Wstęp

Hale sportowe – szkolne, gimnastyczne czy sale widowiskowe, koncertowe, aule wykładowe i wszelkie duże obiekty kubaturowe – należą do najtrudniejszych obiektów pod względem wentylacji. Kubatura jest ogromna, liczba osób zmienna, a zapotrzebowanie na powietrze w czasie zawodów, koncertów, spotkań, czy wykładów jest zależne od rodzaju aktywności, ilości ludzi i warunków panujących na zewnątrz.

Zaprojektowanie systemu wentylacji, który będzie wydajny i komfortowy, a zarazem ekonomiczny i prosty nie jest łatwe. Zarówno sam system wentylacji jak i jego serce, czyli centrale wentylacyjne powinny szybko dopasowywać się do zmiennych warunków panujących na obiekcie.

Niezależnie od tego, czy wentylacja tego typu obiektów będzie realizowana w sposób tradycyjny – poprzez nawiewniki/wywiewniki, sieć kanałów i centrale wentylacyjne, czy też za pomocą urządzeń bezkanałowych wentylacja powinna spełniać określone warunki, którym przyjrzymy się w niniejszym artykule.

Wymagania prawne i normowe

W Polsce nie ma osobnej normy dla sal sportowych, ale obowiązują ogólne przepisy:

  • Warunki techniczne WT2021: instalacje muszą zapewniać odpowiednią jakość powietrza (temperatura, wilgotność, stężenie CO₂, brak przeciągów).
  • PN-EN 16798-1: określa minimalne strumienie powietrza w zależności od liczby osób i kategorii jakości powietrza (IDA 1–4).
  • BHP (Rozp. MRPiPS): maksymalne dopuszczalne stężenie CO₂ = 5000 ppm.
  • Dobre praktyki branżowe: przyjmuje się 50–60 m³/h świeżego powietrza na osobę ćwiczącą oraz 20 m³/h na widza.

To oznacza, że projektując centralę trzeba uwzględnić nie tylko kubaturę hali, ale przede wszystkim zmienną frekwencję, a także zapewnić tryby pracy, które będą szybko odpowiadały na zapotrzebowanie.

Budowa centrali wentylacyjnej dla hali sportowo-widowiskowej

Typowa centrala wentylacyjna na obiekty o dużej kubaturze o zmiennym zapotrzebowaniu na ilość powietrza powinna składać się z następujących elementów:

Filtracja powietrza

Zalecany filtr min. F7 na nawiewie i F5 na wywiewie. Nie wskazane są filtry krótkie, kasetowe o małej powierzchni czynnej, najlepsze będą filtry kieszeniowe o długości kieszeni min. 300 mm lub filtry minipleat – specjalnej konstrukcji zapewniające pomimo zwartej konstrukcji dużą powierzchnię czynną filtracji

Odzysk ciepła

Jako rodzaj odzysku ciepła będzie najlepszy? Spośród najpopularniejszych obecnie urządzeń odzyskujących ciepło na hali sportowej, widowiskowej, czy auli wykładowej zdecydowanie najlepszym rozwiązaniem będzie wymiennik obrotowy , w dalszej kolejności krzyżowy (przeciwprądowy) lub glikolowy. Chociaż dyrektywa Ekoprojekt UE (1253/2014) definiuje minimalną sprawność odzysku ciepła wymiennika obrotowego na poziomie 73%, to z powodzeniem można dobrać centralę z takim wymiennikiem o sprawności 80-85% bez znaczącego wpływu na cenę urządzenia.

Niekwestionowaną zaletą wymienników obrotowych w stosunku do dwóch pozostałych typów odzysku ciepła jest możliwość odzyskiwania także wilgoci, co szczególnie przy bardzo niskich temperaturach zewnętrznych zapewnia nawiew powietrza o wilgotności mieszczącej się w komfortowym przedziale dla ludzi.

Wymienniki krzyżowe (przeciwprądowe) oraz glikolowe mogą powodować, że wilgotność powietrza nawiewanego zimą będzie na poziomie kilku procent, co z pewnością wpłynie na dyskomfort w oddychaniu, jeśli system nie będzie posiadał układu nawilżania. Centrala z wymiennikiem obrotowym także w standardowej niehigroskopijnej wersji zapewni nawet w skrajnych warunkach zimowych, przy temperaturze zewnętrznej -15 -20 stopni wilgotność powietrza nawiewanego powyżej 20-25%.

Ogrzewanie powietrza

Najkorzystniejszym z ekonomicznego punktu widzenia będzie zastosowanie ogrzewania za pomocą pompy ciepła lub nagrzewnicy wodnej. Koszty dogrzania powietrza po odzysku ciepła będą zazwyczaj zbliżone obiema metodami.

Chłodzenie powietrza

Zapewnienie komfortu cieplnego przez cały rok wymaga zastosowania układu chłodzenia. Temperatura komfortowa w przypadku obiektów sportowych jest definiowana na poziomie 18-22 °C, przy czym w przypadku hal sportowych komfortowa temperatura w strefie sportowców powinna wynosić 18-19°C, a w strefie publiczności 20-21 °C.

Wytyczne międzynarodowych federacji sportowych zalecają w przypadku boisk do gier zespołowych nawet temperatury minimalne 16-18°C, oraz 18-20°C.

Ważnym aspektem wpływającym na komfort jest także wilgotność powietrza.

Nawilżanie/osuszanie powietrza

Jaka powinna być komfortowa wilgotność powietrza?

Według norm i zaleceń higieniczno-komfortowych powinna ona wynosić:

  • ok. 30–40% RH – to granica, poniżej której zaczynają się odczuwalne problemy (suche błony śluzowe, podrażnienia oczu, większa podatność na infekcje).
  • 40–60% RH – jest najczęściej wskazywany jako optymalny zakres dla komfortu człowieka w temperaturze 20–22 °C (PN-EN 16798-1, wytyczne ASHRAE, WHO).

Zatem w warunkach letnich, jak zobaczymy dalej będzie zazwyczaj wskazane osuszanie powietrza, a w warunkach zimowych – jego nawilżanie.

Nawilżanie powietrza

Jak już powiedzieliśmy omawiając odzysk ciepła komfort wilgotnościowy jest ważnym aspektem utrzymania komfortu w halach widowiskowo-sportowych. Tak, ja powiedzieliśmy na początku najlepszą metodą odzyskiwania ciepła będzie wymiennik obrotowy.

O ile standardowy rotor zapewni wilgotność powietrza nawiewanego w warunkach temperatury obliczeniowej dla zimy (w Polsce od – 16 do -22 °C) na poziomie ok 20-25%, to zastosowanie rotorów w wykonaniu specjalnym może podnieść tę wilgotność praktycznie do poziomu komfortu (40% przy +20°C).

Rotor w wykonaniu entaplicznym, który odzyskuje wilgoć głównie przez kondensację pary wodnej na powierzchni rotora i jej odparowanie do powierza nawiewanego może podnieść wilgotność powietrza nawiewanego do poziomu 25-30% przy temperaturze +20°C, a rotor w wykonaniu sorpcyjnym, który dzięki powłoce higroskopijnej może przekazywać wilgoć również bez kondensacji, (może mieć sprawność odzysku wilgoci na poziomie 80-90% ) jest w stanie zapewnić wilgotność już bardzo zbliżoną do komfortowej na poziomie ok. 35% przy temperaturze +20°C.

W standardowych halach sportowych zazwyczaj wystarczy odzysk wilgoci na rotorze bez konieczności stosowania nawilżania które nie tylko znacznie podniesie koszt urządzenia, ale także wpłynie znacząco na koszty eksploatacyjne centrali.

Osuszanie powietrza

Czy powietrze nawiewane do hal sportowych powinno być osuszane?

Aby odpowiedzieć na to pytanie przyjrzyjmy się jak zachowa się rotor centrali wentylacyjnej warunkach letnich.

Poniżej widzimy screen z pogramu doboru rotora z odzyskiem chłodu. Przy założeniu, że powietrze wyciągane ma temperaturę obliczeniową dla lata dla centralnej Polski (32°C/45%Rh), po odzyskaniu części chłodu i ochłodzenia powietrza do 20 °C otrzymamy wilgotność na poziomie 75%. A więc zdecydowanie za wysoką.

Wskazane jest zatem osuszanie powietrza, szczególnie dla obiektów o wyższych wymaganiach.

Najlepszą metodą osuszania powietrza w takich warunkach jest osuszanie kondensacyjne, o którym pisaliśmy tutaj.

Zależnie od tego, jak głęboko przechłodzimy powietrze na chłodnicy możemy osuszyć powietrze do warunków komfortowych.

Poniżej pokazujemy 2 warianty osuszania: przy przechłodzeniu powietrza do +12°C i +10°C

Chłodzenie do +20°C – układ bez funkcji osuszania, wilgotność powietrza nawiewanego 75%
Chłodzenie do 12°C a następnie podgrzanie do +20°C – uzyskujemy osuszenie do 58%
Chłodzenie do 10°C a następnie podgrzanie do +20°C – uzyskujemy osuszenie do 51%

Jak zatem widzimy, bardzo wskazane jest na halach sportowych, widowiskowych, aulach wykładowych , itp osuszanie powietrza. Uzyskamy to montując wewnątrz centrali wentylacyjnej wymienniki w kolejności chłodnica-nagrzewnica, oraz dobierając samą chłodnicę jak i agregat chłodniczy na moc większą niż tylko wymagałoby tego samo chłodzenie.

Komora mieszania/szybkiego grzania

Bardzo ważną funkcją, bez której trudno wyobrazić sobie funkcjonalną i oszczędną centralę wentylacyjną dedykowaną dla hali sportowej, widowiskowej czy koncertowej, jest komora mieszania, która będzie pełniła w praktyce 2 funkcje:

  • szybkie nagrzanie/ochłodzenie hali po dłuższym okresie bezczynności, gdy pracuje tylko i wyłącznie wentylacja dyżurna.

Podczas dłuższego okresu gdy na hali nie odbywają się żadne wydarzenia, w nocy, itp, wentylacja powinna wrócić do minimalnego poziomu ok 1/4 wydajności maksymalnej. W warunkach skrajnych może wówczas dojść do znacznego obniżenia temperatury zimą lub jej znacznego wzrostu latem. W takiej sytuacji komora mieszania posłuży do szybkiego nagrzania powietrza wewnątrz pomieszczenia poprzez całkowite odcięcie dopływu powietrza zewnętrznego.

  • recyrkulację powietrza

Bardzo ważnym elementem centrali optymalizującą jej pracę jest funkcja recyrkulacji powietrza. Zależnie przeznaczenia hal wytyczne higieniczne ilości powietrza mogą być zmienne i mogą wynosić:

Imprezy masowe z dużą publicznością → często projektuje się 20–25 m³/h/os dla widzów i osobno intensywnie wentylowane strefy boiska.

Turnieje sportowe z zawodnikami → przyjmuje się 40–60 m³/h/os dla sportowców + dodatkowe zwiększenie wymiany powietrza w zależności od rodzaju sportu i czasu wysiłku.

Wydarzenia mieszane (hala pełna widzów + zawodnicy) → projekt robi się na maksymalne obciążenie osobowe

Zatem istnieje konieczność reaktywnego dopasowywania ilości powietrza zewnętrznego zależnie od rodzaju aktywności, wypełnienia hali, por roku, itp.

Sterowanie centralą wentylacyjną da pomieszczeń o charakterze zgromadzeniowym

Sterowanie urządzeniem wentylacyjnym jest poza odpowiednią budową centrali najważniejszym elementem wpływającym na komfort, oszczędność i optymalizację pracy central.

Najczęściej stosowanymi algorytmami sterowania udziałem powietrza zewnętrznego i recyrkulowanego są czujniki CO2 i czujniki wilgotności.

Sterowanie komorą mieszania w funkcji stężenia CO₂

Centrala z komorą mieszania ma przepustnice powietrza świeżego i obiegowego.

  • Czujnik CO₂ (na hali/w kanale wywiewnym) porównuje stężenie z wartością zadaną (np. 800–1000 ppm).
  • Gdy CO₂ rośnie, sterownik otwiera przepustnicę świeżego powietrza i zmniejsza udział recyrkulacji.
  • Gdy CO₂ spada poniżej progu, system zwiększa udział powietrza obiegowego, ograniczając zużycie energii na ogrzewanie/chłodzenie.

Efekt: wentylacja dopasowana do liczby osób, niższe koszty eksploatacji.

Sterowanie komorą mieszania w funkcji wilgotności

  • Czujnik wilgotności względnej monitoruje powietrze w hali.
  • Przy zbyt wysokiej wilgotności (np. >60% RH) przepustnica świeżego powietrza otwiera się bardziej, aby wprowadzić suchsze powietrze zewnętrzne i obniżyć wilgotność.
  • Przy zbyt niskiej wilgotności (np. <40% RH) sterownik ogranicza dopływ powietrza zewnętrznego, by nie przesuszać hali.

Efekt: stabilne warunki komfortu i ograniczenie ryzyka kondensacji.

Ostatnim istotnym elementem jest zdolność centrali do dynamicznego kształtowania parametrów nawiewu. W praktyce oznacza to ciągłe modulowanie strumienia i temperatury powietrza w zależności od obciążenia i warunków. Centralny sterownik, analizując sygnały z czujników, potrafi np. płynnie zwiększać prędkość wentylatorówprzy wzroście CO₂ lub temperatury wewnętrznej, a zmniejszać ją w trybie standby. Temperaturę powietrza nawiewanego reguluje się za pomocą proporcjonalnych zaworów na nagrzewnicy/chłodnicy oraz mieszania powietrza (większy udział nawiewu zewnętrznego przy chłodniejszej aurze). Zaawansowane systemy dążą do utrzymania zadanej temperatury nawiewu przy minimalnym zużyciu energii

Podsumowanie

Wentylacja hal sportowych, widowiskowych, auli i innych dużych obiektów zgromadzeniowych jest zadaniem wymagającym precyzji i elastyczności. Zmienna liczba osób, różnorodność aktywności oraz duża kubatura powodują, że centrale wentylacyjne muszą być projektowane jako systemy zdolne do szybkiej adaptacji.

Kluczowe elementy to:

  • wydajna filtracja (min. F7 na nawiewie, F5 na wywiewie),
  • odzysk ciepła na wymienniku obrotowym, który dodatkowo zapewnia odzysk wilgoci i poprawę komfortu w okresie zimowym,
  • układy grzewcze i chłodnicze dostosowane do sezonowych wymagań komfortu cieplnego,
  • rozwiązania dla kontroli wilgotności – w zależności od obiektu odzysk wilgoci z rotora może wystarczyć, ale w halach o wyższych wymaganiach warto stosować sekcje nawilżania i osuszania,
  • komora mieszania i recyrkulacja, pozwalające na szybkie nagrzanie lub ochłodzenie hali oraz na redukcję kosztów eksploatacyjnych,
  • zaawansowane sterowanie oparte na czujnikach CO₂, wilgotności i jakości powietrza, które umożliwia dynamiczne dopasowanie pracy urządzenia do aktualnego obciążenia.

Nowoczesna centrala wentylacyjna dla hali sportowo-widowiskowej to w praktyce inteligentny układ, który nie tylko wymienia powietrze, ale także aktywnie kształtuje jego parametry – temperaturę, wilgotność i jakość. Dzięki temu możliwe jest zapewnienie komfortu użytkowników, bezpieczeństwa higienicznego i jednocześnie utrzymanie optymalnych kosztów eksploatacji, co w obiektach tej skali ma kluczowe znaczenie.