Klimatisierung von Hallenbädern

Klimatisierung von Hallenbädern
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Klimatisierung von Hallenbädern
Luftmassenstrombemessung von Hallenbädern nach VDI 2089
1. Bemessungsgrundlage
2. Wasserverdunstung
3. Luftmassenstrom
• Art des Hallenbades
Im Badebetrieb
Im Badebetrieb
• Thermal-/ Mineralbad
• Bezugsfläche Becken
• ZUL-Massenstrom
• Sport-/ Freizeitbad
• Zusätzliche Einrichtungen,
• AUL-Massenstrom, schadstoff-
• Privatbäder
• Geodätische Höhe [m]
• Beckenwassertemperatur
nach Beckenart
Attraktionen unter Berücksichtigung der Gleichzeitigkeit
• U-Wert Gesamtscheibenkonstruktion
• Öffnungszeitspanne
• min. AUL-Anteil im UML-Betrieb
Im Ruhebetrieb
• max. AUL-Anteil im UML-Betrieb
• Bezugsfläche Becken
Im Ruhebetrieb
• Raumlufttemperatur, -feuchte
• Bauphysikalische Anforderungen
bezogen
• ZUL-Massenstrom
⇒ Festlegung der Kennlinie der
Wasserverdunstung
während der
Öffnungszeitspanne
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Klimatisierung von Hallenbädern
1. Grundlagen: Behaglichkeit
Darstellung des Schwülebereichs
Lufttemperatur in Abhängigkeit
der relativen Luftfeuchte für:
1 Schwülekurve nach LancasterCastens-Ruge
2 Schwülekurve für unbekleidete
Personen im Hallenbad
Quelle: SWKI 2004-1
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Klimatisierung von Hallenbädern
1. Grundlagen: Beckenwassertemperatur
Bemessungswerte für Beckenwassertemperatur
Verdunstete Wassermenge in Anhängigkeit der Wassertemperatur
Beckenart
Wassertemperatur
tW [°C]
bei konstantem Luftzustand
(Raumkondition 30°C - 14,3g/kg / βb=28m/h)
Nichtschwimmerbecken
0,7
28
Springerbecken
Wellenbecken
Planschbecken
Freizeitbecken
32
Bewegungsbecken
Therapiebecken
36
Warmsprudelbecken
36
Becken in Schwitzbädern
Warmbecken
35
Kaltbecken
15
verdunstete Wassermenge
[kg/h/m²]
Schwimmerbecken
0,6
0,5
0,4
0,3
28
30
32
34
36
Wassertemperatur [°C]
Quelle: VDI 2089 Blatt 1 Entwurf 03/05, Seite 6, Tabelle 2
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Klimatisierung von Hallenbädern
Temperatur
1. Grundlagen: Bauphysikalische Randbedingungen
5%
10%
15%
20%
20 g/kg
18 g/kg
16 g/kg
14 g/kg
12 g/kg
10 g/kg
8 g/kg
6 g/kg
4 g/kg
2 g/kg
0 g/kg
Wasser
30%
40%
40 º
35 º
50%
60%
1.15 kg/m³
70%
80%
90%
100%
30 º
2
20 º
1.2
0k
15 º
g/m
³
Innenscheibentemperatur:
lpie
th a
60
k
J/
En
• ti Sch = ktga + UG (ti – ta ) • 0,13m²K/W
10 º
1.2
5k
5º
• Einfachglas UG=5,8W/m²K
40
g/m
³
kJ/
kg
• Isolierglas UG=3,0W/m²K
• Wärmeschutzisolierglas UG=1,3W/m²K
0º
1.3
0k
-5 º
20
k
g/m
³
J/k
g
Raumluftfeuchte Hallenbad:
• 40%r.F.< ϕ < 64%r.F. zum
-10 º
-15 º
Rel. Feuchte
1
25 º
1.3
5
kg/
0k
m³
J/ k
g
Mollier-h-x-Diagramm für feuchte Luft - Druck 1.013 bar (0.000 m / 10.000 ºC / 80.000 % rF)
vorbeugenden Schutz für Metall- und
Holzkonstruktion
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Klimatisierung von Hallenbädern
2. Wasserverdunstung
Hallenbad:
Luftsprudeleinrichtungen:
MD,A
= verdunstete Wassermassenstrom Luftsprudeleinrichtung [kg/h]
MD,B,u/b
= verdunstete Wassermassenstrom [kg/h]
ML
= Luftmassenstrom der Luftsprudeleinrichtung [kg/h]
βu , βb
= Wasserübergangskoeffizient [m/h]
xD,W
= Wasserdampfgehalt des austretenden Luftstroms [kg/kg]
xD,L
= Wasserdampfgehalt der Schwimmhallenluft [kg/kg]
RD=461,52J/(kgK) = spezifische Gaskonstante für Wasserdampf
T
= arithmetisches Mittel von Wasser- u. Lufttemperatur [K]
pD,W
= Sättigungsdruck von Wasserdampf bei Wassertemperatur [Pa]
pD,L
= Wasserdampfdruck der Schwimmhallenluft [Pa]
AB
= Bezugsfläche bzw. nutzbare Wasserfläche des Beckens [m²]
Wasserverdunstung:
• Hallenbad im Ruhebetrieb
Rutschen:
MD,A
= verdunstete Wassermassenstrom [kg/h]
βb
= Wasserübergangskoeffizient [m/h]
RD=461,52J/(kgK) = spezifische Gaskonstante für Wasserdampf
• Hallenbad im Badebetrieb
• Attraktionen unter Berücksichtigung der
Gleichzeitigkeit
⇒ Festlegung der Kennlinie der
Wasserverdunstung während der
T
= arithmetisches Mittel von Wasser- u. Lufttemperatur [K]
pD,W
= Sättigungsdruck von Wasserdampf bei Wassertemperatur [Pa]
pD,L
= Wasserdampfdruck der Schwimmhallenluft [Pa]
LR
= Rutschenlänge [m]
BR
= mittlere Breite des Fließwasserstromes [m]
Quelle: VDI 2089 Blatt 1 Entwurf 03/05
Öffnungszeitspanne
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Klimatisierung von Hallenbädern
Wasserdampfmassenstrom MD,0 [kg/h]
2. Wasserverdunstung: Kennlinie Wasserverdunstung
während der Öffnungszeitspanne
40
Becken bei Benutzung
Becken bei Nichtbenutzung
Attraktionen
35
30
25
20
15
Beckennutzungszahl pB aus:
10
• Jährliche Öffnungsdauer [h/a]
• Durchschnittliche Aufenthaltsdauer
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eines Badegastes [h/d]
• Beckenbelastung pp aus:
0
0
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
Beckennutzungszahl pb, bzw.
Beckenbelastung pp [1]
1
• Anzahl gleichzeitiger Benutzer der
Schwimmbecken [Personen]
Quelle: VDI-Bericht 1869, 2005
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Klimatisierung von Hallenbädern
2. Wasserverdunstung
Verdunstetet Wassermenge während der
Nichtöffnungszeitspanne:
Ist gleich der Summe der verdunstenden
Wassermassenströme der einzelnen Becken
in der Nichtöffnungszeitspanne
MD,B,U
= verdunsteter Wassermassenstrom des unbenutzten Beckens [kg/h]
Geringster verdunsteter Wassermassenstrom während
dem Öffnungszeitspanne:
Ist gleich der Summe der verdunstenden
Wassermassenströme aller Becken während
der Öffnungszeitspanne bei Nichtbenutzung
MD,A
= verdunsteter Wassermassenstrom der Attraktionen [kg/h]
Höchster verdunstender Wassermassenstrom während
der Öffnungszeitspanne:
Ist gleich der Summe der verdunstenden
Wassermassenströme aller Becken während
der Öffnungszeitspanne bei Benutzung
MD,B,b
= verdunsteter Wassermassenstrom des benutzten Becken [kg/h]
MD,A,ges
= verdunsteter Wassermassenstrom der Attraktionen [kg/h]
Quelle: VDI 2089 Blatt 1 Entwurf 03/05
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Klimatisierung von Hallenbädern
3. Luftmassenstrombemessung
• Gegenkontrolle mit erforderlicher Luftmenge über die
Bemessung des Außenluftmassenstroms
Fensterfläche zur Verhinderung von Kondensatbildung:
• 100 bis 400m³/h/mFensterbreite bei Fensterhöhe
2m bis 10m
MA,S
= Außenluft-Auslegungsmassenstrom [kg/h]
xD,L
= Wasserdampfgehalt der Schwimmhallenluft [kg/kg]
xD,A=0,009kg/kg
= Wasserdampfgehalt der Außenluft im Mittel aller Klimazonen
Deutschlands
Regelung des Außenluftanteils im anteiligen UML-Betrieb
Bei minimaler Hallenauslastung:
Bei maximaler Hallenauslastung:
MA,U
MA,U
= Außenluftmassenstrom [kg/h]
= Außenluftmassenstrom [kg/h]
• Die RLT-Anlage wird so ausgelegt, dass während der Öffnungszeit der zu fördernde
AUL-Massenstrom MA,U der Hallenauslastung anpasst wird.
• Bei hoher AUL-Feuchte oder hoher Sonneneinstrahlung kann der MA,U bis auf
1,0 x MA,S erhöht werden.
Quelle: VDI 2089 Blatt 1 Entwurf 03/05
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Klimatisierung von Hallenbädern
3. Luftmassenstrombemessung: Thermal- und
Mineralbäder
Bemessung des Schadstoffbezogenen
Außenluftmassenstrom:
MA,G
= Außenluftmassenstrom zur erforderlichen Gas- und
xG,L
= zugelassener Gasgehalt im Raum über der
xG,A
= Gasgehalt der Außenluft [kg/kg]
Schadstoffabfuhr [kg/h]
Wasseroberfläche [kg/kg]
• Abführung der Schadstoffe nach den Angaben des
Bundesumweltamtes, z.B. Chloroform
(CHCL3 )< 200μg/m³ Luft
• Der spezifische Gasgehalt ist besonders zu beachten:
• Z.B. Bei H2S kann die hohe Geruchsintensität
eine Begrenzung der Konzentration auf einen
Wert unter den zugehörigen MAK-Wert erforderlich
machen.
Quelle: VDI 2089 Blatt 1 Entwurf 03/05
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Klimatisierung von Hallenbädern
4. Darstellung funktioneller Zusammenhänge
Verdunstende Wassermenge in Abhängigkeit der Beckenfläche für verschiedene Nutzungsarten
(Raumkondition 30 °C - 14,3g/kg / Wassertemperatur 28 °C)
Verdunstete Wassermenge [kg/h]
70
Unbenutztes Becken
60
Privatbecken
Hallenbad WT>1,35m
50
Hallenbad WT<1,35m
40
Wellenbecken bei
Wellenbetrieb
30
20
10
0
20
40
60
80
100
120
Wasserfläche [m²]
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Klimatisierung von Hallenbädern
4. Darstellung funktioneller Zusammenhänge
Verdunstende Wassermenge in Abhängigkeit der relativen Feuchte bei THallenbad=30°C
(Raumkondition 30 °C / Wassertemperatur 28 °C / βb=28m/h)
Verdunstete Wassermenge [kg/h/m²]
0,4
0,35
0,3
0,25
0,2
40%
45%
50%
55%
60%
Relative Feuchte [% ] bei THallenbad=30°C
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Klimatisierung von Hallenbädern
4. Darstellung funktioneller Zusammenhänge
Verdunstende Wassermenge in Abhängigkeit der Wassertemperatur
(Raumkondition 30 °C – 55%r.F. / βb=28m/h)
Verdunstete Wassermenge [kg/h/m²]
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
28
30
32
34
36
Wassertemperatur [°C]
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Klimatisierung von Hallenbädern
ABL
AUL
5. Walter Bösch KG-Gerätekonzepte: Einstufige
Wärmerückgewinnung
Unser Ziel
ZUL
FOL
• Gesundes Raumklima
• Erhaltung des Bauwerkes
Verfahren
• Entfeuchtung über die Aussenluft
Bösch-Schwimmbadgeräte zeichnen sich aus durch:
• Wirtschaftlichkeit
• Hohen Korrosionsschutz
• Lebensdauer
• Leisen Betrieb
• Modulbauweise (hohe Flexibilität im Sanierungsbereich)
• Lieferung in Kuben oder Ortsmontage möglich
• Hygiene
• Offenes Regelungskonzept, z.B. Siemens, bzw. Kieback&Peter
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Klimatisierung von Hallenbädern
5. Walter Bösch KG-Gerätekonzepte: zweistufige,
bzw. dreistufige Wärmerückgewinnung
FO L
ZU L
A UL
AB L
Unser Ziel
Bösch-Schwimmbadgeräte zeichnen sich aus durch:
• Gesundes Raumklima
• Wärmepumpe mit Kältemittel R407C
• Erhaltung des Bauwerkes
• Scroll-Kompressor, optimierter Kältekreislauf
Verfahren
• Mit zwei, bzw. drei Kondensatoren (Wärmeabgabe an Luft
• Entfeuchtung im UML-Betrieb mit AUL-Anteil
und Beckenwasser
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Klimatisierung von Hallenbädern
6. Ausblick
Ausblick
• Berechnung der Wirtschaftlichkeit auf Basis der TRY
• Darstellung des jährlichen Einsparpotentials an
Schadstoffen wie SO2, NOx, Staub, CO2
• Weiterentwicklung der Gerätekonzepte:
• Abfuhr von internen Wärmelasten mittels ZULKühlung
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