Se opptak av webinar: Ventilasjon og CFD i svømmehall

Formålet med studien

Målet med masteroppgaven var å se hvordan man kan utforme ventilasjonsløsningene samtidig som man tar hensyn til bygningskroppen og brukerne. Dette er fordi svømmehaller er komplekse, og det er ressurskrevende å drive med konseptutprøvinger i eksisterende anlegg. 

Studiens utgangspunkt

Til studien ble svømmeanlegget ved Åfjord aktivitetssenter i Trøndelag valgt. Svømmehallen har et 25-metersbasseng, et svart innvendig volum og store vindusflater. Modellen ble bygget i Autodesk Revit og overført til STAR-CCM+ for simulering av ventilasjons- og luftstrømsforhold. Det ble lagt særlig vekt på luftfuktighet og forurensning fra bassengområdet, blant annet trikloramin. Det ble forklart hvordan desinfeksjonsbiprodukter kan påvirke helsen, og hvorfor god luftkvalitet derfor er viktig for alle som oppholder seg i svømmehallen.

Det ble satt opp fire scenarioer 

Hovedresultater

Hovedresultatene etter studien var at:

• Scenario 1 ga høyest fuktighet og forurensingsnivå og i tillegg hadde dårligst luftfornyelse.  
• Scenario 2 ga bedre omrøring og luftutskiftning
• Scenario 3 var bedre enn baseline (scenario 1)
• Scenario 4 ble samlet sett vurdert som best på grunn av kombinasjonen av fasadetilpasset tilluft, god omrøring og avtrekk nær forurensningskilden.

Under webinaret kom det flere spørsmål fra deltakerne. Her svarer Ulrich Unhjem Baskerud på spørsmålene.

Spørsmål 1: 

Jeg antar at du har forutsatt friskluft som tilførsel, ikke omluft? Forstår jeg det slik at du har lagt inn en fast verdi for NCl3 i analysen?

Svar:

Tilluften i simuleringene ble definert som en blanding av luft, vanndamp (H₂O) og trikloramin (NCl₃), der summen av komponentandelene måtte være 1. Fuktinnholdet ble satt med sikte på en relativ luftfuktighet i hallen på omtrent 50–55 %. Det ble også lagt inn en lav, fast NCl₃-konsentrasjon i tilluften, basert på funn i litteraturen. Tilluften ble dermed ikke forutsatt å være helt fri for NCl₃, dermed en blanding av omluft og friskluft.

Når det gjelder fordamping fra bassenget, ble det brukt faste kildestyrker for både fordampning og NCl₃-utslipp, med samme verdier i alle fire scenarioene.

Det var altså tilførselen fra kildene som var fastsatt, mens konsentrasjonen og fordelingen av NCl₃ i hallen ble beregnet i simuleringene. Formålet var å sammenligne hvordan ventilasjonsprinsippene håndterte den samme fukt- og forurensningsbelastningen.

Spørsmål 2:

Blir det økt fordamping med dyseløsningene og vil det være problematisk?

Svar:

Dyseløsningen kan gi økt fordampning dersom den øker lufthastigheten langs vannflaten. Det avgjørende er derfor hvordan luften beveger seg ved vannflaten, ikke bare hastigheten ut av dysene. I mine simuleringer var lufthastigheten langs vannflaten relativt lav.

Jeg undersøkte også en dynamisk fordampningsmodell basert på Sherwood-tallet. Denne koblet fordampningen til lufthastigheten parallelt med vannflaten og forskjellen i vanndampinnhold mellom mettet luft ved vannoverflaten og luften rett over. Modellen ble testet som en følsomhetsstudie, men krevde kalibrering og videre vurdering.

I hovedsammenligningen valgte vi derfor å bruke samme faste fordampningsrate i alle fire scenarioene. Formålet var å undersøke hvordan ventilasjonsprinsippene håndterte en lik fuktbelastning. Studien gir dermed ikke et sikkert svar på hvor mye dyseløsningen eventuelt øker fordampningen.

Dersom løsningen gir økt fordampning, kan dette medføre større behov for oppvarming av bassengvannet og avfukting av luften. Dette er derfor et relevant tema for videre undersøkelser, der dyseretning, tilluftshastighet og plassering bør vurderes sammen med luftkvaliteten nær vannflaten.

Spørsmål 3:

Kan du beskrive det lav avtrekket? Hvor stor avstand til basseng osv?

Svar:

I scenario 2–4 var hovedavtrekkene plassert lavt på innerveggene, omtrent 3,4 meter fra bassengkanten. I scenario 4 supplerte vi disse med en kasse rett ved bassengkanten, med fem like avtrekksrister i fronten. Samlet avtrekksmengde gjennom disse var 2 000 m³/h, altså 400 m³/h per rist. Dette inngikk i den totale avtrekksmengden, slik at samlet ventilasjonsmengde ikke ble økt.

Hensikten med kassen var å fange opp fuktig og forurenset luft tett på kilden, før den ble transportert over gulvarealet eller videre ut i rommet. Tidligere forsking (Proulx et al.) har  undersøkt flere lave avtrekk langs veggene ved hjelp av CFD. Med en slik plassering må luften fra bassengområdet passere gulvarealet før den når avtrekkene. Avhengig av strømningsbildet kan dette gi mulighet for innblanding og videre spredning til brukernes pustesone.

Det mest sentrale området i min studie var likevel luftlaget rett over vannflaten, der konsentrasjonene var høyest, og hvor svømmerne puster. Selv om konsentrasjonene er lavere lenger fra vannflaten, er det også relevant å begrense spredningen til øvrige oppholdssoner.

Optimal plassering og utforming av bassengavtrekket bør undersøkes videre, særlig ved varierende bassengbruk. Antall badende og aktivitetsnivå påvirker både forurensningsbelastningen og bevegelsen i vannoverflaten. I min studie benyttet vi faste kildestyrker for å sammenligne ventilasjonsprinsippene under lik belastning.

Det bør også vurderes om det bassengnære avtrekket skal føres direkte til friluft, utenom aggregatets omluftskrets, for å unngå tilbakeføring av forurensning via tilluften. Dette må ses i sammenheng med varmegjenvinning og energibruk.

Spørsmål 4:

Forutsetninger som er gjort i forhold til temperatur i vann, rom og tilluft?

Svar:

Følgende temperaturforutsetninger ble lagt til grunn i simuleringene:

Bassengvann: Fast temperatur på 28 °C ved vannoverflaten.

Romluft: 30 °C som start- og referansetemperatur. Temperaturen i rommet var ikke låst til denne verdien, men ble beregnet lokalt ut fra luftstrømningene og varmeutvekslingen.

Tilluft: Fast temperatur på 34 °C, for å kompensere for varmetap under vinterforhold og den termiske påvirkningen fra bassengoverflaten.

Simuleringene representerte vinterdrift, med en forutsatt utetemperatur på −21,4 °C som grunnlag for de termiske randbetingelsene for yttervegger, tak og vinduer.

De samme temperaturforutsetningene ble brukt i alle fire scenarioene, slik at forskjellene kunne knyttes til ventilasjonsprinsippene og luftfordelingen.