محاسبات بار رطوبتی استخر شنا

در این مطلب، به منبع بار رطوبتی استخر در محوطه ی سالن استخر و مضرات بالقوه ی آن در صورت عدم کنترل، می پردازیم.

منبع بار رطوبتی استخر

استخرهای سرپوشیده در معرض سه منبع اصلی رطوبت هستند:

1. تبخیر آب استخر
2. تهویه هوا
3. افراد

اختلاف فشار میان بخار آب استخر و هوا باعث تبخیر پیوسته می شود. فشار بخار آب‌ و هوا بر اساس درجه حرارت و اختلاف دمای آنها، تغییر می کند. نرخ تبخیر، با افزایش دمای آب نسبت به دمای هوا، افزایش می یابد. میزان فعالیت افراد در سطح آب نیز میزان تبخیر را افزایش یا کاهش می‌دهد.

نکته: در طول ماه های تابستان، تهویه هوایی که به فضا وارد می شود، بسته به شرایط آب و هوایی، بر بار رطوبتی فضا اثر می‌گذارد.

حضور تماشاچیان در اطراف استخر نیز باعث افزایش رطوبت فضا می شود. این بار رطوبتی استخر، معمولاً در استخرهای خانگی، کم است، اما در جایگاه تماشاچیان نسبتاً قابل توجه است.

عوامل موثر بر رطوبت

هوا همچون سایر گازها، تحت حرارت، دچار افزایش حجم شده و با سرد شدن، حجم آن کاهش می‌یابد. این انبساط یا انقباض که با تغییر دما اتفاق می افتد بر بار رطوبتی تاثیر گذاشته و درصد رطوبت هوا را کاهش یا افزایش می دهد. به عبارت دیگر، با انبساط هوا، توانایی آن در حفظ رطوبت، افزایش می یابد. درصد رطوبت به حجم هوا (رطوبت نسبی) با گرم شدن هوا، کاهش می‌یابد.

میعان

میعان، یکی از دشمنان اصلی استخرهای سرپوشیده است. وقتی میعان در سطوح استخر رخ می دهد، به آنها آسیب وارد کرده و غذا برای رشد قارچ ها و باکتری ها فراهم می شود.

میعان قابل مشاهده، هنگامی رخ می دهد که دمای سطح، به زیر نقطه شبنم فضای داخلی می رسد (شکل ۱). در محیط استخر، این نقطه شبنم معمولاً در محدوده ی ۵۸ تا ۶۶ درجه فارنهایت است. دمای سطح را می توان با استفاده از این رابطه محاسبه کرد:

T_s = T_i – [K × (۱/R) × (T_i – T_o)]

T_s: دمای سطح

T_i: دمای محیط داخلی

K: مقدار ثابت ۶۸/۰ برای سطح عمودی

R: کمیت پنل سازه

T_o: درجه حرارت بیرون

با توجه به اینکه پنجره ها، مهم ترین عامل ایجاد میعان در محیط استخر هستند، تنها این جزء از سازه را در نظر می گیریم. با این حال، می توان فرآیند مشابهی را برای سایر اجزای ساختمان به کار برد. پنجره ها معمولاً کمیت R ندارند بلکه با مقادیر U دسته بندی می‏شوند. U، به صورت معکوس R به کار می رود.

مقادیر U پنجره ها، برای کل سازه پنجره بوده و مقدار U را برای هر جزء از پنجره نشان نمی دهند. به همین دلیل توصیه می شود که ۵ درجه فارنهایت به دمای سطح محاسبه شده، اضافه شود و از این مقدار برای نقطه شبنم استفاده شود. این موضوع بدان معنی است که برای جلوگیری از میعان قابل مشاهده، تمام سطوح در یک محیط استخر سرپوشیده باید در دمایی بالاتر از ۶۳ تا ۷۱ درجه فارنهایت نگهداری شوند.

اگر درصد رطوبت نسبی (%RH) به عنوان مرجع در نظر گرفته شود، نمودارهای ۱، ۲ و ۳، درصد رطوبت نسبی در میعان سطح برای مقادیر مختلف U در فضای داخلی با دمای ۷۶، ۸۲ و ۸۶ درجه فارنهایت و با دمای خارجی ۲۵، ۰ و ۲۵- درجه فارنهایت را نشان می دهند.

نمودار ۱- RH٪ برای مقادیر مختلف U در درجه حرارت ۲۵ درجه فارنهایت

نمودار ۲- RH٪ برای مقادیر مختلف U در ۰ درجه فارنهایت

نمودار ۳- RH٪ برای مقادیر مختلف U در درجه حرارت ۲۵- درجه فارنهایت

شما می توانید مطلب زیر در رابطه با تهويه مطبوع استخرها را در قالب پادکست آموزشي ArianPoolCast026 بشنويد:

محدوده ی رطوبت

انجمن مهندسان صنایع گرمایی و تهویه مطبوع آمریکا (ASHRAE) توصیه می کند که رطوبت نسبی در محیط استخر سرپوشیده، بین ۵۰ تا ۶۰ درصد نگه داشته شود. رطوبت نسبی بالاتر از ۶۰ درصد، منجر به ناراحتی افراد، افزایش رشد قارچ ها و باکتری های خاص و میعان فراوان بر روی سطوح می شود. رطوبت نسبی زیر ۵۰ درصد نیز باعث می شود که با خروج از آب، پوست شناگران در اثر تبخیر، خنک شود. سطوحی با رطوبت پایین تر، موجب تبخیر بیشتر آب شده و مصرف مواد شیمیایی و نیاز به اضافه کردن آب جبرانی (Make-up Water) به استخر را بالا می برد. در نتیجه، استخر به تجهیزاتی با توان بالاتر نیاز پیدا می کند و هزینه‌های عملیاتی، افزایش می یابد.

نقطه شبنم مناسب برای سطوح سالن استخر

روش های کنترل رطوبت

برای کاهش میزان رطوبت در محیط یک استخر سرپوشیده، می توان از تکنیک های مختلفی استفاده کرد. یکی از قدیمی ترین و مرسوم ترین روش ها، استفاده از روش هوای جبرانی ـ خروجی است که در آن، هوای مرطوب گرم به بیرون منتقل شده و هوای تازه، وارد ساختمان می شود. در طول ماه های زمستان، قبل از ورود هوا به فضای داخلی، این هوا باید تا دمای اتاق، گرم شود. هزینه عملیاتی این فرآیند، زیاد است. در فصول بهار، تابستان و پاییز، ممکن است هوای بیرون در بخش‌های خاصی از کشور، رطوبت بیشتری نسبت به محیط داخل داشته باشد. این امر، موجب افزایش رطوبت داخل ساختمان خواهد شد و به‌طور بالقوه، سبب صدمه به ساختمان می شود.

در برخی از نقاط کشور، هوای بیرون ممکن است خشک تر از محیط داخلی باشد. در نگاه اول، به نظر می رسد که این مورد، همه مشکلات مربوط به رطوبت را حل می کند. تا زمانی که رطوبت محیط داخلی زیر ۶۰% RH باشد، مشکلی وجود ندارد. بااین‌حال، با توجه به هزینه های بالای انرژی، باید هزینه های عملیاتی را به معادله ی بالا اضافه کنیم. به عنوان مثال، استخری با ابعاد ۲۲ در ۸ متر و عمق متوسط ​​۲ متر، به ۸۴۰۰۰ گالن آب برای پُرشدن نیاز دارد. فرض کنید فضای داخلی، با هوای بیرون پر می شود و در آب و هوای خشک، رطوبت نسبی کمتر از ۳۰% است. در این استخر، در هر ساعات، ۳/۱۰ گالن آب، تبخیر می شود. این بدان معنی است که استخر در ۳۴۰ روز خالی می‌شود. اگر رطوبت نسبی در فضا ۵۰% باشد، میزان تبخیر به ۲۴/۶ گالن در ساعت کاهش می یابد و در همان ۳۴۰ روز، بیش از ۵۰۰۰۰ گالن در آب جبرانی صرفه جویی می شود. این صرفه جویی همچنین با کاهش هزینه انرژی برای گرم کردن آب و کاهش هزینه مواد شیمیایی برای گندزدایی آن، همراه است. بدین ترتیب، هزینه آب جبرانی و مواد شیمیایی تا حدود ۴۰ درصد کاهش می یابد.

روش هوای جبرانی ـ خروجی

مؤثرترین روش برای حفظ سطح مناسب رطوبت نسبی، تنظیم “بار رطوبتی استخر” و همچنین کاهش مصرف آب و مواد شیمیایی، استفاده از سیستم رطوبت زدایی بر پایه تبرید است.

سیستم رطوبت زدایی بر پایه تبرید

محاسبه بار رطوبتی استخر

جدول ۱، دمای طراحی توصیه شده توسط ASHRAE را برای استخرهای سرپوشیده نشان می دهد. بر اساس این جدول، حداکثر دما، ۹۰ درجه فارنهایت (برای شناگران سالخورده) است. ASHRAE همچنین پیشنهاد می دهد که دمای هوا نباید بیشتر از ۸۶ درجه فارنهایت باشد. این دما، آستانه ی آسایش و راحتی است. بیشتر مدارهای تبرید، تنها برای حداکثر دمای ۹۰ درجه فارنهایت طراحی شده اند.

بحث فرمول تبخیر، فراتر از حوصله ی این مقاله است. در فرمول ASHRAE، از روش دیفرانسیل بخار برای تعیین نرخ تبخیر از سطح آب استفاده می شود. این فرمول برای محاسبه فاکتورهای ذکر شده در جدول ۱ مورد استفاده قرار گرفته است.

جدول ۱: توصیه‌های دمای طراحی آب و هوا توسط ASHRAE

جدول ۲، ضرایب فعالیت های مختلف را نشان می دهد که ممکن است بر اساس نوع استخر، روی نتایج پایانی اثر بگذارند. مقادیر ذکر شده در جدول ۳ بر اساس FPM 25 جابجایی هوا بر روی سطح آب است. اشکال مختلف این فرمول برای افزایش حرکت هوا بر روی سطح آب در دسترس است. تمام مقادیر در جدول ۳ بر اساس مقدار ضریب فعالیت یک (۱) و برای زمانی هستند که استخر تحت بهره برداری قرار می گیرد. توجه داشته باشید که در تمام ساعاتی که استخر مورد بهره برداری قرار نمی گیرد، بایستی برای تعیین میزان تبخیر از ضریب فعالیت ۵/۰ استفاده شود.

جدول ۲: ضریب فعالیت ها از کتابچه راهنمای ASHRAE 2007

نرخ تبخیر بر حسب پوند بر ساعت به ازای هر فوت مربع سطح آب

جدول ۳: نرخ تبخیر آب ساکن در سطح دریا (با استفاده از روش اساسی ASHREA)

هوای تهویه ای

به طورکلی، مقدار تهویه هوای مورد نیاز، برابر با مقدار توصیه شده توسط استاندارد ۶۲.۱ ASHRAE است و اکثر کدهای استاندارد، بر اساس این روش هستند. نسخه ۲۰۰۷ این استاندارد، توصیه می کند که محاسبات بر اساس فوت مربع سطح آب با نرخ cfm 48/0 در هر فوت مربع باشد. ضمناً مساحت فوت مربع از سطح عرشه / کف، باید با نرخ دیگری (معمولاً cfm 06/0 بر هر فوت مربع) محاسبه شود. اگر فضا شامل سکوی تماشاچیان باشد، بایستی میزان cfm 5/7 به ازای هر فرد، به اضافه cfm 06/0 به ازای هر فوت مربع از سکوی تماشاچیان نیز اضافه گردد.

این استاندارد همچنین نشان می دهد که هنگام محاسبه رطوبت هوای تهویه ای که به فضا وارد می شود، بایستی از داده های آب و هوایی رطوبت‌زدایی ASHRAE استفاده نمود. توصیه بر استفاده از شرایط آب و هوایی ۱% است. فرمول زیر برای تعیین مقدار رطوبت هوای تهویه ای استفاده می شود:

جدول ۴- دستورالعمل های محتوای رطوبت (همه مقادیر در سطح دریا)

تأثیر افراد بر رطوبت

رطوبتی که توسط افراد به وجود می آید و بر بار رطوبتی استخر تاثیر می گذارد، به طور معمول تنها زمانی مورد توجه قرار می گیرد که سکوی تماشاچیان، بخشی از فضای طراحی باشد. اکثر راهنماهای طراحی، رطوبت پنهان برای هر فرد را با واحد btu/h در نظر می گیرند. دمای بیشتر استخرهای سرپوشیده بیش از ۸۰ درجه فارنهایت است؛ بنابراین ۲۰% بیشتر از مقدار پنهان ذکر شده در اکثر کتاب های طراحی بایستی اضافه شود. توصیه بر btu/h 190 برای هر نفر است. به عنوان مثال، اگر تماشاچان ۱۰۰ نفر باشند، مقدار btu/h 19000 رطوبت در ساعت تولید می شود. برای تبدیل این مقدار به lbs/h رطوبت، از ضریب btu/h1061 به ازای هر lbs استفاده می شود؛ بنابراین btu/h 19000 برابر با lbs/h 9/17 یا تقریباً مشابه با تبخیر از یک سطح استخر ۴۰۰ فوت مربعی در فضای ۸۲ درجه فارنهایت، ۸۰ درجه فارنهایت آب و ۵۵% RH است