Autor: technické oddelenie Mycond
Ľadové arény na Slovensku sa stretávajú s kritickým inžinierskym problémom – kondenzáciou vlhkosti na studenom povrchu ľadu. Tento fyzikálny jav vzniká v dôsledku výrazného teplotného rozdielu: povrch ľadu má teplotu od -3°C do -7°C, zatiaľ čo vzduch v hale sa udržiava na úrovni +10°C až +15°C. Takýto rozdiel teplôt vytvára ideálne podmienky pre kondenzáciu vodnej pary obsiahnutej vo vzduchu.
Dôsledky nekontrolovanej kondenzácie sú vážne: tvorba hmly nad ľadom, ktorá zhoršuje viditeľnosť; zvýšené zaťaženie chladiaceho systému; korózia kovových konštrukcií; zhoršenie kvality ľadovej plochy. Typická projekčná chyba spočíva v nesprávnom odhade vlhkostnej bilancie, keď sa výpočty orientujú len na vetranie bez zohľadnenia toho, že pri vysokej vlhkosti vonkajšieho vzduchu môže zvýšený prívod situáciu zhoršiť.
Fyzika kondenzácie na ľadových arénach: psychrometrické podmienky
Proces prenosu vlhkosti k studenému povrchu ľadu prebieha dvoma hlavnými mechanizmami: difúziou a konvekciou. Na pochopenie intenzity tohto procesu je potrebná psychrometrická analýza. Napríklad, ak má vzduch v hale teplotu +12°C a relatívnu vlhkosť 60 %, teplota rosného bodu je približne +4°C, čo je podstatne vyššie než teplota ľadu (-5°C). Za takýchto podmienok je kondenzácia vodnej pary na ľade nevyhnutná.
Mechanizmus kondenzácie zahŕňa dve fázy uvoľnenia tepla: najprv sa vodná para kondenzuje na povrchu ľadu, pričom odovzdáva skryté teplo kondenzácie (približne 2500 kJ/kg), následne kondenzát zamŕza a odovzdáva teplo tuhnutia (335 kJ/kg). Súčet, približne 2835 kJ/kg vlhkosti, dodatočne zaťažuje chladiaci systém nad rámec jeho hlavnej funkcie udržania teploty ľadu.
Vizuálnym dôsledkom kondenzácie je tvorba hmly, ktorá vzniká, keď sa vzduch nad ľadom ochladí pod rosný bod a vlhkosť sa zráža do jemných kvapiek ostávajúcich v suspenzii. Čím vyššia je relatívna vlhkosť, tým intenzívnejšia je hmla.
Kvantifikácia intenzity kondenzácie: pri vlhkostnom obsahu vzduchu v hale 6 g/kg a teplote +12°C je rosný bod približne +4°C. Rozdiel oproti teplote ľadu (-5°C) je 9°C, čo vedie k intenzívnej kondenzácii. Ak sa vlhkostný obsah zníži na 4 g/kg, rosný bod klesne na -2°C, rozdiel od teploty ľadu je iba 3°C a kondenzácia sa stáva minimálnou.
Okrem hmly nadmerná kondenzácia spôsobuje koróziu kovových konštrukcií a zhoršenie kvality ľadu vplyvom nerovností zmrznutého kondenzátu, čo výrazne ovplyvňuje športové vlastnosti povrchu.
Zdroje prísunu vlhkosti do ľadovej arény: kvantitatívna analýza
Na účinnú kontrolu vlhkosti je potrebné zohľadniť všetky zdroje prísunu vlhkosti. Pozrime sa na ne podrobne s kvantitatívnym vyhodnotením.
Uvoľňovanie vlhkosti od divákov je jedným z najväčších zdrojov. Dospelý divák v pokoji uvoľní približne 50 g/h vlhkosti dýchaním a cez pokožku. Pre arénu s 1000 divákmi je to približne 50 kg/h. Pri trvaní podujatia 2–3 hodiny môže celkový prísun dosiahnuť 100–150 kg. Ide o orientačné hodnoty používané pre predbežné výpočty.
Rolba (stroj na úpravu ľadu) je druhým významným zdrojom vlhkosti. Na polievanie a brúsenie ľadu sa používa horúca voda s teplotou okolo +60°C. Pri rozlievaní vody na studený povrch sa časť intenzívne odparuje. Odhadom sa pri poliatí 300 litrov môže vypariť 5–10 % objemu, čo predstavuje 15–30 kg pri jednej operácii. Keďže rolba vychádza 2–3-krát denne, denne to pridáva 30–90 kg vlhkosti.
Infiltrácia vonkajšieho vzduchu je taktiež dôležitým zdrojom vlhkosti. Brány pre vjazd stroja na úpravu ľadu a prechody športovcov sa pravidelne otvárajú. Pri otvorení brány s plochou 12 m² na 2–3 minúty v zimných podmienkach (vonkajší vzduch -5°C, relatívna vlhkosť 80 %, vlhkostný obsah okolo 2 g/kg) vniká chladný vzduch s nízkym absolútnym obsahom vlhkosti. V lete však, keď má vonkajší vzduch +25°C, relatívnu vlhkosť 70 % a vlhkostný obsah približne 14 g/kg, každé otvorenie brány prinesie 30–50 m³ vlhkého vzduchu, čo je ekvivalent 0,4–0,7 kg vlhkosti na jedno otvorenie.
Pomocné priestory, najmä šatne so sprchami, uvoľňujú intenzívnu vlhkosť. Jedna sprcha môže uvoľniť až 200 g/min vlhkosti. Ak je vetranie nedostatočné, vlhkosť sa vytláča do arény. Pri 20 hráčoch, ktorí používajú sprchu 15 minút, sa uvoľní až 60 kg vlhkosti.
Metodika výpočtu celkových emisií vlhkosti vychádza zo sčítania všetkých zdrojov: od divákov, od stroja na úpravu ľadu, cez infiltráciu a od sprchovacích priestorov. Pre typickú arénu s 1000 divákmi pri plnej obsadenosti počas hokejového zápasu je to orientačne: 50 kg/h (diváci) + 10 kg/h (stroj, spriemerované) + 5 kg/h (infiltrácia) + 15 kg/h (sprchy, spriemerované) = 80 kg/h. Ide o orientačnú hodnotu, ktorú treba spresniť pre každý konkrétny projekt.
Psychrometrická bilancia: určenie cieľového vlhkostného obsahu vzduchu
Cieľový vlhkostný obsah vzduchu sa určuje z podmienky: teplota rosného bodu vzduchu musí byť nižšia než teplota povrchu ľadu aspoň o 2–3°C pre spoľahlivú prevenciu kondenzácie.
Algoritmus určenia cieľového vlhkostného obsahu:
- Určiť teplotu povrchu ľadu (typicky od -3°C do -7°C v závislosti od športu: hokej okolo -5°C, rýchlokorčuľovanie až -7°C, krasokorčuľovanie okolo -4°C)
- Nastaviť bezpečnostnú rezervu: teplota rosného bodu má byť nižšia než teplota ľadu o 2–3°C (ak je teplota ľadu -5°C, cieľová teplota rosného bodu je od -7°C do -8°C)
- Podľa psychrometrického diagramu pre teplotu vzduchu v hale (napríklad +12°C) a teplotu rosného bodu -8°C určiť cieľový vlhkostný obsah (približne 3,5–4 g/kg)
- Porovnať s aktuálnym vlhkostným obsahom: ak je aktuálny 6 g/kg, je potrebné odobrať 2–2,5 g vlhkosti z každého kilogramu vzduchu v hale
Vlhkostnú bilanciu možno opísať rovnicou: prísun vlhkosti (súhrnné emisie vlhkosti) = odsun vlhkosti (výkon odvlhčovača + odnesenie vlhkosti výfukovým vetraním). Podmienka bilancie: odsun musí byť väčší alebo rovný prísunu.
Vetranie zohráva dôležitú úlohu v bilancii vlhkosti. Ak má vonkajší vzduch nižší vlhkostný obsah ako vnútorný, prívodné vetranie pomáha vlhkosť odoberať. Napríklad v zime vonkajší vzduch (-10°C, relatívna vlhkosť 80 %, vlhkostný obsah okolo 1,5 g/kg) a vnútorný vzduch (+12°C, vlhkostný obsah 6 g/kg) majú výrazný rozdiel. Každý m³/h prívodu odnáša (6 - 1,5) × 1,2 / 1000 = 0,0054 kg/h vlhkosti.
V lete však, keď má vonkajší vzduch +25°C, relatívnu vlhkosť 70 % a vlhkostný obsah 14 g/kg (podstatne vyšší ako vnútorný), zvýšenie prívodu situáciu zhoršuje, pretože vlhkosť pridáva namiesto jej odoberania. V takom prípade je potrebná recirkulácia vzduchu cez odvlhčovač. Všetky číselné hodnoty závisia od konkrétnych podmienok projektu.
Metodika výpočtu potrebného výkonu odvlhčovača
Výpočet výkonu odvlhčovača zahŕňa štyri hlavné kroky:
Krok 1: Určenie deficitu odoberania vlhkosti
Ak súhrnné emisie vlhkosti predstavujú 80 kg/h a vetranie odnáša 20 kg/h (v zimných podmienkach s nízkym vonkajším vlhkostným obsahom), deficit je 60 kg/h. Tento deficit má pokryť odvlhčovač.
Krok 2: Zohľadnenie režimu prevádzky
Ak odvlhčovač pracuje nepretržite, požadovaný výkon sa rovná deficitu. Ak však pracuje iba počas podujatí (napríklad 8 hodín denne) a emisie vlhkosti sa sústreďujú do tohto obdobia, požadovaný výkon sa rovná deficitu v týchto hodinách.
Ak sa vlhkosť počas dňa hromadí (kvôli práci rolby, infiltrácii) a odvlhčovač má obmedzený chod, je potrebné zvýšiť výkon alebo čas prevádzky. Algoritmus: ak je denný prísun vlhkosti 500 kg/deň a odvlhčovač pracuje 16 hodín, minimálny potrebný výkon je 500 ÷ 16 = 31 kg/h.
Krok 3: Výkonová rezerva
Odvlhčovač nemá pracovať na hranici možností. Typická výkonová rezerva je 20–30 % nad výpočtový výkon na kompenzáciu nepredvídaných zaťažení (masové podujatia s vyšším počtom divákov, vlhké letné dni s vysokou infiltráciou). Ak je výpočtový výkon 60 kg/h, odporúčaný inštalovaný výkon je 60 × 1,25 = 75 kg/h. Všetky hodnoty sú orientačné a závislé od projektu.
Krok 4: Rozdelenie výkonu
Pre veľké arény je vhodné použiť viac odvlhčovačov namiesto jedného výkonného. Zlepšuje to rovnomernosť rozdelenia vzduchu, zabezpečí rezervu pri poruche jedného zariadenia a umožní stupňovité riadenie výkonu podľa zaťaženia haly.
Podrobný číselný príklad: aréna s plochou ľadu 2000 m², objem haly 15000 m³, 1000 divákov. Súhrnné emisie vlhkosti počas podujatia – 80 kg/h, zimné vetranie odnáša 20 kg/h, deficit – 60 kg/h. Podujatie trvá 3 hodiny, odvlhčovač pracuje 12 hodín denne (pred, počas a po podujatí). Denný prísun vlhkosti: 80 × 3 (počas podujatia) + 15 × 21 (rolba a infiltrácia v inom čase) = 555 kg/deň. Potrebný výkon: 555 ÷ 12 = 46 kg/h. S rezervou 25 %: 46 × 1,25 = 58 kg/h. Odporúčanie: dva odvlhčovače po 30 kg/h alebo tri po 20 kg/h pre flexibilné riadenie a rezervu.
Interakcia systémov vetrania, vykurovania a odvlhčovania
Vetranie a odvlhčovanie nie sú alternatívne, ale vzájomne sa dopĺňajúce systémy. Vetranie zabezpečuje hygienickú normu čerstvého vzduchu pre divákov (približne 20–30 m³/h na osobu) a odvlhčovanie kontroluje vlhkosť.
Algoritmus interakcie:
- Ak je vlhkostný obsah vonkajšieho vzduchu nižší než cieľový vnútorný vlhkostný obsah, zvýšenie prívodu pomáha vlhkosť odoberať (možno maximalizovať prívod po hygienické normy alebo aj mierne nad ne)
- Ak je vlhkostný obsah vonkajšieho vzduchu blízky vnútornému alebo vyšší, prívod sa obmedzí na hygienické minimum a hlavné odoberanie vlhkosti zabezpečí odvlhčovač v režime recirkulácie
- Ak má vonkajší vzduch veľmi vysoký vlhkostný obsah (vlhké letné dni), je vhodné minimalizovať prívod na hygienické minimum a zvýšiť výkon odvlhčovača alebo čas jeho prevádzky
Recirkulácia vzduchu cez odvlhčovač zohráva kľúčovú úlohu. Odvlhčovač sa inštaluje v režime recirkulácie: odoberá vzduch z hornej zóny haly, kde je teplejší a vlhší v dôsledku stúpania od divákov a odparovania z ľadu, odvlhčuje ho, ohrieva vďaka uvoľnenému teplu pri kondenzácii a vracia späť do haly. Typická násobnosť recirkulácie cez odvlhčovač – 1–2 objemy haly za hodinu pre účinné miešanie a odvlhčovanie.
Je dôležité zohľadniť kompenzáciu tepla od odvlhčovača. Kondenzančný odvlhčovač uvoľňuje teplo kondenzácie vlhkosti (približne 2500 kJ/kg odobranej vlhkosti) plus teplo od kompresora. Ak odvlhčovač odoberá 60 kg/h vlhkosti, jeho tepelný výkon je 60 × 2500 ÷ 3600 ≈ 42 kW. Toto teplo vstupuje do haly a môže zvyšovať teplotu vzduchu. Ak teplota haly nemá presiahnuť +15°C, je potrebné koordinovať chod odvlhčovača so systémom vykurovania alebo chladenia: znížiť vykurovanie alebo zvýšiť chladiaci výkon na kompenzáciu tepla z odvlhčovača.
Metodika určenia optimálneho pomeru zahŕňa výpočet pre každý mesiac roka na základe klimatických údajov regiónu priemerného vlhkostného obsahu vonkajšieho vzduchu a zostavenie grafu pomeru odoberania vlhkosti vetraním k súhrnnému odoberaniu vlhkosti. V zimných mesiacoch môže tento podiel tvoriť 30–50 % (vetranie významne pomáha), v lete – 0–10 % (vetranie takmer nepomáha).
Energetická efektívnosť prevencie kondenzácie: úspora chladiaceho výkonu
Fyzika energetických strát pri kondenzácii vychádza z tepelnej výmeny: keď sa vlhkosť kondenzuje na povrchu ľadu, odovzdáva skryté teplo kondenzácie (2500 kJ/kg), potom kondenzát zamŕza a odovzdáva teplo tuhnutia (335 kJ/kg). Súčet (2835 kJ/kg vlhkosti) zaťažuje chladiaci systém a toto teplo musí byť odvedené na udržanie teploty ľadu.
Kvantitatívne vyhodnotenie dodatočného zaťaženia: ak do arény prichádza 80 kg/h vlhkosti a celá sa zráža na ľade, dodatočné tepelné zaťaženie je 80 × 2835 ÷ 3600 = 63 kW. Pre chladiaci systém s koeficientom účinnosti približne 2,7 (typicky pre ľadové arény) to znamená dodatočnú spotrebu elektriny 63 ÷ 2,7 ≈ 23 kW. Pri 10 hodinách prevádzky denne je to 230 kWh dodatočnej elektriny denne alebo približne 7000 kWh mesačne.
Úspora pri prevencii kondenzácie: ak sa nainštaluje odvlhčovač, ktorý odoberá 60 kg/h vlhkosti ešte pred jej dopadom na ľad, zostáva kondenzovať len 20 kg/h. Dodatočné zaťaženie chladiaceho systému klesá na 20 × 2835 ÷ 3600 = 16 kW a spotreba elektriny na 6 kW. Úspora je 23 - 6 = 17 kW, teda 170 kWh denne.
Bilancia spotreby energie odvlhčovača a úspory chladenia: kondenzačný odvlhčovač spotrebúva elektrinu na chod kompresora. Merná spotreba typického kondenzačného odvlhčovača je približne 0,6–0,8 kW na 1 kg/h výkonu. Pre odvlhčovač s výkonom 60 kg/h je spotreba približne 40 kW a úspora na chladiacom systéme 17 kW.
Na prvý pohľad je energetická bilancia negatívna, treba však zohľadniť, že teplo z odvlhčovača (približne 42 kW pri výkone 60 kg/h) čiastočne kompenzuje potrebu vykurovania haly alebo znižuje zaťaženie vykurovacieho systému. Ak je potrebné udržiavať halu pri teplote +12°C a vonku je -10°C, teplo z odvlhčovača znižuje potrebu dodatočného vykurovania.
Metodika odhadu celkovej úspory zahŕňa tri zložky: zníženie spotreby elektriny chladiaceho systému; zníženie potreby vykurovania haly (teplo z odvlhčovača); zníženie tepelných strát cez obvodové konštrukcie pri znížení relatívnej vlhkosti vzduchu. Podrobná energetická bilancia musí zohľadniť všetky tri komponenty a vykonať sa pre konkrétny projekt. Orientačne môže celková úspora predstavovať 20–40 % zo spotreby odvlhčovača v závislosti od klimatických podmienok a režimu prevádzky.
Ďalšie prínosy prevencie kondenzácie: predĺženie životnosti kovových konštrukcií (menšia korózia); zvýšenie kvality ľadového povrchu (absencia nerovností zo zamŕzajúceho kondenzátu); zlepšenie viditeľnosti pre športovcov a divákov (bez hmly).
Typické projekčné chyby pri navrhovaní systémov kontroly vlhkosti
Pozrime sa na najčastejšie chyby a ich následky:
Chyba 1: Podcenenie emisií vlhkosti od divákov počas masových podujatí
Projektanti často počítajú emisie vlhkosti na základe priemernej obsadenosti haly (50–60 %) a nezohľadnia špičkové zaťaženia pri plnej obsadenosti počas finálových zápasov alebo populárnych podujatí. Následok: odvlhčovač nezvládne špičkové zaťaženie, tvorí sa hmla, zhoršuje sa viditeľnosť.
Chyba 2: Ignorovanie infiltrácie cez brány v lete
Projektanti počítajú bilanciu vlhkosti pre zimné podmienky, keď je vonkajší vzduch suchý, a neoverujú letné podmienky s vysokým vlhkostným obsahom vonkajšieho vzduchu. Následok: v lete pri otváraní brán vniká veľké množstvo vlhkého vzduchu a odvlhčovač nestíha jeho spracovanie.
Chyba 3: Absencia koordinácie medzi vetraním a odvlhčovaním
Systémy vetrania a odvlhčovania sú navrhované rôznymi dodávateľmi alebo v odlišnom čase bez vzájomnej koordinácie. Vetranie pracuje celoročne na maximálnom prívode, v lete privádza vlhký vonkajší vzduch, čím zvyšuje zaťaženie odvlhčovača alebo znemožňuje udržať požadovanú vlhkosť. Následok: neefektívna prevádzka oboch systémov, vysoká spotreba energie, nedostatočné odvlhčenie.
Chyba 4: Absencia automatickej kontroly vlhkosti a integrácie systémov
Odvlhčovač a vetranie sa riadia manuálne alebo samostatnými časovačmi bez spätnej väzby zo snímačov vlhkosti. Následok: neoptimálny režim, nadmerná spotreba energie alebo nedostatočné odvlhčenie pri zmene podmienok.
Chyba 5: Nedostatočná výkonová rezerva odvlhčovača
Odvlhčovač sa dimenzuje presne na výpočtový výkon bez rezervy. Pri zvýšenom zaťažení haly alebo nepriaznivých poveternostných podmienkach pracuje na hranici možností a nezvláda požiadavky. Následok: periodická tvorba hmly a kondenzácie.
Chyba 6: Nesprávne umiestnenie nasávania a výfuku odvlhčovača
Nasávanie je umiestnené v dolnej zóne haly pri ľade, kde je vzduch studený a má nižší vlhkostný obsah, a výfuk v rovnakej zóne. Následok: krátke obehové slučky, odvlhčovač spracúva vzduch z dolnej hraničnej vrstvy, ktorý je už studený a suchý, a neovplyvňuje teplý vlhký vzduch v hornej zóne.
Chyba 7: Ignorovanie emisií vlhkosti od stroja na úpravu ľadu
Projektanti nezohľadňujú intenzívne odparovanie horúcej vody pri polievaní ľadu, považujú ho za zanedbateľné alebo epizodické. Následok: po práci rolby prudko rastie vlhkosť vzduchu, vytvára sa hmla, ktorá pretrváva 30–60 minút do postupného odvlhčenia.
Limity použitia štandardných prístupov: kedy je potrebná úprava metodiky
Existujú situácie, keď štandardné prístupy k výpočtu systémov odvlhčovania vyžadujú úpravu:
Veľmi nízke teploty ľadu (rýchlokorčuľovanie)
Pre rýchlokorčuľovanie môže teplota ľadu klesať na -10°C alebo nižšie, aby sa zabezpečila maximálna tvrdosť povrchu. Pri takejto teplote sa rozdiel medzi teplotou ľadu a rosným bodom vzduchu zvyšuje a intenzita kondenzácie rastie. Štandardná metodika môže podceniť potrebný výkon odvlhčovača. Úprava: zvýšiť výpočtový výkon o 30–50 % alebo znížiť cieľový vlhkostný obsah vzduchu na 2,5–3 g/kg namiesto typických 3,5–4 g/kg.
Arény s otvorenými strešnými konštrukciami alebo veľkou plochou zasklenia
Staré alebo netypické budovy môžu mať veľkú plochu studených povrchov okrem ľadu, na ktorých sa tiež kondenzuje vlhkosť (nezateplená strecha, veľké okná v chladnom období). Štandardná metodika zohľadňuje iba kondenzáciu na ľade. Úprava: vypočítať dodatočnú kondenzáciu na iných studených povrchoch analogickou metodikou a pridať ju do celkovej bilancie vlhkosti.
Multifunkčné haly s transformáciou
Ak sa hala využíva ako ľadová aréna aj ako koncertná sála alebo telocvičňa (ľad sa zakrýva podlahou), režim vlhkosti sa výrazne mení. Bez ľadu nie je studený povrch a potreba odvlhčovania sa znižuje alebo zaniká. Štandardný odvlhčovač s konštantným výkonom je neefektívny. Úprava: zabezpečiť stupňovité alebo plynulé riadenie výkonu a možnosť úplného vypnutia odvlhčovača v režime bez ľadu.
Staré budovy s veľkou prievzdušnosťou
Staré objekty môžu mať veľkú infiltráciu cez netesnosti v obvodových konštrukciách (staré okná a dvere). Výpočtový prísun vlhkosti infiltráciou môže byť výrazne podhodnotený. Úprava: vykonať prieskum prievzdušnosti budovy, korigovať výpočet infiltrácie, prípadne najprv zlepšiť tesnosť budovy a až potom voliť odvlhčovač.
Regióny s extrémne vlhkým podnebím
V tropických alebo subtropických regiónoch môže mať vonkajší vzduch v lete vlhkostný obsah 18–22 g/kg. Aj malá infiltrácia alebo prívod prinášajú obrovské množstvo vlhkosti, vetranie vôbec nepomáha vlhkosť odoberať, vyžaduje sa úplná recirkulácia cez odvlhčovač. Štandardná metodika môže podceniť rozsah problému. Úprava: minimalizovať prívod vonkajšieho vzduchu na absolútne hygienické minimum, zabezpečiť dodatočný výkon odvlhčovača, zvážiť použitie adsorpčných odvlhčovačov (sú účinnejšie pri vysokých teplotách vonkajšieho vzduchu).
Normatívne obmedzenia na vlhkosť vzduchu
Niektoré regióny alebo normy môžu stanovovať minimálnu relatívnu vlhkosť vzduchu pre komfort divákov (napr. nie nižšiu než 30–35 %). Pri teplote vzduchu v hale +12°C a relatívnej vlhkosti 30 % je vlhkostný obsah približne 2,5 g/kg, teplota rosného bodu okolo -10°C. Ak je teplota ľadu -5°C, bezpečnostná rezerva 5°C je dostatočná. Ak však norma vyžaduje 40 % relatívnej vlhkosti, vlhkostný obsah rastie na 3,5 g/kg, rosný bod je -4°C, rezerva iba 1°C, kondenzácia je možná. Úprava: zosúladiť s normatívnymi požiadavkami možnosť zníženia relatívnej vlhkosti pre ľadové arény alebo zvýšiť teplotu vzduchu v hale na zväčšenie rezervy.
Často kladené otázky (FAQ)
Dá sa nahradiť odvlhčovač zvýšením výkonu vetrania?
Závisí to od vlhkostného obsahu vonkajšieho vzduchu. Ak má vonkajší vzduch nižší vlhkostný obsah než cieľový vnútorný (typicky v zime vonkajší 1–2 g/kg, vnútorný cieľový 3,5–4 g/kg), zvýšenie prívodu pomáha vlhkosť odoberať. Požadované prietoky vzduchu však môžu byť veľmi veľké.
Číselný príklad: treba odobrať 60 kg/h vlhkosti. Ak má vonkajší vzduch vlhkostný obsah 1,5 g/kg a vnútorný 6 g/kg, rozdiel je 4,5 g/kg. Na odobratie 60 kg/h je potrebný prívod 60 ÷ 4,5 ÷ 1000 ÷ 1,2 = 11111 m³/h. Pre halu s objemom 15000 m³ je to násobnosť výmeny vzduchu 11111 ÷ 15000 = 0,74 za hodinu – pomerne veľa. Takýto veľký objem prívodného vzduchu je potrebné ohriať z -10°C na +12°C, čo vyžaduje tepelný výkon približne 82 kW – nákladné riešenie.
V lete, keď je vonkajší vlhkostný obsah vyšší než vnútorný, zvýšenie prívodu situáciu zhorší. Odvlhčovač je preto nevyhnutnou súčasťou systému kontroly vlhkosti.
Aká je optimálna relatívna vlhkosť vzduchu na ľadovej aréne?
Otázka je nesprávne formulovaná. Optimálny nie je parameter relatívnej vlhkosti, ale vlhkostný obsah. Relatívna vlhkosť závisí od teploty vzduchu a jednoznačne neurčuje kondenzáciu. Kritériom prevencie kondenzácie je teplota rosného bodu.
Algoritmus určenia optimálneho vlhkostného obsahu: teplota ľadu (napr. -5°C), teplota rosného bodu má byť nižšia aspoň o 2–3°C (od -7°C do -8°C), teplota vzduchu v hale (napr. +12°C). Podľa psychrometrického diagramu pre +12°C a rosný bod -8°C získame vlhkostný obsah približne 3,5 g/kg, relatívna vlhkosť pritom bude asi 33 %.
Ak zmeníme teplotu haly na +15°C pri tom istom vlhkostnom obsahu 3,5 g/kg, relatívna vlhkosť klesne približne na 28 %, ale teplota rosného bodu zostane -8°C, podmienka prevencie kondenzácie je splnená. Optimálnym parametrom je teda vlhkostný obsah 3–4 g/kg, nie relatívna vlhkosť.
Koľko času je potrebné na odvlhčenie haly po masovom podujatí?
Závisí to od prebytku nahromadenej vlhkosti, výkonu odvlhčovača a objemu haly. Metóda odhadu: vypočítať prebytok vlhkostného obsahu a objem vzduchu, ktorý treba spracovať.
Číselný príklad: objem haly 15000 m³, hustota vzduchu 1,2 kg/m³, hmotnosť vzduchu 18000 kg. Po podujatí sa vlhkostný obsah zvýšil z cieľových 3,5 g/kg na 6 g/kg, prebytok 2,5 g/kg. Nadbytočná hmotnosť vlhkosti vo vzduchu haly: 18000 × 2,5 ÷ 1000 = 45 kg.
Ak má odvlhčovač výkon 60 kg/h a pracuje výlučne na zníženie vlhkostného obsahu (bez nových emisií vlhkosti), čas odvlhčenia je 45 ÷ 60 = 0,75 hodiny, teda 45 minút. V praxi však odvlhčovač nespracuje celý objem haly na jeden priechod, ale pracuje v recirkulácii, účinnosť závisí od miery premiešavania vzduchu. Ak je násobnosť recirkulácie cez odvlhčovač 1 objem haly za hodinu, na účinné premiešanie a odvlhčenie môže byť potrebných 1,5–2 hodiny.
Ovplyvňuje typ ľadu (hokej, krasokorčuľovanie, curling) výber odvlhčovača?
Áno, ale nepriamo cez teplotu ľadu. Hokej vyžaduje tvrdý ľad s teplotou okolo -5°C, krasokorčuľovanie – mäkší ľad okolo -3...-4°C pre lepšiu priľnavosť k britom, curling – veľmi špecifický ľad s „pupienkami“ pri teplote okolo -5...-7°C.
Nižšia teplota ľadu znamená väčší rozdiel oproti rosnému bodu, intenzívnejšiu kondenzáciu a potrebu nižšieho cieľového vlhkostného obsahu vzduchu. Pre curling pri teplote ľadu -6°C má byť cieľový rosný bod okolo -9°C, čo zodpovedá vlhkostnému obsahu približne 3 g/kg pri teplote haly +12°C. Pre krasokorčuľovanie pri teplote ľadu -3°C je cieľový rosný bod -6°C, vlhkostný obsah okolo 4 g/kg.
Z toho vyplýva, že pre curling je potrebný vyšší výkon odvlhčovača alebo nižšie emisie vlhkosti než pre krasokorčuľovanie pri inak rovnakých podmienkach.
Ako ovplyvňuje sezónnosť stratégiu odvlhčovania ľadovej arény?
Sezónnosť výrazne ovplyvňuje bilanciu vlhkosti a stratégiu odvlhčovania. V zimnom období má vonkajší vzduch nízky vlhkostný obsah (1–2 g/kg pri -5...-15°C), čo robí vetranie účinným prostriedkom odoberania vlhkosti. Optimálna stratégia – maximálne využívať prívod vonkajšieho vzduchu (v rámci energetickej vhodnosti) a dopĺňať ho odvlhčovačmi.
V lete má vonkajší vzduch vysoký vlhkostný obsah (10–14 g/kg pri +25°C a relatívnej vlhkosti 60–70 %), preto vetranie nepomáha, naopak prináša dodatočnú vlhkosť. Optimálna stratégia – minimalizovať prívod vonkajšieho vzduchu (na hygienické minimum) a maximálne využívať recirkuláciu cez odvlhčovače.
Prechodné obdobia (jar, jeseň) si vyžadujú flexibilný prístup: je potrebné sledovať zmenu vlhkostného obsahu vonkajšieho vzduchu a podľa toho upravovať pomer vetranie/odvlhčovanie. Vo väčšine klimatických zón Slovenska to znamená prechod zo zimného režimu (vetranie + odvlhčovanie) na letný (minimálne vetranie + maximálne odvlhčovanie) v priebehu marca–apríla a naopak v septembri–októbri.
Závery
Kontrola vlhkosti na ľadových arénach je kritická inžinierska úloha, ktorú nemožno riešiť iba vetraním pre sezónne zmeny vlhkostného obsahu vonkajšieho vzduchu. Kľúčovým parametrom nie je relatívna vlhkosť, ale vlhkostný obsah vzduchu a teplota rosného bodu. Rosný bod má byť nižší než teplota ľadu aspoň o 2–3°C pre spoľahlivú prevenciu kondenzácie.
Metodika voľby odvlhčovača vychádza z bilancie vlhkosti: je potrebné vypočítať všetky zdroje prísunu vlhkosti (diváci, stroj na úpravu ľadu, infiltrácia, sprchy), určiť príspevok vetrania k odoberaniu vlhkosti podľa sezóny a deficit pokryť odvlhčovačom s výkonovou rezervou 20–30 %.
Odvlhčovanie a vetranie majú pracovať koordinovane, nie ako konkurenčné systémy. V zime vetranie pomáha odoberať vlhkosť, v lete hlavné zaťaženie nesie odvlhčovač v režime recirkulácie. Teplo z odvlhčovača čiastočne kompenzuje potrebu vykurovania haly a prevencia kondenzácie znižuje zaťaženie chladiaceho systému. Podrobná energetická bilancia môže ukázať celkovú úsporu 20–40 % zo spotreby odvlhčovača.
Typické projekčné chyby (podcenenie špičkových emisií vlhkosti, ignorovanie letnej infiltrácie, absencia koordinácie systémov) vedú k tvorbe hmly, korózii konštrukcií a zvýšenej spotrebe energie. Štandardné prístupy si vyžadujú úpravu pre extrémne režimy (veľmi nízke teploty ľadu, staré budovy s veľkou infiltráciou, vlhké podnebie).
Pre projektantov sa odporúča vykonať podrobný výpočet bilancie vlhkosti pre všetky sezóny a režimy prevádzky, navrhnúť výkonovú rezervu odvlhčovača, zabezpečiť automatickú koordináciu vetrania a odvlhčovania na základe údajov zo snímačov vlhkosti a posudzovať energetickú efektívnosť komplexne (chladenie + vykurovanie + odvlhčovanie).
Všetky číselné hodnoty použité v článku sú inžinierske orientačné hodnoty, závislé od konkrétnych podmienok projektu, a je potrebné ich spresniť pri navrhovaní konkrétnej ľadovej arény.
