Теплообменники не производят тепловую энергию самостоятельно, однако играют ключевую роль в процессе передачи тепла, используя для этого свою поверхность теплообмена, будь то плоские пластины или трубные конструкции.
Расчет оборудования для нагрева воды в бассейне. Виды нагревателей.
Температура окружающего воздуха имеет значительное влияние на нагрев воды в открытых бассейнах. Например, когда температура составляет 18-20 градусов Цельсия, человек может ощущать относительный комфорт, однако большинство людей не решится на купание в воде такой температуры. Эти условия часто наблюдаются в теплые месяцы в центральных и северных регионах. Поэтому задача по подогреву воды в бассейне становится первоочередной.
Мы также подготовили спойлер: в конце статьи представлена таблица с рекомендациями по выбору подогревателя в зависимости от объема воды в бассейне.
Типы бассейнов:
- Плавательные и спортивные бассейны,
- Гидромассажные ванны и спа-процедуры.
Чтобы избежать недоразумений с поддержанием правильной температуры воды, необходимо тщательно выбрать подходящий нагреватель уже на этапе проектирования. Эта статья поможет вам разобраться с этой задачей и выбрать оптимальную модель в зависимости от типа и необходимой мощности.
Основные водонагреватели осуществляют передачу тепла от горячих потоков к холодным. Эти устройства различаются по принципу генерации тепла для обогрева.
Типы водонагревательных агрегатов
Существует несколько типов водонагревательных агрегатов:
- Теплообменник с рекуперацией: это устройство, где горячая и холодная вода проходят через разные каналы, и тепло передается через стенки между ними.
- Электрические нагреватели: вода нагревается при помощи электричества. Тепло передается непосредственно воде с использованием электрических трубчатых нагревательных элементов (ТЭН).
Теплообменники
Стандартный теплообменник «вода/вода» строится на основе корпуса, который включает два контура. Первичный контур, известный как контур отопления, отвечает за циркуляцию воды от котла. Вторичный контур используется для перемещения воды из бассейна. При этом происходит теплопередача: вода из бассейна поглощает тепло от воды в теплообменнике. Затем охладившаяся вода возвращается обратно в котел для подогрева и снова направляется в теплообменник для нагрева бассейна. Процесс повторяется по замкнутому кругу до тех пор, пока температура в бассейне не достигнет установленного значения. При достижении нужной температуры, в зависимости от настроек, прибор может отключиться или продолжить работать на поддержание заданной температуры.
Время, необходимое для нагрева воды до заданной температуры, зависит как от объемов бассейна, так и от мощности нагревательного прибора.
Конструкция отопительного контура представляет собой пучок тоненьких трубок, по которым перемещается вода. Увеличение количества трубок позволяет значительно повысить поверхность теплопередачи. Также существуют теплообменники с возможностью съема трубного пучка, что облегчает процесс обслуживания.
Нагревательный контур в виде змеевика
Корпус теплообменника, как правило, изготавливается из:
- композитного пластика,
- нержавеющей стали,
- титана.
Нагревательный контур часто выполнен из труб диаметром 1,5 мм и изготавливается в виде пластинчатого теплообменника, использующего солнечную энергию в качестве источника нагрева.
Материалы для нагревательного контура могут быть представлены:
- нержавеющей сталью (которую целесообразно использовать для бассейнов с пресной водой из-за оптимального соотношения цена/качество),
- титаном (наилучший выбор для бассейнов с морской водой),
- никелем,
- купроникелем.
Производительность нагревателя может снизиться в случае отклонения от паспортных характеристик. Это изменение можно проанализировать с помощью графиков (диаграмма А, Б).
Солнечные коллекторы (солнечные батареи)
Солнечные коллекторы используют солнечную энергию для нагрева воды в бассейне. Коллектор состоит из системы связанных тонких трубок, которые обеспечивают максимальное взаимодействие с солнечными лучами.
| Преимущества | Недостатки |
|---|---|
| Отсутствие необходимости в газовом котле | Низкая мощность (квадратный метр коллектора вырабатывает от 0,6 до 0,9 кВт/час. Для компенсации мощности более слабого водяного теплообменника потребуется площадь панелей, равная площади поверхности бассейна.) |
| Не требуется расходовать электроэнергию | Эффективность эксплуатации в южных широтах с большим количеством солнечных дней |
Разборные пластинчатые теплообменники
В данном разделе мы целиком сосредотачиваем внимание на разборных пластинчатых теплообменниках, предназначенных для плавательных бассейнов. Во многих случаях трубчатые системы могут оказаться более предпочтительными, так как они менее подвержены загрязнению грязью и мусором. Тем не менее, вода, подающаяся в теплообменник, обязательно проходит через фильтрацию. Если фильтр обслуживается своевременно и правильно установлен, то загрязнения не смогут проникнуть в сам прибор. Пластинчатые конструкции, благодаря своей большой площади поверхности, зачастую работают более эффективно.
Важно отметить, что установка нагревателя непосредственно в резервуар бассейна может быть неэффективной и даже потенциально опасной. Поэтому каждое устройство, которое генерирует тепло (будь то электрические, солнечные или газовые источники), должно работать в своем специальном контуре. Процесс нагрева и сам нагретый носитель никогда не должны смешиваться. Температура передается посредством теплообменника.
Материалы, из которых изготавливаются теплообменники
В большинстве случаев теплообменники для нагрева воды в бассейне делают из двух основных материалов: нержавеющей стали или титана. Каждый из этих материалов имеет свои уникальные свойства.
Нержавеющая сталь применяется благодаря своей прочности и отличной устойчивости к коррозии. Она идеально выдерживает механические воздействия потока воды и служит больше 10 лет без потери своих характеристик. Этот металл является более доступным по стоимости по сравнению с медью или титаном, и считается идеальным для нагрева пресной воды.
Титан используется в бассейнах, где вода соленая. Несмотря на высокую цену, этот металл отличается устойчивостью к химическим реакциям с фтором, солями и хлором, что значительно увеличивает срок службы оборудования. Титан также легкий, надежный и демонстрирует высокую стойкость к термическим эффектам.
Принцип работы пластинчатого теплообменника в бассейне
Пластинчатый теплообменник классифицируется как водо-водяное устройство. Его работа относительно проста: внутри конструкции располагаются два основных контура. Первичный контур получает горячую воду из бойлера, а во вторичном контуре холодная вода заходит из бассейна. Резиновые уплотнения служат надежной преградой для предотвращения смешивания потоков. Нагрев воды происходит за счет передачи тепла от нагревающего контура к нагреваемой среде через специальные пластины в теплообменнике.
Таким образом, вода во втором контуре нагревается и возвращается обратно в бассейн. В то же время охлажденная жидкость в первом контуре подается обратно к нагревателю, где она снова подогревается. Важно отметить, что жидкость в контурах не смешивается друг с другом, что обеспечивает эффективность системы.
Выбор теплообменника
Качество работы и скорость нагрева воды в значительной степени зависят от правильного выбора теплообменника.
- Максимально допустимая рабочая температура: это максимальная температура, которую может выдерживать теплоноситель внутри устройства.
- Пропускная способность: обозначает, за какой период времени через устройство пройдет весь объем воды в резервуаре. Этот параметр подбирается совместно с мощностью циркуляционного насоса.
- Тепловая мощность: ключевой параметр для корректного нагрева воды. Если он окажется ниже необходимого уровня, то вода просто не дойдет до желаемой температуры. Однако излишняя мощность также неоптимальна, так как это приведет к нерациональным затратам.
Упрощенный расчет мощности
Для расчета мощности устройства вы можете использовать следующую формулу:
P = V × C × (Tз — Tv) × 1/t + q × S, где:
- V — объем резервуара в литрах;
- S — площадь контакта воды с воздухом в квадратных метрах;
- Tз — заданная температура в градусах Цельсия;
- Tн — температура входящей воды из водопровода в градусах Цельсия;
- t — время, необходимое для нагрева воды до Tз (обычно 2–3 суток), в часах;
- C — удельная теплоемкость воды, которая составляет 1,16 Вт/кг·K;
- q — объем утечек тепла из-за испарения в Вт/м² (примерно 1000 для открытых бассейнов, 520 для помещений и 620 для полузакрытых пространств).
Предположим, у вас имеется открытый бассейн размером 3 x 7 метров и глубиной 2 метра. Вода в трубах имеет температуру 18 °C, и вам требуется поднять её до 28 °C за два дня.
Используя формулу: 3 × 7 × 2 × 1000 × 1,16 × (28 — 18) × ½ × 24 + 1000 × 3 × 7, вы получите расчет: 31150 Вт.
Если указать размер в метрах, не забудьте умножить на 1000, поскольку в одном кубическом метре содержится 1000 литров воды.
Рекомендуется округлить расчет мощности с небольшим запасом. В соответствии с примером, вам нужно будет около 31 кВт, и будет разумно добавить 10% к этому значению. Подходящая мощность составит 34-35 кВт.
Подключение
Теплообменник следует устанавливать непосредственно за циркуляционным насосом и фильтром. После него должен находиться дозатор реагентов. Изменение последовательности установки компонентов недопустимо.
Такое оборудование должно располагаться ниже всех остальных элементов системы, чтобы предотвратить попадание воздуха в контуры. Кроме того, перед устройством необходимо установить клапан, управляющий потоком жидкости, связанный с датчиком температуры. Это обеспечит автоматическую регулировку нагрева в соответствии с установленными настройками.
