Комплексний аналіз джерел вологонадходжень: 7 основних категорій та методики їх розрахунку

Автор: технічний відділ Mycond

Вступ: наслідки неповного обліку джерел вологи

Однією з найпоширеніших проектних помилок при розробці систем вентиляції та кондиціонування є облік лише 1-2 основних джерел вологи з ігноруванням інших. Така практика призводить до суттєвого заниження розрахункових вологонадходжень у приміщенні та, як наслідок, до неефективної роботи кліматичних систем.

Неврахування всіх джерел вологи спричиняє серйозні фізичні та економічні наслідки: поява конденсату на холодних поверхнях, корозія металевих конструкцій та обладнання, перевитрата енергії на подолання надлишкової вологості, передчасний аварійний знос обладнання та розвиток цвілі й грибків. Кожен із цих факторів негативно впливає на безпеку, комфорт та експлуатаційні витрати будівлі.

У цій статті ми розглянемо сім основних категорій джерел вологи в будівлях, методики їх розрахунку та підходи до визначення сумарних вологонадходжень для ефективного проектування систем осушення повітря.

Фізичні основи масопереносу водяної пари

Для коректного розрахунку вологонадходжень необхідно розуміти основні психрометричні параметри та закономірності масопереносу водяної пари. Ключовими характеристиками повітря є:

• Вологовміст (г/кг) – кількість водяної пари в грамах, що міститься в кілограмі сухого повітря
• Відносна вологість (%) – відношення парціального тиску водяної пари до тиску насиченої водяної пари при даній температурі
• Температура точки роси (°C) – температура, при якій повітря стає насиченим водяною парою

Рушійними силами вологопереносу виступають: різниця вологовмісту між зонами з різною концентрацією вологи, температурний градієнт та швидкість руху повітря. Інтенсивність вологопереносу суттєво залежить від температури (зі зростанням температури збільшується), швидкості повітря (підвищує масоперенос) та різниці парціальних тисків водяної пари (основна рушійна сила дифузійних процесів).

Джерело 1: Інфільтрація вологого повітря через огороджувальні конструкції

Механізм інфільтрації полягає у проникненні зовнішнього вологого повітря через нещільності, щілини та неізольовані прорізи в огороджувальних конструкціях. Цей процес особливо інтенсивний у будівлях з низьким класом герметичності.

Методика розрахунку вологонадходжень від інфільтрації базується на визначенні масової витрати інфільтраційного повітря, яка множиться на різницю вологовмістів зовнішнього та внутрішнього повітря:

G(вологи від інфільтрації) = G(інфільтраційного повітря) × (вологовміст зовнішнього повітря - вологовміст внутрішнього повітря)

Інтенсивність інфільтрації залежить від вітрового напору, різниці температур (що створює ефект тяги) та класу щільності будівлі. Сезонна варіативність цього джерела вологи значна – у вологому літньому кліматі інфільтрація може забезпечувати 40-60% загальних вологонадходжень у приміщення, тоді як взимку її вплив значно менший через низький вологовміст холодного зовнішнього повітря.

Джерело 2: Вологовиділення від людей

Фізіологічний механізм вологовиділення від людей базується на двох процесах: виділенні насиченої водяної пари при диханні (повітря з температурою близько 37°C та відносною вологістю 95-100%) та потовиділенні, яке є частиною терморегуляції організму.

Нормативні значення вологовиділення від людей суттєво залежать від:

• Фізичної активності (спокій, легка робота, інтенсивне навантаження)
• Температури приміщення (чим вища температура, тим інтенсивніше потовиділення)
• Типу одягу (легкий літній, діловий, теплий зимовий)

Методика розрахунку загального вологовиділення від людей передбачає множення кількості людей на питому вологовіддачу однієї людини за відповідних умов. Діапазон питомої вологовіддачі на людину коливається від 40 до 300 г/год залежно від умов і активності. Для офісів при легкій роботі та комфортній температурі типове значення становить 50-70 г/год на людину, для спортзалів – 150-300 г/год, для торговельних залів – 60-90 г/год.

Джерело 3: Відкриті двері, ворота, завантажувальні рампи

Масоперенос вологи через відкриті прорізи відбувається двома механізмами: вільною конвекцією, спричиненою різницею густини повітря, та примусовим повітрообміном при русі людей, транспорту або внаслідок вітрового напору.

Методика оцінки вологонадходжень через відкриті прорізи базується на визначенні об'єму повітря, що проникає за одне відкриття, помноженому на різницю вологовмісту зовнішнього та внутрішнього повітря і на частоту відкриття за годину:

G(вологи) = V(повітря за одне відкриття) × (вологовміст зовнішнього повітря - вологовміст внутрішнього повітря) × n(відкриттів на годину)

Для складських воріт площею 10-20 м² з тривалістю відкриття 2-5 хвилин це джерело може бути дуже значним. Алгоритм розрахунку включає: визначення площі прорізу, оцінку частоти та тривалості відкриття, розрахунок об'єму повітря, що проникає за одне відкриття, і, зрештою, обчислення маси вологи за годину.

Джерело 4: Вологі продукти та матеріали

Вологовіддача відбувається від різноманітних продуктів і матеріалів:

• Продукти харчування (овочі, фрукти, м'ясо, риба)
• Будівельні матеріали (свіжий бетон, штукатурка)
• Текстиль, папір та інші гігроскопічні матеріали

Методи оцінки вологовіддачі від продуктів і матеріалів включають:

• Аналіз зміни маси продукту при зберіганні
• Використання емпіричних коефіцієнтів вологовіддачі
• Розрахунки за кінетикою сушіння

Інтенсивність вологовіддачі суттєво залежить від температури зберігання, швидкості обтікання повітрям та початкової вологості продукту. Наприклад, свіжі овочі в овочесховищах можуть віддавати 2-5 г вологи на кілограм продукції за добу, свіжовиготовлені бетонні конструкції – до 100-200 г/м² на добу в перші дні тверднення.

Джерело 5: Відкриті водні поверхні

Фізика випаровування з водних поверхонь базується на масопереносі водяної пари з поверхні води в повітря внаслідок різниці парціальних тисків. Інтенсивність випаровування залежить від:

• Температури води (вища температура = інтенсивніше випаровування)
• Температури та відносної вологості повітря
• Швидкості руху повітря над поверхнею води
• Площі водної поверхні

Емпіричні формули для розрахунку інтенсивності випаровування базуються на основних фізичних закономірностях. Алгоритм розрахунку включає: визначення площі водної поверхні, вимірювання температури води та повітря, розрахунок різниці тисків насиченої пари і застосування відповідної формули випаровування.

Для басейнів з температурою води 26-30°C інтенсивність випаровування може складати 100-200 г/м² на годину. Для технологічних ванн з вищою температурою (гальванічні, промивні) ці значення можуть бути в 2-3 рази вищими.

Джерела 6 та 7: Припливна вентиляція та технологічні процеси

Вологонадходження від припливної вентиляції виникають, коли зовнішнє повітря не проходить належну обробку (осушення). В такому випадку вентиляційна система вносить вологу пропорційно масовій витраті повітря та різниці вологовмістів:

G(вологи від вентиляції) = G(припливного повітря) × (вологовміст зовнішнього повітря - вологовміст внутрішнього повітря)

Технологічні процеси, які супроводжуються вологовиділенням, включають:

• Миття обладнання та приміщень
• Прання та сушіння
• Варіння, пропарювання
• Виробничі процеси з використанням води або пари

Методика інвентаризації технологічних вологонадходжень передбачає: складання повного переліку процесів, оцінку витрати води або пари на кожен процес, перерахунок у масу водяної пари на годину. Наприклад, для процесу миття підлоги вологовиділення становить приблизно 70-80% від кількості використаної води.

Сумарні вологонадходження: методика розрахунку та типові проектні помилки

Алгоритм визначення сумарних вологонадходжень включає:

1. Інвентаризацію всіх потенційних джерел вологи в приміщенні
2. Розрахунок вологонадходжень від кожного джерела окремо
3. Підсумовування всіх складових з урахуванням їх одночасності
4. Додавання запасу 10-20% на невраховані фактори

Типові проектні помилки при розрахунку вологонадходжень включають:

• Ігнорування інфільтрації, особливо влітку у вологому кліматі
• Використання застарілих нормативів вологовиділення від людей
• Відсутність сезонної корекції вологонадходжень
• Застосування фіксованих значень без прив'язки до конкретного об'єкта

Існують умови, коли стандартні методики розрахунку не працюють ефективно:

• Екстремальні кліматичні умови (тропічний клімат, прибережні зони з відносною вологістю 90-100%)
• Складні технологічні процеси з нестабільним вологовиділенням
• Об'єкти з нерегулярною експлуатацією

У таких випадках необхідна інструментальна перевірка фактичних вологонадходжень на об'єктах-аналогах або пілотних ділянках.

FAQ: Часті запитання

Як визначити пріоритетність обліку джерел вологи?

Пріоритетність визначається за потенційним внеском джерела у загальні вологонадходження. Для більшості громадських будівель найвпливовішими є: інфільтрація (особливо влітку), люди, відкриті двері. Для промислових об'єктів – технологічні процеси та випаровування з відкритих поверхонь. Для басейнів – випаровування з водної поверхні.

Чи можна використовувати фіксовані питомі значення вологонадходжень?

Використання фіксованих довідникових значень допустиме лише для попередньої оцінки. Для детального проектування необхідно враховувати конкретні умови об'єкта: кліматичні особливості, режим експлуатації, технологічні параметри. Різниця між фіксованими значеннями та фактичними може досягати 30-50%.

Як врахувати сезонну зміну вологонадходжень від інфільтрації?

Необхідно провести розрахунки для всіх характерних періодів року з використанням кліматичних даних щодо температури та вологовмісту зовнішнього повітря. Для України влітку вологонадходження від інфільтрації максимальні (через високий вологовміст зовнішнього повітря), взимку – мінімальні або навіть від'ємні (зовнішнє повітря сухіше за внутрішнє).

Які інструментальні методи дозволяють виміряти фактичні вологонадходження?

Основні методи: тест з трасуючим газом для визначення інфільтрації, вимірювання вологовмісту та витрат повітря на вході/виході системи вентиляції, зважування з фіксованими інтервалами для оцінки вологовіддачі від продуктів та матеріалів, вимірювання конденсату, що збирається на холодильних поверхнях.

Як розрахувати вологовиділення від відкритих дверей, якщо частота відкриття невідома?

Використовуйте метод спостереження за аналогічними об'єктами з фіксацією частоти відкриття протягом характерного періоду (робочий день, година пік). Альтернативно можна встановити тимчасові датчики на дверях для підрахунку відкриттів. Для неконтрольованих умов рекомендується закладати максимально можливу частоту з коефіцієнтом запасу.

Чи потрібен запас продуктивності обладнання понад розрахункові вологонадходження?

Так, запас продуктивності обладнання необхідний для компенсації: неврахованих джерел вологи (10-15%), можливого зростання вологонадходжень при зміні режиму експлуатації (10-20%), деградації продуктивності обладнання з часом (5-10%). Загальний рекомендований запас складає 20-30% залежно від відповідальності об'єкта.

Які джерела вологи найчастіше ігноруються проектувальниками?

Найчастіше ігноруються: літня інфільтрація вологого повітря, вологовиділення від свіжих будівельних конструкцій у перший рік експлуатації, періодичні технологічні процеси (прибирання, обслуговування), вологовиділення через відкриті двері. Це призводить до недостатньої продуктивності систем осушення, конденсації вологи та розвитку плісняви.

Висновки

Точний розрахунок вологонадходжень є фундаментом ефективного проектування систем кондиціонування та осушення. Ключові принципи включають повний облік усіх джерел вологи, адаптацію розрахунків до конкретного об'єкта та врахування сезонності.

Рекомендації для інженерів-проектувальників:

• Проводити детальну інвентаризацію всіх потенційних джерел вологи
• Не покладатися виключно на довідникові значення
• Закладати обґрунтований запас продуктивності (20-30%)
• Передбачати можливість інструментального вимірювання вологонадходжень на етапі експлуатації
• Розробляти системи з можливістю регулювання продуктивності залежно від фактичного навантаження

Точність розрахунку вологонадходжень безпосередньо визначає надійність, енергоефективність та економічність всієї системи кондиціонування та осушення. Недооцінка вологонадходжень веде до незадовільної роботи системи, переоцінка – до невиправданих капітальних та експлуатаційних витрат.