Вентиляция бассейна: влагопоступления и воздухообмен

Бассейн в доме — это помещение, где вода и воздух непрерывно обмениваются влагой. Открытое зеркало воды площадью 50 м² при 28 °С отдаёт в воздух около 6 кг влаги в час, а вместе с купающимися — почти 8 кг. За сутки это 185 литров, которые надо либо удалить вентиляцией, либо сконденсировать осушителем.

Обычная вентиляция с такой нагрузкой не справляется: расчёт показывает, что для удаления влаги нужен расход 1549 м³/ч при объёме зала 300 м³, то есть кратность 5,2 объёма в час. Ниже — как эта цифра получается, почему она зависит от влажности воздуха сильнее, чем от температуры воды, и когда вентиляции уже недостаточно.

Откуда берётся влага

Влага в зале бассейна поступает из трёх источников, и они неравнозначны.

Главный источник — сама вода. Испарение идёт с поверхности, поэтому оно пропорционально площади зеркала и почти не зависит от глубины и объёма чаши. Бассейн 25 метров с дорожками испаряет больше, чем такой же по объёму, но компактный.

Движущая сила испарения

Испарение идёт, пока парциальное давление пара над водой больше, чем парциальное давление пара в воздухе. Разность этих давлений и есть движущая сила процесса.

Давление насыщения считается по формуле Магнуса — Тетенса, той же, что применяется для точки росы:

Парциальное давление пара в воздухе зала — это доля от насыщения при температуре воздуха:

Таблица показывает главное: при влажности воздуха 80 % и воде 24 °С разность давлений отрицательная, то есть испарения нет вообще — влага из воздуха конденсируется на воде. Это не расчётная ситуация, а аварийная: значит, вентиляция не справляется и влага идёт не наружу, а внутрь воды.

Требуемый воздухообмен

Воздух удаляет влагу за счёт того, что его влагосодержание на выходе больше, чем на входе. Значит, расход определяется разностью влагосодержаний приточного и вытяжного воздуха.

Влагосодержание связано с парциальным давлением через барометрическую формулу:

Здесь и находится слабое место вентиляционного способа. Летом наружный воздух тёплый и влажный: при 25 °С и 60 % он содержит 11,9 г/кг. Воздух зала при 30 °С и 60 % — 16,0 г/кг. Разность всего 4,1 г/кг, поэтому на каждый килограмм влаги нужно прогнать 200 кг воздуха, а на 7,7 кг/ч — почти 1550 м³/ч.

Зимой картина другая: наружный воздух при −15 °С и 80 % содержит 0,8 г/кг, разность с воздухом зала 15 г/кг, и требуемый расход падает до 430 м³/ч. Но тогда вступает в силу санитарный минимум, и всё равно приходится гнать 900 м³/ч.

Санитарный минимум

Расчёт по влаге даёт величину, которая может оказаться и очень большой, и очень маленькой. Поэтому существует независимое требование: кратность воздухообмена зала бассейна — не менее 3 объёмов в час.

Для зала 300 м³ это 900 м³/ч. Расчётные 1549 м³/ч больше, значит, принимается расчётная величина. В маленьком бассейне с зеркалом 10 м² картина обратная: влагопоступления дадут около 300 м³/ч, а норматив потребует 900 — принимается норматив.

Причина такой нормы — не влага, а воздух как таковой: в зале с хлорированной водой в воздухе накапливаются продукты испарения дезинфектантов, и их надо разбавлять свежим воздухом независимо от влажности.

Осушитель: когда он нужен

Осушитель нужен тогда, когда вентиляция физически не может удалить всю влагу. Причин две.

Первая — приточный воздух влажнее, чем нужно. Если разность влагосодержаний меньше 1 г/кг, расход воздуха для удаления влаги получается нереальным: для 7,7 кг/ч при Δd = 1 г/кг нужно 6400 м³/ч, то есть кратность 21 объём в час. Такой расход не проходит ни по шуму, ни по теплу на нагрев.

Вторая — режим работы. Ночью, когда бассейн закрыт, вентиляция может работать на минимуме, а вода продолжает испаряться. Влагу снимает осушитель.

Нагрузка на осушитель считается как разность между влагопоступлениями и тем, что успевает удалить вентиляция:

При испарении 7,7 кг/ч и вентиляции 1549 м³/ч нагрузка на осушитель нулевая — система справляется сама. Если снизить расход до санитарного минимума 900 м³/ч, вентиляция снимет 4,4 кг/ч, и осушителю останется 3,3 кг/ч, то есть 79 литров в сутки.

Тепловой баланс

Испарение воды — это не только влага, но и тепло. Один килограмм испарившейся воды уносит 2450 кДж.

При 7,7 кг/ч это 5,2 кВт. Столько же теряет через ограждения дом площадью 100 м² в средней полосе — и это только на испарение, без вентиляции.

Вторая статья — нагрев приточного воздуха. Считается по тому же расходу:

Летом, при температуре наружного воздуха 25 °С и в зале 30 °С, нагрев не нужен — воздух надо охлаждать. Зимой при −15 °С и расходе 1549 м³/ч нагрев требует 26 кВт. Именно поэтому зимний расход стараются снизить: вентиляция бассейна с подогревом приточного воздуха до 30 °С стоит дороже отопления всего дома.

Разумное решение — разделить систему: постоянный минимальный воздухообмен 3 объёма в час с нагревом и дополнительный осушитель на остаток влаги. Осушитель возвращает в помещение и скрытую теплоту конденсации, и явное тепло, а не выбрасывает их на улицу.

Числовой пример

Свои значения можно подставить в калькуляторе — он считает испарение, воздухообмен, нагрузку на осушитель и тепловой баланс.

Дано: зеркало воды 50 м², объём зала 300 м³, вода 28 °С, воздух 30 °С и 60 %, наружный воздух летом 25 °С и 60 %, купаются 5 человек, подвижность воздуха 0,2 м/с, зеркало открыто.

Шаг 1. Давление насыщения над водой:

p_нас = 0,611 · exp(17,625 · 28 / 271,04) = 0,611 · 6,17 = 3,77 кПа

Шаг 2. Пар в воздухе зала:

p_пар = 0,60 · 0,611 · exp(17,625 · 30 / 273,04) = 0,60 · 4,24 = 2,54 кПа

Шаг 3. Движущая сила:

Δp = 3,77 − 2,54 = 1,23 кПа

Шаг 4. Испарение с зеркала:

W = 50 · (0,089 + 0,0782 · 0,2) · 1,23 · 1,0 = 50 · 0,1046 · 1,23 = 6,4 кг/ч

Шаг 5. Влага от купающихся:

W_{купающихся} = 0,25 · 5 = 1,3 кг/ч

Шаг 6. Суммарные влагопоступления:

W_общ = 6,4 + 1,3 = 7,7 кг/ч = 185 л/сут

Шаг 7. Влагосодержание воздуха. Воздух зала при 30 °С и 60 %:

d_в = 622 · 2,54 / (101,325 − 2,54) = 16,0 г/кг

Приточный при 25 °С и 60 %:

d_пр = 622 · 1,90 / (101,325 − 1,90) = 11,9 г/кг

Шаг 8. Разность влагосодержаний:

Δd = 16,0 − 11,9 = 4,1 г/кг

Шаг 9. Расход по влаге:

L = 7,7 · 1000 / (1,2 · 4,1) = 1565 м³/ч

Шаг 10. Санитарный минимум:

L_мин = 3 · 300 = 900 м³/ч

Расчётная величина больше — принимаем 1549 м³/ч (небольшое расхождение с шагом 9 даёт округление влагосодержаний).

Шаг 11. Кратность:

n = 1549 / 300 = 5,2 1/ч

Шаг 12. Нагрузка на осушитель. Вентиляция удаляет:

W_удал = 1,2 · 1549 · 4,1 / 1000 = 7,6 кг/ч

Влагопоступления 7,7 кг/ч — осушитель не нужен, система на пределе.

Шаг 13. Теплота испарения:

Q_исп = 7,7 · 2450 / 3600 = 5,2 кВт

Шаг 14. Нагрев притока летом не нужен (25 °С против 30 °С в зале). Зимой при −15 °С и том же расходе нагрев потребует 26 кВт — это ещё один аргумент за то, чтобы зимой снижать расход и добавлять осушитель.

Схема воздухообмена

Правильная схема вентиляции бассейна — приток сверху, вытяжка снизу и из-под воды.

Влажный воздух легче сухого: при 30 °С и 60 % его плотность 1,15 кг/м³ против 1,20 кг/м³ у сухого. Поэтому влага скапливается вверху, и вытяжку логично делать из верхней зоны. Но есть второй поток — влага, которая конденсируется на холодных поверхностях внизу: на полу, бортах, сливных лотках. Поэтому часть вытяжки забирают из нижней зоны.

Типовое распределение: 2/3 вытяжки из верхней зоны под потолком, 1/3 из нижней вдоль бортов и лотков.

Приток подают в верхнюю зону, но не на зеркало воды и не в сторону окон: направленная на стекло струя резко увеличивает конденсат. Оптимально — вдоль продольных стен, веерными или компактными струями с малой скоростью.

Управление влажностью

Систему вентиляции бассейна нельзя делать по принципу «включить и забыть». Влажность в зале надо поддерживать в узком коридоре: 50–65 %. Ниже 50 % — пересыхают слизистые у пловцов и растёт испарение воды; выше 65 % — резко растёт риск конденсата на холодных поверхностях.

Простое реле влажности здесь плохо работает: оно реагирует, когда влажность уже выросла, а к этому моменту конденсат на стёклах уже появился. Правильнее — регулировать расход по влагосодержанию и вести его с опережением: при росте влажности открывать заслонку наружного воздуха до того, как порог будет достигнут.

Второй элемент управления — режим закрытого зеркала. Ночная плёнка снижает испарение на 40 %, жалюзи — до 65 %. Это прямо уменьшает и влагопоступления, и нагрузку на вентиляцию.

Частые ошибки

Расчёт по зимнему режиму. Зимой влагосодержание наружного воздуха низкое, и требуемый расход получается втрое меньше. Если спроектировать по нему, летом система не справится. Расчёт ведут по летним параметрам.

Приточные струи на воду. Каждый метр в секунду подвижности воздуха над водой почти удваивает испарение. Направленная на зеркало струя увеличивает нагрузку на вентиляцию вдвое при том же расходе воздуха.

Игнорирование санитарного минимума. Расчёт по влаге в маленьком бассейне даёт заниженный расход. Норматив 3 объёма в час никто не отменял.

Вентиляция без учёта конденсата в конструкциях. Стены, обращённые в бассейн, требуют пароизоляции со стороны зала. Если этого не сделать, влага пойдёт в стену, а там — в утеплитель. Общие принципы — в статье про пароизоляцию.

Рециркуляция влажного воздуха. Возврат вытяжки в зал без осушения бессмысленен и вреден. Допустима только рециркуляция с осушением.

Осушитель без отвода конденсата. Бытовой осушитель с баком на 5 литров бесполезен при нагрузке 80 л/сут. Нужен прибор со встроенным насосом или с отводом в дренаж.

Отсутствие подпора. В бассейне вытяжка должна быть меньше притока, чтобы холодный наружный воздух не подсасывался через неплотности в холодную зону. Дисбаланс считается в статье про подпор для вытяжки.

Тёплый воздух в верхней зоне без перемешивания. Если весь приток идёт вверх, а вытяжка — внизу, в зале возникает стратификация: под потолком влажно и тепло, у воды холодно. Нужно перемешивание или рассредоточенный приток.

Расход воздуха без учёта шума. 1500 м³/ч в жилом доме — это серьёзный воздуховод. Скорость в магистрали не должна превышать 6–7 м/с, иначе шум становится слышен. Как это посчитать — в статье про аэродинамику воздуховодов.

Частые вопросы

Почему в бассейне нужна отдельная вентиляция, а не обычная?

Из-за влаги. Открытая вода при 28 °С отдаёт в воздух от 5 до 15 кг влаги в час — это в десятки раз больше, чем даёт дыхание и стирка в квартире. Обычная вентиляция с кратностью 1–2 объёма в час такую нагрузку не снимает: влажность доходит до точки росы, конденсат идёт по стёклам, металлу и холодным стенам, а через год-два в конструкциях появляется плесень.

Что сильнее влияет на испарение — температура воды или влажность воздуха?

Влажность воздуха влияет сильнее. Движущая сила испарения — разность парциальных давлений насыщения над водой и пара в воздухе. При воде 28 °С и воздухе 30 °С с влажностью 60 % эта разность составляет 1,2 кПа; при той же воде и влажности 80 % — всего 0,6 кПа, то есть испарение падает вдвое. Температура воды в диапазоне 24–30 °С меняет испарение примерно на треть.

Нужен ли осушитель, если есть вентиляция?

Нужен, если приток нельзя сделать сухим. Летом наружный воздух при 25 °С и 60 % влажности содержит 11,9 г/кг влаги, и разность с воздухом зала всего 4 г/кг — вентиляция снимает влагу, но ценой большого расхода. Если приточный воздух ещё влажнее воздуха в зале, вентиляция влагу не удаляет вообще, и без осушителя не обойтись.

Какая кратность воздухообмена нужна для бассейна?

Санитарный минимум — 3 объёма в час по объёму зала. Но расчёт по влаге часто даёт больше: для зала 300 м³ и зеркала воды 50 м² получается 5,2 объёма в час, то есть 1549 м³/ч. Принимают большее из двух значений — норматив даёт нижнюю границу, а не расчётную величину.

Почему нельзя направлять приточные струи на воду?

Потому что подвижность воздуха над водой почти линейно увеличивается испарение. Коэффициент в формуле испарения растёт от 0,089 при штиле до 0,167 при 1 м/с — почти вдвое. Приточные струи направляют в верхнюю зону или вдоль стен, а не на зеркало воды.

Сколько тепла уходит на испарение воды в бассейне?

Теплота парообразования воды — около 2450 кДж/кг. При испарении 7,7 кг/ч это 5,2 кВт, то есть столько же, сколько теряет через ограждения дом площадью 100 м² в средней полосе. Плюс нагрев приточного воздуха — ещё 2,6 кВт. Суммарно 7,8 кВт постоянной нагрузки.

Заключение

Расчёт вентиляции бассейна начинается с влагопоступлений: испарение с зеркала воды по разности парциальных давлений плюс добавка на купающихся. Дальше эта влага переводится в расход воздуха через разность влагосодержаний приточного и вытяжного воздуха, полученная величина сравнивается с санитарным минимумом 3 объёма в час, и принимается большее.

Если вентиляция не может снять всю влагу — из-за слишком влажного притока или из-за ограничения по расходу — остаток ложится на осушитель. Параллельно считается тепловой баланс: теплота испарения плюс нагрев приточного воздуха. Для зала 300 м³ это около 8 кВт постоянной нагрузки, и именно поэтому схему «вентиляция с подогревом на весь расход» часто заменяют на «минимальный воздухообмен плюс осушитель».

Главное, что стоит запомнить: определяющий режим для расчёта — летний, а не зимний, и главный рычаг снижения нагрузки — не температура воды, а влажность воздуха и подвижность воздуха над зеркалом. Дальше по цепочке: общий расчёт воздухообмена — в статье про вентиляцию; подбор приточной установки — в статье про приточную вентиляцию; возврат тепла вытяжки — в статье про рекуператор; увлажнение воздуха в жилых комнатах — в статье про увлажнитель.