Fukttransport i ishallar – mekanismer och fysik : NERIS Del 3

Denna rapport är den 3:e delrapporten inom ramen för projektet NERIS som behandlar fuktproblematiken i ishallar. Denna kunskap är mycket grundläggande dels för att kunna dimensionera avfuktningsfunktionen men även för hur man konstruerar klimatskalet och väljer dess ingående material. Den föreliggande studien har strukturerat gått igenom de olika fysikaliska mekanismer som bidrar både till fuktlaster och fuktsänkor. Dimensioneringen av avfuktare i ishallar har traditionellt ofta gjorts utifrån otidsenliga antaganden. Vissa faktorer såsom interna fuktlaster har överskattats medan luftläckage har underskattats. I detta arbete har mätningar gjorts i ett antal ishallar för att uppskatta bl.a. luftläckage. Resultat har bekräftat bilden av att just denna källa är större och mer dominerande än man tidigare trott. För arenarum på runt 25 000 m3 vilket motsvarar bulken av svenska ishallar så förefaller läckagen normalt ligga inom 5-15%, dvs andelen luftläckage per timme i förhållande till totala rumsvolymen. De interna fuktlasterna består normalt sett av utövare och publik vilka avger vattenånga. Eftersom ishallsanvändare i allmänhet är väl påklädda kan det antas att största delen av fuktavgivningen kommer att absorberas. För dimensioneringen har ofta fuktlasten 350 g/timme och person använts medan om endast utandningsluftens inkluderas så blir belastningen så låg som 8 g/timme per åskådare och 40 g/timme per utövare. Diffusionen av fukt genom väggar och tak står för en mycket liten andel av den totala belastningen och kan anses vara försumbar. Däremot är det viktigt att hantera diffusionen vid konstruktion av väggar och tak annars kan kondens uppstå i konstruktionen vilket i värsta fall lett till takras men vanligare är fuktskador och mögel. Nominellt så uppgår de totala fuktlasterna i en normal tränings-/publikhall till strax under 20 kg/timme. Under största delen av ishallens användningstid så är de interna lasterna mycket små vilket betyder att fuktlasten utgörs av luftläckagen. För värsta fallet då det är högsta möjliga luftfuktighet i utomhusluften kan luftläckagedelen bidra med nära 30 kg/timme och de dimensionerande interna lasterna kan vara cirka 5 kg/timme. Nu är dessa nivåer av belastning kortvariga i en normal ishall varför man normalt inte behöver dimensionera avfuktningskapaciteten för dessa nivåer. De två huvudsakliga fuktsänkorna, dvs de mekanismer som bortför fukt, är isytan och avfuktaren. Isytan kan transportera bort 10-tals kg vatten i timmen genom att fukten kondenserar/fryser på den kalla ytan. En större skillnad i temperatur mellan is och luft ökar fukttransporten från luften till isytan. Den viktigaste delen av fukthanteringen står avfuktaren för och bör ha en kapacitet i storleksordningen 20 kg/timme. Punktbelastningarna kan vara uppåt 30-35 kg/timme men denna studie bedömer att dimensionerande kapaciteter upp till ca 20 kg/timme normalt räcker. Luftvolymen i arenarummet samt anläggningens invändiga material agerar i någon utsträckning buffert vid toppbelastningar.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 three in a series of four, which will address moisture handling in ice rinks. Together these reports will not only provide with fundamental knowledge on how to design the dehumidification function, but they will also give general recommendations regarding the structures that separate the indoor climate from the outdoor as well as the choice of proper materials for the building envelope. Part three gives a structured walkthrough regarding the different physical mechanisms that impact the moisture sources as well as the moisture sinks of an ice rink. The design of a dehumidifier in an ice rink has traditionally been done with outdated and often misleading assumptions. Certain aspects such as internal sources have been overestimated while more important ones such as air leakages have in turn been underrated. A number of field measurements have been carried out in selected ice rinks in order to analyze and estimate air leakages. The results confirm that this source has the highest magnitude and is much more dominating than what has been assumed in the past. For an arena room of around 25 000 m3, which represents the bulk of Swedish ice rinks, it appears that leakages are normally within 5-15%, i.e. the air volume that leaks in per hour with respect to the total arena room volume. The internal sources normally consist of skaters and spectators who release water vapor to the air. Due to the fact that ice rink users in general are fairly well clothed, it can be concluded that most of the moisture released is absorbed by the clothing. For dimensioning purposes, the moisture load has often been taken as 350 g/h per person, while if only respiratory vapor release is considered the load can be as low as 8 g/h per spectator and 40 g/h per skater. Water vapor diffusion through the walls and roof has a relatively low contribution to the total load and can in general be neglected as a moisture source. However, it is important that the diffusion through the building envelope is well managed, otherwise condensation may occur in parts of the structure which in the worst case may lead to roof collapse but more commonly causes moisture damage and mold problems. Nominally the total moisture load in a normal training/public ice rink sums up to around 20 kg/hour. For the majority of the time when an ice rink is used the internal loads are very small, which means that the load is mostly due to air leakages. In the worst-case scenario, i.e. when the outdoor air is the wettest, leakages can lead to a total load of 30 kg/hour and internal loads at design conditions can be around 5 kg/hour. But such a high level of moisture load is typically only short term in a normal ice rink, and therefore there is usually no need to design the dehumidification capacity up to such levels. The two main moisture sinks, i.e. mechanisms that remove moisture from the indoor air, are the ice slab and the dehumidifier. The ice slab can be responsible for removing tens of kilograms of water per hour through moisture condensation/freezing onto its cold surface. A higher temperature difference between the ice slab and the air increases the moisture transport from the air to the ice surface. The dehumidification system plays the most important role in the moisture handling and should have a design capacity of around 20 kg/hour. Point loads can be up to 30-35 kg/hour but this study concludes that a design capacity of up to 20 kg/hour is normally enough. The air volume in the arena room as well as inner surface materials act as buffers to some extent during the peak load periods.QC 20181025