Klimatisierung von Hallenbädern

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Kai Schubert
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2 Luftmassenstrombemessung von Hallenbädern nach VDI Bemessungsgrundlage Art des Hallenbades Thermal-/ Mineralbad Sport-/ Freizeitbad Privatbäder Geodätische Höhe [m] Beckenwassertemperatur nach Beckenart Raumlufttemperatur, -feuchte Bauphysikalische Anforderungen U-Wert Gesamtscheibenkonstruktion Öffnungszeitspanne 2. Wasserverdunstung Im Badebetrieb Bezugsfläche Becken Zusätzliche Einrichtungen, Attraktionen unter Berücksichtigung der Gleichzeitigkeit Im Ruhebetrieb Bezugsfläche Becken Festlegung der Kennlinie der Wasserverdunstung während der Öffnungszeitspanne 3. Luftmassenstrom Im Badebetrieb ZUL-Massenstrom AUL-Massenstrom, schadstoffbezogen min. AUL-Anteil im UML-Betrieb max. AUL-Anteil im UML-Betrieb Im Ruhebetrieb ZUL-Massenstrom 2

Bauphysikalische Anforderungen U-Wert Gesamtscheibenkonstruktion Öffnungszeitspanne 2.

3 1. Grundlagen: Behaglichkeit Darstellung des Schwülebereichs Lufttemperatur in Abhängigkeit der relativen Luftfeuchte für: 1 Schwülekurve nach Lancaster- Castens-Ruge 2 Schwülekurve für unbekleidete Personen im Hallenbad Quelle: SWKI

für: 1 Schwülekurve nach Lancaster- Castens-Ruge 2

4 1. Grundlagen: Beckenwassertemperatur Bemessungswerte für Beckenwassertemperatur Beckenart Nichtschwimmerbecken Schwimmerbecken Springerbecken Wellenbecken Planschbecken Freizeitbecken Bewegungsbecken Therapiebecken Warmsprudelbecken Becken in Schwitzbädern Warmbecken Kaltbecken Wassertemperatur t W [ C] Quelle: VDI 2089 Blatt 1 Entwurf 03/05, Seite 6, Tabelle 2 Verdunstete Wassermenge in Anhängigkeit der Wassertemperatur bei konstantem Luftzustand (Raumkondition 30 C - 14,3g/kg / β b =28m/h) verdunstete Wassermenge [kg/h/m²] 0,7 0,6 0,5 0,4 0, Wassertemperatur [ C] 4

Wassertemperatur t W [ C] 28 32 36 36 35 15 Quelle: VDI 2089 Blatt 1 Entwurf 03/05, Seite 6, Tabelle 2 Verdunstete Wassermenge in Anhängigkeit der

5 Temperatur 1. Grundlagen: Bauphysikalische Randbedingungen 0 g/kg 2 g/kg 4 g/kg 6 g/kg 8 g/kg 10 g/kg 12 g/kg 14 g/kg 5% 10% 15% 20% 16 g/kg 30% 18 g/kg 20 g/kg Wasser 40% 40 º 50% 35 º 30 º 25 º 20 º 15 º 10 º 1.15 kg/m³ kg/m³ 60 kj/kg Enthalpie 60% 70% 80% 90% 100% Rel. Feuchte Innenscheibentemperatur: t isch = t a +U G (t i t a ) 0,13m²K/W Einfachglas U G =5,8W/m²K 5 º 1.25 kg/m³ 40 kj/kg Isolierglas U G =3,0W/m²K 0 º Wärmeschutzisolierglas U G =1,3W/m²K -5 º -10 º -15 º 1.35 kg/m³ 1.30 kg/m³ 0 kj/kg 20 kj/kg Mollier-h-x-Diagramm für feuchte Luft - Druck bar (0.000 m / ºC / % rf) Raumluftfeuchte Hallenbad: 40%r.F.< ϕ < 64%r.F. zum vorbeugenden Schutz für Metall- und Holzkonstruktion 5

20 º 15 º 10 º 1.15 kg/m³ 2 1 1.20 kg/m³ 60 kj/kg Enthalpie 60% 70% 80% 90% 100% Rel.

6 2. Wasserverdunstung Hallenbad: Luftsprudeleinrichtungen: M D,B,u/b β u, β b = verdunstete Wassermassenstrom [kg/h] = Wasserübergangskoeffizient [m/h] R D =461,52J/(kgK) = spezifische Gaskonstante für Wasserdampf T = arithmetisches Mittel von Wasser- u. Lufttemperatur [K] p D,W p D,L A B = Sättigungsdruck von Wasserdampf bei Wassertemperatur [Pa] = Wasserdampfdruck der Schwimmhallenluft [Pa] = Bezugsfläche bzw. nutzbare Wasserfläche des Beckens [m²] M D,A M L x D,W x D,L Rutschen: = verdunstete Wassermassenstrom Luftsprudeleinrichtung [kg/h] = Luftmassenstrom der Luftsprudeleinrichtung [kg/h] = Wasserdampfgehalt des austretenden Luftstroms [kg/kg] = Wasserdampfgehalt der Schwimmhallenluft [kg/kg] Wasserverdunstung: Hallenbad im Ruhebetrieb Hallenbad im Badebetrieb Attraktionen unter Berücksichtigung der Gleichzeitigkeit Festlegung der Kennlinie der Wasserverdunstung während der Öffnungszeitspanne M D,A β b = verdunstete Wassermassenstrom [kg/h] = Wasserübergangskoeffizient [m/h] R D =461,52J/(kgK) = spezifische Gaskonstante für Wasserdampf T = arithmetisches Mittel von Wasser- u. Lufttemperatur [K] p D,W p D,L L R B R = Sättigungsdruck von Wasserdampf bei Wassertemperatur [Pa] = Wasserdampfdruck der Schwimmhallenluft [Pa] = Rutschenlänge [m] = mittlere Breite des Fließwasserstromes [m] Quelle: VDI 2089 Blatt 1 Entwurf 03/05 6

Lufttemperatur [K] p D,W p D,L A B = Sättigungsdruck von Wasserdampf bei Wassertemperatur [Pa] = Wasserdampfdruck der Schwimmhallenluft [Pa] = Bezugsfläche bzw.

7 2. Wasserverdunstung: Kennlinie Wasserverdunstung während der Öffnungszeitspanne Wasserdampfmassenstrom M D,0 [kg/h] ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Beckennutzungszahl p b, bzw. Beckenbelastung p p [1] Becken bei Benutzung Becken bei Nichtbenutzung Attraktionen Beckennutzungszahl p B aus: Jährliche Öffnungsdauer [h/a] Durchschnittliche Aufenthaltsdauer eines Badegastes [h/d] Beckenbelastung p p aus: Anzahl gleichzeitiger Benutzer der Schwimmbecken [Personen] Quelle: VDI-Bericht 1869,

Beckenbelastung p p [1] Becken bei Benutzung Becken bei Nichtbenutzung Attraktionen Beckennutzungszahl p B aus: Jährliche

8 2. Wasserverdunstung Verdunstetet Wassermenge während der Nichtöffnungszeitspanne: Ist gleich der Summe der verdunstenden Wassermassenströme der einzelnen Becken in der Nichtöffnungszeitspanne M D,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 M D,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 M D,B,b M D,A,ges = verdunsteter Wassermassenstrom des benutzten Becken [kg/h] = verdunsteter Wassermassenstrom der Attraktionen [kg/h] Quelle: VDI 2089 Blatt 1 Entwurf 03/05 8

Wassermassenströme aller Becken während der Öffnungszeitspanne bei Nichtbenutzung M D,A = verdunsteter Wassermassenstrom der Attraktionen [kg/h] Höchster verdunstender Wassermassenstrom während der

9 3. Luftmassenstrombemessung Bemessung des Außenluftmassenstroms M A,S x D,L x D,A =0,009kg/kg = Außenluft-Auslegungsmassenstrom [kg/h] = Wasserdampfgehalt der Schwimmhallenluft [kg/kg] = Wasserdampfgehalt der Außenluft im Mittel aller Klimazonen Deutschlands Gegenkontrolle mit erforderlicher Luftmenge über die Fensterfläche zur Verhinderung von Kondensatbildung: 100 bis 400m³/h/m Fensterbreite bei Fensterhöhe 2m bis 10m Regelung des Außenluftanteils im anteiligen UML-Betrieb Bei minimaler Hallenauslastung: Bei maximaler Hallenauslastung: M A,U = Außenluftmassenstrom [kg/h] M A,U = Außenluftmassenstrom [kg/h] Die RLT-Anlage wird so ausgelegt, dass während der Öffnungszeit der zu fördernde AUL-Massenstrom M A,U der Hallenauslastung anpasst wird. Bei hoher AUL-Feuchte oder hoher Sonneneinstrahlung kann der M A,U bis auf 1,0 x M A,S erhöht werden. Quelle: VDI 2089 Blatt 1 Entwurf 03/05 9

Fensterbreite bei Fensterhöhe 2m bis 10m Regelung des Außenluftanteils im anteiligen UML-Betrieb Bei minimaler Hallenauslastung: Bei maximaler Hallenauslastung: M A,U = Außenluftmassenstrom [kg/h] M

10 3. Luftmassenstrombemessung: Thermal- und Mineralbäder Bemessung des Schadstoffbezogenen Außenluftmassenstrom: M A,G x G,L x G,A = Außenluftmassenstrom zur erforderlichen Gas- und Schadstoffabfuhr [kg/h] = zugelassener Gasgehalt im Raum über der Wasseroberfläche [kg/kg] = Gasgehalt der Außenluft [kg/kg] Abführung der Schadstoffe nach den Angaben des Bundesumweltamtes, z.b. Chloroform (CHCL 3 )< 200μg/m³ Luft Der spezifische Gasgehalt ist besonders zu beachten: Z.B. Bei H 2 S 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 10

11 4. Darstellung funktioneller Zusammenhänge Verdunstende Wassermenge in Abhängigkeit der Beckenfläche für verschiedene Nutzungsarten (Raumkondition 30 C - 14,3g/kg / Wassertemperatur 28 C) 70 Unbenutztes Becken Verdunstete Wassermenge [kg/h] Wasserfläche [m²] Privatbecken Hallenbad WT>1,35m Hallenbad WT<1,35m Wellenbecken bei Wellenbetrieb 11

28 C) 70 Unbenutztes Becken Verdunstete Wassermenge [kg/h] 60 50 40 30 20 10 0 20 40 60 80 100

12 4. Darstellung funktioneller Zusammenhänge Verdunstende Wassermenge in Abhängigkeit der relativen Feuchte bei T Hallenbad =30 C (Raumkondition 30 C / Wassertemperatur 28 C / β b =28m/h) 0,4 Verdunstete Wassermenge [kg/h/m²] 0,35 0,3 0,25 0,2 40% 45% 50% 55% 60% Relative Feuchte [%] bei T Hallenbad =30 C 12

/ Wassertemperatur 28 C / β b =28m/h) 0,4 Verdunstete Wassermenge [kg/h/m²]

13 4. Darstellung funktioneller Zusammenhänge Verdunstende Wassermenge in Abhängigkeit der Wassertemperatur (Raumkondition 30 C 55%r.F. / β b =28m/h) 0,7 Verdunstete Wassermenge [kg/h/m²] 0,6 0,5 0,4 0, Wassertemperatur [ C] 13

14 5. Walter Bösch KG-Gerätekonzepte: Einstufige Wärmerückgewinnung FOL AUL ZUL ABL Unser Ziel 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 14

Wirtschaftlichkeit Hohen Korrosionsschutz Lebensdauer Leisen Betrieb Modulbauweise (hohe Flexibilität im

15 5. Walter Bösch KG-Gerätekonzepte: zweistufige, bzw. dreistufige Wärmerückgewinnung ABL FOL ZU L AUL Unser Ziel Gesundes Raumklima Erhaltung des Bauwerkes Verfahren Entfeuchtung im UML-Betrieb mit AUL-Anteil Bösch-Schwimmbadgeräte zeichnen sich aus durch: Wärmepumpe mit Kältemittel R407C Scroll-Kompressor, optimierter Kältekreislauf Mit zwei, bzw. drei Kondensatoren (Wärmeabgabe an Luft und Beckenwasser 15

Verfahren Entfeuchtung im UML-Betrieb mit AUL-Anteil Bösch-Schwimmbadgeräte zeichnen sich aus durch:

16 6. Ausblick Ausblick Berechnung der Wirtschaftlichkeit auf Basis der TRY Darstellung des jährlichen Einsparpotentials an Schadstoffen wie SO 2, NO x, Staub, CO 2 Weiterentwicklung der Gerätekonzepte: Abfuhr von internen Wärmelasten mittels ZUL- Kühlung 16

Schadstoffen wie SO 2, NO x, Staub, CO 2 Weiterentwicklung der

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