Η ανανέωση του αέρα σε ένα σύστημα Κεντρικού Κλιματισμού

Στο άρθρο μου του τεύχους 56 του περιοδικού μας, ασχοληθήκαμε με την ποσότητα του αέρα, που πρέπει να κυκλοφορεί μέσα σ’ ένα σύστημα κεντρικού κλιματισμού, για να εξασφαλίζεται η σωστή του λειτουργία και η υψηλή του απόδοση. Στο άρθρο εκείνο υπολογίσαμε την απαραίτητη ποσότητα αέρα του συστήματος με δύο τρόπους, κατά προσέγγιση, αλλά και με βάση τα θερμοδυναμικά δεδομένα και καταλήξαμε στο συμπέρασμα, ότι η πιο υψηλή απόδοση πετυχαίνεται με τη συνεχόμενη ανακυκλοφορία όλης της ποσότητας του κλιματισμένου αέρα του συστήματος.

Γράφει ο Δημήτρης Μενεγάκης, Μηχανολόγος Μηχανικός

Όμως αν μέσα σ’ ένα χώρο κλειστό υπάρχει συγκέντρωση ανθρώπων και δε γίνεται ανανέωση του αέρα, είναι ευκολονόητο πως κάποια χρονική στιγμή θα υπάρξει έλλειψη οξυγόνου, λόγω της αναπνοής των ατόμων και ο αέρας θα είναι μολυσμένος και ακατάλληλος. Στο σημείο αυτό πρέπει να αναφερθεί, ότι με την εκπνοή του κάθε άτομο διώχνει προς τον αέρα διοξείδιο του άνθρακα 100 φορές περισσότερο από εκείνο που εισπνέει. Οι πνεύμονες των ανθρώπων τροφοδοτούνται με ατμοσφαιρικό αέρα που περιέχει 0,03% διοξείδιο του άνθρακα, δηλαδή 3 μέρη στα 10.000. Με την εκπνοή μας βγάζουμε αέρα που περιέχει 300 μέρη διοξειδίου του άνθρακα στα 10.000. Με άλλα λόγια, το διοξείδιο του άνθρακα στον αέρα ενός εσωτερικού χώρου, αυξάνεται 100 φορές με την εκπνοή των ατόμων που βρίσκονται μέσα σ’ αυτόν, όπως αναφέρθηκε λίγο παραπάνω.

Το διοξείδιο του άνθρακα δεν είναι όμως η μοναδική ″εσωτερική″ μόλυνση του αέρα. Σ’ αυτήν πρέπει να προσθέσουμε τις διάφορες οσμές, καπνούς, σκόνη κ.α. όλες αυτές οι ″εσωτερικές″ μολύνσεις, προστιθέμενες και στις περιβαλλοντικές, που κι αυτές συνυπάρχουν μέσα στον κλιματιζόμενο χώρο, προκαλούν πονοκεφάλους, σωματική κόπωση, κακή διάθεση, υπνηλία, τσούξιμο στα μάτια, δύσπνοια, δυσκολία αναπνοής, διάφορες παθήσεις του αναπνευστικού, ρινίτιδες και διάφορες αλλεργίες, που δημιουργούν άρρωστους ανθρώπους. Όλα αυτά αντιμετωπίζονται με το σωστό αερισμό των εσωτερικών χώρων, γιατί όπως επισημαίνει ο Παγκόσμιος Οργανισμός υγείας, μόνα τους ο ιονισμός και η απολύμανση δεν αρκούν. Κάποια στιγμή πρέπει να γίνει προσθήκη φρέσκου πιο καθαρού αέρα. Με αφορμή μάλιστα την πανδημία του Covid 19, προτείνει ο αερισμός των εσωτερικών χώρων να γίνεται τακτικά και σε πολύ σύντομα διαστήματα.

Στο σημερινό μου άρθρο θα ασχοληθούμε πάλι με μια ποσότητα αέρα του συστήματος κλιματισμού, που όμως αυτή τη φορά δεν βοηθά την υψηλή απόδοση αλλά αφορά την υγιεινή των κλιματιζόμενων χώρων και την προστασία της ζωής των ανθρώπων μέσα σ’ αυτούς. Θα ασχοληθούμε λοιπόν με τον Αέρα Ανανέωσης. Ο αέρας ανανέωσης είναι μια ποσότητα νωπού ατμοσφαιρικού αέρα που διοχετεύεται μέσα στο σύστημα, για να δημιουργήσουμε συνθήκες υγιεινής διαβίωσης και άνεσης, με την καταπολέμηση και την αποβολή όλων των μολύνσεων του κλιματιζόμενου χώρου, που αναφέρθηκαν παραπάνω. Η ποσότητα του αέρα της ανανέωσης ποικίλει από εγκατάσταση σε εγκατάσταση και εξαρτάται από τον προορισμό του χώρου και τον αριθμό των ατόμων που ζουν ή εξυπηρετούνται μέσα σ’ αυτόν. Οι λεπτομέρειες και οι απαραίτητοι υπολογισμοί θα αναφερθούν στα παρακάτω εδάφια.

Υπολογισμός της απαιτούμενης ποσότητας του αέρα ανανέωσης

Δύο είναι τα κριτήρια με τα οποία μπορούμε να προσδιορίσουμε την απαιτούμενη ποσότητα του αέρα της ανανέωσης.

Το πρώτο είναι ο αριθμός των ατόμων που ζουν ή δραστηριοποιούνται μέσα στον κλιματιζόμενο χώρο. Κάθε άτομο χρειάζεται περίπου 17 κιλά αέρα την ώρα, δηλαδή 15 κυβικά μέτρα, για να εξασφαλιστεί το απαιτούμενο οξυγόνο της αναπνοής. Η ποσότητα αυτή είναι η ελάχιστη που προδιαγράφεται για κάθε άτομο με κανονική φυσική δραστηριότητα, που δεν καπνίζει. Η ποσότητα μπορεί να αυξηθεί μέχρι 40 κυβ. μέτρα ανά άτομο για περιπτώσεις έντονης φυσικής δραστηριότητας και βαριές συνθήκες καπνίσματος, για να απορροφηθούν οσμές και καπνοί. Ένας γενικός οδηγός για τον προσδιορισμό της απαιτούμενης ποσότητας του αέρα ανανέωσης είναι:

• Για χώρους που απαγορεύεται το κάπνισμα και με κανονική φυσική δραστηριότητα 15 κυβικά μέτρα αέρα ανά ώρα, για κάθε άτομο.
• Για χώρους που επιτρέπεται το κάπνισμα και με κανονική φυσική δραστηριότητα 20 κυβικά μέτρα αέρα νωπού ανά ώρα για κάθε άτομο.
• Για χώρους με εντατική φυσική δραστηριότητα των ατόμων, που επιτρέπεται το κάπνισμα 25 κυβικά μέτρα αέρα ανά ώρα για κάθε άτομο και
• Για χώρους με εντατική φυσική δραστηριότητα των ατόμων και βαριές συνθήκες καπνίσματος 40 κυβικά μέτρα ανά ώρα, για κάθε άτομο.

Το δεύτερο κριτήριο είναι ο αριθμός των αλλαγών του αέρα που πρέπει να γίνονται κάθε μία ώρα στον κλιματιζόμενο χώρο, ώστε να διατηρείται ο αέρας καθαρός. Αυτό το κριτήριο υιοθετήθηκε για ευκολονόητους λόγους. Υπάρχει περίπτωση ο κλιματιζόμενος χώρος να είναι μεγάλος και σ’ αυτόν να συγκεντρώνονται λίγα άτομα, όπως για παράδειγμα σε μια κατοικία. Αν ο αέρας της ανανέωσης υπολογιστεί σύμφωνα με το πρώτο κριτήριο, δηλαδή τον αριθμό των ατόμων, τότε σίγουρα θα καταλήξουμε σε ″φτωχό″ αερισμό, δηλαδή ο αέρας της ανανέωσης θα είναι πάντα λιγότερος απ’ αυτόν που χρειάζεται. Ο πίνακας παρακάτω είναι ένας γενικός οδηγός για χώρους με διάφορες χρήσεις:

Η προσωπική μου άποψη είναι να υπολογίζεται η ποσότητα του αέρα της ανανέωσης και με τα δύο κριτήρια και τελικά να επιλέγεται η πιο μεγάλη. Αυτό κρίνεται σκόπιμο μια και ο αριθμός των ατόμων εύκολα μπορεί να αυξομειωθεί. Τον τρόπο σκέψης θα τον δούμε και στο παράδειγμα που θα ακολουθήσει παρακάτω.

Παράδειγμα

Μελετούμε το σύστημα κλιματισμού της αίθουσας του εστιατορίου ενός συγκροτήματος, μήκους 30 μέτρων, πλάτους 15 μέτρων και ύψους 3,50 μέτρων, που θα μπορεί να εξυπηρετεί ένα μέγιστο αριθμό 250 ατόμων, περιλαμβανομένου του προσωπικού. Ζητούμε την απαιτούμενη ωριαία ποσότητα του αέρα της ανανέωσης.

Απάντηση:

Σύμφωνα με τον αριθμό των ατόμων (πρώτο κριτήριο) κάθε άτομο πρέπει να υπολογίζεται με 25 κυβικά μέτρα νωπού αέρα ανά ώρα. Κατά συνέπεια για τα 250 άτομα χρειαζόμαστε 250χ25=6.250 κυβικά μέτρα. Σύμφωνα με τον αριθμό των απαιτούμενων αλλαγών (δεύτερο κριτήριο) ο πίνακας για τα εστιατόρια προδιαγράφει 4 αλλαγές του αέρα ανά ώρα. Ο όγκος της αίθουσας είναι 30χ15χ3,50=1575 κυβικά μέτρα. Κατά συνέπεια για τις 4 αλλαγές ανά ώρα χρειαζόμαστε 4χ1575=6300 κυβικά μέτρα αέρα ατμοσφαιρικού. Βρήκαμε για την απαιτούμενη ποσότητα του αέρα της ανανέωσης 6250 και 6300 κυβικά μέτρα την ώρα. Θα πάρουμε την πιο μεγάλη οπότε η απάντηση μας είναι η απαιτούμενη ωριαία ποσότητα του αέρα της ανανέωσης είναι 6300 κυβικά μέτρα.

Η επεξεργασία του αέρα της ανανέωσης

Ο αέρας ανανέωσης μπαίνει μέσα στον κλιματιζόμενο χώρο σαν ένα ποσοστό της συνολικής ποσότητας του αέρα που κυκλοφορεί μέσα στο σύστημα. Ο αέρας του συστήματος είναι κλιματισμένος στις επιθυμητές συνθήκες. Ο αέρας όμως της ανανέωσης είναι ατμοσφαιρικός σε συνθήκες περιβάλλοντος. Έτσι στην είσοδό του πρέπει να υποστεί κάποια επεξεργασία, που θα τον κλιματίσει στις συνθήκες του κλιματιζόμενου χώρου, για να μη γίνεται αφορμή μεταβολής των επιθυμητών συνθηκών του χώρου. Η απαιτούμενη επεξεργασία είναι η θέρμανση κατά το χειμώνα, η ψύξη κατά το καλοκαίρι, η πιθανή αφύγρανση και ο καθαρισμός.

Η ποσότητα της θερμότητας που θα χορηγηθεί στον αέρα (το χειμώνα) ή θα αφαιρεθεί απ’ αυτόν (το καλοκαίρι) για να εξισώσει τη θερμοκρασία του με τη θερμοκρασία του κλιματισμένου αέρα είναι αισθητή θερμότητα. Η ποσότητα της θερμότητας, που θα χορηγηθεί στον αέρα για την αφύγρανσή του (συνήθως το καλοκαίρι) ώστε η σχετική υγρασία του αέρα της ανανέωσης να εξισωθεί με εκείνη του κλιματιζόμενου χώρου, είναι λανθάνουσα θερμότητα. Το άθροισμα της αισθητής και της λανθάνουσας θερμότητας είναι η ολική θερμότητα, η ενέργεια που θα δαπανήσετε για να κλιματίσετε τον αέρα της ανανέωσης. Η επεξεργασία του αέρα της ανανέωσης συμπληρώνεται με τον καθαρισμό του, κατά την είσοδό του στο σύστημα. Σαν νωπός ατμοσφαιρικός του περιβάλλοντος θα έπρεπε να είναι καθαρός και τότε πραγματικά θα πραγματοποιούσε τον προορισμό του, που είναι η ανανέωση, το φρεσκάρισμα του αέρα του κλιματιζόμενου χώρου.

Δυστυχώς όμως τέτοιο αέρα δεν θα συναντήσετε πουθενά. Όπως τα καταφέραμε μόνο σε κάποιες απόμακρες επαρχίες ή μικρά νησιά ενδέχεται να βρούμε κάπως καθαρό αέρα. Στα αστικά κέντρα ο ατμοσφαιρικός αέρας είναι μολυσμένος, πλούσιος σε καυσαέρια, σκόνη, αιθαλομίχλη, καπνούς, οσμές, αιωρούμενα μικροσωματίδια, ρινίσματα φρένων και λάστιχων αυτοκινήτων, μικροοργανισμούς και μικρόβια. Αν έχετε το ″προνόμιο″ να κατοικείτε ή να δραστηριοποιείστε στο κέντρο του αστικού κέντρου, τότε απολαμβάνετε συχνά κάποιες επιπρόσθετες μολύνσεις του ατμοσφαιρικού αέρα. Εννοώ τα πάσης φύσεως κατάλοιπα των μολότοφ και των καιόμενων σκουπιδωκάδων (από τη μια μεριά) ή των δακρυγόνων και των κρότου-λάμψης (από την άλλη). Απόλυτα απαραίτητος λοιπόν ο καθαρισμός του αέρα.

Image by pexels.com – Sergei Akulich