Drėgmės reikalavimai skirtingų tipų pastatams: ŠVOK sistemų projektavimo normos

Autorius: Mycond techninis skyrius

Skirtingos paskirties pastatų drėgmės kontrolės sistemų projektavimas yra vienas iš labiausiai dviprasmiškų ŠVOK inžinerijos aspektų. Projektavimo netikslumai lemia skaičiuojamos ir faktinės sausininimo sistemų galios neatitikimus, perteklines energijos sąnaudas, kondensacijos problemas ir prastesnę oro kokybę. Šią inžinerinę problemą dar labiau paaštrina aiškių, diferencijuotų reikalavimų skirtingų tipų pastatams stoka, todėl taikomi pernelyg apibendrinti sprendimai.

Oro drėgmė apibūdinama dviem pagrindiniais rodikliais: absoliučia ir santykine drėgme. Absoliuti drėgmė matuojama g/m³ ir rodo faktinį vandens garų kiekį ore. Santykinė drėgmė, matuojama procentais, atspindi faktinio vandens garų kiekio ir esant tai temperatūrai galimo maksimalaus kiekio santykį. Vėsinant orą santykinė drėgmė didėja, o pasiekus rasos tašką prasideda kondensacija.

Pavyzdžiui: 24°C temperatūros ir 60% santykinės drėgmės oras turi maždaug 15,8°C rasos tašką. Tai reiškia, kad ant paviršių, kurių temperatūra žemesnė nei 15,8°C, pradės kondensuotis drėgmė. Šie parametrai pateikiami proceso fizikai iliustruoti; realiame projekte naudojami faktiniai projektiniai duomenys.

Drėgmės poveikis medžiagoms smarkiai skiriasi priklausomai nuo jų tipo. Medienos elementai keičia matmenis esant padidėjusiai drėgmei, metalai koroduoja, o elektroniniai komponentai nukenčia nuo kondensacijos ir statinės elektros susidarymo esant žemai drėgmei. Kiekvieno tipo pastatai turi savų ypatumų ir reikalavimų, todėl neįmanoma sukurti universalių drėgmės kontrolės sprendimų.

Norminė bazė

Drėgmės kontrolės sistemų projektavimą reglamentuoja keli pagrindiniai standartai. Pagal EN 16798-1:2019 vidaus aplinka klasifikuojama pagal kokybės kategorijas, kurios nustato atitinkamus santykinės drėgmės intervalus. I kategorijai santykinės drėgmės intervalas yra 30–50%, II kategorijai — 25–60%, III kategorijai — 20–70%. IV kategorija numato reikšmes už III kategorijos ribų. Kategorijos pasirinkimas priklauso nuo pastato paskirties ir oro kokybės reikalavimų.

ASHRAE Standard 55-2020 taiko kiek kitokį požiūrį, orientuodamasis į šiluminio komforto rodiklius kompleksiškai. Standartas ISO 7730:2005 taip pat įveda komforto kategorijas nuo A iki C su atitinkamais drėgmės parametrais.

Svarbus normavimo aspektas yra adaptyviojo komforto koncepcija, kuri atsižvelgia į sezoniškumą ir žmonių prisitaikymo galimybes. Norint iliustruoti temperatūros įtaką absoliučiai drėgmei: esant 50% santykinei drėgmei, 20°C oras turi apie 8,6 g/m³ vandens, o esant tai pačiai santykinei drėgmei, bet 25°C temperatūrai — jau apie 11,5 g/m³. Tai parodo absoliučios drėgmės svarbą projektuojant vėdinimo sistemas, ypač skaičiuojant sausininimo apkrovas.

Skaičiuojamųjų parametrų parinkimo metodologija grindžiama statistiniais metodais. Lauko oro parametrams naudojamos reikšmės, kurios tam tikrą procentą laiko neviršijamos (pvz., 1% arba 2,5% visos trukmės), taip užtikrinant pusiausvyrą tarp sistemos patikimumo ir ekonomiškumo.

Komerciniai pastatai

Projektinėje praktikoje biurams vasaros laikotarpiu dažnai taikomi 40–60% santykinės drėgmės intervalai, o žiemą — 30–50%. Konkrečias ribas nustato projektuotojas, atsižvelgdamas į normas, įrangą ir eksploatavimo sąlygas. Esant žemai santykinei drėgmei (žemiau 30%) didėja statinių elektros išlydžių ir diskomforto (gleivinių sausėjimo) rizika, o esant aukštai (virš 60%) — mikroorganizmų dauginimosi rizika.

Drėgmės apkrovos skaičiavimo metodikai iliustruoti panagrinėkime sąlyginį 200 m² biurą su 20 darbuotojų. Vieno žmogaus drėgmės išsiskyrimas sėdimo darbo metu yra apie 50–70 g/val. Esant vėdinimui 40 m³/val. vienam žmogui ir 3 g/m³ drėgmės turinio skirtumui tarp lauko ir vidaus oro, bendra sausininimo apkrova sudarys apie 3,4 kg/val. Šis pavyzdys demonstruoja metodiką; projekte taikomi faktiniai duomenys.

Prekybos centruose ypač svarbios zoninės ypatybės. Maisto skyriuose su atviromis šaldymo vitrinomis, netinkamai kontroliuojant drėgmę, kyla kondensacijos rizika. Būtina atsižvelgti į rasos tašką ir paviršių temperatūrą, kad būtų išvengta kondensato susidarymo.

Viešbučiams būdingi įvairūs drėgmės šaltiniai: virtuvės, vonios kambariai, baseinai ir SPA zonos. Konferencijų salėse periodiškai pasitaiko didelės pikinės apkrovos dėl didelio užpildymo. Tipinė komercinių pastatų projektavimo klaida — universalus požiūris, apkrovų neįvertinimas ir zonų neskyrimas.

Pramonės objektai

Farmacijos gamyba kelia vienus griežčiausių drėgmės kontrolės reikalavimų. Pagal ISO 14644-1:2015 švarūs kambariai klasifikuojami pagal dalelių koncentraciją. ISO 5–8 klasės švariuose patalpose drėgmės kontrolė kritiškai svarbi. Pagal GMP Annex 1 (2022) aseptinei gamybai reikia stabilios drėgmės su minimaliais svyravimais.

Farmacijos praktikoje pasitaiko 30–65% santykinės drėgmės intervalai su ±5% leistinais nuokrypiais. Konkrečias reikšmes nustato projektuotojas, atsižvelgdamas į technologinius reikalavimus, gaminių ypatybes ir gamybos sąlygas. Drėgmės kontrolė ypač kritinė dirbant su higroskopiniais milteliais, kurie sugerdami drėgmę gali keisti savo savybes.

Drėgmės apkrovai apskaičiuoti panagrinėkime 100 m² farmacijos gamybos patalpą, kur technologinė įranga išskiria 2 kg/val. drėgmės. Esant 20 oro kaitų per valandą ir 4 g/m³ absoliučios drėgmės skirtumui tarp lauko ir vidaus oro, bendra sausininimo sistemos apkrova sudarys apie 5,6 kg/val. Skaičiavimas parodo metodiką; projekte visi duomenys imami iš techninės užduoties.

Maisto pramonėje drėgmės reikalavimai labai skiriasi priklausomai nuo konkrečios technologijos. Džiovinimo cechams reikia mažos drėgmės, kad efektyviai pašalintų drėgmę iš produktų. Šio proceso pagrindas — dalinio slėgio fizika: kuo mažesnė oro santykinė drėgmė, tuo didesnis slėgio gradientas drėgmei pašalinti iš produkto.

Kepyklose svarbu kontroliuoti drėgmę, kad būtų užtikrintas stabilus rauginimo ir kepimo procesas. Maisto produktų sandėliuose drėgmės kontrolė neleidžia gesti prekėms, ypač higroskopiniams produktams (miltai, cukrus, druska).

Šaldymo kamerose kritiškai svarbu kontroliuoti rasos tašką, kad ant garintuvų nesusidarytų šerkšnas ir ledas, mažinantys jų efektyvumą.

Elektronikos pramonėje, ypač fotolitografijos procesuose, drėgmės stabilumas tiesiogiai veikia gaminių kokybę. Nuokrypiai gali lemti didelius ekonominius nuostolius dėl broko. Be to, žema drėgmė didina statinių elektros išlydžių riziką, galinčių pažeisti jautrius elektronikos komponentus.

Tekstilės pramonėje oro drėgmė daro įtaką siūlų trūkinėjimui: esant žemai drėgmei pluoštai tampa trapūs, esant didelei — pernelyg elastingi.

Medienos pramonėje kontroliuojama pusiausvyrinė medienos drėgmė, kuri priklauso nuo aplinkos oro drėgmės ir temperatūros. Gatavos produkcijos sandėliuose reikia įvertinti galimą medžiagų drėgmės išgaravimą, ypač keičiantis laikymo sąlygoms.

Institucijų objektai

Ligoninėse ypač griežti reikalavimai keliami operacinėms. Pagal HTM 03-01 (Health Technical Memorandum) operacinėms rekomenduojama 40–60% santykinė drėgmė. Ligoninių projektavimo praktikoje pasitaiko 45–55% intervalai operacinėse ir 30–60% palatose. Konkrečias reikšmes nustato projektuotojas, atsižvelgdamas į šalies normas, operacijų tipus ir medicininę įrangą.

Ligonėse būtina išlaikyti balansą: žema drėgmė didina statinių elektros išlydžių riziką, kas pavojinga esant deguoniui ir anestetiniams dujoms, o didelė drėgmė skatina mikroorganizmų vystymąsi.

Pavyzdžiui: 50 m² operacinėje su 6 medicinos darbuotojais, chirurginėmis lempomis, kurių bendra galia 2 kW, ir 15–20 oro kaitų per valandą, vėsinimo apkrova gali siekti 5–7 kW, o sausininimo — 1,5–2,5 kg/val., priklausomai nuo lauko oro parametrų.

Švietimo įstaigose drėgmė veikia mokinių komfortą ir oro kokybę. Projektuojant ypatingas dėmesys skiriamas kondensacijos prevencijai ant šaltų paviršių (langų, išorinių sienų) žiemą.

Muziejai ir archyvai kelia specifinius drėgmės reikalavimus eksponatams ir dokumentams išsaugoti. Pagal muziejinės konservacijos duomenis daugumai meno kūrinių rekomenduojamas 45–55% santykinės drėgmės intervalas su leistinais paros svyravimais ne didesniais kaip ±5%. Skirtingiems eksponatams gali būti taikomi skirtingi reikalavimai: popieriui, tekstilei, medienai, fotomedžiagoms optimalios laikymo sąlygos skiriasi.

Pagrindiniai degradacijos fizikiniai mechanizmai netinkamai kontroliuojant drėgmę apima ciklinius įtempius dėl higroskopinių medžiagų plėtimosi/susitraukimo, hidrolizę, oksidaciją ir mikroorganizmų vystymąsi. Pelėsis pradeda vystytis esant daugiau kaip 65–70% santykinei drėgmei ilgą laiką, ypač ant organinių medžiagų.

Sporto objektai

Projektavimo praktikoje baseinuose pasitaiko 50–65% santykinės drėgmės intervalai. Konkrečios reikšmės priklauso nuo baseino tipo, vandens temperatūros, naudojimo intensyvumo ir klimato sąlygų. Pagrindinis drėgmės patekimo mechanizmas — garavimas nuo vandens paviršiaus.

Skaičiavimo metodikai iliustruoti: uždaras 25×15 m (375 m²) baseinas su 26°C vandens ir 28°C oro temperatūra turės apie 30–45 kg/val. garavimą esant vidutiniam plaukikų aktyvumui. Metodika taikoma su faktiniais projekto duomenimis, o aktyvumo koeficientų reikšmės parenkamos pagal realų eksploatacijos režimą.

Pagrindinė uždarų baseinų problema — kondensacijos prevencija ant šaltų paviršių (langų, metalinių konstrukcijų), kuri gali sukelti koroziją ir pažeisti statybines konstrukcijas. Paviršių temperatūra turi būti aukštesnė už vidaus oro rasos tašką.

Sporto salėse drėgmės reikalavimai priklauso nuo veiklos tipo. Žaidybiniuose sportuose padidėjusi drėgmė gali sukelti sportininkams diskomfortą, gimnastikoje svarbus parametrų stabilumas dėl saugumo.

SPA zonos turi įvairias erdves su skirtingais reikalavimais: pirtys, garinės, dušai, poilsio zonos reikalauja diferencijuoto drėgmės kontrolės požiūrio.

Ledo arenos yra ypatingas iššūkis, nes reikia palaikyti žemą rasos tašką, kad virš ledo nesusidarytų rūkas ir ant lubų nekondensuotųsi drėgmė. Praktikoje tokiuose objektuose naudojami mažo rasos taško sausintuvai.

Duomenų centrai

Pagal ASHRAE TC 9.9 (2021) duomenų centrams rekomenduojamas 20–80% santykinės drėgmės intervalas, o jautriausios įrangos A1 klasei — 20–60%. Duomenų centrų projektavimo praktikoje nustatomi siauresni intervalai, priklausomai nuo įrangos gamintojų reikalavimų, patikimumo lygio ir energijos vartojimo efektyvumo.

Žema drėgmė duomenų centruose didina statinių elektros išlydžių riziką, kurie gali pažeisti elektroniką. Didelė drėgmė sukuria kondensacijos riziką atvėsinimo sistemos sutrikimų atveju. Šiuolaikinės duomenų centrų projektavimo tendencijos orientuotos į leistinų drėgmės intervalų išplėtimą siekiant didesnio energijos vartojimo efektyvumo, ypač naudojant laisvąjį vėsinimą.

Gyvenamieji pastatai

Gyvenamuosiuose pastatuose praktikoje svarstomi 30–60% santykinės drėgmės intervalai. Konkrečios reikšmės priklauso nuo šalies normų, klimato zonos, sezono ir gyventojų pageidavimų.

Drėgmė gyvenamosiose patalpose tiesiogiai veikia gyventojų sveikatą. Žema drėgmė (mažiau nei 30%) gali sukelti odos ir gleivinių sausumą, didesnį jautrumą kvėpavimo takų infekcijoms. Didelė drėgmė (daugiau kaip 60%) skatina pelėsių grybelių ir namų dulkių erkučių vystymąsi, kurie sukelia alergijas ir kvėpavimo ligas.

Pagrindiniai buitiniai drėgmės šaltiniai yra žmonių kvėpavimas (apie 1–1,5 kg/parą vienam asmeniui), maisto ruošimas, dušai, skalbimas ir drabužių džiovinimas, kambariniai augalai. Žiemą pagrindinė problema — kondensacija ant šaltų paviršių (langų, išorinių sienų kampų) dėl nepakankamos šilumos izoliacijos.

Skaičiavimo metodika

Projektuojant drėgmės kontrolės sistemas laikomasi aiškios reikalavimų hierarchijos. Pirmiausia — technologiniai reikalavimai (jei tokie yra), toliau — norminiai reikalavimai ir komforto reikalavimai. Technologiniai reikalavimai diktuojami konkrečių procesų, o ne bendrų normų, ir projektuojant turi turėti prioritetą.

Drėgmės apkrovos skaičiavimas apima kelias sudedamąsias dalis:

• Apkrova nuo žmonių (priklauso nuo jų skaičiaus ir aktyvumo)
• Technologiniai drėgmės šaltiniai (įranga, procesai)
• Lauko oro infiltravimasis
• Drėgmės patekimas per vėdinimą
• Garavimas nuo atvirų vandens paviršių
• Garavimas iš drėgnų medžiagų

Formulė bendros drėgmės apkrovos skaičiavimui:

W_sum = W_people + W_tech + W_inf + W_vent + W_evap

Kur W_sum — bendra drėgmės apkrova (kg/val.), W_people — drėgmės išsiskyrimas nuo žmonių, W_tech — technologiniai drėgmės išsiskyrimai, W_inf — drėgmės patekimas dėl infiltravimosi, W_vent — drėgmės patekimas per vėdinimą, W_evap — garavimas nuo atvirų paviršių.

Apskaičiuojant sausininimo sistemų galią svarbu įvertinti atsargos koeficientus, kurie priklauso nuo pradinių duomenų neapibrėžtumo laipsnio ir nustatytų parametrų palaikymo kritiškumo.

Zonavimas

Zonavimas yra svarbus principas projektuojant didelių ir daugiafunkcių objektų drėgmės kontrolės sistemas. Pagrindiniai zonavimo principai:

• Grupuoti patalpas, kurioms taikomi vienodi drėgmės reikalavimai
• Kurti buferines zonas tarp skirtingų parametrų patalpų
• Taikyti oro užuolaidas ir šliuzines kameras
• Palaikyti slėgio skirtumus oro srautams kontroliuoti

Zonavimo techniniai sprendimai apima nepriklausomas vėdinimo ir kondicionavimo sistemas, vietinius sausintuvus/drėkintuvus atskiroms zonoms, šilumos ir drėgmės rekuperacijos sistemas, taip pat automatizuotas valdymo ir kontrolės sistemas su atskirais kontūrais skirtingoms zonoms.

Tipinės klaidos

Projektuojant drėgmės kontrolės sistemas dažnai pasitaiko tipinių klaidų:

1. Universalus požiūris neatsižvelgiant į objekto specifiką
2. Drėgmės apkrovų, ypač iš technologinių procesų, neįvertinimas
3. Sezoninių pokyčių ir lauko sąlygų ignoravimas
4. Tinkamo zonavimo nebuvimas
5. Nepakankamas atitvarų šilumofizinių savybių įvertinimas
6. Rasos taško analizės ant šaltų paviršių nebuvimas
7. Sistemų projektavimas be galios rezervo

Eksploatacijos klaidos apima neteisingą automatikos sureguliavimą, nereguliarų aptarnavimą, projektinių darbo režimų nesilaikymą ir neteisingą reakciją į sezoninius pokyčius.

Drėgmės matavimo klaidos apima neteisingą jutiklių išdėstymą, nepakankamą kalibravimo dažnį ir nepakankamo tikslumo jutiklių naudojimą kritinėms taikoms.

Eksploatacinės pasekmės

Netinkama drėgmės kontrolė lemia įvairias eksploatacines problemas. Perteklinė drėgmė sukelia:

• Kondensaciją ant šaltų paviršių, dėl kurios pažeidžiamos statybinės medžiagos
• Metalinių elementų, įskaitant gelžbetonio armatūrą, koroziją
• Mikroorganizmų (pelėsių, grybų) vystymąsi, neigiamai veikiantį sveikatą
• Higroskopinių medžiagų brinkimą ir deformacijas
• Šiluminės varžos sumažėjimą sudrėkus šilumos izoliacijai

Nepakankama drėgmė sukelia:

• Diskomfortą (gleivinių, odos sausumą)
• Padidėjusią statinę elektrą, galinčią pažeisti elektroninę įrangą
• Higroskopinių medžiagų susitraukimą ir trūkinėjimą
• Medžiagų ir produkcijos savybių pokyčius

Ekonominės netinkamos drėgmės kontrolės pasekmės apima padidėjusias eksploatacines sąnaudas, trumpesnį pastato konstrukcijų ir įrangos tarnavimo laiką, produkcijos nuostolius, padidėjusias remonto ir rekonstrukcijos išlaidas, taip pat galimas teisines pasekmes nesilaikant norminių reikalavimų.

Kontrolės sistemos

Efektyviai drėgmės kontrolei naudojami įvairūs jutiklių tipai: rezistyviniai, talpiniai, rasos taško. Drėgmės matavimo tikslumas yra kritiškai svarbus sistemos patikimumui užtikrinti. Daugumai taikymų pakanka ±2–3% tikslumo, tačiau kritiniams technologiniams procesams gali reikėti ±1% ar geresnio tikslumo.

Drėgmės jutikliai turi būti reguliariai kalibruojami, dažnis priklauso nuo taikymo kritiškumo ir eksploatavimo sąlygų. Drėgmei reguliuoti naudojami įvairūs algoritmai: dvipozicinis, proporcinis, PID valdymas, o sudėtingoms sistemoms — prognozinis valdymas, paremtas matematiniais modeliais.

Šiuolaikinės automatizavimo sistemos leidžia integruoti drėgmės kontrolę su kitais mikroklimato parametrais, optimizuojant energijos sąnaudas ir palaikant stabilias sąlygas.

Energijos vartojimo efektyvumas

Drėgmės kontrolė yra energijai imlus procesas, ypač vasaros sausininimas ir žiemos drėkinimas. Energiškai efektyvūs požiūriai apima:

• Šilumos rekuperacijos ir entalpinių šilumokaičių naudojimą
• Adsorbcinių sausintuvų su rekuperacija taikymą
• Darbo režimų optimizavimą pagal faktinius poreikius
• Leistinų drėgmės intervalų išplėtimą, kur tai įmanoma
• „Laisvo sausininimo“ naudojimą esant palankioms lauko sąlygoms
• Zonavimą, kad būtų sumažintas patalpų, kurioms taikomi griežti reikalavimai, tūris

Svarbu rasti balansą tarp energijos vartojimo efektyvumo ir sistemos patikimumo, ypač kritiniuose taikymuose.

Išvados

Drėgmės kontrolės sistemų projektavimas reikalauja kompleksinio požiūrio, atsižvelgiant į konkretaus objekto specifiką. Pagrindiniai principai:

1. Aiškiai nustatyti reikalavimų hierarchiją: technologiniai, norminiai, komforto
2. Tiksliai apskaičiuoti drėgmės apkrovas, įvertinant visus šaltinius
3. Analizuoti rasos tašką ant paviršių, kad būtų išvengta kondensacijos
4. Zonuoti patalpas pagal drėgmės reikalavimus
5. Parinkti optimalius techninius sprendimus, atsižvelgiant į energijos vartojimo efektyvumą
6. Užtikrinti tikslų valdymą ir reguliavimą

Praktinės rekomendacijos projektuotojams:

• Išsamiai išnagrinėti objekto specifiką pirminiame projektavimo etape
• Konsultuotis su technologais nustatant procesų reikalavimus
• Atsižvelgti į regiono klimato ypatumus
• Apskaičiuoti atsargos koeficientus pagal sistemos kritiškumą
• Dokumentuoti visus priimtus sprendimus su pagrindimu vėlesnei eksploatacijai

Teisingai suprojektuota drėgmės kontrolės sistema užtikrina optimalias sąlygas technologiniams procesams, materialinių vertybių išsaugojimui ir žmonių komfortui, esant minimalioms eksploatacinėms sąnaudoms.