/ Расчёт теплопотерь и подбор водонагревателя для водоёма.
Расчёт теплопотерь водоёма
Для комфортного использования бассейнов, живых бассейнов и плавательных водоёмов зачастую хочется, чтобы вода в них была теплее. Ясно, что теплоту воды в водоёме надо как-то повысить. Но как это сделать? Сколько понадобиться энергии и каким прибором воспользоваться.
Попробуем разобраться вэтом водпросе.
Теплоснабжение открытых (летних) бассейнов, плавательных вододёмов
Теплозатраты для нагрева воды Q определяются как разность потерь Q1 и поступления теплоты Q2 в процессе эксплуатации, т. е.
Q=Q1-Q2.
Для летних бассейнов – открытых, частично защищенных и полностью защищенных – потери и поступление теплоты разные. Потерями в грунт можно пренебречь, так как он прогревается в первые дни эксплуатации и затем хорошо удерживает тепло. Основные потери, Вт/м2, вызываются следующими факторами:
Излучение теплоты с поверхности воды
Q1изл = F * C * β * Δt;
испарение воды с поверхности
Q1исп = Vв * r;
Vв = (25*19v) * (x-X);
конвекцией с поверхности воды
Q1кон = F* a * Δt;
где
F – площадь поверхности воды, м2;
С – коэффициент теплоотдачи, равный 5,56 Вт/(м20С),
β – температурный фактор – 1,0 – 1, 2;
Δt – разность температуры воды в бассейне tвод и воздуха tвозд над поверхностью воды, 0С;
Vв – объём испарившейся воды, кг/(м2ч);
V – скорость ветра (4 м/с – незащищенная ванна, 2 м/с – частично защищенная, 1 м/с – защищенная);
Х – влагосодержание насыщенного воздуха у поверхности воды при температуре воды в бассейне, кг/кг;
x – влагосодержание насыщенного воздуха у поверхности воды при температуре воды в бассейне, кг/кг;
а – коэффициент теплопередачи, Вт/(м20С) (в открытом бассейне – 12,79, в частично защищенном – 6,98, в защищенном – 4,07);
r – теплота парообразования при температуре воды в бассейне, Вт*ч/кг (при 240С r=680).
Сумма потерь для открытых ванн равна
Q1 = Q1изл + Q1исп + Q1кон
Поступление теплоты в воду происходит вследствие теплоотдачи купающихся Q2куп около 90-140 Вт/ч на человека и за счёт инсоляции – Q2инс = 70-150 Вт/м2, которая зависит от времени суток, облачности, географического положения, сезона. Если температура наружного воздуха выше, чем воды, то потерями за счёт конвекции Q2кон можно пренебречь. Таким образом, поступление теплоты Q2 = Q2куп + Q2инс.
Пример расчёта.
Исходные данные: размер бассейна в плане – 8*4 м; температура воды в бассейне 240С; средняя температура воздуха (с мая по сентябрь) +15,80С.
Потери теплоты с 1 м2 площади бассейна:
При излучении теплоты с поверхности воды
Q1изл = F *C * β * Δt = 1*5,56*1*(24-15,8) = 45,59 Вт/м2;
При испарении воды с поверхности при средней относительной влажности воздуха 73%
Q1исп = 1*Vв*r = (25+19*1)(0.0186 – 0.0082)*680 = 311 Вт/м2,
Vв = (25 +19* v)*(x-X) = 0,46 кг/(м2*ч);
При конвекции с поверхности воды
Q1кон = F*a* Δt = 1*4,07*(24-15,8) = 33,37 Вт/м2.
Общие теплопотери Q1 = Q1изл + Q1исп + Q1кон = 45,59 + 311 + 33,37 = 390 Вт/м2.
Поступление теплоты: Q2 = Q2куп + Q2инс = 0+116 = 116 Вт/м2.
Поступление теплоты с купающимися можно приравнять к уносу теплоты ими же при выходе из бассейна.
Суммарные теплозатраты в течение 1 ч: Q = Q1 – Q2 = 390 – 116 = 274 Вт/м2*ч, а средние суточные теплозатраты открытого бассейна с размерами 8*4 м составляют: потери*площадь*время = 274*32*24 = 210432 Вт = 210,4 кВт.
На теплопотери существенное значение оказывает скорость ветра. Так, для того же бассейна увеличение скорости ветра над поверхностью воды до 4 м/с приведет к увеличению затрат теплоты до 575 кВт в сутки.
Теплопотери в крытом бассейне
Расчёт тепловых потерь и поступления теплоты для крытого бассейна (ванны) выполняется аналогично выше приведенному расчёту. Основные потери теплоты для крытого бассейна будут составлять потери на испарение, так как температуру воздуха в помещении бассейна рекомендуется поддерживать на 2-30С выше температуры воды, а поступление теплоты за счёт конвекции:
Q1 = Q1исп
Q2 = Q2кон = a * (tвозд – tвод)
где tвозд – температура воздуха в помещении, 0С; tвод – температура воды в бассейне, 0С.
Пример расчёта.
Крытый бассейн с размерами ванны 8*4 м, температура воды +270C, воздуха +300С.
Потери: Q1исп = Vв*r = (25+19*0,2)*(0.027 – 0.016)*677 = 130,7 Вт/м2.
Поступление за счёт конвекции: Q2кон = 4,1*(30-27) = 12,3 Вт/м2.
Баланс теплоты в течение 1 ч: Q = Q1исп – Q2кон = 118,4 Вт/м2*ч.
Суточные затраты теплоты со всей площади бассейна: Q = (Q1исп + Q2кон)*F*24, Вт = 118,4*32*24 = 90931 Вт = 91 кВт.
Расчёт и подбор водоподогревателя
Тепловая мощность нагревателя воды для бассейна по существу будет определяться периодом нагрева. Он составляет для небольших частных бассейнов 2-3 суток. При этом необходимо учитывать продолжительность непрерывной работы нагревателя.
Полезная мощность водоподогревателя определяется по формуле:
Q = Vв * C * (tв – tхол) * Tн + Qкп, Вт,
где
Vв – объём воды в бассейне, л;
tв – температура воды в бассейне, 0C;
tхол – температура воды в водопроводе, 0С;
Tн – период нагрева воды, ч;
С – удельная теплоёмкость – 1,163 Вт/кг*0С;
Qкп – компенсация потерь теплоты во время нагрева: 120, 750, 433, 280 Вт/м2 для крытого, открытого, частично и полностью защищенного летнего бассейна.
Пример расчёта мощности нагревателя для крытого плавательного бассейна.
Размер ванны в плане 8 * 4 м, глубина 1.35 м, объем бассейна 42700 л; температура воды в бассейне 270С; температура подпиточной воды 100С; период нагрева воды в бассейне 60 ч (2,5 сут).
Количество теплоты для компенсации теплопотерь в период нагрева воды в бассейне (см. расчёт, приведенный выше) составит:
Qкп = 120 * 8 * 4 = 3840 Вт, а Q = 42700*1,163*17 / 60 + 3840 = 17900 Вт, 17,9 кВт.
Таким образом, необходимо подбирать водонагреватель мощностью 18 кВт. Технические характеристики некоторых водонагревателей приведены в приложении.
При ограниченном времени нагрева, например, Т0 = 14 ч, мощность нагревателя составит:
Q0 = Q * 24 / T0 = 17900 * 24 / 14 = 30700 Вт = 30,7 кВт.
Зная необходимую мощность, можно прикинуть, каким источником энергии воспользоваться для нагрева воды - тепловая от системы отопления, электрическая и т.п. И после этого выбрать вид водонагревателя: водо-водяной или электрический.
По материалам: Кедорв В. С., Кедров Ю. В., Чухин В. А. Плавательные бассейны.
Рекомендуем ознакомиться:
Циркуляция воды в плавательной чаше
Плавательная чаша плавательного водоёма - опыт "Гидрологии"
