Fuktproblematiken i ishallar - en introduktion : NERIS - del 1

Projektnamnet NERIS är en initialförkortning på Nordicbuilt: Evaluation and Renovation of Ice halls and Swimming halls. NERIS leds av Institutionen för Byggvetenskap på Kungliga Tekniska Högskolan (KTH) i Stockholm, Sverige. Denna rapport är den första delen i en serie av fyra vars uppgift är att behandla fukt i ishallar. Fukt är inte ett okomplicerat fenomen och därför presenteras en kort genomgång de viktigaste termerna och definitionerna som behövs för att förstå fysiken. Arbetet har haft tillgång till ett stort antal fältmätningar i olika ishallar, vilka kommer att redovisas i denna rapport för att illustrera visa ”de verkliga driftsförhållandena” i anläggningar av denna typ. Det övergripande målet med detta arbete är att läsaren ska förstå vikten av rekommenderad fuktnivå inklusive dess styrning för att kunna garantera en ishalls funktionsduglighet och hållbarhet. I en ishall kan fuktkällorna delas in i två huvudsakliga grupper vilka är; ”externa källor” såsom luftläckage där fuktig uteluft infiltrerar in i ishallen genom öppningar eller diffusion där fukt utifrån transporteras genom klimatskalet in i byggnaden, och den andra gruppen; ”interna källor” såsom ishallens användare (utövare och publik), eventuellt läggvatten och smältgropsvatten som förångas. Luftläckage visar sig vara den överlägset största fuktkällan där läckor i klimatskalet gör att uteluft kommer in i ishallen p.g.a. skillnaderna i lufttryck inne och ute. De geografiska förutsättningarna kommer således att påverka fuktlasten i stor utsträckning. De ofrivilliga luftläckagen genom klimatskalet gör att det i praktiken sällan är nödvändigt för ventilationssystemet att ta in uteluft. Därför rekommenderas det i allmänhet att stänga uteluftspjällen så att uteluften inte tas in i onödan. I den mån uteluft ska tas in så bör det endast göras då CO2-nivån kräver det. Således bör/ska friskluftsintaget styras på uppmätt CO2-halt i ishallens arenarum. När fukt i ishallar diskuteras så utgår man ofta från den relativa luftfuktigheten men problemet är att den varierar med lufttemperaturen, som i sin tur ofta varierar under säsongen i ishallar. Luftfuktigheten bör diskuteras genom att använda begreppen ”daggpunkt” och/eller ”fukt-/ångkvot”. Ett lufttillstånd i en ishall kan vara t.ex. 5°C och 70% RH, vilket motsvarar ca 3,8 g H2O per kg torr luft och en daggpunkt på ca 0°C. Detta arbete visar att daggpunkten i en ishall bör ligga mellan 0°C och ca 2°C, eftersom om den lägre än 0°C så ökar fuktbelastningen av att t ex läggvattnet förångas i större utsträckning. Är den å andra sidan högre än ca 2°C så ökar risken för oönskad kondens på sarg och andra byggnadsdelar som kyls av isen. Det senare är mer påtagligt ju lägre lufttemperatur ishallens arenarum har eftersom byggnadens innerytor blir motsvarande låga med påföljande risk för kondens och påfrostning. Energianvändningen för olika ishallarnas avfuktningssystem redovisas och det syns tydliga skillnader beroende på styrstrategi. Om en ishall styrs mot ”relativ fukt” medan en annan styrs enligt ”ångkvot/daggpunkt” så syns tydligt hur den senare reglerar efter verkligt behov medan styrning enligt RH ofta leder till onödig drift. Orsaken till det senare är att den låga temperaturen i ishallen ger höga RH-värden trots att absoluta fuktmängden, och daggpunkten, kan vara låg under årets kalla perioder. Detta leder till ”övertorkning”, som i sin tur leder till onödig energianvändning för avfuktningssystemet. Moderna avfuktare har styrenheter som kan hantera de olika kontrollstrategierna som har diskuterats i denna rapport vilket gör att de lätt skulle kunna byta styrstrategi med rätt kunskap i bagaget. The project name NERIS is an acronym for Nordicbuilt: Evaluation and Renovation of Ice halls and Swimming halls. NERIS is led by the department of Civil Engineering at the Royal Institute of Technology (KTH) in Stockholm, Sweden. This report is part one in a series of four, which will address moisture in ice rinks. Moisture is not an uncomplicated phenomenon and therefore a short recap of the most important terms and definitions is necessary to understand the physics behind it all. The project has had access to numerous measurements carried out in ice rinks, which will be discussed in this report in order to illustrate the “actual operating conditions” in facilities of this type. The general goal is to make the reader understand the importance of the recommended moisture level, including its control, when striving to guarantee the successful and sustainable operation of an ice rink. The moisture sources in an ice rink can be divided into two groups: External and Internal. External sources bring moisture from the surrounding climate into the ice rink, either by convection (air leakage) through openings in the building envelope or by diffusion through the structure of the building envelope. Internal sources (e.g. skaters, audience and in some cases also vaporized water from resurfacing or the melting pit) cause moisture loads on the indoor climate from within the ice rink. Air leakage turns out to be the biggest moisture source by far, where openings in the building envelope allow large amounts of outdoor air to leak into the ice rink due to the differences in air pressure between the indoor and outdoor climates. The geographical location of the ice rink will therefore largely affect the moisture load it has to manage. The involuntary air leakage through the building envelope is usually of such magnitude that it practically becomes unnecessary for the ventilation system to bring fresh outside air into the arena room. The damper of the outside air should therefore be kept closed to minimize the moisture load and only be opened if the CO2-levels of the arena room become too high, i.e. the ventilation system should control the intake of outdoor air according to measured CO2-levels in the arena room. Focus is often put on relative humidity when moisture levels are discussed in an ice rink. The problem with relative humidity is that it changes with temperature and therefore does not indicate the actual moisture content in air, which can change significantly over an ice season. The humidity levels in an ice rink should instead be discussed by using absolute terms such as “dew point” or “humidity ratio”. As an example, the indoor climate in an ice rink can be 5°C and 70% RH, however, in absolute terms the moisture level is 3.8 g H2O per kg dry air and the dew point is ca 0°C. Drying the air further is not recommended since it will lower the dew point below 0°C resulting in unnecessary moisture loads from e.g. vaporization of resurfacing water. On the other hand, the dew point should not be too high either since it increases the risk of condensation on surfaces that have significant visual contact with the ice surface, such as the boards or the roof. The risk increases further the lower the air temperature gets in the arena room, since it will lower the surface temperatures even more so. This report shows that the dew point in an ice rink should be maintained between 0°C and ca 2°C in order to secure a sustainable indoor climate. The energy use of the dehumidification systems in different ice rinks are compared, where clear differences can be observed depending on the control strategy. Controlling the dehumidifier according to relative humidity instead of dew point or humidity ratio often results in unnecessary operation. The reason behind this is that the lower temperature levels in an ice rink can still result in high RH-values even when the absolute moisture content, and dew point, get low during the colder part of the year. The end result is that the arena room gets “over dried”, which primarily causes the dehumidification system to use wasteful amounts of energy. Controlling the dehumidification system according to dew point or humidity ratio leads to a more optimum operation where the air is dried when necessary. Modern dehumidifiers are nowadays supplied with control units that are capable of working according to the control strategies discussed in this report, which makes it easier to make the changes needed in order to achieve energy efficient and sustainable operation.QC 20181023