Расчет нагрева воды в бассейне

Как выбрать теплообменник для бассейна

Важнейшее условие комфортного использования бассейна – качественный подогрев воды. Но как это обеспечить, учитывая большие объемы используемой жидкости и высокие теплопотери искусственного водоема? Наиболее разумное решение – систематический обмен воды с разной температурой: холодной и горячей. Организовать такой процесс можно с помощью теплообменника.

Чтобы разобраться с особенностями этого варианта обогрева, предлагаем детальнее познакомиться с главным рабочим устройством – рассказываем, что собой представляет теплообменник, на что ориентироваться при его выборе, как выполняется расчет мощности, а также как сделать и установить прибор своими руками.

Конструктивно теплообменник для бассейна представляет собой цилиндрический корпус с двумя контурами: в первом, представляющим собой непосредственную полость прибора, циркулирует жидкость из бассейна, а во втором расположено устройство, по которому перемещается теплоноситель – горячая вода. В роли устройства для нагрева жидкости выступает или трубка, или пластина.

Сам по себе теплообменник не обеспечивает подогрев воды – с помощью внешних штуцеров второго контура он подключается к котлу системы отопления и выступает посредником в передаче тепла: сначала в прибор из бассейна поступает вода, затем она перемещается по корпусу, соприкасается с нагревающим устройством, берет от него тепло и далее уже нагретой до необходимой температуры возвращается обратно в чашу. Чем больше площадь контакта нагревающего элемента, тем быстрее тепло переходит от горячей воды к холодной.

Факторы выбора

Выбирая теплообменник, принимайте во внимание следующие характеристики:

  • Тип нагревательного устройства: трубчатый или пластинчатый.

Совет. Специалисты рекомендует выбирать трубчатые теплообменники, так как они обеспечивают большую площадь соприкосновения с водой и отличаются меньшей чувствительностью к качеству циркулирующей жидкости.

  • Пропускная способность.
  • Материал корпуса: нержавеющая сталь, пластик, титан.
  • Тип нагревателя, к которому будет подключаться теплообменник: газовый или электрокотел.
  • Тепловая мощность.

Последняя характеристика является важнейшей, ведь она значительно влияет на производительность теплообменника. Исходя из этого, возникает логичный вопрос: как рассчитать мощность прибора для своего бассейна? Для упрощенных вычислений понадобятся такие данные:

  • V – объем чаши (л);
  • ΔТ – разница между необходимой температурой нагретой воды и базовой температурой воды в бассейне (градусы);
  • t1 – ожидаемое время нагрева воды (часы);
  • С – удельная теплоемкость (всегда равна 1,16);
  • q – потери тепла с зеркала воды (Вт/кв.м.)

Расчет нагрева воды в бассейне

Формула расчета: P = ((VхСхΔТ)/t1) qхS

Предположим, что в вашем распоряжении полностью открытый бассейн объемом 40 л и с зеркалом воды 24 кв.м. Чтобы нагреть в нем воду за 4 часа при условии разницы температур в 15 градусов, вам понадобится теплообменник с приблизительной мощностью P=((40х1,16х15)/4) 1000х24 = 24 кВт.

Если вы по каким-либо причинам не желаете покупать теплообменник для бассейна, можете соорудить его своими руками. Для этого подготовьте:

  • стальной цилиндрический бак;
  • медную трубу;
  • прибор регулировки мощности;
  • анод.

Сначала выполните в торцах бака два отверстия: вход для поступления холодной воды из бассейна, выход – для возврата подогретой жидкости. Затем сверните медную трубку в конструкцию, напоминающую спираль. Полученный нагревательный элемент закрепите в баке и выведите оба его конца на внешнюю сторону емкости, предварительно выполнив в ее стенках соответствующие отверстия. Далее подключите к трубке регулятор мощности и установите в баке анод – он будет защищать емкость от перепадов температур.

Теперь необходимо подключить теплообменник. Его следует устанавливать после монтажа насоса и фильтра, но перед креплением разного рода дозаторов. Как правило, теплообменник размещается ниже всех труб, фильтров, воздухоотводчика.

Прибор монтируется в горизонтальном положении: вход и выход бака присоединяются к контуру бассейна, а вход и выход нагревательной трубки – к контуру теплоносителя от котла отопления. Проще всего использовать резьбовые соединения. Все подключения выполняются с применением запорных вентилей. После того, как контуры присоединены, на входном патрубке теплоносителя от котла монтируется регулирующий клапан с термостатом, а на выходе воды в бассейн устанавливается температурный датчик.

Совет. Если контур от нагревательного котла к теплообменнику слишком длинный, установите на его линии дополнительный циркуляционный насос для обеспечения бесперебойной работы системы.

Как видите, теплообменник – простой, но очень полезный прибор, способный гарантировать равномерный обогрев воды в бассейне любого объема. Вы можете купить уже собранное устройство, а можете и сделать его своими руками – в обоих случаях ориентируйтесь на вышеобозначенные рекомендации, чтобы точно получить желаемый результат: всегда теплую и комфортную воду в своем бассейне.

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.

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.

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.

Расчет нагрева воды в бассейне

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.

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),

Водно-водяной теплообменник

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.

Теплообменник для бассейна: правила выбора и особенности сборки своими руками

Подогрев воды в уличном бассейне

На потребление тепла для уличного бассейна влияют привычки людей, которые будут им пользоваться и тип бассейна. Если подогрев бассейна осуществляется в межсезонье, не имеет смысла учитывать потребление бассейна в объеме тепла, поставляемого тепловым насосом.

Примерный расчет потребления тепла зависит от таких параметров, как температура воды в бассейне, площадь бассейна, частота и длительность использования, защищен ли бассейн крышей, тентом, или поверхность бассейна открыта.

Распределение тепловых затрат открытого бассейна выглядит примерно так:

  • конвекция в окружающую среду 15-20%;
  • отдача тепла в атмосферу 10-15%;
  • испарение с поверхности воды 70-80%;
  • отдача тепла стенам бассейна 5-7%.

Эффективной мерой по снижению тепловых затрат является закрывание поверхности бассейна пленкой на то время, когда он не используется.  В целом эта простая мера можно сохранить до 50% тепла. У внутренних бассейнов закрывание поверхности будет нести еще другую важную функцию — снижение влажности в интерьерах помещения и, как следствие, более низкий риск порчи строительных конструкций. Закрывающая пленка должна быть устойчива к УФ излучению, особенно у внешних бассейнов.

Расчет мощности

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.

Температура воды в бассейне для взрослых должна быть в пределах 24−26 ℃, а для детей — не меньше 30 ℃. При помощи каких систем и устройств поддерживать рекомендуемую температуру и как нагревать воду в бассейне вы узнаете в этой статье.

Продумать систему нагревания воды нужно на этапе проектирования бассейна вместе с системами фильтрации и дезинфекции. Если бассейн каркасного типа, эту задачу решить проще.

Есть четыре способа подогрева воды в бассейне:

  • проточный электронагреватель;
  • теплообменник;
  • солнечный коллектор;
  • тепловой насос.

Проточные приборы предназначены для нагрева непрерывного потока жидкости с наименьшим перепадом давления. Электронагреватели компактны, их можно устанавливать в небольших технических помещениях.

Расчет нагрева воды в бассейне

Электронагреватель Pahlen, 3 кВт

Электронагреватели выпускают мощностью от 3-х до 18-ти кВт. Cамые мощные из них прогревают открытый бассейн объемом до 36 м³ и внутренний объемом до 54 м³.

Мощность электронагревателя нужно подбирать исходя из объема воды в бассейне. Для открытого уличного мощность электронагревателя должна быть равна половине объема бассейна. Мощность прибора внутреннего бассейна должна составлять треть от его объема.

Схема бассейна с электронагревателем

Также в комплекте с прибором монтируют термостаты для полной регулировки воды, в том числе и для ограничения максимальной температуры. Электронагреватели часто снабжают датчиком потока, который отключает нагрев, когда вода не циркулирует.

Теплообменник

Расчет нагрева воды в бассейне

Теплообменник подключается к общей системе отопления дома и не потребляет энергию. Диапазон мощности таких приборов широк — от 13 до 200 кВт.

Теплообменник Emaux HE, 40 кВт

Конструкция теплообменника проста: он представляет собой колбу, в которой находится змеевик. По змеевику движется теплоноситель — горячая вода, которая и нагревает воду в бассейне. Горячую воду из общего контура отопления в змеевик подает циркуляционный насос. Работу насоса регулирует электромагнитный клапан, а клапан в свою очередь регулирует термостат.

Остается выставить на термостате заданную температуру — все проконтролирует автоматическая система.

Особенность теплообменников — это долгий первый прогрев (28 часов). Такой длительный отрезок времени нужен для того, чтобы не вызвать приборного коллапса: вода при нагревании расширяется и слишком быстрое расширение приведет к структурным изменениям конструкции.

Схема бассейна с теплообменником

Солнечный коллектор

Воду в бассейне можно греть с помощью солнечного света. Это касается как открытых так и крытых систем.

Коллекторы — это соединенные в ряд трубки, колбы или большой экран, который поглощает прямые солнечные лучи.

Расчет нагрева воды в бассейне

Коллекторы состоят из модулей, каждый из которых может нагреть до 30 м³ воды. Для увеличения производительности к коллектору нужно присоединить больше модулей.

Солнечный коллектор для подогрева воды в открытом бассейне

Солнечные лучи попадают на экран коллектора, который должен быть черного цвета и почти полностью поглощаются. Лучи нагревают теплоноситель до 140 °C. Затем циркуляционный насос прокачивает нагретый теплоноситель в теплообменнике бака-накопителя, и вода в баке также нагревается. Из этого бака горячая вода и поступает в бассейн.

Тепловой насос

Особенность теплового насоса в том, что его энергия используется на многоступенчатый перенос тепла от разных теплоносителей из окружающей среды при помощи сжатий газов, работы с конденсатами.

Источники низкопотенциального тепла для такого насоса — промышленные и бытовые очищенные стоки, грунтовые и термальные воды, воды рек, озер, которые хоть на несколько градусов теплее окружающей среды.

Принцип работы систем с тепловым насосом

Выбирать способ нагрева воды в бассейне нужно на этапе планирования его расположения и конструкции.

Для небольшого открытого каркасного бассейна хорошим выбором будет проточный электронагреватель или солнечный коллектор.

Для крытого бассейна больших размеров нужно искать решение с подключением к общей системе отопления дома, например — теплообменник или тепловой насос.

Для сравнения, подберем нагреватель для бассейна наиболее часто встречающегося объема  V=40 м3   

Исходные данные:

Место установки бассейна Московская обл.
Объем бассейна 40 м3
Площадъ зеркала воды (7м х 3м глуб. 1,8 м) 22 м2
Температура воды бассейна 280 С
Средняя расчетная наружная температура  14,50 С
Использование энергосберегающего покрытия бассена Да
Среднее время использования бассейна в сутки 6
Количество посетителей 4
Расчетная скорость ветра над бассейном 0,5 м/с
Температура грунта 100 С
Среднее время работы насоса бассейна 8 час
Период эксплуатации бассейна (с середины апреля до середины октября) 6 мес

    Wнач=4,18х40000х(28-10)/3600=836 кВт тепла

    Исходя из нашего опыта,  фильтровальная установка бассейна после первого запуска, работает непрерывно работает в течении 3-4 суток для достижения полной прозрачности воды. Как правило, при правильном выборе нагревателя, данного периода времени достаточнодля начального нагрева бассейна. 

2. Расход тепла при эксплуатации бассейнаДанный расчет выполняется на программе POOLCALC фирмы CALOREX, и учитывает много различных факторов.По данным программы POOLCALC, средняя дневная потребность в тепловой энергии для компенсации тепловыхпотерь для нашего расчета составляет Wкомп=125 кВт. 3. Суммарные потребности бассейна в тепловой ЭнергииИсходя из того, что бассейн эксплуатируется в течении 6-ти месяцев, суммарный расход тепла составляет

     Wсумм= Wнач Wкомпх 6 мес=836 125 кВтх180дн.= 23 336 кВтхчас

Параметр
сравнения

Электрический
нагреватель, ТЭН

Тепловой насос

Теплообменник подключенный к
жидкотопливному котлу

Теплообменник подключенный к
жидкотопливному котлу на сжиженом газе

Теплообменник подключенный к
котлу на
природном газе

Установка

Несложная.
Наибольшие сложности (как финансовые так и технические) вызывает подключение к дому трехфазного напряжения и получение дополнительных мощностей 

Несложная. Оборудование подключается к стандарной однофазной сети. Трубы соединяются при помощи клея ПВХ, как детский конструктор 

Затрудненная.
При установке теплообменника рядом с бассейном, к бассену необходимо проложить теплоцентраль. Необходимо изменение схем управления и обвязки котельной.

Затрудненная.
При установке теплообменника рядом с бассейном, к бассену необходимо проложить теплоцентраль. Необходимо изменение схем управления и обвязки котельной.

Затрудненная.
При установке теплообменника рядом с бассейном, к бассену необходимо проложить теплоцентраль. Необходимо изменение схем управления и обвязки котельной. 

Стоимость первоначальных
затрат

Низкая

Высокая

Средняя

Средняя

Средняя

КДД системы нагрева

95%

438%

70%

91%

80%

Суммарное количество тепловой энергии на сезон

23 336 кВтхч

23 336 кВтхч

23 336 кВтхч

23 336 кВтхч

23 336 кВтхч

Приведение теплоносителя к кВтхч

 1 кВт — 1 кВтхчас

1кВт тепла- 0,25 кВтхчас электроэнергии 

1 л. дизтоплива- 9,33 кВтхчас

1л. газа — 8,0 кВтхчас

3 газа — 8,5 кВтхчас

Потребность в теплоносителе на сезон

23 336 кВтхч

5 519 кВтхч

3590 литров

 3180 литров

3400 м3

Стоимость энергоносителя, руб, на 01.10.08

1 кВт — 2,5 руб

1 кВт — 2.5 руб

 1 литр — 25 руб.

 1 литр — 14,5 руб.

1 м3 — 1,92 руб

Стоимость затрат на 1 сезон эксплуатации, рубли 

58 340 руб.

13 320 руб.

89 300 руб.

46 110 руб. 

6 000 руб.

Стоимость выработки 1 кВт тепловой энергии, руб

2,5 руб

0,57 руб

3,80 руб

 1,98 руб

0, 25 руб

Расчет потребности бассейна в тепловой энергии

Расчет нагрева воды в бассейне

При выборе важно не забывать, что реальная мощность теплообменника напрямую зависит от разницы температур в обоих контурах и от максимального значения нагрева. При меньшем перепаде температур выходная мощность так же меньше и наоборот.

1. Расход тепла на начальный нагрев (после весенней чистки и смены воды бассейна)Wнач= Срх Vбасх (Tкон- Tнач)/3600,  где Ср- теплоемкость воды = 4,18 кДж/кг К

    для нашего бассейна

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock detector