Расчет теплопотерь открытых бассейнов

Солнечные коллекторы для обогрева бассейна

Несколько раз мы сталкивались с запросами клиентов по применению гелиосистем сугубо для подогрева бассейна (открытого или закрытого). Попробуем выяснить, какие теплообменные процессы в случае применения гелиосистемы для подогрева бассейна и какие комбинации возможны, целесообразно ли это.

Расчет теплопотерь бассейна

Для начала посмотрим, какие теплопотери есть в бассейне в зависимости от таких параметров, как температура воды, наличие накрытия и расположение бассейна на улице или в помещении. Из картинки ниже видно, что большая часть тепла уходит в процессе испарения влаги. Как известно, при испарении влаги в помещении тепло поглощается, а при конденсации влаги тепло выделяется. Для примера – если ошпарить руку горячим паром, то ожог будет намного сильнее, чем при ожоге кипятком, потому что струя горячего пара, конденсируясь на поверхности кожи, выделяет при этом дополнительное тепло, а при испарении тепло поглощается.

Таким образом, только небольшая часть тепла (12%) уходит через стенки бассейна в ограждающей строительной конструкции, остальная часть уходит через поверхность воды. В открытом или закрытом бассейне всегда рекомендуется использовать бассейн с накрытием.

В таблице можно увидеть ориентировочные теплопотери с поверхности воды бассейна при разных условиях. Например, при комфортной температуре 25-25 градусов теплопотери будут в районе 200 Ват с м2 и в 5 раз больше, если бассейн накрытый и продуваемый ветром. Если использовать накрытие бассейна, то теплопотери с его поверхности будут раза 3 меньше.

Обогрев бассейна солнечными коллекторами

Гелиосистемы для подогрева бассейна обычно применяются в такой комбинации, как показано на рисунке. То есть первичным потребителем тепла гелиосистемы является бак ГВС, а вторичным потребителем – бассейн. В отличие от данной схемы, для работы гелиосистемы на бак ГВС и на бассейн, гелиоколлекторов потребуется больше чем три.

К примеру, что могут дать три гелиоколлектора Buderus суммарной площадью 6,92 м2:

Они смогу обеспечить в солнечный период подогрев бака ГВС обьемом 200-250 литров для семи из нескольких человек, с суммарным рассходом воды 280 литров теплой воды в сутки.

Для догрева бассейна потребуются дополнительные панели гелиоколлекторов, из расчета — до 1м2 площади гелиоколлектора на 1м2 площади бассейна, цифры смотрите ниже.

Иногда используются солнечные коллекторы сугубо для бассейна. Такая схема будет проще.

Когда гелиосистема работает только на бассейн, то для ориентировочного подбора размера коллекторов можно воспользоваться соотношением 0,4-0,6 м 2 площади абсорбера гелиоколлектора на 1 м 2 зеркала воды в бассейне. Для плоских гелиоколлекторов берем большее значение, для коллекторов с вакуумными трубами можем брать на 15% меньшее значение – у них эффективность немного выше. Указанные значения относятся к открытым бассейнам. При расчете гелиосистемы для закрытого бассейна, работающего не только летом, но и зимой необходима большая площадь гелиоколлекторов, из расчета 0.6-1.0 м2 абсорбера на 1м2 зеркала воды бассейна.

Выполняем полный комплекс работ по вентиляции, кондиционированию, отоплению и водоснабжению в Киеве и области. Закажите консультацию или звоните
по тел. (044) 221-93-35, (067) 939-29-29.

Источник

Температура и комфорт:о системах подогрева воды в бассейнах

Что такое комфорт?

Комфорт – это сочетание условий внешней среды, в которых человек чувствует себя хорошо, не рискуя ухудшить свое здоровье. Так, например, для комфортного самочувствия одетых людей в помещении температура воздуха при относительной влажности воздуха 40-60% должна быть от 18°С до 20°С, температура поверхности oгpaждaющиx конструкций (стен) – от 14°С до 19°С, температура пола – около 20°С. При этом допускается движение воздуха со скоростью до 0,3 м/с.

Эти цифры основываются на следующих средних биофизических характеристиках человека:

• Масса, кг. 60
• Площадь поверхности, м 2 1,8
• Темп.тела 36,5-37°C
• Темп.кожи 32-33°C
• Теплообмен, Вт 82
• Объем дыхания м 3 /ч 0,5
• Частота дыхания, раз/мин 16
• Частота пульса, уд/мин 70-80
• Постоянная мощность, Вт 85

При более низкой температуре поверхности стен и на открытом воздухе человек теряет большое количество тепла за счет излучения, и поэтому даже при отсутствии движения воздуха возникает ощущение сквозняка.

Требуемая температура поверхностей достигается за счет их хорошей теплоизоляции, применения воздушных тепловых завес или подогрева теплоизлучателями.

Низкие температуры поверхности пола могут привести к простудным заболеваниям, особенно в тех случаях, когда верхние слои пола обладают высокой теплопроводностью (кафель, бетон). Избежать этого можно за счет хорошей теплоизоляции, применения теплых покрытий или подогрева полов; последнее мероприятие рекомендуется осуществлять только при большой площади полов и температуре воздуха в помещениях ниже 30°С. Температура поверхности пола, превышающая в обычных помещениях 24-25°С, а в помещениях с бассейном 32-33°С, также вредна для здоровья людей.

Слишком низкая влажность воздуха в помещении (особенно в зимнее время, когда наружный воздух содержит очень мало водяных паров) ведет к высыханию слизистых оболочек и увеличивает возможность простудных заболеваний. Высокая влажность воздуха снижает испарение через кожу и ограничивает регулирующие возможности организма по поддержанию температуры тела на постоянном уровне (ощущение духоты).

При слишком высокой скорости движения воздуха возрастает доля тепла, отдаваемая телом за счет конвекции. в целом теплоотдача организма снижается (сужение кровеносных сосудов, в экстремальном случае «гусиная кожа»), и наряду с охлажденными зонами, возникают зоны перегрева, приводящие к ощущению сквозняка.

Комфорт в бассейне

Температура воздуха в помещении, где находятся раздетые люди, должна составлять 26-30°С в зависимости от их подвижности: чем выше подвижность человека, тем больше тепла выделяет его тело. У бассейна температура воздуха должна на несколько градусов превышать температуру воды, так как при испарении влаги с водяной пленки, покрывающей тело человека после выхода из бассейна, происходит дополнительный отвод тепла, и возникает ощущение холода при слишком низкой температуре воздуха в помещении. При движении босиком отвод тепла через пол значительно возрастает, поэтому для обеспечения дополнительного комфорта в бассейнах с «холодными» покрытиями полов рекомендуется применять непосредственный подогрев пола или потолочное лучистое отопление и инфракрасные излучатели. Однако, подогрев полов требуется лишь при температуре воздуха ниже 28°С или плохой теплоизоляции пола. Требования к влажности воздуха такие же, как и для отдельных помещений, а скорость движения воздуха в рабочей зоне крытых бассейнов не должна превышать 0,3 м/с.

Допустимая температура воды, также как и температура воздуха около бассейна, в некоторой степени зависит от возможной активности людей. Кроме того, следует помнить, что при одинаковой температуре воды и воздуха охлаждение в воде происходит примерно в 20 раз быстрее, чем на воздухе. в стандартных и крупных плавательных бассейнах с длиной дорожки 25-50 м, где активно занимаются люди, умеющие плавать, достаточна температура воды около 22°С, а в учебных плавательных бассейнах с длиной дорожки 8-16 м температура воды должна быть 23-26°С. При использовании плавания в медицинских целях (для разгрузки позвоночника у не совсем здоровых людей) температура воды должна превышать 26°С, а лучше всего равняться 28°С (при температуре ниже 25°С могут появиться судороги). В связи с этими же соображениями в индивидуальных крытых бассейнах рекомендуется температура воды 24-28°С, а в бассейнах для маленьких детей 28-30°С.

В целом в индивидуальных бассейнах должны быть следующие характеристики микроклимата: температура воды 24-28°С; температура воздуха на 2-3°С выше температуры воды (26-31°С). При более низких температурах воздуха возникают неприятные ощущения и опасность простуды. Следует помнить, что более высокая температура воздуха снижает испарения из ванны и, следовательно, уменьшает расход тепла на обогрев воды. Ощущение духоты возникает лишь при слишком высокой относительной влажности воздуха. Не следует снижать температуру воздуха в ночное время, так как из-за роста испарений повышается расход энергии на обогрев.

В открытых бассейнах подвижность людей обычно выше, чем в крытых. Кроме того, температура воздуха здесь часто ниже, а температура излучения выше, но во всяком случае при наличии солнечной инсоляции. К этому следует добавить благотворное воздействие свежего воздуха, что сохраняет комфортность ощущений также и при более низких температурах и высоких скоростях движения воздуха.

Теплопотери в открытых бассейнах

Температура в открытом бассейне обычно ниже, чем в крытом, и составляет 21-25°С. Для улучшения микроклимата и создания дополнительного комфорта, особенно при длительном купальном сезоне или пользовании бассейном в зимнее время рекомендуется осуществлять подогрев пола или лучистое отопление обходной дорожки и подходов к ванне бассейна с помощью электрических инфракрасных излучателей; ванну и подходы к ней по возможности следует защитить от ветра, а при наличии покрытия – установить теплоизлучатели над ванной. Отопление требуется прежде всего в переходные месяцы (апрель, май, сентябрь и октябрь), причем длительность купального сезона принимается равной 6 месяцев: с середины апреля до середины октября.

Поскольку имеет место значительный теплообмен между поверхностью воды и окружающим воздухом, открытыe бассейны следует размещать с учетом защиты от ветра. При круглогодичной эксплуатации бассейна рекомендуется устраивать покрытие с механическим приводом, что позволяет значительно снизить теплопотери и довести эксплуатационные затраты до уровня, сравнимого с летним периодом.

Открытый бассейн без отопления обычно пригоден лишь для кратковременной эксплуатации, так как в этом случае имеют место постоянные теплопотери (особенно ночью). Теплопотери открытого бассейна включают следующие составляющие:

• Потери тепла из-за испарения воды с поверхности ванны и нагрева подпиточной воды.
• Потери тепла из-за естественной конвекции, когда температура воздуха ниже температуры воды.
• Потери тепла вместе с водой, переливающейся через края ванны и разбрызгиваемой при выходе людей из ванны.
• Потери тепла за счет излучения в окружающую среду в ночное время.
• Потери тепла при первичном подогреве воды.
• Потери тепла в грунт, примыкающий к ванне, и окружающий воздух.
• Потери тепла при заполнении ванны теплой водой для промывки фильтров.

Необходимо отметить, что в применявшихся до настоящего времени уравнениях для расчета теплопотерь на испарение не учитывали процессы на границе слоев, что снижало точность получаемых результатов. Средняя температура воздуха в летнее полугодие принималась равной 10°С, в то время как фактически эта величина составляет 14-14,5°С, а расчетная скорость движения воздуха над ванной 1-4 м/c не соответствует фактической скорости движения воздуха непосредственно над поверхностью воды, которая значительно ниже. Излучение ванны бассейна должно всегда рассматриваться совместно со встречным излучением атмосферы.

Температура воды в ванне бассейна фактически превышает заданное значение на величину 4°К из-за солнечной инсоляции.

Сильное солнечное излучение предполагает наличие ясного неба, однако обычно встречное излучение атмосферы весьма незначительно, а излучение ванны, особенно ночью, значительно выше, чем излучение атмосферы при облачной погоде. В связи с этим для расчета рекомендуется принимать для всего сезона постоянную величину солнечной инсоляции, имея в виду, что чем сильнее инсоляция, тем выше температура воды и больше излучение ванны бассейна.

Глубина воды в ванне бассейна не оказывает существенного влияния на энергобаланc и выступает только в качестве характеристики объема. От площади поверхности воды зависит соотношение между снижением температуры и теплопотерями каждой ванны, причем мелкий бассейн остывает и нагревается быстрее, чем глубокий, при одинаковых величинах потерь и поступлений тепла.

Теплопотери открытых бассейнов со стенками в грунте в летнее время обычно можно не учитывать, как как грунт плохо проводит тепло и аккумулирует теплоту , полученную при первичном подогреве. Теплопотери в грунт практически весьма невелики по сравнению с другими видами теплопотерь. Иная картина имеет место в зимнее время для ванн со свободно стоящими стенками и крытых бассейнов.

Как бороться с теплопотерями

Теплоизоляция толщиной в 1 см снижает теплопотери на 80% . Дополнительные потери стенки составляют лишь 15,5KBтч/дeнь, что соответствует 0,55кВтч/ м 2 в день и при снижении температуры на 0,37К.

Теплоизоляцию бетонных стенок ванны целесообразно выполнять с наружной стороны. В сборных ваннах рекомендуется выкладывать жесткие теплоизоляционные маты между пленкой и наружной оболочкой стенки ванны.

Исследования показали, что применение темных плиток для облицовки значительно повышает абсорбцию солнечного излучения. Средние изменения величины поглощения солнечной инсоляции при изменении цвета облицовочной плитки ванн различаются весьма существенно, даже при изменении цвета плитки от бело-голубого до сине-голубого. Полноценная эксплуатация бассейнов в зимнее время требует больших энергозатрат. Поэтому для открытых бассейнов рекомендуется зимой использовать укрытия.

В отличие от летнего сезона зимой на температуру воды оказывает влияние теплоотдача в прилегающий грунт. Уже при толщине пеноматериала в 1см достигается экономия более 25%.

При циркулярном цикле продолжительностью 8 ч, включая время промывки одного песчаного фильтра, при глубине ванны 1,5м и разности температур между водой в ванне и свежей водой 13ОК потери тепла на каждую промывку составляют 0,23 кBтч/м 2 (203 ккал/м 2 ). В индивидуальных бассейнах, где промывка фильтров осуществляется не чаще одного раза в неделю, теплопотерями на промывку можно пренебречь, а в бассейнах гостиниц, где требуется ежедневная промывка фильтров, с этим фактором приходиться считаться. В общественных бассейнах, к которым относятся и гостиничные, в соответствии с нормами Требуется добавка свежей воды в количестве 30 л на одного купающегося что приводит к теплопотерям на подогрев свежей воды в размере около 0,45 кBтч/м 2 в день (390 ккал/м 2 в день).

Существенный элемент теплопотерь открытых бассейнов &ndash испарение – в значительной мере зависит от температуры воздуха. При низких температурах в ночное время испарение воды значительно выше, чем при более дневных температурах.

Поверхностное укрытие

Таким образом, в открытых бассейнах без отопления температура воды возрастает или остается постоянной в дневное время, а ночью значительно снижается. Устройство укрытия над ванной значительно снижает испарение, существенно уменьшает излучение и в некоторой степени снижает теплопотери за счет конвекции. С помощью установки укрытия в период наибольших теплопотерь можно добиться их снижения в открытых бассейнах на 80%. Следует иметь в виду, что в связи с большим удельным весом излучения в суммарных теплопотерях существенное значение имеет теплоизоляция укрытия. Экономия от применения укрытий без теплоизоляции составляет лишь 30-40% по сравнению с теплоизолированным укрытием. Для использования солнечной радиации укрытие следует снять в дневное время. С поверхности укрытия должна удаляться вода (отверстия, перфорация и т.д.), так как скопление дождевой воды на поверхности укрытий способствует потерям тепла при испарении.

Укрытие в виде солнечного коллектора может оставаться над ванной и в дневное время, когда не пользуются бассейном. Такое укрытие из светопрозрачного теплоизолирующего верхнего слоя и прилегающего к воде абсорбирующего слоя значительно улучшает поглощение солнечных лучей по сравнению с открытой ванной. Как показали исследования, при благоприятных погодных условиях применение укрытия в виде солнечного коллектора позволяет эксплуатировать бассейн с температурой воды 23С без дополнительного отопления.

Подогрев воды в бассейнах

При определении стоимости отопления открытых бассейнов существенное значение имеет средний расход тепла, в зависимости от сезона года и температуры воды.

Для расчета затрат на отопление необходимо расход тепла умножить на стоимость 1 кВтч электроэнергии в регионе эксплуатации бассейна.

Когда-то открытые бассейны обогревались от системы домового отопления с использованием противоточного теплообменника. Однако в последние годы появилось много новых вариантов обогрева ванн с использованием агрегатов, серийно выпускаемых промышленностью. Среди этих вариантов следует назвать:

• Обогрев ванн от отопительного котла;
• Прямоточные топливные нагреватели;
• Прямоточные нагреватели с электроприводом;
• Тепловые насосы;
• Обогрев ванн с помощью солнечных коллекторов.

Во всех системах вода подогревается до поступления в ванну бассейна. Прямые системы обогрева с помощью труб, расположенных непосредственно в ванне, или электронагрев облицовочных плиток не нашли применения по гигиеническим и экономическим соображениям.

Перед выбором системы обогрева рекомендуется определить связанные с ней затраты. Для этого надо знать средние теплопотери ванны и стоимость тепла, вырабатываемого системой.

Oбorpeв бассейна от котельной в свое время обогрев открытого бассейна обычно осуществлялся путем подключения к домовой системе отопления. в летнее время, когда отопление помещений дома отключено, мощность котла использовалось не полностью, что сильно снижало эффективность его работы.

Расчет теплообменника

Для расчета системы отопления можно исходить из того, что Она должна эксплуатироваться 24 ч в сутки. Поэтому минимальная мощность противоточного аппарата должна равняться частному от деления максимальных ежедневных потерь тепла на 24 ч. Время на первичный разогрев определяется как произведение площади ванны на прирост температуры воды и удельное теплопотребление, деленное на мощность противоточного аппарата.

Топливные нarpeвaтели

Для поддержания нормальной температуры воды в бассейне применяются следующие нагревательные агрегаты:

• нагреватели, работающие на нефтяном жидком топливе; обычно они имеют собственный водяной насос или подключаются в циркуляционную линию (в участок подачи воды после фильтров). Их мощность составляет, как правило, около 45 кВт (40000 ккал/час). Коэффициент полезного действия 70-80%;
• газовые нагреватели, работающие на пропане, с встроенным фильтром или без него (в последнем случае с циркулярным насосом). Их мощность составляет 37 кВт (32000 ккaл/ч). Расход пропана около 3,2 KГ/ч. Коэффициент полезного действия около 80%;
• стандартные газовые водонагреватели мощностью 17,5 кВт (15000 ккал/ч), 23 и 28 кВт. Подключаются в циркуляционную линию за фильтром насоса. Система регулируется количеством пропускаемой воды. Термостат связан с насосом или смесителем; при недостатке воды отключается подача газа. Требуется ежегодная очистка внутренних элементов нагревателя. Коэффициент полезного действия около 80%.

Электрические нaгpeватели

Эти приборы выпускаются специально для подогрева воды в бассейнах и оборудованы регулятором температуры. Работают от электросети с соответствующими характеристиками по мощности. в зависимости от размеров бассейна и климата местности применяются нагреватели мощностью от 3 до 18 кВт, встроенные в систему. Их можно устанавливать в основной линии (на участке фильтрующее устройство — впускные отверстия) или в дополнительной ветви-байпасе.

Мощность прямоточного электронагревателя, необходимого вашему бассейну, определяется как отношение максимальной суточной теплопотери к длительности работы.

Солнечные коллекторы

В связи с относительно небольшой разностью температур между наружным воздухом и водой плавательного бассейна (100К), коэффициент полезного действия солнечных коллекторов, используемых для обогрева открытых бассейнов, в летнее время относительно высок: каждый 1 м 2 коллектора дает от трех (апрель) до пяти кВт (июль, август).

В летнее время рекомендуется применять простые солнечные коллекторы (в том числе из гибкого пластика).

Коллекторы, подключенные непосредственно к ванне бассейна, подвержены коррозии и должны выполняться из соответствующих материалов. в них также могут иметь место отложения карбонатной накипи. Поэтому их применяют только там, где жесткость воды строго контролируется.

Важным требованием является возможность регулирования потока воды через коллектор, так как он работает в качестве нагревателя только в дневное время, а в ночное время коллектор может оказаться причиной нежелательного охлаждения ванны. Регулирование температуры воды в бассейне достигается путем автономного подключения.

Добавлено: 25.02.2017 20:30:37

Еще статьи в рубрике Статьи на тему: Инженерные сети водоснабжения, канализации, газоснабжение. Полезные советы:

• Пять мифов о питьевой воде

Несколько десятилетий назад мы не придавали значения тому, каким воздухом мы ды-шим, какую воду пьём. Мы просто дышали, пили из-под крана .

Нет на кухне, пожалуй, более многофункциональной вещи, чем мойка. Это важнейшее рабочее место. Давно прошли те времена, когда кухонная мойка использовалась .

Источник