Водоводяной теплообменник для бассейн

Как выбрать теплообменник для бассейна

Вода в бассейне нужна комфортной температуры, притом все время. Прогреть столь большой объем жидкости, да еще и равномерно не под силу ни одному нагревателю прямого действия. Необходимо прогреть большой объем воды и постоянно пополнять потери тепла, которые в бассейне немалые только за счет большой площади поверхности. Источником тепла может быть как котел отопления, солнечные панели или геотермальное тепло, а для передачи тепла воде потребуется теплообменник для бассейна.

Проще всего нагреть бассейн, если разместить теплообменник последовательно с фильтрами и циркуляционным насосом, который постоянно перекачивает жидкость от донного слива и скиммера и возвращает обратно через форсунки, расположенные по периметру чаши. Таким образом, вода в бассейне не застаивается, регулярно очищается и подогревается. Никакого дополнительного оборудования в самом резервуаре нет, все выведено за его пределы и размещается чаще всего ниже уровня грунта в специальном кессоне.

Принцип работы

Теплообменник сам по себе не нагревает воду. Он лишь является оптимизированным устройством для эффективного теплообмена между двумя средами. Одна из них – это теплоноситель от непосредственного источника тепла, а вторая – как раз вода из бассейна.

В теплообменнике две среды разделяют только тонкие стенки труб или пластин с высокой теплопроводностью. Чем выше площадь такого контакта, тем больше тепла успеет перейти от более нагретой жидкости к холодной.

По смыслу теплообменник всегда поточный, хоть и могут отличаться существенно объем камер и секций для перекачки двух сред. Для бассейнов используются трубчатые и пластинчатые теплообменники. Преимущество на стороне трубчатых устройств, так как они позволяют снизить вносимые устройством сопротивление току воды и менее требовательные к чистоте перекачиваемой жидкости.

Корпус формирует первую камеру для нагреваемой жидкости. Это продолговатый цилиндр из трубы большого диаметра, закрытый с обоих концов заглушками, в которых имеются штуцера для подключения труб. Сверху он утеплен для устранения лишних теплопотерь.

Внутри корпуса распределяются трубки, изолированные от внутреннего пространства устройства, с выведенными на внешнюю сторону штуцерами. Трубка может быть одна изогнутая по спирали для увеличения площади контакта и тянущаяся от одного края теплообменника к другому. Но эффективнее использовать параллельно много трубок, которые на концах объединяются коллектором. Так существенно снижается гидросопротивление теплообменника контуру с теплоносителем и увеличивается площадь контакта, границ между двумя жидкостями.

Основные характеристики теплообменника:

• Максимальная рабочая температура. Максимальный нагрев теплоносителя, выдерживаемый устройством.
• Тепловая мощность. Зависит не только от площади контакта, но и от типа жидкости в обоих контурах и перепада температур.
• Пропускная способность, измеряется в метрах кубических в час, определяет, за сколько времени весь объем бассейна пройдет через теплообменник.

Расчет мощности

Подбор по мощности теплообменника для бассейна выполняется, отталкиваясь от четырех факторов:

• Размер бассейна, объем постоянных теплопотерь;
• Температура теплоносителя и мощность источника тепла;
• Целевая температура воды в бассейне;
• Время, за которое необходимо нагреть воду при условии, что ее только набрали.

Не стоит задача нагреть максимально быстро весь объем воды в чаше бассейна. Мощности теплообменника достаточно на уровне, равном максимальным постоянным теплопотерям, так чтобы можно было поддерживать температуру на заданном уровне.

Нижняя граница подбора мощности берется равной примерно 0,7 от объема чаши бассейна, точнее, воды при полном заполнении. Это приблизительное значение теплопотерь за счет испарения и теплообмена со стенками чаши.

Превышение данного порога определяет время, за которое теплообменник сможет прогреть только набранную холодную воду и чаще всего этот параметр подбирается равным 1-3 дням.

В качестве источника тепла используется отопительный котел, работающий и на обогрев дома и на подогрев бассейна или же в малом контуре только на подогрев бассейна, например теплый период времени. Максимально возможную отдачу по теплу следует определять как раз с условием работы обогрева в доме, чтобы не забирать лишнего тепла на поддержание бассейна.

Требуемая мощность теплообменника для нагрева бассейна за определенное время.

P – требуемая мощность теплообменника (Вт),

С – удельная теплоемкость воды при температуре 20оС (Вт/кг*К);

ΔТ – разница температуры холодной и горячей воды (оС),

t1 – оптимальное время для нагрева всего бассейна (часы),

q – потери тепла в час с квадратного метра поверхности воды (Вт/м2),

V – объем воды в бассейне (л) .

В расчетах следует учитывать теплопотери с зеркала воды за счет испарения. Принимаются следующие значения:

• Бассейн полностью на улице – 1000 Вт/м2.
• Частично закрытый навесом или частью здания – 620 Вт/м2.
• Полностью крытый бассейн – 520 Вт/м2.

Полученное значение – это именно тот параметр, на который следует в первую очередь ориентироваться при выборе теплообменника. Остальные параметры необходимо согласовать с имеющимся оборудованием.

При желании разделить время работы теплообменника на ночное и дневное, когда используется электрический водогрейный котел, мощность теплообменника соответственно нужно увеличить. Достаточно умножить полученное ранее число на 24 и разделить на количество часов, которое предполагается отвести для нагрева бассейна.

Сопротивление току воды следует учитывать при выборе циркуляционного насоса, притом совместно с фильтрующей станцией, сопротивлением труб, форсунок и всех остальных элементов обвязки.

Максимально допустимая температура по горячему контуру определяется по номинальной температуре, которую выдает бойлер или отопительный котел.

Из этой же формулы легко вывести время нагрева бассейна, зная мощность теплообменника, имеющегося в продаже. Гнаться за сверхбыстрым нагревом не стоит, достаточно, если бассейн будет прогреваться с полностью холодного состояния до комфортной температуры за двое суток.

Подключение

Теплообменник включается уже после фильтра и циркуляционного насоса, но перед дозатором химических реагентов, хлора, отдушки и т.д. Подключения обоих контуров выполняется только через запорные вентили для возможности контролировать включение и демонтажа по случаю технического обслуживания.

Управлять нагревом должен регулирующий клапан, расположенный на подаче горячего контура от котла. Он в свою очередь регулируется термостатной головкой, у которой датчик температуры закрепляется на выходном патрубке нагреваемого контура. С помощью стационарного погружного термометра с индикацией выставляются настройки термоголовки для управления подачей теплоносителя.

Теплообменник для бассейна следует устанавливать ниже напорной линии, фактически ниже труб, подсоединяемых к нему, ниже фильтра и воздухоотводчика, исключая попадание и аккумулирования воздуха.

Чаще всего контур от котла отопления к бассейну и теплообменнику получается протяженным. Потому на линии устанавливается дополнительный циркуляционный насос. Для его беспрепятственной работы следует организовать байпас параллельно теплообменнику и перед регулирующим клапаном. В результате теплообменник постоянно контролирует температуру воды в бассейне и подогревает, если это необходимо.

Источник

Теплообменник для бассейна

Введение

Согласно действующим санитарно-гигиеническим правилам СанПиН 2.1.2.1188-03, температура воды, содержащейся в чаше спортивных плавательных бассейнов, должна находиться в пределах 24-28°С. А в бассейнах аквапарков, принимающих посетителей, не достигших семилетнего возраста, обязаны подогревать воду до 30-32°C. Из-за физических особенностей воды поддерживать вышеупомянутые температурные режимы, не применяя дополнительное нагревательное оборудование, достаточно сложно. Поэтому и крупные спорткомплексы, и большие аквапарки широко используют рекуперативные теплообменники для бассейна, с помощью которых подогревают воду до комфортной для человека температуры.

Назначение

Теплообменник для бассейна — это специальное теплоэнергетическое устройство, осуществляющее подогрев находящейся в резервуаре бассейна воды. Теплообменный аппарат обеспечивает циклический нагрев жидкости (только что набранной в чашу бассейна из системы водоснабжения) до требуемой температуры, а затем поддерживает заданный температурный режим, восполняя таким образом потери тепла, обусловленные испарением воды и ее контактом со стенками резервуара. Рекуперативный теплообменник для бассейна:

• не расходует лишнюю электроэнергию;
• имеет простую конструкцию;
• легко подключается к системе водоподготовки бассейна и трубопроводам центрального теплоснабжения;
• служит достаточно долго, так как изготавливается из коррозионностойких материалов;
• обладает высоким теплообменным КПД.

Принцип работы

Конструкция любого теплообменника для бассейна представляет собой двухконтурный резервуар проточного типа. Через систему трубопроводов выходные патрубки одного контура соединяются с городским коллектором центрального отопления, из которого поступает горячая вода — теплоноситель. Второй контур соединяют с резервуаром бассейна — потребителем.

Самостоятельно тепловую энергию теплообменники не генерируют, а через образуемую поверхность теплообмена (поверхность пластин или трубок) выступают посредниками в ее передаче.

Подключение

Теплообменник для бассейна — составной узел общей системы водоподготовки, применяемой на гидротехническом сооружении. Устанавливают его после циркуляционных насосов и фильтрующих элементов — перед дозаторами химических реагентов.

1. Теплообменник монтируют на самой низкой горизонтальной отметке — ниже фильтров, трубопроводов, воздухоотводчика, чтобы исключить вероятность попадания атмосферного воздуха внутрь гидравлических контуров. Подключение контуров теплообменного устройства к трубопроводам теплоносителя и нагреваемой воды осуществляется через запорную арматуру, позволяющую демонтировать оборудование для технологического обслуживания, не нарушая герметичности подключенных трубопроводов.
2. На подаче контура, по которому движется теплоноситель, ставится регулирующий клапан, изменяющий объем поступающей горячей воды.
3. Соленоид регулирующего клапана соединяют с термостатной головкой датчика температуры, установленного на выходном патрубке контура подогреваемой жидкости. Термостатная головка, настроенная на определенный температурный диапазон, подает сигналы на открытие/закрытие регулировочного клапана подачи теплоносителя.
4. Если теплообменник и бассейн располагаются на значительном удалении от центрального теплового узла, то в ветку трубопровода, транспортирующую охлажденный теплоноситель, врезают дополнительный циркуляционный насос. Беспрепятственную работу насосного оборудования обеспечивают созданием байпаса, который позволяет транспортировать горячий теплоноситель параллельно регулирующему клапану и теплообменнику.

При реализации вышеупомянутой схемы подключения теплообменника к существующей системе водоподготовки в бассейн поступает чистая и подогретая до нужной температуры вода.

Типы конструкций

Для подогрева большого объема воды, содержащегося в резервуарах спортивных плавательных бассейнов, используются разборные пластинчатые и кожухотрубные теплообменники. Каждый тип оборудования обладает как собственными эксплуатационными преимуществами, так и индивидуальными недостатками, не позволяющими использовать определенный вид теплообменников в тех или иных бассейнах.

Разборные пластинчатые теплообменники

Теплоноситель и нагреваемая вода движутся по контурам, образованным пакетом металлических пластин. Резиновые уплотнители, закрепленные на рабочей поверхности пластин, препятствуют утечке циркулирующих жидкостей. Каждая пластина с одной стороны омывается горячим теплоносителем, а с другой — прохладной водой, поступающей из бассейна. Металлическая перегородка толщиной 0,5-0,6 мм не препятствует процессу передачи тепловой энергии от разогретой жидкости к холодной. Движущиеся с высокой турбулентной скоростью потоки жидкости очищают каналы пластин от мелкого механического мусора.

Преимущества пластинчатых теплообменников:

• теплообменный КПД 90-95%;
• небольшие габариты и масса;
• низкий расход теплоносителя;
• возможность подключения всех трубопроводов с одной стороны;
• возможность регулировать тепловую мощность теплообменного агрегата, изменяя количество пластин в пакете;
• простое эксплуатационное обслуживание;
• замена вышедших из строя теплообменных пластин силами штатной сантехнической бригады.

Недостатки пластинчатых теплообменников:

• повышенные требования к качеству очистки циркулирующих жидкостей;
• необходимость заземления корпуса теплообменника из-за возникающих блуждающих электрических токов, которые могут повредить металлические пластины;
• ощутимые гидравлические потери.

Посмотреть стоимость и описание аппаратов подобного типа можно в разделе нашего каталога теплообменников для бассейна.

Кожухотрубные теплообменники

Процесс теплообмена в кожухотрубных теплообменниках для бассейна осуществляется через поверхность металлических трубок. Горячая жидкость системы отопления поступает в межтрубную полость теплообменного резервуара и контактирует с поверхностью трубок, по внутренним каналам которых протекает нагреваемая жидкость из бассейна. Горячий теплоноситель отдает тепловую энергию металлу трубок, а тот передает ее прохладной воде. Холодная вода нагнетается насосом в приемный коллектор теплообменника, распределяется по нагревательным трубкам, проходит по ним, получая определенное количество тепловой энергии, собирается в выходном коллекторе и направляется в бассейн. Чем больше трубок вмонтировано в корпус теплообменника, тем выше его мощность.

Преимущества кожухотрубных теплообменников:

• простота конструкции;
• большая площадь теплообмена;
• устойчивость к гидравлическим ударам;
• способность осуществлять качественный теплообмен между теплоносителем и нагреваемой жидкостью при незначительной разнице температур;
• низкая требовательность к качеству очистки нагреваемой воды.

Недостатки кожухотрубных теплообменников:

• более низкий (чем у пластинчатых теплообменников) КПД;
• отсутствие возможности увеличения мощности;
• отсутствие доступа к трубчатым каналам при проверке на чистоту во время технического обслуживания;
• большие габариты и металлоемкость конструкции, требующие подготовки специального установочного фундамента;
• необходимость в теплоизоляции корпуса теплообменника;
• отсутствие возможности обнаружить утечку жидкости из теплообменных трубок без разборки теплообменного агрегата;
• замена вышедших из строя теплообменных трубок — только при капитальном ремонте теплообменника.

Как видно из приведенного сравнения, пластинчатые теплообменники проще обслуживаются, обладают более высоким КПД и небольшими габаритами. Однако владельцы бассейнов стараются приобретать именно кожухотрубные теплообменные агрегаты, так как они:

• обладают большей площадью теплообмена;
• не создают гидравлических помех для прохождения нагреваемой жидкости;
• меньше засоряются в процессе эксплуатации.

Из каких материалов изготавливаются

Для плавательных бассейнов, наполненных пресной водой, теплообменные агрегаты изготавливают из нержавеющей стали. Нержавеющая сталь не выделяет ионов железа, поэтому не окрашивает воду бассейна в темный цвет. Она без труда выдерживает термические удары, а при необходимости легко ремонтируется.

Химический состав нержавеющего материала достаточно инертен, поэтому теплообменник, изготовленный из антикоррозийной стали, прослужит не менее десяти лет до капитального ремонта. А главное преимущество материала — относительно невысокая стоимость по сравнению с другими (не подверженными коррозионному разрушению) конструкционными материалами.

Если же резервуар бассейна наполняется морской водой, то теплообменник, изготовленный из нержавеющей стали, долго не прослужит. Для таких условий эксплуатации изготавливают титановые теплообменники. Конструкционный титан:

• химически пассивен (практически не окисляется и не вступает в реакцию с хлором, фтором, различными солями);
• имеет высокую температурную стойкость;
• легок и прочен.

Эксплуатационные характеристики титана полностью компенсируют его значительную стоимость.

Выбор теплообменника

Выбирая теплообменник для бассейна, следует обратить внимание на четыре показателя:

1. Максимальная рабочая температура. Указывает, с какой максимальной температурой теплоносителя сможет работать теплообменный агрегат.
2. Материал теплообменных трубок и пластин. Для пресной воды выбирают нержавеющую сталь, для резервуаров с морской — титан.
3. Пропускная способность теплообменника. Показывает, через какой промежуток времени весь объем бассейна будет прокачан через теплообменник. По этому параметру подбирают производительность циркуляционных насосов.
4. Тепловая мощность. Важнейший показатель, который нужно знать при выборе теплообменного оборудования. Если будет выбрана заниженная мощность, то вода в бассейне не прогреется до заданных температурных параметров. Если покупатель приобретет теплообменник с завышенной мощностью, то он заплатит лишние деньги, которые мог бы потратить на приобретение другого оборудования для бассейна.

Для точного расчета и подбора модели теплообменного аппарата для бассейна перейдите по ссылке.

Упрощенный расчет мощности

Чтобы пользователь смог правильно выбрать теплообменник для бассейна, существует метод упрощенного расчета требуемой мощности теплообменного агрегата. Для его выполнения должны быть известны следующие параметры:

• V — объем резервуара бассейна, л;
• S — площадь зеркала бассейна, м2;
• Ттреб — требуемая температура воды в бассейне, °С;
• Тнабр — температура воды, только что набранной в резервуар бассейна из водопровода, °С;
• t — время нагрева воды с начальной до конечной температуры (обычно 2-3 дня), ч;
• С — удельная теплоемкость воды, всегда 1,16 Вт/кг*K;
• q — утечка тепла из бассейна, возникающая из-за поверхностного испарения воды, Вт/м2.

Нормативы по утечке тепла из бассейнов (q):

• расположенные на открытом воздухе — 1000 Вт/м2;
• размещенные в здании — 520 Вт/м2;
• полузакрытые резервуары — 620 Вт/м2.

Зная все вышеперечисленные величины, легко определить мощность теплообменника по формуле:

P = V * C * (Ттреб — Тнабр) * 1 / t + q * S,

где P — искомая мощность теплообменника, Вт.

Пример расчета

Допустим, существует некий уличный бассейн, предназначенный для спортивного плавания:

Его заполнили водопроводной водой, имеющей температуру 12°C, и теперь за трое суток требуется прогреть воду в чаше бассейна до 26°C.

Приступаем к расчету:

1. Определяем объем бассейна в литрах: V = 5 * 10 * 2 * 1000 = 100 000 литров.
2. Определяем площадь бассейна в м2: S = 5 * 10 = 50 м2.
3. Определяем время нагрева и выбираем коэффициент теплопотерь: t = 3 * 24 = 72 часа (q = 1000 Вт/м2, так как бассейн расположен на улице).
4. Искомая мощность: P = 100 000 *1,16 * (26-12) * 1 / 72 + 1000 * 50 = 72 556 Вт.

Теплообменника мощностью 75 кВт будет достаточно для прогрева воды в таком бассейне.

Основные правила эксплуатации

Чтобы теплообменники для бассейна служили длительное время, производители оборудования рекомендуют:

• Ежедневно измерять уровень водородной активности воды, находящейся в резервуаре бассейна. Водородный показатель pH должен находиться в пределах 7,4-7,6 единиц. Если pH-фактор превышает значение 7,8 или опускается ниже отметки 7,2, теплообменные трубки и пластины начинают разрушаться. При необходимости характеристики водной среды изменяют.
• Не допускать значительного перепада температур в нагревающем и нагреваемом контурах. Из-за значительного температурного дисбаланса произойдет деформация деталей теплообменника.
• Следить за целостностью фильтрующих элементов, особенно песчаных. Попадание песка в каналы теплообменника провоцирует эрозию теплообменных пластин и трубок.
• Регулярно очищать поверхность бассейна от листьев, травы и другого мусора, подверженного гниению. Процесс гниения повышает pH-фактор, что сказывается на долговечности металлических деталей оборудования.
• При добавлении хлорина в резервуар бассейна не допускать, чтобы весь объем препарата вносился в воду в одном месте. При таком внесении химический реагент не сможет распределиться в жидкости равномерно, и поэтому возникнет область с повышенной кислотностью. При прохождении такой воды через теплообменник будут повреждаться металлические трубки.

Сервисное обслуживание

Главная неисправность любых теплообменников (и кожухотрубных, и пластинчатых) — это образование накипи на поверхности теплообменных пластин и трубок. Из-за этого снижается производительность теплообменных аппаратов, так как теплопроводность водного камня в десятки раз ниже теплопроводности нержавеющей стали. Кроме того, уменьшающееся сечение каналов увеличивает гидравлическое сопротивление контуров.

Подобные проблемы устраняют промывкой теплообменных агрегатов.

Промывка пластинчатых теплообменников

Нуждающиеся в промывке пластинчатые теплообменники разбирают. Используя металлическую щетку и высоконапорную струю, очищают теплообменные пластины от накипи и грязи.

Разборная промывка позволяет визуально оценить качество выполненной очистки и определить пригодность теплообменных пластин и уплотнительных элементов к дальнейшей эксплуатации.

Промывка кожухотрубных теплообменников

Не поддающиеся разборке кожухотрубные теплообменники промывают безразборным химическим методом, поэтому работы выполняются сервисными организациями, имеющими специальные промывочные реагенты, оборудование и квалифицированных инженерных работников. Неправильно подобранный промывочный реагент легко повредит металлические теплообменные трубки.

При химической промывке невозможно напрямую оценить качество промывки, однако, выполнив замеры гидравлического сопротивления теплообменника до промывки и после, можно сделать вывод об эффективности проведенной очистки.

Периодическую промывку следует осуществлять один раз в три года. Внеплановую — когда теплообменник перестает поддерживать необходимый температурный режим воды в бассейне.

Источник