Inženirski nadzor vlažnosti na ledenih arenah: preprečevanje kondenzacije in optimizacija porabe energije

Avtor: tehnični oddelek Mycond.

Načrtovanje učinkovitih sistemov za ledene arene predstavlja edinstven inženirski izziv zaradi temeljnega konflikta med hladno površino ledu (od -3 °C do -7 °C) in toplim zrakom v prostoru (od +10 °C do +15 °C). Ta temperaturna razlika ustvarja idealne pogoje za kondenzacijo atmosferske vlage na ledu, kar vodi do številnih kritičnih težav: nastanek megle nad ledno površino, slabša vidljivost, povečana obremenitev hladilnega sistema, pospešena korozija kovinskih konstrukcij in znižanje kakovosti ledene podlage.

Fizika kondenzacije na ledenih arenah: psihrometrični pogoji

Kondenzacija vlage na ledenih arenah je proces prenosa mase, pri katerem se vodna para iz zraka prenaša na hladno površino ledu preko mehanizmov difuzije in konvekcije. To se zgodi, ko je temperatura površine ledu nižja od temperature rosišča okoliškega zraka.

Oglejmo si psihrometrično analizo: pri temperaturi zraka v dvorani +12 °C in relativni vlažnosti 60 % je temperatura rosišča približno +4 °C. Ker se temperatura ledu običajno vzdržuje okoli -5 °C za hokejske tekme, je temperaturna razlika 9 °C, kar kondenzacijo naredi neizogibno.

Mehanizem kondenzacije poteka v dveh fazah. Najprej se vodna para kondenzira na površini ledu in oddaja latentno toploto kondenzacije (približno 2500 kJ/kg). Nato nastali kondenzat zmrzne in odda latentno toploto zmrzovanja (335 kJ/kg). Skupna toplota približno 2835 kJ/kg vlage ustvarja dodatno obremenitev za hladilni sistem arene.

Vizualno se to kaže v obliki megle nad ledno površino. Ko se zrak nad ledom ohladi pod točko rosišča, vlaga kondenzira v drobne kapljice, ki ostanejo v suspendiranem stanju. Višja ko je relativna vlažnost zraka, gostejša je nastala megla.

Kvantitativna ocena procesa kaže, da je pri vsebnosti vlage v zraku dvorane 6 g/kg in temperaturi +12 °C točka rosišča približno +4 °C. Razlika s temperaturo ledu (-5 °C) je 9 °C, kar vodi do intenzivne kondenzacije. Če zmanjšamo vsebnost vlage na 4 g/kg, se točka rosišča spusti na -2 °C in razlika s temperaturo ledu znaša le 3 °C, kar bistveno zmanjša intenzivnost kondenzacije.

Poleg nastajanja megle kondenzacija vlage povzroča korozijo kovinskih elementov konstrukcije arene in poslabša kakovost ledu zaradi nastanka neravnin iz zamrznjenega kondenzata.

Viri vnašanja vlage na ledeno areno: kvantitativna analiza

Učinkovito načrtovanje sistema razvlaževanja zahteva podrobno razumevanje vseh virov vnašanja vlage v areno. Oglejmo si glavne.

Gledalci so pomemben vir emisij vlage. En odrasel gledalec v mirovanju odda približno 50 g/h vlage z dihanjem in skozi kožo. Za areno s kapaciteto 1000 gledalcev to znaša približno 50 kg/h. Ob trajanju dogodka 2–3 ure lahko skupni dovod vlage doseže 100–150 kg. Te vrednosti so okvirne za začetne izračune.

Stroj za obdelavo ledu (resurfacer) predstavlja pomemben vir vlage zaradi uporabe vroče vode (približno +60 °C) za zalivanje in glajenje ledu. Pri razlivanju na hladno površino del vode intenzivno izhlapi. Po ocenah lahko pri zalivanju 300 litrov izhlapi 5–10 % prostornine, kar znaša 15–30 kg na eno operacijo. Stroj za obdelavo ledu običajno zapelje 2–3-krat na dan, s čimer doda 30–90 kg vlage dnevno.

Infiltracija zunanjega zraka se pojavi ob odpiranju vrat za vstop stroja za glajenje ledu in izhod športnikov. Pri odpiranju vrat površine 12 m² za 2–3 minute v zimskih razmerah (temperatura -5 °C, relativna vlažnost 80 %, vsebnost vlage približno 2 g/kg) vstopi hladen zrak z nizko absolutno vsebnostjo vlage. Vendar poleti (temperatura +25 °C, relativna vlažnost 70 %, vsebnost vlage približno 14 g/kg) vsako odpiranje vrat vnese 30–50 m³ vlažnega zraka, kar je enakovredno 0,4–0,7 kg vlage na eno odpiranje.

Pomočni prostori, zlasti garderobe s prhami, oddajajo znatno količino vlage. Ena prha lahko proizvede do 200 g/min. Če je prezračevanje nezadostno, se vlaga izpodriva v areno. Pri 20 igralcih, ki uporabljajo prhe 15 minut, se lahko sprosti do 60 kg vlage.

Metodologija izračuna skupnih emisij vlage vključuje seštevek vseh virov. Za tipično areno s 1000 gledalci ob polni zasedenosti med hokejsko tekmo: približno 50 kg/h od gledalcev, plus 10 kg/h od stroja za obdelavo ledu (amortizirano), plus 5 kg/h od infiltracije, plus 15 kg/h od prh (amortizirano), skupaj približno 80 kg/h. To je okvirna vrednost, ki jo je treba natančno določiti za vsak konkreten projekt.

Psihrometrično ravnovesje: določitev ciljne vsebnosti vlage v zraku

Ciljna vsebnost vlage v zraku na ledeni areni je določena s pogojem, da mora biti temperatura rosišča zraka vsaj za 2–3 °C nižja od temperature površine ledu za zanesljivo preprečevanje kondenzacije.

Algoritem določanja ciljne vsebnosti vlage vključuje naslednje korake:

1. Določimo temperaturo površine ledu (tipično od -3 °C do -7 °C, odvisno od športa: hokej približno -5 °C, hitrostno drsanje do -7 °C, umetnostno drsanje približno -4 °C).
2. Nastavimo varnostno rezervo: temperatura rosišča mora biti 2–3 °C nižja od temperature ledu. Če je temperatura ledu -5 °C, je ciljna temperatura rosišča od -7 °C do -8 °C.
3. Po psihrometričnem diagramu za temperaturo zraka v dvorani (na primer +12 °C) in temperaturo rosišča -8 °C določimo ciljno vsebnost vlage — približno 3,5–4 g/kg.
4. Primerjamo s trenutno vsebnostjo. Če je trenutna vsebnost vlage 6 g/kg, je treba odstraniti 2–2,5 g vlage iz vsakega kilograma zraka v dvorani.

Vlažni bilančni pogoj lahko predstavimo takole: dovod vlage je enak skupnim emisijam vlage, odvzem vlage pa je vsota zmogljivosti razvlaževalnika in odnašanja vlage z izpušnim prezračevanjem. Pogoj ravnovesja: odvzem mora biti večji ali enak dovodu.

Vloga prezračevanja je odvisna od podnebnih razmer. Če ima zunanji zrak nižjo vsebnost vlage kot notranji, dotok svežega zraka pomaga pri odstranjevanju vlage. Na primer pozimi, ko ima zunanji zrak parametre: -10 °C, relativna vlažnost 80 %, vsebnost vlage približno 1,5 g/kg, notranji zrak pa +12 °C, vsebnost vlage 6 g/kg, vsak m³/h dotoka odnese razliko: (6−1,5)×1,2/1000 = 0,0054 kg/h vlage.

Vendar poleti, ko ima zunanji zrak parametre: +25 °C, relativna vlažnost 70 %, vsebnost vlage 14 g/kg, kar je bistveno več kot notranja, povečanje dotoka poslabša situacijo, saj dodaja vlago namesto da bi jo odvzemalo. V takem primeru je potrebna recirkulacija zraka skozi razvlaževalnik.

Vse navedene številke so odvisne od konkretnih pogojev projekta in služijo le kot inženirska orientacija.

Metodologija izračuna potrebne zmogljivosti razvlaževalnika

Določitev potrebne zmogljivosti razvlaževalnika je ključen korak načrtovanja. Oglejmo si metodologijo korak za korakom.

Prvi korak — določitev primanjkljaja odvzema vlage. Če skupne emisije vlage znašajo 80 kg/h, prezračevanje pa odnese 20 kg/h v zimskih razmerah z nizko zunanjo vsebnostjo vlage, je primanjkljaj 60 kg/h. Ta primanjkljaj mora pokriti razvlaževalnik.

Drugi korak — upoštevanje režima delovanja. Če razvlaževalnik deluje neprekinjeno, je potrebna zmogljivost enaka primanjkljaju. Če deluje le med dogodki (na primer 8 ur na dan), emisije vlage pa so skoncentrirane v tem obdobju, je potrebna zmogljivost enaka primanjkljaju v teh urah. Če pa se vlaga kopiči čez dan (od stroja za zalivanje ledu, infiltracije), razvlaževalnik pa deluje omejen čas, je treba povečati njegovo zmogljivost ali čas delovanja. Na primer, če je dnevni dovod vlage 500 kg/dan, razvlaževalnik pa deluje 16 ur, je potrebna zmogljivost najmanj 500÷16 = 31 kg/h.

Tretji korak — rezerviranje moči. Razvlaževalnik ne sme delovati na meji zmogljivosti. Tipično rezerviranje je 20–30 % od izračunane moči za kompenzacijo nepredvidenih obremenitev (množični dogodki z več gledalci, vlažni poletni dnevi z visoko infiltracijo). Če je izračunana zmogljivost 60 kg/h, je priporočena instalirana moč: 60×1,25 = 75 kg/h.

Četrti korak — razporeditev moči. Za velike arene je smiselno uporabiti več razvlaževalnikov namesto enega zmogljivega. To izboljša enakomernost porazdelitve zraka, zagotovi rezerviranje ob odpovedi enega agregata in omogoča stopenjsko regulacijo zmogljivosti glede na obremenitev dvorane.

Oglejmo si podroben numerični primer:

• Arena: 2000 m² ledu, prostornina dvorane 15 000 m³, 1000 gledalcev.
• Skupne emisije vlage med dogodkom: 80 kg/h.
• Zimsko prezračevanje odnese: 20 kg/h.
• Primanjkljaj: 60 kg/h.
• Dogodek traja 3 ure, razvlaževalnik deluje 12 ur na dan (pred, med in po dogodku).
• Dnevni dovod vlage: 80×3 (med dogodkom) + 15×21 (stroj in infiltracija v drugem času) = 555 kg/dan.
• Potrebna zmogljivost: 555÷12 = 46 kg/h.
• Z 25 % rezerve: 46×1,25 = 58 kg/h.
• Priporočilo: 2 razvlaževalnika po 30 kg/h ali 3 po 20 kg/h za prilagodljivo regulacijo in rezerviranje.

Vse navedene številke so okvirne za konkreten primer in služijo kot inženirske smernice.

Sodelovanje sistemov prezračevanja, ogrevanja in razvlaževanja

Prezračevanje in razvlaževanje nista alternativi, temveč se medsebojno dopolnjujeta. Prezračevanje zagotavlja sanitarno normo svežega zraka za gledalce (približno 20–30 m³/h na osebo), razvlaževanje pa nadzoruje vlažnost.

Algoritem sodelovanja lahko opišemo takole:

• Če je vsebnost vlage v zunanjem zraku nižja od ciljne notranje vsebnosti, povečanje dotoka pomaga odstranjevati vlago. Dotok je možno povečati do sanitarnih norm ali celo nekoliko nad.
• Če je vsebnost vlage v zunanjem zraku blizu notranje ali višja, se dotok omeji na sanitarni minimum, glavni odvzem vlage pa opravlja razvlaževalnik v režimu recirkulacije.
• Če ima zunanji zrak zelo visoko vsebnost vlage (vlažni poletni dnevi), je smiselno dotok zmanjšati na sanitarni minimum in povečati moč razvlaževalnika ali čas njegovega delovanja.

Recirkulacija zraka skozi razvlaževalnik poteka tako: razvlaževalnik se postavi v režim recirkulacije, zajema zrak iz zgornje cone dvorane, kjer je toplejši in bolj vlažen zaradi dviga od gledalcev ter izhlapevanja z ledu, ga razvlaži, ogreje zaradi kondenzacije vlage (sprošča se toplota) in vrne v dvorano. Tipična izmenjava recirkulacije skozi razvlaževalnik je 1–2 volumna dvorane na uro za učinkovito mešanje in razvlaževanje.

Kondenzacijski razvlaževalnik oddaja toploto kondenzacije vlage (približno 2500 kJ/kg odstranjene vlage) plus toploto kompresorja. Če razvlaževalnik odstrani 60 kg/h vlage, je toplotna moč: 60×2500÷3600 ≈ 42 kW. Ta toplota vstopa v dvorano in lahko zviša temperaturo zraka. Če temperatura v dvorani ne sme preseči +15 °C, je treba uskladiti delovanje razvlaževalnika s sistemom ogrevanja ali hlajenja — zmanjšati ogrevanje ali povečati hladilno zmogljivost za kompenzacijo toplote iz razvlaževalnika.

Metoda določanja optimalnega razmerja vključuje izračun za vsak mesec v letu na podlagi podnebnih podatkov regije o povprečni vsebnosti vlage zunanjega zraka. Na podlagi teh podatkov se izdela graf, kjer je os X — mesec, os Y — razmerje odstranjevanja vlage s prezračevanjem do skupnega odvzema vlage. V zimskih mesecih je to razmerje lahko 30–50 % (prezračevanje znatno prispeva), poleti 0–10 % (prezračevanje skoraj ne pomaga). Vrednosti so odvisne od podnebja konkretne regije.

Energetska učinkovitost preprečevanja kondenzacije: prihranek hladilne zmogljivosti

Ko vlaga kondenzira na površini ledu, odda toploto kondenzacije (2500 kJ/kg), nato kondenzat zmrzne in odda toploto zmrzovanja (335 kJ/kg). Skupna toplota 2835 kJ/kg vlage obremenjuje hladilni sistem. To toploto mora hladilni stroj odvesti za vzdrževanje temperature ledu.

Oglejmo si kvantitativno oceno dodatne obremenitve. Če v areno vstopa 80 kg/h vlage in se vsa kondenzira na ledu, je dodatna toplotna obremenitev: 80×2835÷3600 = 63 kW. Za hladilni sistem s koeficientom učinkovitosti približno 2,7 (tipično za ledene arene) to pomeni dodatno porabo električne energije: 63÷2,7 ≈ 23 kW. Ob 10 urah delovanja na dan je to 230 kWh dodatne električne energije dnevno ali približno 7000 kWh na mesec.

Če namestimo razvlaževalnik, ki odstrani 60 kg/h vlage, preden ta pride na led, ostane le 20 kg/h, ki se kondenzira. Dodatna obremenitev hladilnega sistema se zmanjša na: 20×2835÷3600 = 16 kW, poraba električne energije — 6 kW. Prihranek je 23−6 = 17 kW, oziroma 170 kWh na dan.

Kondenzacijski razvlaževalnik porablja električno energijo za delovanje kompresorja. Specifična poraba tipičnega kondenzacijskega razvlaževalnika je približno 0,6–0,8 kW na 1 kg/h zmogljivosti. Za razvlaževalnik 60 kg/h je poraba približno 40 kW. Prihranek na hladilnem sistemu — 17 kW. Na prvi pogled je energetska bilanca negativna, vendar je treba upoštevati, da toplota iz razvlaževalnika (približno 42 kW pri 60 kg/h) delno kompenzira potrebo po ogrevanju dvorane ali zmanjša obremenitev ogrevalnega sistema. Če je treba dvorano vzdrževati pri +12 °C, zunaj pa je -10 °C, toplota iz razvlaževalnika zmanjša potrebo po dodatnem ogrevanju.

Skupni prihranek je sestavljen iz treh komponent:

1. Znižanje porabe električne energije hladilnega sistema.
2. Zmanjšanje potrebe po ogrevanju dvorane (toplota iz razvlaževalnika).
3. Zmanjšanje toplotnih izgub skozi ovoj zgradbe ob znižanju relativne vlažnosti zraka (zmanjša se toplotni tok skozi konstrukcije zaradi manjše kondenzacije v njihovi debelini).

Podroben energetski bilančni izračun mora upoštevati vse tri komponente in se izvesti za konkreten projekt. Okvirno lahko skupni prihranek znaša 20–40 % porabe razvlaževalnika, odvisno od podnebnih razmer in režima obratovanja.

Dodatne koristi vključujejo preprečevanje korozije kovinskih konstrukcij, izboljšanje kakovosti ledene podlage (brez neravnin zaradi zmrzujočega kondenzata) ter boljšo vidljivost za športnike in gledalce (brez megle).

Tipične projektantske napake pri načrtovanju sistemov nadzora vlažnosti

Poglejmo tipične napake, ki se pojavljajo pri načrtovanju sistemov nadzora vlažnosti za ledene arene.

Prva napaka — podcenjevanje emisij vlage od gledalcev med množičnimi dogodki. Projektanti pogosto izračunavajo emisije vlage na podlagi povprečne zasedenosti dvorane (50–60 %), ne upoštevajo pa vršnih obremenitev ob polni zasedenosti med finalnimi tekmami ali priljubljenimi dogodki. Posledica: razvlaževalnik ne zmore vršne obremenitve, nastaja megla, vidljivost se poslabša.

Druga napaka — ignoriranje infiltracije skozi vrata poleti. Projektanti izračunajo vlažni bilančni pogoj za zimske razmere, ko je zunanji zrak suh, in ne preverijo poletnih razmer z visoko vsebnostjo vlage v zunanjem zraku. Posledica: poleti ob odpiranju vrat vstopi velika količina vlažnega zraka, razvlaževalnik ga ne uspe obdelati.

Tretja napaka — pomanjkanje usklajenosti med prezračevanjem in razvlaževanjem. Sisteme prezračevanja in razvlaževanja načrtujejo različni izvajalci ali ob različnem času brez usklajevanja. Prezračevanje celo leto deluje z največjim dotokom, poleti dovaja vlažen zunanji zrak, kar povečuje obremenitev razvlaževalnika ali onemogoča vzdrževanje vlažnosti. Posledica: neučinkovito delovanje obeh sistemov, visoka poraba energije, nezadostno razvlaževanje.

Četrta napaka — odsotnost avtomatskega nadzora vlažnosti in integracije sistemov. Razvlaževalnik in prezračevanje se krmilita ročno ali z ločenimi časovniki, brez povratne informacije senzorjev vlažnosti. Posledica: neoptimalen način delovanja, prevelika poraba energije ali nezadostno razvlaževanje ob spremembi pogojev.

Peta napaka — nezadostno rezerviranje moči razvlaževalnika. Razvlaževalnik je izbran tik ob izračunani zmogljivosti, brez rezerve. Ob povečanju zasedenosti dvorane ali neugodnih vremenskih razmerah razvlaževalnik deluje na meji in ne zmore. Posledica: periodično nastajanje megle in kondenzacije.

Šesta napaka — nepravilna postavitev zajema in vpihovanja zraka razvlaževalnika. Zajem zraka je v spodnji coni dvorane, ob ledu, kjer je zrak hladen in ima nižjo vsebnost vlage. Vpihovanje — v isti coni. Posledica: kratkostična cirkulacija, razvlaževalnik obdeluje zrak iz spodnje mejne plasti, ki je že hladen in suh, ne vpliva pa na topel vlažen zrak v zgornji coni.

Sedma napaka — ignoriranje emisij vlage od stroja za zalivanje ledu. Projektanti ne upoštevajo intenzivnega izhlapevanja vroče vode pri zalivanju ledu, saj ga štejejo za zanemarljivega ali občasnega. Posledica: po delovanju stroja vlažnost zraka močno naraste, nastane megla, ki vztraja 30–60 minut do postopnega razvlaževanja.

Meje uporabe standardnih pristopov: kdaj je potrebna korekcija metodologije

V določenih primerih standardne metodologije izračuna sistemov razvlaževanja za ledene arene zahtevajo korekcijo.

Zelo nizke temperature ledu za hitrostno drsanje. Za hitrostno drsanje se lahko temperatura ledu zniža do -10 °C ali nižje za zagotavljanje maksimalne trdote podlage. Pri takšni temperaturi se razlika med temperaturo ledu in točko rosišča zraka poveča, intenzivnost kondenzacije naraste. Standardna metodologija lahko podceni potrebno zmogljivost razvlaževalnika. Korekcija: povečati izračunano zmogljivost za 30–50 % ali znižati ciljno vsebnost vlage v zraku na 2,5–3 g/kg namesto tipičnih 3,5–4 g/kg.

Arene z odprtimi strešnimi konstrukcijami ali veliko površino zasteklitve. Stare ali netipične zgradbe imajo lahko veliko površino hladnih površin poleg ledu, na katerih prav tako kondenzira vlaga (neizolirana streha, velika okna v hladnem obdobju). Standardna metodologija upošteva samo kondenzacijo na ledu. Korekcija: izračunati dodatno kondenzacijo na drugih hladnih površinah po analogni metodologiji in dodati v skupni vlažni bilanci.

Večnamenske dvorane s transformacijo. Če se dvorana uporablja kot ledena arena in kot koncertna ali športna dvorana (led se prekrije z oblogo), se režim vlažnosti močno spremeni. Brez ledu ni hladne površine in potreba po razvlaževanju se zmanjša ali izgine. Standardni razvlaževalnik s stalno zmogljivostjo ni učinkovit. Korekcija: predvideti stopenjsko ali kontinuirano regulacijo zmogljivosti in možnost popolnega izklopa razvlaževalnika v režimu brez ledu.

Stare zgradbe z veliko prepustnostjo zraka. Stare stavbe imajo lahko veliko infiltracijo skozi netesnosti v ovoju, stara okna in vrata. Izračunani dovod vlage zaradi infiltracije je lahko bistveno podcenjen. Korekcija: izvesti preiskavo zrakotesnosti zgradbe, korigirati izračun infiltracije. Morda je smiselneje najprej izboljšati zrakotesnost zgradbe, nato izbrati razvlaževalnik.

Regije z izredno vlažnim podnebjem. V tropskih ali subtropskih regijah lahko zunanji zrak poleti vsebuje 18–22 g/kg vlage. Tudi majhna infiltracija ali dotok vnese ogromno količino vlage. Prezračevanje pri odstranjevanju vlage sploh ne pomaga, potrebna je popolna recirkulacija skozi razvlaževalnik. Standardna metodologija lahko podceni razsežnost problema. Korekcija: minimizirati dotok zunanjega zraka na absolutni sanitarni minimum, predvideti dodatno moč razvlaževalnika, razmisliti o uporabi adsorpcijskih razvlaževalnikov (ti so učinkovitejši pri visokih temperaturah zunanjega zraka).

Normativne omejitve glede vlažnosti zraka. Nekatere regije ali normativi lahko določajo minimalno relativno vlažnost zraka za udobje gledalcev (npr. ne nižje od 30–35 %). Pri temperaturi zraka v dvorani +12 °C in relativni vlažnosti 30 % je vsebnost vlage približno 2,5 g/kg, temperatura rosišča približno -10 °C. Če je temperatura ledu -5 °C, je varnostna rezerva 5 °C zadostna. Če pa norma zahteva 40 % relativne vlažnosti, vsebnost vlage naraste na 3,5 g/kg, točka rosišča na -4 °C, rezerva je le 1 °C, kondenzacija je možna. Korekcija: uskladiti z normativnimi zahtevami možnost znižanja relativne vlažnosti za ledene arene ali povišati temperaturo zraka v dvorani, da se poveča rezerva.

Pogosta vprašanja (FAQ)

Ali je mogoče razvlaževalnik nadomestiti s povečanjem zmogljivosti prezračevanja?

To je odvisno od vsebnosti vlage v zunanjem zraku. Če ima zunanji zrak nižjo vsebnost vlage od ciljne notranje (tipično pozimi zunanja vsebnost 1–2 g/kg, notranja ciljna 3,5–4 g/kg), povečanje dotoka pomaga odstranjevati vlago. Vendar so lahko potrebni pretoki zraka zelo veliki.

Numerični primer: odstraniti je treba 60 kg/h vlage. Če ima zunanji zrak vsebnost vlage 1,5 g/kg, notranji pa 6 g/kg, je razlika 4,5 g/kg. Za odstranitev 60 kg/h je potreben dotok: 60÷4,5÷1000÷1,2 = 11 111 m³/h. Za dvorano prostornine 15 000 m³ je to izmenjava zraka 11 111÷15 000 = 0,74 h⁻¹ — precej veliko. Takšen velik volumen dovodnega zraka je treba ogreti z -10 °C na +12 °C, kar zahteva toplotno moč približno 82 kW — to je drago.

Poleti, ko je zunanja vsebnost vlage višja od notranje, povečanje dotoka sploh poslabša situacijo. Zato je razvlaževalnik nujen element sistema nadzora vlažnosti na ledeni areni.

Kakšna je optimalna relativna vlažnost zraka na ledeni areni?

Vprašanje je napačno zastavljeno. Optimalna ni relativna vlažnost, temveč vsebnost vlage. Relativna vlažnost je odvisna od temperature zraka in kondenzacije ne določa enoznačno. Za preprečevanje kondenzacije je kriterij temperatura rosišča.

Algoritem določanja optimalne vsebnosti vlage: temperatura ledu (npr. -5 °C), temperatura rosišča mora biti nižja najmanj za 2–3 °C (od -7 °C do -8 °C), temperatura zraka v dvorani (npr. +12 °C). Po psihrometričnem diagramu za +12 °C in rosišče -8 °C določimo vsebnost vlage — približno 3,5 g/kg. Relativna vlažnost pri tem znaša približno 33 %.

Če spremenimo temperaturo dvorane na +15 °C pri isti vsebnosti 3,5 g/kg, se relativna vlažnost zniža na približno 28 %, vendar temperatura rosišča ostane -8 °C — pogoj za preprečevanje kondenzacije je izpolnjen. Zato je optimalni parameter vsebnost vlage 3–4 g/kg, ne pa relativna vlažnost.

Koliko časa je potrebno za osušitev dvorane po množičnem dogodku?

To je odvisno od presežka nakopičene vlage, zmogljivosti razvlaževalnika in prostornine dvorane. Metoda ocene: izračunati presežek vsebnosti vlage in količino zraka, ki ga je treba obdelati.

Numerični primer: prostornina dvorane 15 000 m³, gostota zraka 1,2 kg/m³, masa zraka 18 000 kg. Po dogodku se je vsebnost vlage povečala s ciljne 3,5 g/kg na 6 g/kg — presežek 2,5 g/kg. Presežna masa vlage v zraku dvorane: 18 000×2,5÷1000 = 45 kg.

Če ima razvlaževalnik zmogljivost 60 kg/h in deluje izključno na znižanje vsebnosti vlage (brez novih emisij), je čas razvlaževanja: 45÷60 = 0,75 ure oziroma 45 minut. V praksi pa razvlaževalnik ne obdeluje celotne prostornine dvorane v enem prehodu, temveč deluje v recirkulaciji. Učinkovitost je odvisna od stopnje mešanja zraka. Če je izmenjava recirkulacije skozi razvlaževalnik 1 volumen dvorane na uro, so za učinkovito mešanje in razvlaževanje lahko potrebne 1,5–2 uri.

Ali tip ledu (hokej, umetnostno drsanje, curling) vpliva na izbor razvlaževalnika?

Da, vendar posredno — preko temperature ledu. Hokej potrebuje trd led s temperaturo približno -5 °C, umetnostno drsanje mehkejši led okoli -3...-4 °C za boljši oprijem rezil, curling zelo specifičen led z "kapljicami" pri približno -5...-7 °C.

Nižja temperatura ledu pomeni večjo razliko s točko rosišča, intenzivnejšo kondenzacijo in potrebo po nižji ciljni vsebnosti vlage v zraku. Za curling pri temperaturi ledu -6 °C naj bo ciljno rosišče približno -9 °C, kar ustreza vsebnosti vlage približno 3 g/kg pri temperaturi dvorane +12 °C. Za umetnostno drsanje pri temperaturi ledu -3 °C je ciljno rosišče -6 °C, vsebnost vlage približno 4 g/kg.

Zato je za curling potrebna večja zmogljivost razvlaževalnika ali nižje emisije vlage kot za umetnostno drsanje ob drugih enakih pogojih.

Kako prilagoditi sistem razvlaževanja sezonskim spremembam obratovanja?

Sezonske spremembe bistveno vplivajo na delovanje sistema razvlaževanja zaradi velikih sprememb vsebnosti vlage v zunanjem zraku. Pozimi zunanji zrak pomaga pri razvlaževanju, poleti pa ga bistveno otežuje.

Optimalna strategija sezonske prilagoditve:

1. Ustvariti ločen program avtomatike za zimski in poletni režim z avtomatskim preklapljanjem glede na zunanjo temperaturo ali koledarski načrt.
2. Pozimi: povečati delež zunanjega zraka (do 50–70 % celotne izmenjave), zmanjšati stopnjo recirkulacije skozi razvlaževalnik, skrajšati čas delovanja razvlaževalnika. Pri vsebnosti vlage v zunanjem zraku manj kot 2 g/kg lahko razvlaževalnik deluje le med dogodki.
3. Poleti: minimizirati delež zunanjega zraka (le sanitarni minimum, približno 20 m³/h na osebo), povečati stopnjo recirkulacije skozi razvlaževalnik, podaljšati čas delovanja razvlaževalnika. Uvesti »nočni režim« delovanja za pripravo dvorane na dnevne dogodke.
4. Prehodna obdobja: vmesni režim s postopno prilagoditvijo parametrov.

Najučinkovitejša rešitev je vremensko odvisna avtomatika, ki v realnem času analizira parametre zunanjega zraka (temperaturo in relativno vlažnost) ter prilagaja način delovanja vseh sistemov za minimizacijo porabe energije ob vzdrževanju potrebne ravni vlažnosti.

Sklepi

Nadzor vlažnosti na ledenih arenah je ključen inženirski izziv, ki ga ni mogoče rešiti zgolj s prezračevanjem zaradi sezonskih sprememb vsebnosti vlage v zunanjem zraku. Ključni parameter ni relativna vlažnost, temveč vsebnost vlage v zraku in temperatura rosišča. Točka rosišča mora biti vsaj za 2–3 °C nižja od temperature ledu za zanesljivo preprečevanje kondenzacije.

Metodologija izbire razvlaževalnika temelji na vlažnem ravnovesju. Treba je izračunati vse vire dovoda vlage (gledalci, stroj za zalivanje ledu, infiltracija, prhe), določiti prispevek prezračevanja k odstranjevanju vlage glede na sezono in pokriti primanjkljaj z razvlaževalnikom z 20–30 % rezerve moči.

Razvlaževalnik in prezračevanje morata delovati usklajeno, ne kot konkurenčna sistema. Pozimi prezračevanje pomaga odstranjevati vlago, poleti glavno obremenitev nosi razvlaževalnik v režimu recirkulacije. Toplota iz razvlaževalnika delno kompenzira potrebo po ogrevanju dvorane, preprečevanje kondenzacije pa znižuje obremenitev hladilnega sistema. Podroben energetski bilančni izračun lahko pokaže skupni prihranek 20–40 % porabe razvlaževalnika.

Tipične projektantske napake (podcenjevanje vršnih emisij vlage, ignoriranje poletne infiltracije, pomanjkanje usklajenosti sistemov) vodijo do nastajanja megle, korozije konstrukcij in povečane porabe energije. Standardni pristopi zahtevajo korekcijo za ekstremne režime (zelo nizke temperature ledu, stare zgradbe z veliko infiltracijo, vlažno podnebje).

Inženirjem projektantom se priporoča, da izvedejo podroben izračun vlažnega ravnovesja za vse sezone in režime obratovanja, predvidijo rezerviranje moči razvlaževalnika, zagotovijo avtomatsko uskladitev prezračevanja in razvlaževanja na podlagi podatkov senzorjev vlažnosti ter celovito upoštevajo energetsko učinkovitost (hlajenje + ogrevanje + razvlaževanje).

Vse številčne vrednosti, uporabljene v članku, so inženirske smernice, odvisne od konkretnih pogojev projekta.