HVAC w przestrzeniach wymagających stałej wilgotności
Utrzymywanie stałej wilgotności względnej to jedno z największych wyzwań przy projektowaniu systemów HVAC. Należy bowiem uwzględnić specyficzne wymagania obiektu i znajdujących się w nim zasobów, a także zmiany wilgotności wynikające z obecności ludzi, temperatury zewnętrznej oraz ogrzewania pomieszczeń. Sprawdźmy zatem, w jaki sposób branża HVAC rozwiązuje problem precyzyjnej kontroli wilgotności w wymagających tego budynkach.
Dlaczego utrzymywanie stałej wilgotności powietrza jest ważne?
W niektórych miejscach utrzymywanie stałych warunków środowiskowych jest ważne ze względu na konieczność ochrony zasobów przed zniszczeniem. Rozważając wpływ wilgotności względnej, nie sposób jednak nie odnieść się także do temperatury, ponieważ oba parametry są ze sobą silnie powiązane. Wilgotność względna wywołuje procesy chemiczne i fizyczne, natomiast temperatura je przyspiesza. Na przykład:
- wysoka temperatura w połączeniu z niską wilgotnością sprzyja wysuszaniu się i uszkodzeniom materiałów organicznych (np. drewna, papieru, pergaminu, skóry);
- przy wysokiej temperaturze i wysokiej wilgotności wzrasta ryzyko rozwoju pleśni, korozji oraz niszczącej działalności owadów;
- w pomieszczeniach chłodnych, charakteryzujących się wysoką wilgotnością i słabą wentylacją może dochodzić do kondensacji pary wodnej oraz rozwoju mikroorganizmów.
W zależności od warunków otoczenia materiały organiczne chłoną lub tracą wodę, co powoduje odpowiednio ich rozciąganie lub kurczenie. Jeżeli zmiany wilgotności względnej odbywają się w krótkim czasie, wówczas zasoby są bardziej narażone na degradację. Zagrożenie stanowią również długotrwale utrzymujące się niekorzystne warunki, niedopasowane do zasobów znajdujących się w pomieszczeniu. Niewłaściwa lub niestabilna wilgotność może doprowadzić do poważnych strat finansowych, a także zniszczenia ważnej dokumentacji, cennych dzieł sztuki i artefaktów oraz urządzeń kluczowych dla funkcjonowania obiektu. Dodatkowo zbyt niska lub zbyt wysoka wilgotność może mieć negatywny wpływ na zdrowie ludzi.
Wyzwania związane z utrzymaniem stałej wilgotności
Istnieje cały szereg przyczyn, które utrudniają utrzymanie rekomendowanych parametrów powietrza w pomieszczeniach zawierających zasoby narażone na degradację z powodu zmian wilgotności. Na przykład muzea często znajdują się w zabytkowych budynkach, które są nieszczelne i nie mają izolacji termicznej, co utrudnia zachowanie stabilnych warunków i generuje wysokie koszty utrzymania obiektu. Ponadto temperatura w pomieszczeniach zwykle jest dostosowywana do komfortu termicznego pracowników i osób odwiedzających budynek, co powoduje spadek wilgotności w zimie i jej wzrost w okresie letnim. Dodatkową trudność stanowią odmienne wymagania dla pomieszczeń o różnym przeznaczeniu: magazynów, archiwów, biur, sal ekspozycyjnych, pracowni konserwatorskich czy stref produkcyjnych.
Zalecany mikroklimat dla wybranych zbiorów archiwalnych i bibliotecznych według normy ISO 11799:
| Rodzaj materiału | Zalecana temperatura | Dopuszczalne wahania dzienne temperatury | Zalecana wilgotność względna RH | Dopuszczalne wahania dzienne wilgotności |
|---|---|---|---|---|
| Papier – zabezpieczenie optymalne | 2–18°C | ±1°C | 30–45% | ±3% |
| Papier – obiekty często udostępniane | 14–18°C | ±1°C | 35–50% | ±3% |
| Pergamin i skóra | 2–18°C | ±1°C | 50–60% | ±3% |
| Filmy fotograficzne na podłożu poliestrowym | maks. 21°C | ±2°C | 20–50% | ±5% |
| Odbitki fotograficzne na papierze czarno-białe | maks. 18°C | ±2°C | 30–50% | ±5% |
| Mikrofilmy | maks. 2°C | ±2°C | 20–50% | ±5% |
| maks. 5°C | 20–40% | |||
| maks. 7°C | 20–30% | |||
| Dyski optyczne | od −10°C do 23°C | b.d. | 20–50% | ±1% |
Zalecany mikroklimat dla wybranych zbiorów według stowarzyszenia REHVA (the European Federation of HVAC National Association):
| Obiekt | Wilgotność względna | Temperatura |
|---|---|---|
| Kolekcje anatomiczne | 40–60% | 19–24°C |
| Drewno | 40–65% | 19–24°C |
| Tworzywa sztuczne | 30–50% | – |
| Dywany i arrasy | 40–60% | – |
| Futra i skóry | 45–60% | 15–21°C |
| Brąz | mniej niż 55% | – |
| Złoto | mniej niż 45% | – |
| Pastele, akwarele i rysunki | 50–60% | 19–24°C |
Rozwiązania HVAC w budynkach wymagających stałej wilgotności
Utrzymywanie stałej wilgotności jest kluczowe dla zapewnienia trwałości zgromadzonych zasobów, np. dokumentów, urządzeń, dzieł sztuki czy artefaktów. Należy przy tym uwzględnić komfort ludzi, szczególnie w pomieszczeniach przeznaczonych do zwiedzania i stałego przebywania pracowników. Ważne jest również ograniczenie zużycia energii, ponieważ zapewnienie stałych parametrów powietrza w klimacie umiarkowanym wiąże się z bardzo wysokimi kosztami, zwłaszcza w przypadku budynków zabytkowych i innych, które nie zostały poddane termomodernizacji. Jakie rozwiązania HVAC stosuje się w celu utrzymania stabilnej wilgotności?
Centrale wentylacyjno-klimatyzacyjne
W nowoczesnych obiektach wymagających utrzymywania stabilnych parametrów temperatury powietrza i wilgotności względnej stosuje się systemy wentylacji mechanicznej, których sercem jest centrala wentylacyjno-klimatyzacyjna. Podstawową rolą urządzenia jest zapewnienie prawidłowej wymiany powietrza oraz uzdatnianie powietrza dostarczanego do pomieszczeń. W przypadku zaawansowanych systemów centrala odpowiada nie tylko za tłoczenie i filtrowanie powietrza, ale również za ogrzewanie, chłodzenie, osuszanie i nawilżanie. W takich systemach centrala jest wyposażona w dodatkowe elementy, takie jak:
- pompa ciepła;
- nagrzewnica (wodna, elektryczna, gazowa);
- chłodnica (wodna, freonowa);
- nawilżacz (parowy, adiabatyczny).
W celu ograniczenia zużycia energii stosuje się systemy z funkcją odzysku ciepła oraz free coolingu. Pierwsza z nich umożliwia ogrzanie nawiewanego powietrza za pomocą ciepła pochodzącego z powietrza wywiewanego (zużytego). Natomiast free cooling pozwala na obniżenie temperatury wewnątrz budynku za pomocą powietrza zewnętrznego.
Elektrodowe nawilżacze parowe
W przypadku braku centralnego systemu wentylacyjno-klimatyzacyjnego dla utrzymania odpowiedniej wilgotności względnej można zastosować elektrodowe nawilżacze parowe. Jest to urządzenie, które produkuje parę wodną poprzez przepływ prądu elektrycznego między elektrodami zanurzonymi w wodzie. Woda podgrzana do temperatury wrzenia zapewnia higieniczne nawilżanie, wolne od mikroorganizmów. Tego typu urządzenia zużywają niewielkie ilości wody, przy czym może to być zwykła woda pitna – nie ma potrzeby stosowania wody destylowanej jak w nawilżaczach ultradźwiękowych. Nawilżacze parowe elektrodowe eliminują również problem białego osadu występujący przy nawilżaczach ultradźwiękowych, ponieważ emitują czystą parę wodną, a nie aerozol zawierający drobinki wody.
Osuszanie kondensacyjne
W wielu przypadkach trudniejsze jest osuszenie powietrza niż jego nawilżenie. Jedną z metod na usunięcie nadmiaru wilgoci jest osuszanie kondensacyjne. Urządzenie pobiera i schładza powietrze do punktu rosy, gromadzi wytworzoną w ten sposób wilgoć, a następnie wypuszcza do pomieszczenia suche powietrze. Proces ten może być realizowany w centralach wentylacyjnych wyposażonych w chłodnice wodne lub freonowe. Powietrze może być osuszane również bezpośrednio w pomieszczeniu przez kontakt z parownikiem urządzeń klimatyzacyjnych. W muzeach i archiwach często stosuje się również przenośne osuszacze kondensacyjne.
Osuszanie adsorpcyjne
W celu utrzymania stabilnej wilgotności powietrza można wykorzystać również osuszanie sorpcyjne, w którym cząsteczki wilgoci są pochłaniane przez materiał adsorpcyjny – na przykład żel krzemionkowy, węgiel aktywowany lub tlenki aluminium. W systemach klimatyzacji i wentylacji najczęściej wykorzystuje się rotory adsorpcyjne z żelem krzemionkowym. W przypadku braku systemu centralnego można zastosować osuszacze adsorpcyjne mobilne. W porównaniu do osuszaczy kondensacyjnych osuszacze adsorpcyjne zapewniają większą wydajność osuszania i mogą generować mniejszy hałas. Należy jednak mieć na uwadze, że ta metoda osuszania zużywa więcej energii i wydziela więcej ciepła niż osuszanie kondensacyjne.
Automatyka i systemy sterowania
W miejscach wymagających zachowania stabilnej wilgotności powietrza wdrażane są automatyczne systemy kontroli klimatu, również w ramach kompleksowego systemu BMS. Systemy te monitorują parametry powietrza (temperaturę i wilgotność) oraz rejestrują i zgłaszają odchylenia od zadanych ustawień. Automatyka może również odpowiadać za działanie systemów wentylacji, klimatyzacji i ogrzewania, regulując pracę instalacji w zależności od danych zebranych przez czujniki. Wykorzystuje się tutaj m.in. czujniki wilgotności, czujniki punktu rosy, czujniki temperatury oraz regulatory PID. Systemy te działają w trybie ciągłym 24/7, wspierając utrzymanie stabilnych warunków przechowywania zbiorów.
HVAC w przestrzeniach wymagających stałej wilgotności – o czym pamiętać?
Przestrzenie wymagające stałej wilgotności powietrza potrzebują indywidualnie zaprojektowanego systemu HVAC, uwzględniającego warunki rekomendowane dla danego rodzaju obiektu i materiałów, a także zyski ciepła i wilgoci pochodzące z urządzeń. Bez tego łatwo popełnić błąd, który zaważy na wydajności systemu i jego niezawodności – przykładem tego jest chociażby zastosowanie osuszania kondensacyjnego w pomieszczeniach o temperaturze poniżej 15°C. Ponadto źle zaprojektowany system może przyczynić się do nadmiernego wzrostu wilgotności lub wysuszenia powietrza, co może mieć niekorzystny wpływ na procesy technologiczne lub trwałość przechowywanych zasobów. Warto również mieć na uwadze, że gwarancją prawidłowego działania systemów HVAC jest regularny serwis instalacji i urządzeń, który przeciwdziała poważnym awariom i obniżeniu wydajności systemu.
