprzez presostaty różnicy ciśnienia. Warto wyposażyć automatykę central wentylacyjnych w dodatkowe pomiary temperatur powietrza i wody, pozwoli to np. na obliczanie aktualnej, realnej sprawności odzysku ciepła, aktualnej wydajności cieplnej nagrzewnicy itp.

4. Automatyka węzła cieplnego – rozdział ciepła.

Bez względu na to co jest źródłem ciepła na obiekcie: ciepło z sieci miejskiej lub własna kotłownia, to ciepło trzeba rozdzielić i w każdym takim rozdzielonym układzie utrzymać odpowiednie parametry czynnika grzewczego. Moim zdaniem zawsze warto tak zaprojektować ten fragment instalacji obiektu krytej pływalni, aby można było skorzystać, nawet w przyszłości z niskotemperaturowych odnawialnych źródeł energii OZE. Dlatego warto całą instalacje wewnętrzna tak zaprojektować, aby pracowała na jak najniższych temperaturach czynnika zasilającego wszystkie lub większość odbiorników ciepła. Także, aby wszystkie odbiorniki pracowały na jak największym schłodzeniu czynnika grzewczego, aby temperatura czynnika powracającego była jak najniższa. Pozwoli to najskuteczniej wykorzystać takie źródła ciepła jak: kolektory słoneczne, pompy ciepła i inne.

Układy automatycznej regulacji temperatury czynnika grzewczego tzw. c.t. ciepła technologicznego dla wentylacji i dla grzania wody basenowej, powinny utrzymywać stałą temperaturę zasilania, niezależną od temperatury zewnętrznej.

Układy automatycznej regulacji temperatury czynnika grzewczego tzw. c.o. centralnego ogrzewania dla grzejników konwektorowych z zaworami termostatycznymi, powinny utrzymywać temperaturę zasilania zależną od temperatury zewnętrznej, według tzw. „krzywej grzania”. Oprócz stosunkowo prostych układów automatycznej regulacji temperatury w systemie dystrybucji ciepła spotyka się także układy utrzymujące automatycznie stałą zadaną różnicę ciśnienia. Układ taki bardzo ważny jest w pętli c.o. gdzie przepływy są zmienne, ze względu na stosowanie termostatycznych zaworów grzejnikowych.

Warto także wprowadzić indywidualne pomiary ilości zużytego ciepła przez poszczególne odbiorniki ciepła.

Zwyczajowo do układu stacji uzdatniania wody basenowej zalicza się także układ automatycznej regulacji temperatury wody basenowej. Ze względu na dużą bezwładność masy wody w obiegu, jest to prosta regulacja dwustanowa, chociaż na większych basenach spotyka się też układy regulacji ciągłej.

Ważnym pomiarem jest pomiar ilości wody świeżej przez stację uzdatniania wody.

5. Centralny System Monitorowania i Wizualizacji

W trakcie eksploatacji zarządzający obiektem krytej pływalni powinien, na podstawie stałego nadzorowania wszystkich instalacji, mieć możliwość optymalizacji nastaw, aby zużycie energii było jak najmniejsze. Można to osiągnąć obserwując zużycia energii przez poszczególne węzły przy różnych nastawach i zmiennych zewnętrznych. Zarządzający chciałby wiedzieć także, co działo się na jego obiekcie, szczególnie pod jego nieobecność. Jeszcze bardziej taka informacja jest potrzebna, gdy zdarzy się awaria. Kto zawinił? Czy pracownicy obsługi, czy siła wyższa (np.: wada materiałowa)? Czy wszystkie czynności obsługa wykonuje zgodnie z harmonogramem, lub na podstawie przekroczenia ustalonych parametrów? Czy obsługa odpowiednio szybko reaguje na stany alarmowe? Odpowiedzi na te pytania może udzielić system monitorowania. System monitoringu pozwala także serwisowi zdalnie obserwować parametry obiektu. W wielu sytuacjach awaryjnych taki zdalny monitoring redukuje przyjazdy awaryjne serwisu, co obniża koszty. System monitoringu może także pozwolić na redukcję zatrudnienia personelu obsługi technicznej. Jeżeli na obiekcie krytej pływalni zdarzają się najemcy (kawiarnia, solarium itp.) można ich rozliczać z rzeczywiście zużytych mediów za pomocą systemu monitoringu. System monitoringu może też urealnić rzeczywiste sprawności wielu urządzeń w tym i systemów odzysku ciepła w centralach wentylacyjnych. System monitoringu może więc być bardzo pomocnym i użytecznym narzędziem w rękach świadomego użytkownika. Trzeba jednak pamiętać, że nieświadomy użytkownik może zafundować sobie bardzo drogi i nieprzydatny wodotrysk- gadżet.


„APACZ” Andrzej Paczkowski
tel./fax: (58) 669 46 37
e-mail: apacz53@o2.pl