Подогрев воды в бассейне с использованием энергии солнца и солнечных коллекторов.
Онлайн-презентация. Использование солнечных технологий для подогрева воды в бассейне. Выбор солнечного коллектора. Механизм действия. Принцип работы. Схемы подключения. Правила размещения. Примеры установки.
При проектировании бассейна любого типа необходимо заранее продумать систему подогрева воды. Температура воды, так же как и температура воздуха, зависит от возможной активности людей. При одинаковой температуре воды и воздуха в бассейне охлаждение в воде происходит примерно в 20 раз быстрее, чем на воздухе.
Поэтому в стандартных и крупных плавательных бассейнах с длиной дорожки 25-50 м 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) температура воды в бассейне должна превышать 26-27°С, а лучше всего быть в пределах 28°С (при температуре ниже 25°С есть возможность появления судорог).
В связи с этим в индивидуальных бассейнах крытого типа рекомендуется поддерживать температуру воды на уровне 24-28°С, а в ваннах бассейнов предназначенных для купания маленьких детей - 28~30°С. В идеале в крытых индивидуальных бассейнах должны быть следующие параметры микроклимата: температура воды 24-28°С; температура воздуха на 2-3° выше температуры воды (26-31°С), так как при испарении влаги с водяной пленки, покрывающей тело человека после выхода из ванны бассейна, происходит отвод тепла и возникает ощущение холода при слишком низкой температуре воздуха в помещении, где расположен бассейн.
Подвижность людей в бассейнах открытого типа обычно выше, чем в закрытых. Поэтому, температура воздуха в открытых бассейнах обычно ниже и составляет 21—25°С, а температура излучения значительно выше, при наличии солнечной радиации (инсоляции). Следует добавить благотворное воздействие свежего воздуха, что сохраняет ощущение комфортности даже при более низких температурах и высоких скоростях движения наружного воздуха. С целью создания комфорта и улучшения микроклимата, особенно при длительном купальном сезоне, а также использовании бассейна в зимнее время рекомендуется осуществлять подогрев с помощью теплового пола.
Долгое время открытые бассейны обогревались от системы отопления дома с использованием противоточного теплообменника. Однако в последние годы появилось много новых вариантов обогрева бассейнов с использованием агрегатов, серийно выпускаемых промышленностью: обогрев от отопительного котла, прямоточные топливные нагреватели, прямоточные нагреватели с электроприводом, тепловые насосы, обогрев с помощью солнечных коллекторов.
Для владельцев плавательных бассейнов как открытого, так и закрытого типов, очень выгодно использовать солнечную энергию для нагрева и поддержания комфортной температуры воды. Преимущества подобного способа обогрева будут существенней, если система подогрева воды в бассейне связана с солнечной системой отопления всего дома, так как это позволяет использовать избыток тепла в период максимальной инсоляции, что в конечном итоге сокращает срок окупаемости гелиосистемы. Помимо этого, наличие бассейна позволяет избежать перегрева теплоносителя в гелиоконтуре в летнее время.
Единственным требованием для эффективной работы солнечной системы является необходимость размещения коллекторов таким образом, чтобы солнечные лучи поступали на коллекторы в течение четырех-пяти часов в день. В таком случае можно поднять температуру воды до 25-30°C. Солнечное излучение может продлить купальный сезон в открытых плавательных бассейнах на 1,5...2 месяца в год, и вполне заменить традиционный источник энергии (в летний период) что сэкономит расходы на топливо.
Механизм действия солнечного нагрева бассейна.
Любая солнечная система отопления бассейна состоит из трех основных элементов:
- солнечный коллектор;
- фильтр насоса;
- клапан управления.
Механизм действия очень прост. Подогреваемая вода из бассейна направляется через фильтр в теплообменник гелиосистемы. Фильтр используется для предотвращения попадания мусора в солнечные коллекторы. В некоторых случаях может понадобиться дополнительный насос или чуть более мощный насос для системы фильтрации. Наиболее эффективные из современных систем включают в себя автоматический отводной клапан.
Система фильтрации бассейна настраивается на работу во время наиболее интенсивного солнечного освещения. В течение этого времени, если датчики определяют, что на солнечный коллектор поступает достаточное количество тепла, они дают автоматическому отводному клапану команду направить поток воды из бассейна через теплообменник солнечного коллектора, где она нагревается. (Когда температура воды достигла заданной в программе нагрева, она просто будет проходить мимо теплообменника и попадать обратно в бассейн с нагретой до нужной температуры водой). Внутри теплообменника вода нагревается благодаря воздействию на нее теплоносителя, который циркулирует в замкнутой системе подключенных солнечных коллекторов. Нагретая таким образом вода возвращается в бассейн. Когда солнечный коллектор остывает, вода через него не прогоняется.
Солнечный коллектор чаще всего размещается на крыше, однако при этом нужно соблюдать основные проектные нормы. Место размещения должно быть ровным либо иметь небольшой наклон (не более 30 градусов к горизонтали), обратный трубопровод должен располагаться выше, чем трубы подачи воды, а все шланги - постепенно подниматься по отношению друг к другу, чтобы во время работы из них вытеснялся весь воздух.
При установке солнечного коллектора на скатных крышах он не должен отклоняться от направления на юг более чем на 45°, но для установки пригодны и крыши, скаты которых направлены на восток или запад, но при этом используются солнечные коллекторы с соответственно увеличенной площадью.
При установке вакуумного трубчатого солнечного коллектора на плоской крыше под углом <15° направление гелиоколлектора на стороны горизонта благодаря высокому солнцестоянию в летние месяцы имеет второстепенное значение. При установке комбинированных систем для поддержки системы отопления в первую очередь необходимо учитывать возможность настройки системы под условия, определяющие потребность здания в тепловой энергии. Эффективный отвод тепла от гелиосистемы к воде в бассейне предполагает большую пропускную возможность системы при относительно небольшом повышении температуры. При пропускной возможности 70 - 100 литров в час/м2 площади поверхности абсорбера при интенсивности солнечного облучения 800 Вт/м2 устанавливается разбежка между температурами в подающем и обратном трубопроводах в пределах приблизительно 6-8 K.
Относительно ухода и эксплуатации солнечных систем для обогрева бассейнов можно сказать, что они отличаются простотой. Фактически, в большинстве случаев не требуется никаких дополнительных мер, кроме обычной чистки фильтров и подготовки к зимнему сезону. На зиму из системы сливают воду; однако иногда и этого не требуется, если система делает это автоматически. Оборудование для солнечного нагрева бассейна служит минимум 20 лет, при этом гарантийный срок – 5-10 лет.
Рисунок 1 - Схемы солнечных установок для обогрева плавательных бассейнов
а - одноконтурная схема; б - схема солнечной теплонасосной установки;
1 - бассейн; 2 - насос; 3 - фильтр; 4 - обратный клапан; 5 – солнечный коллектор; 6 - воздушник; 7 - байпас с вентилем; 8 - тепловой насос; 9 - теплообменник; 10 - трехходовый клапан.
Существует множество схем использования солнечных коллекторов для нагрева воды. Одна из возможных схем гелиоустановок для подогрева воды в плавательном бассейне показана на рисунке 1 а.
В схеме предусмотрены:
- обратный клапан;
- воздушный клапан;
- байпасная линия с вентилем;
- специальные датчики.
Как возвратный клапан, так и стравливающие (воздушный) клапана должны размещаться на высоте более 1 метра над уровнем воды в бассейне, чтобы предотвратить обратный отток воды в бассейн и сплющивание шлангов, когда солнечный коллектор в конце каждого рабочего цикла сбрасывает воду. Все коммуникации к фильтрационной системе бассейна должны подсоединяться после фильтра, но перед любым существующим традиционным нагрывателем, чтобы избежать избыточного давления в системе.
Схема комбинированной солнечной теплонасосной установки для обогрева плавательного бассейна показана на рисунке 1, б. Летом в бассейне поддерживается температура не ниже 20°C. Это обеспечивается с помощью солнечного коллектора. При неблагоприятных погодных условиях включается тепловой насос, использующий солнечный коллектор в качестве испарителя.
Для нагрева воды в плавательном бассейне могут использоваться следующие типы солнечных коллекторов:
- вакуумные трубчатые солнечные коллекторы;
- плоские или высокоселективные плоские солнечные коллекторы;
- абсорберы.
Виды коллекторов
С целью наглядного сравнения характеристик тепловой эффективности различных типов солнечных коллекторов, приведем график КПД для трех рассмотренных типов гелиоколлекторов при мощности солнечного излучения в 600 Вт/м2.
- вакуумный трубчатый солнечный коллектор;
- плоский солнечный коллектор с селективным покрытием;
- открытый солнечный коллектор/абсорбер.
Выбор размера солнечного коллектора для нагрева бассейна.
Расчет системы солнечных коллекторов для подогрева воды в плавательном бассейне зависит от интенсивности солнечного облучения площади коллекторов и от потребности в теплой энергии для подогрева воды в бассейне.
На размеры солнечного коллектора влияют следующие факторы:
- место расположения солнечного коллектора, тип коллектора, ориентация и угол его наклона,
- тип плавательного бассейна (открытый или закрытый),
- параметры бассейна (объем, площадь поверхности, глубина, цвет бассейна, тип укрытия),
- посещаемость бассейна,
- время снятия укрытия,
- подача свежей воды в бассейн,
- требуемая и допустимая максимальная температура воды в бассейне
Поверхность солнечных коллекторов для обогрева воды в бассейне должна составлять:
- в случае крытого бассейна — около 50-70 % площади поверхности воды;
- в случае открытого бассейна — около 70-100 % этой площади.
Следует заметить, что интенсивность солнечного излучения – величина не постоянная, она изменяется как в течении дня, так и на протяжении всего года, кроме того она хаотически колеблется при переменах погодных условий.
Открытый солнечный коллектор (абсорбер) должен быть изготовлен из коррозионно-стойких материалов, чтобы не подвергаться агрессивному действию воды из бассейна. Кроме того, материал должен:
- выдерживать температуру от -30 до 70°C;
- обладать хорошей поглощательной способностью;
- обладать высоким коэффициентом теплопроводности.
Через гелиоколлектор прокачивается большое количество воды, и должно быть обеспечено такое поперечное сечение каналов, чтобы гидравлическое сопротивление было минимальным. Наиболее подходящими материалами являются окрашенные в черный цвет:
- полиэтилен;
- полипропилен;
- синтетический каучук.
Первые два материала дешевы, а каучук значительно дороже, но более стойкий. При годовом поступлении 1050 кВт*ч/м2 солнечной энергии на горизонтальную поверхность и площади коллектора 800 м2 за сезон гелиоустановка может дать 170 МВт*ч теплоты, а потребность в теплоте составляет 270 МВт*ч. В данном случае солнечный коллектор для бассейнов не имеет остекления, вода в нем подогревается на 3,5°C, и средняя тепловая мощность установки за сезон составляет 270 кВт, а ее КПД — 38,3%. Длинные оребренные трубы изготовлены из полипропилена, а прямой и обратный соединительные трубопроводы — из полиэтиленовых труб.
Борьба с тепловыми потерями бассейна.
Перед выбором системы обогрева рекомендуется определить связанные с ней затраты. Для этого нужно знать средние теплопотери бассейна и стоимость тепла, вырабатываемого системой.
Бассейн теряет теплоту при:
- испарении воды и нагреве подпиточной воды;
- естественной конвекции и излучении в окружающую среду;
- переливании через края и разбрызгивании при выходе людей из бассейна;
- первичном подогреве воды;
- заполнении бассейна теплой водой для промывки фильтров;
- теплопроводности от дна к грунту.
Потери тепла зависят также и от привычек пользователей бассейна.
В открытых бассейнах без отопления температура воды возрастает или остается постоянной в дневное время, а ночью значительно снижается. Устройство накрытия над ванной значительно снижает испарение, существенно уменьшает излучение и в некоторой степени снижает теплопотери за счет конвекции. С помощью установки накрытия в период наибольших теплопотерь можно добиться их снижения в открытых бассейнах на 80%. При этом следует иметь в виду, что в связи с большим удельным весом излучения в суммарных теплопотерях существенное значение имеет теплоизоляционные свойства накрытия. Экономия от применения укрытий без теплоизоляции составляет лишь 30—40% по сравнению с теплоизолированным накрытием. Для использования солнечной радиации накрытие следует снять в дневное время. С поверхности накрытия должна быть удалена вода, так как скопление дождевой воды на поверхности накрытий способствует потерям тепла при испарении. Накрытие в виде солнечного коллектора может оставаться над бассейном и в дневное время, когда бассейн не используется. Такое накрытие из светопрозрачного теплоизолирующего верхнего слоя и прилегающего к воде абсорбирующего слоя значительно улучшает поглощение солнечных лучей. Как показали исследования, при благоприятных погодных условиях применение укрытия в виде солнечного коллектора позволяет эксплуатировать бассейн с температурой воды 23°С без дополнительного отопления.
Крытые плавательные бассейны имеют три существенных отличия по сравнению с открытыми
- Они используются преимущественно в зимний период, когда интенсивность солнечного излучения мала;
- Уровень температуры в них существенно выше (26-30°C);
- Часто есть необходимость в кондиционировании воздуха (по крайней мере, в общественных плавательных басплавательными бассейнами:
сейнах).
Если глубина бассейна не превышает 1 м, то его дно и стены должны быть покрашены краской с высокой поглощательной способностью, а дно, кроме того, должно иметь шероховатую поверхность. Для промывки фильтров используется теплая вода (норма расхода на одну промывку - 0,9 м3 на 1 м2 поверхности бассейна). Теплоту промывочной воды необходимо утилизировать, установив после фильтров теплообменник.
При реализации всех указанных способов энергосбережения потребность в теплоте снижается до 260 кВт*ч/м2 за сезон, что составляет всего 40% первоначального значения. При этом требуемая площадь солнечного коллектора уменьшается до 0,4 м2 (вместо 1 м2) на 1 м2 площади поверхности воды в бассейне. Годовое теплопотребление бассейна составляет 700...800 МВт*ч, среднесуточная теплопроизводительность гелиоустановки за период май-сентябрь 2,5 кВт*ч/м2 в день (максимум 6 кВт*ч/м2) при площади поверхности воды 1500 м2, температура воды на входе в солнечный коллектор 20...27°C, а на выходе 24...36°C при расходе 10...90 м3/ч.
Мировой опыт использования гелиосистем для нагрева бассейнов.
Тибет - самая близкая к Солнцу часть нашей планеты - по праву считает солнечную энергию своим богатством. На сегодняшний день в Тибетском автономном районе Китая построено уже более 50 тыс. гелиоустановок. Солнечной энергией отапливают жилые помещения общей площадью более 150 тыс. м2.
В США эксплуатируют солнечные коллекторы площадью 10 млн м2, что обеспечивает годовую экономию топлива 1,5 млн т. В Германии действует закон, согласно которому каждый гражданин имеет право получить беспроцентный кредит в банке для покупки солнечных коллекторов мощностью от 3 до 5 кВт.
Абсолютный лидер в использовании солнечной энергии для нагрева воды - Кипр, на котором 90 % домов оборудованы солнечными коллекторами.
Департамент энергетики США выяснил, что плавательные бассейны по всей стране потребляют колоссальное количество энергии, и признал обогрев бассейнов одним из наиболее экономически выгодных путей снижения потребления энергии.
В США и Европе солнечные нагреватели для бассейнов используются практически повсеместно. Только в Соединенных Штатах свыше 200000 бассейнов обогреваются солнечной энергией. Самые старые из этих систем находятся в эксплуатации уже более 25 лет и показали себя экономичными, высоконадежными, требующими минимального ухода. Важно отметить, что они хорошо работают и экономят деньги в течение купального сезона даже в условиях северного климата.
Хотите узнать, как подогреть солнцем Ваш бассейн?
ЗВОНИТЕ! +7 (495) 748-11-78
Наши квалифицированные специалисты ответят на Ваши вопросы и в зависимости от поставленных Вами задач, помогут выбрать солнечный коллектор для подогрева воды в бассейне, удовлетворяющий Вашим требованиям.
Предлагаем два вида солнечных коллекторов для бассейна.
Вариант 1 Солнечный водонагреватель для бассейна - система без давления сезонного использования на даче.
Вариант 2 Солнечный водонагреватель для бассейна - система под давлением круглогодичного использования для открытых и закрытых плавательных бассейнов.
Остались вопросы? Напишите нам: andi-group@yandex.ru
Узнать больше:
ЗАКАЗАТЬ РАСЧЁТ
Если выбор гелиосистемы вызывает у Вас затруднение, оставьте заявку на расчёт и квалифицированные специалисты нашей компании помогут подобрать солнечную водонагревательную установку удовлетворяющую Вашим потребностям.
