Расчет оборудования для нагрева воды в бассейне. Виды нагревателей.

1. Общие понятия

Температура окружающего воздуха основательно влияет на температуру воды в открытом бассейне. При температуре воздуха 18-20 градусов человек чувствует себя еще мало-мальски комфортно, однако, плавать при такой температуре мало кому захочется. Зачастую, такие условия в теплом периоде в средней полосе и севернее, составляют львиную долю. В связи с этим, вопрос подогрева воды в бассейне актуален.

Норматив температуры воды для бассейнов

Тип бассейна	Температура воды по нормативу (градус по Цельсию)
Плавательные и спортивные бассейны	24-26
Детские бассейны	28-30
Гидромассажные и спа-бассейны	32-38

Для исключения проблем с поддержанием необходимой температуры воды уже на этапе проектирования подбирают необходимое нагревательное оборудование. В статье мы поможем Вам освоиться с этой проблемой и выбрать подходящую модель по типу и мощности.

Устройства обогрева воды работают по принципу передачи тепла «от горячего к холодному». Установки различаются принципом получения тепла для нагрева.

Типы и принцип работы водоподогревателей

Тип установки обогрева воды	Принцип получения тепла
Рекурперативные теплообменники (теплообменник, в котором горячий и холодный теплоносители движутся в разных каналах, теплообмен происходит через стенку)	Циркулирующая вода нагретая любым способом передает через стенки тепло, нагревая воду.
Электронагреватели	Нагреваются за счет электроэнергии. Тепло передается воде напрямую от трубчатых электронагревателей (ТЭН)

2.Теплообменники

Водно-водяной теплообменник состоит из корпуса, внутри которого смонтированы два контура. Первичный контур (контур нагрева) предназначен для циркуляции воды из бойлера. Вторичный контур – для циркуляции воды из бассейна. Между контурами происходит теплообмен следующим образом. Вода из бассейна забирает тепло от воды из теплообменника. Остывшая вода снова проходит через бойлер, подогревается и снова возвращается в теплообменник для отдачи тепла воде из бассейна. И так по замкнутому кругу пока вода в бассейне не достигнет заданной температуры. Затем нагреватель в зависимости от настроек либо отключается, либо продолжает работать в режиме поддержания требуемой температуры.

Время, требуемое для нагрева воды до заданной температуры, зависит от объема бассейна и мощности нагревателя.

Тип и особенности конструкции теплообменника

Тип теплообменника	Особенности конструкции
вертикально расположенные	Нагревательный контур в виде пучка тонких трубок, по каждой из которых протекает вода. Большое количество трубок в пучке повышает площадь теплопередачи. Есть конструкции с демонтируемым пучком трубок (повышение ремонтопригодности).
горизонтально расположенные	Нагревательный контур в форме спирали

Корпус теплообменника изготавливают из

1. композитного пластика,
2. нержавеющей стали,
3. титана.

Контур нагрева изготавливают из

1. нержавеющей стали (подходит по соотношению цена/качество для бассейнов с пресной водой),
2. титана (для бассейнов с морской водой),
3. никеля,
4. купроникеля.

Достоинства и недостатки теплообменников

Достоинства	Недостатки
сравнительно дешевые	для работы в доме должен быть газовый котел (можно электрический котел, но это уже дорого)
не требуют больших затрат в процессе эксплуатации	на заявленной мощности теплообменник будет работать только при указанных в тех. паспорте разнице температур первичного и вторичного контура и соотношения скоростей жидкости в них

Падение производительности нагревателя в случае отклонения от паспортных данных можно проанализировать по графикам (диаграмма А,Б)

3. Солнечные коллекторы (солнечные батареи)

Нагреваются под действием солнечных лучей и это тепло используется для подогрева воды в бассейне. Коллектор имеет систему тонких трубок.

Достоинства и недостатки солнечных коллекторов

Достоинства	Недостатки
не требуется газовый котел	малая мощность (квадратный метр батареи выдает тепловую энергию 0.6 – 0.9 кВт/час. Для покрытия мощности слабого водно-водяного теплообменника потребуется площадь батарей равная площади поверхности бассейна.)
не тратится электричество	применяется в южных широтах нашей Родины с большим количеством солнечных дней

4. Электронагреватели

Электронагреватели являются устройствами альтернативными теплообменникам. Принцип действия: в корпусе размещается трубчатый электронагревательный элемент (ТЭН). Он передает тепло протекающей воде. Особых различий между моделями нет.

При выборе электронагревателя ориентиром является:

1. выходная мощность,
2. материал, из которого изготовлен корпус,
3. материал, из которого изготовлен ТЭН.

При использовании морской воды ТЭН подбирают из титана, никеля или купроникеля.

Достоинства и недостатки электронагревателей

Достоинства	Недостатки
для удобства оснащены термостатом с дисплеем, что позволяет легко регулировать температуру воды	огромный расход электроэнергии (повышенные затраты на обслуживание бассейна)
оснащены комплектом автоматического управления (датчиком потока или датчиком давления) , который не позволяет работать при слабом потоке воды	модели большей мощности требуют трехфазного подключения к сети
изначально укомплектованы всем необходимым для запуска и работы

Особенности монтажа

Электронагреватель включают в цепь так, чтобы входящая труба была направлена вертикально вниз. В таком случае прибор всегда будет наполнен водой и даже при выходе из строя автоматики ТЭН не перегорит.

Практика показывает, что электронагреватели используют для бассейнов до 12 – ти кубометров открытого типа и до 20 – ти кубометров закрытого типа.

Задача по поддержанию в бассейне необходимой температуры решается не так уж и просто. Формула для расчета времени нагрева воды не учитывает важную ее особенность – теплопотери при испарении. Из-за этого подогрев воды происходит длительнее, при всем при том, что, подогрев и без того занимает массу времени.

В связи с этим в проект включают вспомогательные средства для подогрева:

1. термическое покрывало,
2. покрытие стенок бассейна теплоизоляционным напылением,
3. использование системы солнечных батарей.

5. Тепловые насосы для подогрева воды

Тепловой насос предназначен охлаждать или обогревать воду в плавательном бассейне с помощью преобразования энергии атмосферного воздуха в тепло.

Устанавливается вне помещения.

Достоинства

- очень простое подключение - достаточно подключить воду и электропитание теплового насоса.

- встроенная система автоматически выставляет оптимальные режимы работы компрессора и вентилятора для получения максимального КПД, путём замера соотношения температуры воздуха и теплоносителя. Управление осуществяется цифровым пультом, есть несколько автоматических настроек работы поддержания температуры.

- установлены датчики и системы защиты: защита от малого и большого давления теплоносителя, датчик высокой температуры теплоносителя, датчик потока воды, система отключения при низкой температуре воздуха, система автоматического оттаивания.

Выводы:

1. Для нагрева воды в бассейне в основном используются водно-водяные теплообменники, электронагреватели и солнечные батареи. Последний вариант используется в основном в качестве дополнительного источника нагрева.

2. Выбор модели основывается на мощности нагревателя.

3. В бассейне с морской водой требуется нагреватель из антикоррозийных материалов.

4. Нагрев воды в бассейне занимает продолжительное время

6. Порядок расчета времени работы теплообменника

Оценим время работы теплообменника по нагреву бассейна. Для этого воспользуемся эмпирической формулой (без учета отклонений от имеющейся мощности и потерь тепла):

t – искомое время в часах,

V – объем воды в бассейне в кубометрах,

T – требуемая разница температур в градусах,

P – заявленная мощность.

Пример расчета.

По этой формуле заранее посчитаем необходимое время нагрева вашего бассейна теплообменником заявленной мощности. Например, вода в бассейне 20 градусов, а требуется нагреть до 26 градусов, т.е. на 6 градусов, при объеме бассейна 30 кубометров и мощности теплообменника 6 кВт.

t = 1.16 * 30 * 6 / 6, t = 34,8 час.

7. Определение необходимой мощности нагревателя

Приведем несколько обобщенных формул для правильного подбора водонагревателя.

Определение мощности водонагревателя

Тип и место использования водонагревателя	Значение требуемой мощности водонагревателя
Теплообменник для открытого бассейна (мощность в кВт)	Равен объему бассейна (куб. метр)
Теплообменник для закрытого бассейна (мощность в кВт)	Равен ¾ объема бассейна (куб. метр)
Электронагреватель для открытого бассейна (мощность в кВт)	Равен ½ объема бассейна (куб. метр)
Электронагреватель для закрытого бассейна (мощность в кВт)	Равен 1/3 объема бассейна (куб. метр)
Солнечные батареи	Суммарная площадь коллекторов должна быть равна площади самого бассейна

Расчет мощности нагревателя воды описан в разной литературе. Мы же будем использовать формулы из книги «Planung von Schwimmbadern» C. Saunus

Мощность теплообменника определяется из условий первичного нагрева воды в бассейне. Обычно принимается время первичного нагрева 2-4 дня при непрерывной работе нагревателя.

Qs – мощность нагревателя (Вт)

V – объем бассейна (л)

C – удельная теплоемкость воды, C = 1,163 (Вт/кгК)

tB – требуемая температура воды (град. по Цельсию)

tK – температура заполняемой воды (град. по Цельсию)

S – площадь зеркала воды (кв. метр)

Za – требуемое время нагрева

Zu – потери тепла (в час.)

Тип бассейна и значение параметра потери тепла

Тип и местонахождение бассейна	Значение параметра потери тепла Zu
Бассейн в помещении	180 (Вт/м2)
Бассейн на открытом воздухе (полностью открытое место)	1000 (Вт/метр кв.)
Бассейн на открытом воздухе (частично закрытое место)	620 (Вт/метр кв.)
Бассейн на открытом воздухе (полностью закрытое место)	520 (Вт/метр кв.)

При расчете по этой формуле условно – 1 кг = 1 л.

Таким образом, мы рассмотрели современные устройства подогрева воды в бассейне. Они имеют разные принципы действия, форму, технические характеристики и цену. Выбор подходящего именно для своего бассейна за Вами, а также можете обратиться к специалистам в нашу компанию и получить крайне граммотную консультацию.

Примерный подбор нагревателя для бассейна, в зависимости от объёма воды

Объём бассейна	Электронагреватель	Теплообменник	Тепловой насос
10 м3	3 кВт	13 кВт	4,5 кВт
20 м3	6 кВт	28 кВт	4,5 - 5,5 кВт
30 м3	9 кВт	38 кВт	8,2 - 9 кВт
40 м3	12 кВт	38 кВт	9 - 12 кВт
50 м3	12 - 15 кВт	53 кВт	12 - 16 кВт
60 м3	15 кВт	53 кВт	16 кВт
70 м3	15 - 18 кВт	73 кВт	23 кВт
80 м3	18 кВт	73 кВт	23 кВт
90 м3	18 кВт	88 кВт	23 кВт
100 м3	2x12 кВт	88 кВт	23 - 30 кВт
120 м3	2x15 кВт	120 кВт	30 кВт
150 м3	2х18 кВт	145 кВт	30 кВт

* Данные в таблице ориентировочные и верны при окружающей температуре около +15 ºС