Расчет оборудования для нагрева воды в бассейне. Виды нагревателей. Как подобрать теплообменник для бассейна.

Перед сборкой проверьте целостность резиновых уплотнений. При необходимости их следует заменить. Также рекомендуется нанести качественный силиконовый герметик.

Расчет оборудования для нагрева воды в бассейне. Виды нагревателей.

Температура окружающего воздуха оказывает значительное влияние на температуру воды в открытом бассейне. Люди чувствуют себя более или менее комфортно при температуре воздуха 18-20 градусов, но вряд ли кто-то захочет плавать при такой температуре. Зачастую такие условия наиболее характерны для теплого времени года в средней полосе и на севере. Поэтому вопрос о подогреве воды в бассейне является важным.

Спойлер: таблица с примерным выбором подогрева бассейна в зависимости от объема воды — в конце статьи.

Плавательные и спортивные бассейны

Гидромассажные бассейны и спа

Чтобы избежать проблем с правильной температурой воды, необходимо выбрать правильный нагреватель еще на этапе планирования. В этой статье мы поможем вам приступить к решению этой задачи и выбрать подходящую модель в соответствии с типом и мощностью.

Водонагреватели работают по принципу передачи тепла «от горячего к холодному». Устройства различаются по способу выработки тепла для нагрева.

Тип водонагревателя

Принцип передачи тепла

Теплообменник с рекуперацией (теплообменник, в котором горячая и холодная вода движутся по разным каналам, тепло передается через стенку)

Циркулирующая вода, нагретая любым способом, передает тепло через стенки и нагревает воду.

Нагрев осуществляется с помощью электричества. Тепло передается непосредственно воде с помощью электрических трубчатых нагревательных элементов (ТЭН).

Теплообменники

Теплообменник вода/вода состоит из корпуса, в котором размещены два контура. Первичный контур (контур отопления) предназначен для циркуляции воды из бойлера. Вторичный контур предназначен для циркуляции воды в бассейне. Теплообмен между контурами происходит следующим образом. Вода в бассейне отбирает тепло у воды в теплообменнике. Охлажденная вода в свою очередь проходит через котел, нагревается и возвращается в теплообменник, чтобы отдать тепло воде в бассейне. И так далее по замкнутому контуру, пока вода в бассейне не достигнет заданной температуры. Затем, в зависимости от настройки, нагрев либо отключается, либо продолжает работать при заданной температуре.

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

Контур отопления выполнен в виде пучка тонких трубок, через каждую из которых протекает вода. Большое количество трубок в пучке увеличивает поверхность теплопередачи. Существуют версии со съемным трубным пучком (повышается удобство обслуживания).

Спиральный нагревательный контур

Корпус теплообменника изготовлен из точеного алюминия.

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

Нагревательный контур состоит 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.

Снижение мощности нагрева при отклонениях от данных подгонки можно проанализировать с помощью диаграмм (диаграмма A,B).

Солнечные коллекторы (солнечные батареи)

Нагреватель нагревается солнечным излучением, и это тепло используется для нагрева воды в бассейне. Коллектор состоит из системы тонких трубок.

Достоинства и недостатки солнечных коллекторов

Преимущества	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

Теплообменники

Теплообменник вода/вода представляет собой поршень с двумя контурами внутри. В первичном или отопительном контуре циркулирует вода из котла. Во вторичном контуре циркулирует вода из бассейна. Между контурами происходит теплообмен — вода из бассейна нагревается, а котел начинает нагревать воду, поступающую из теплообменника. Контур замыкается и работает до тех пор, пока вода в бассейне не достигнет желаемой температуры.

Вода, нагретая теплообменником, поступает обратно в бассейн. Время, необходимое для того, чтобы вода достигла желаемой температуры, зависит от мощности нагревателя и размера бассейна. При достижении заданной температуры нагреватель либо выключается, либо начинает работать в режиме поддержания температуры. Это зависит от настроек.

Теплообменники вода/вода обычно также различают в зависимости от типа нагревательного контура. Различают вертикальные и горизонтальные теплообменники, название которых указывает на то, где их лучше всего устанавливать. Горизонтальные теплообменники — это модели со спиральным нагревательным контуром. В вертикальных теплообменниках контур состоит из пучка тонких трубок, в каждой из которых находится вода. Большое количество трубок в пучке увеличивает поверхность теплообмена. Кроме того, некоторые производители предлагают съемный пучок трубок, что обеспечивает возможность ремонта теплообменника.Корпуса теплообменников изготавливаются либо из композитного пластика, либо из нержавеющей стали. Хотя в моделях премиум-класса встречаются и титановые корпуса. Контура нагрева (как горизонтальные, так и вертикальные) изготавливают из нержавеющей стали (обычно AISI316), титана, никеля и купроникеля. Первый вариант отлично подходит по соотношению цены/качества для бассейнов с пресной водой, однако для заполняемых морской водой следует выбрать более дорогие антикоррозийные материалы.

В большинстве случаев теплообменники «вода-вода» являются идеальным решением для нагрева воды. Они относительно недороги и не вызывают высоких эксплуатационных расходов. Однако они требуют наличия в доме газового котла. Если у вас его нет, можно установить электрический котел, но это дорогое и не всегда оправданное решение. Еще одним недостатком является то, что теплообменник будет работать с заданной мощностью только в том случае, если в техническом паспорте указана разница температур между первичным и вторичным контурами и соотношение скоростей движения жидкости в этих контурах. Прилагаемые диаграммы можно использовать для оценки потери мощности нагревателя в случае отклонения от паспортных значений. (Диаграмма А и Диаграмма

Для оценки времени работы теплообменника по нагреву бассейна, без учета отклонений от заявленной мощности и потерь тепла, существует эмпирическая формула: t = 1.16 * V * T / P, где t — искомое время в часах, V — объем воды бассейна в кубометрах, T — требуемая разница температур в градусах, P — заявленная мощность. С её помощью можно заранее оценить, сколько времени займет нагрев вашего бассейна теплообменником определенной мощности. И поверьте, процесс этот достаточно долгий. Например, для нагрева воды на 20 °С в бассейне объемом 30 куб.м. посредством теплообменника мощностью 6 кВт, вам потребуется 116 часов. И повторимся, это без учета потерь. Стоит также помнить, что в комплекте с теплообменником не поставляются необходимые для подключения комплектующие. Так что при покупке потребуется также приобрести комплект обвязки, состоящий из накидных металлопластиковых муфт (для плавного перехода от пластиковых труб к металлическому стержню обогревателя), циркуляционного насоса (если его нет в котле изначально) для перекачки теплоносителя, электромагнитного клапана (для предотвращения самопроизвольной циркуляции), и, при необходимости терморегулятора.

Солнечные коллекторы

Помимо теплообменников «вода-вода», существует еще один тип теплообменников для бассейнов с рекуперацией. Солнечные коллекторы представляют собой коллектор, который нагревается солнечными лучами и использует это тепло для нагрева воды в бассейне через систему тонких трубок.

Вам не нужен газовый котел. Нет необходимости тратить электроэнергию. Однако в наших широтах такая система вряд ли будет хорошим решением. Даже в ясный день один квадратный метр поверхности солнечной батареи при соблюдении всех правил эксплуатации дает тепловую энергию в диапазоне 0,6-0,9 кВт/ч. Это означает, что для покрытия даже самого низкоэффективного теплообменника типа «вода-вода» потребуется площадь батареи, сопоставимая с площадью плавательного бассейна. Если учесть, что в Москве в среднем 184 пасмурных и 98 облачных дней в году, то использование «альтернативных источников энергии» представляется весьма сомнительным. Мы не хотим отговаривать вас от покупки солнечных коллекторов, но наш опыт показывает, что эту систему отопления можно использовать только в солнечное лето.

Электронагреватели

Альтернативой теплообменникам являются электрические нагреватели. В их корпусе установлен нагревательный элемент (трубчатый электронагреватель), который передает тепло воде, протекающей через устройство. Принципиальных различий между моделями нет, поэтому при выборе подходящего электронагревателя следует обращать внимание только на выходную мощность и материал корпуса и нагревательного элемента. Как и в случае с теплообменниками, при использовании соленой воды в бассейне нагревательный элемент должен быть изготовлен из материала, устойчивого к агрессивной окислительной среде: титана, никеля или ципроникеля.

Начиная с моделей среднего класса и выше, электрические водонагреватели оснащаются термостатом с дисплеем, который позволяет устанавливать температуру воды с точностью до десятых долей градуса. В отличие от теплообменников. У электрических водонагревателей есть еще одна важная особенность. Они оснащены автоматической системой, которая предотвращает их работу, если поток воды ниже определенного уровня. Для этого электронагреватели оснащаются датчиком потока или датчиком давления. Первый вариант лучше и точнее. Однако, независимо от типа датчика, всегда следует помнить, что электронагреватель не будет работать, если поток воды в трубах слишком медленный. Установка электронагревателей также имеет небольшую особенность. Он должен быть установлен в так называемую «петлю». Это означает, что труба, ведущая к нагревателю, должна быть направлена вертикально вниз. Это необходимо для того, чтобы бак нагревателя всегда был заполнен водой. В противном случае, если автоматика выйдет из строя, нагреватель включится без воды. В такой ситуации нагревательный элемент нагревателя может просто перегореть. В отличие от теплообменников, электронагреватели изначально оснащены всем необходимым для ввода в эксплуатацию и работы. Помимо датчика расхода/давления, они имеют датчик контроля температуры, датчик защиты от перегрева и монтажный комплект.

Кажется, что электронагреватели во всех отношениях превосходят теплообменники, но это не так. Нагрев воды с их помощью потребляет много энергии, что значительно увеличивает расходы на содержание бассейна. А если перейти от теории к практике, то общее количество энергии, которое можно выработать на многих дачных участках, ограничено. Например, мало кто может позволить себе электрический нагреватель мощностью более 3-6 кВт. Более мощные модели требуют подключения к трехфазной сети, которая есть далеко не у всех. Поэтому электрические нагреватели обычно используются для очень маленьких частных бассейнов (не более 12 кубических метров на открытом воздухе и не более 20 кубических метров в помещении). В других случаях, если позволяют условия, предпочтительнее использовать теплообменник.

Следует отметить, что, несмотря на кажущуюся простоту, поддерживать в бассейне желаемую температуру не так-то просто. Формула для расчета времени нагрева воды не учитывает важное свойство воды, а именно потерю тепла при испарении. Из-за этой потери тепла система подогрева воды вынуждена работать еще дольше, а процесс подогрева обычно занимает 2-3 дня. Поэтому стоит заранее подумать о дополнительных средствах обогрева: тепловом потолке, покрытии стен бассейна теплоизоляцией и использовании солнечной системы в качестве дополнительного средства обогрева.

Выбор теплообменника

От выбора агрегата зависит качество и скорость его работы.

• Максимальный уровень рабочей температуры. Означает наибольшую температуру теплоносителя.
• Пропускная способность. То есть за какое время через устройство пройдет весь объем резервуара. Подбирается вместе с циркуляционным насосом.
• Величина тепловой мощности. Это основной параметр. Если он меньше требуемой, то вода не будет прогреваться до желаемой температуры. Больше тоже ничего хорошего – это значит нерациональный перерасход денег.

Упрощенный расчет мощности

Мощность агрегата можно рассчитать по следующей формуле:

P = V × C × (Tz — Tv) × 1/t + q × S, где.

• V — емкость резервуара, л;
• S —площадь соприкосновения с воздухом, м 2 ;
• Тз — заданная температура, °С;
• Тн — температура поступающей жидкости из водопровода, °С;
• t — время нагрева воды до Тз (как правило, 2–3 суток), ч;
• С — показатель удельной теплоемкости жидкости (равен 1,16 Вт/кг·K);
• q — величина утечки температуры из-за испарения, Вт/м 2 , равна 1000 для открытых резервуаров, 520 – находящихся в помещении и 620 – полузакрытых.

Например: у вас есть открытый плавательный бассейн размером 3 x 7 м и глубиной 2 м. Температура в трубе 18 °C, вам необходимо нагреть жидкость до 28 °C за 2 дня.

По формуле: 3 × 7 × 2 × 1000 × 1,16 × (28 — 18) × ½ × 24 + 1000 × 3 × 7 = 31150 Вт.

При измерении в метрах умножайте на 1000 (количество литров в 1 кубическом метре).

Мощность лучше брать с небольшим запасом. Согласно расчету примера, вам нужно около 31 кВт. К этому стоит прибавить 10 %. Получается, что достаточно 34-35 кВт.

Подключение

Теплообменник устанавливается сразу после циркуляционного насоса и фильтра. Дозатор реагентов устанавливается за ним. Порядок установки менять нельзя.

Устройство должно быть установлено ниже всех остальных компонентов, чтобы в контуры не попадал воздух. Перед блоком должен быть установлен клапан управления потоком жидкости, подключенный к датчику температуры. Это позволяет автоматически управлять нагревом.

Основные правила эксплуатации

Эффективность пластинчатого теплообменника составляет до 90-95 %. Однако на стенках активно откладываются соли. Поэтому для того, чтобы вода могла нагреваться, необходимо смягчить ее жесткость.

Значение pH воды должно быть в пределах от 7,4 до 7,6. Его следует проверять ежедневно. Кроме того, необходимо удалять из воды мусор и листья, так как их разложение повышает значение pH.

Следите за тем, чтобы фильтры не разрушались из-за отложений в трубах. Хлор не добавляется в одном месте и должен быть хорошо размешан.

При несоблюдении этих правил происходит ускоренное повреждение теплообменника.

Типы конструкций

Пластинчатые и кожухотрубные теплообменники используются для нагрева большого объема воды в бассейнах спортивных плавательных бассейнов. Каждый тип агрегатов имеет свои функциональные преимущества, но также и отдельные недостатки, которые не позволяют использовать тот или иной тип теплообменника в определенных бассейнах

Разборные пластинчатые теплообменники

Теплоноситель и нагреваемая вода протекают в контурах, состоящих из пакета металлических пластин. Эластичные уплотнения, прикрепленные к рабочей поверхности пластин, препятствуют вытеканию циркулирующих жидкостей. В каждой пластине с одной стороны циркулирует горячий теплоноситель, а с другой — холодная вода из бассейна. Металлическая мембрана толщиной 0,5-0,6 мм не препятствует передаче тепловой энергии от нагретой жидкости к холодной. Высокая скорость турбулентности жидкости очищает каналы пластин от мелких механических примесей.

Преимущества пластинчатых теплообменников:

• теплообменный КПД 90-95%;
• небольшие габариты и масса;
• низкий расход теплоносителя;
• возможность подключения всех трубопроводов с одной стороны;
• возможность регулировать тепловую мощность теплообменного агрегата, изменяя количество пластин в пакете;
• простое эксплуатационное обслуживание;
• замена вышедших из строя теплообменных пластин силами штатной сантехнической бригады.

Недостатки пластинчатых теплообменников:

• повышенные требования к качеству очистки циркулирующих жидкостей;
• необходимость заземления корпуса теплообменника из-за возникающих блуждающих электрических токов, которые могут повредить металлические пластины;
• ощутимые гидравлические потери.

Стоимость и описание данного типа агрегатов смотрите в разделе каталога, посвященном теплообменникам для бассейнов.

Кожухотрубные теплообменники

Процесс теплопередачи в кожухотрубных теплообменниках для бассейнов происходит через поверхность металлических труб. Горячая жидкость из системы отопления поступает в полость между трубками кожухотрубного теплообменника и контактирует с поверхностью трубок, по внутренним каналам которых течет нагретая жидкость из бассейна. Горячий теплоноситель передает тепловую энергию металлу трубок, который передает ее холодной воде. Холодная вода подается во входной коллектор теплообменника, распределяется по нагревательным трубам, проходит по ним, приобретает определенное количество тепловой энергии, собирается в выходном коллекторе и сбрасывается в бассейн. Чем больше трубок установлено в кожухе теплообменника, тем выше производительность.

Преимущества кожухотрубных теплообменников:

• простота конструкции;
• большая площадь теплообмена;
• устойчивость к гидравлическим ударам;
• способность осуществлять качественный теплообмен между теплоносителем и нагреваемой жидкостью при незначительной разнице температур;
• низкая требовательность к качеству очистки нагреваемой воды.

Из каких материалов изготавливаются

Для бассейнов, заполненных пресной водой, теплообменники изготавливаются из нержавеющей стали. Нержавеющая сталь не выделяет ионов железа и поэтому не темнит воду в бассейне. Она без проблем выдерживает тепловые удары и при необходимости легко ремонтируется.

Химический состав нержавеющей стали достаточно инертен, поэтому теплообменник, изготовленный из коррозионно-стойкой стали, прослужит не менее десяти лет, прежде чем потребуется его ремонт. И главное преимущество этого материала — его относительно низкая стоимость по сравнению с другими (некоррозионными) строительными материалами.

Если резервуар бассейна заполнен морской водой, теплообменник из нержавеющей стали прослужит недолго. Теплообменники из титана рассчитаны на такие условия эксплуатации. Конструкционный титан:

• химически пассивен (практически не окисляется и не вступает в реакцию с хлором, фтором, различными солями);
• имеет высокую температурную стойкость;
• легок и прочен.

Эксплуатационные характеристики титана полностью компенсируют его значительную стоимость.

Выбор теплообменника

При выборе теплообменника для плавательного бассейна необходимо учитывать четыре фактора:

1. Максимальная рабочая температура. Указывает, с какой максимальной температурой теплоносителя сможет работать теплообменный агрегат.
2. Материал теплообменных трубок и пластин. Для пресной воды выбирают нержавеющую сталь, для резервуаров с морской — титан.
3. Пропускная способность теплообменника. Показывает, через какой промежуток времени весь объем бассейна будет прокачан через теплообменник. По этому параметру подбирают производительность циркуляционных насосов.
4. Тепловая мощность. Важнейший показатель, который нужно знать при выборе теплообменного оборудования. Если будет выбрана заниженная мощность, то вода в бассейне не прогреется до заданных температурных параметров. Если покупатель приобретет теплообменник с завышенной мощностью, то он заплатит лишние деньги, которые мог бы потратить на приобретение другого оборудования для бассейна.

Для точного расчета и выбора модели теплообменника для бассейна перейдите по этой ссылке.

Как выбрать теплообменник для бассейна по условиям и характеристикам

Строительство плавательного бассейна не обходится без трудностей. Одна из них — подогрев воды до температуры, пригодной для плавания. Покупка и установка теплообменника для бассейна является наиболее экономически эффективным способом достижения этой цели.

Если на температуру воды не влияют внешние факторы, то рано или поздно она сравняется с температурой окружающего воздуха. Но если для воздуха температура 18-19°C еще считается терпимой, то для купания она практически непригодна. В северных широтах вопрос подогрева становится особенно актуальным, особенно если вы строите открытый бассейн. Даже в закрытых бассейнах температура воды часто намного ниже приемлемого уровня. Действующие нормы по температурному контролю в бассейнах:

• спортивных — 24-26°С;
• в детских — 28-30°С;
• в гидромассажных и по СПА-стандартам температура достигает 32-38°С.

Правильный выбор системы отопления позволит вам поддерживать желаемую температуру.

Теплообменники делают больше, чем просто нагревают воду. Они являются единственным современным средством активного теплообмена между двумя средами. Тепло от источника и часть воды в бассейне вступают в контакт через устройство.

Две среды разделены лишь тонкими стенками трубы или пластиной из материала с высокой теплопроводностью. Существует прямая зависимость между площадью контакта и теплоемкостью воды.

Разновидности теплообменников

При выборе теплообменника важно учитывать физические и технические характеристики. Традиционный и более простой подход выбора на основе бренда или количества отзывов в Интернете о той или иной модели неприменим. Параметры теплообменника определяются индивидуально для каждого случая.

Модели могут различаться:

• по мощности;
• материалу элемента нагревания;
• механизму работы;
• объёму и размерам;
• материалу корпуса.

При выборе модели следует учитывать каждую из этих характеристик в зависимости от ситуации, типа бассейна, бюджета и других предпочтений и приоритетов. Стоит более подробно рассмотреть каждый из критериев

По мощности

На бытовом и строительном рынках выбор теплообменников по мощности достаточно широк: от 2 до 40 кВ, есть и более мощные модели. Однако большинство имеет мощность в диапазоне 15-20 кВт.

Однако рассчитывать необходимую мощность лучше исходя из объема и размера бассейна, в котором планируется установить теплообменник. Модели с мощностью 2 кВт в любом случае не смогут нагреть большой объем воды.

При выборе теплообменника полезно иметь формулу для расчета необходимой мощности устройства:

Для упрощения расчета можно использовать расширенный коэффициент теплопотерь на 1 квадратный метр поверхности воды при глубине бассейна 1,1-1,8 м:

• круглогодично открытый – 1,8 кВт;
• на открытой площадке – 0,75 кВт;
• уличный на местности, частично закрытой (наличие конструкций, заборов или солнцезащитного козырька) – 0,433 кВт;
• внутри павильона – 0,280 кВт;
• закрытый – 0,150 кВт.

Первоначальный нагрев с температуры 5-10°C до 26-28°C должен занять не менее 72 часов.

После расчета выберите теплообменник с учетом его фактической производительности, которая зависит от нескольких параметров:

• температуры воды;
• температуры, генерируемой системой отопления;
• разницы вышеприведенных значений;
• скорости потоков.

Для того чтобы добиться «идеально подходящих» результатов, следует придерживаться параметров, указанных производителем.

По типу теплообменника

• пластинчатыми (спиральными);
• трубчатыми.

Модели с пластинами наиболее популярны среди пользователей, поскольку в этом случае площадь непосредственного контакта между холодной водой и обменной камерой больше.

Модели с трубками хороши тем, что благодаря такой конструкции сопротивление потоку жидкости меньше. Кроме того, трубки менее подвержены предсказуемому загрязнению, то есть водоподготовка не требуется.

Пластинчатые (или спиральные) быстро засоряются, поэтому приобретать их для больших резервуаров просто не имеет смысла.

По объёму и размеру

Бассейны различаются по своей конструкции и объему воды, который они могут вместить. Поэтому существует широкий выбор теплообменников, в том числе и по размеру. Маленькие устройства просто не справятся с большим объемом воды — их эффект будет едва заметен.

Лучше всего рассчитать необходимую емкость и размер для конкретного бассейна, а затем заказать теплообменник для него.

По материалу корпуса

Материалы для корпуса теплообменника — самая важная характеристика. Они напрямую влияют на скорость и эффективность теплообмена в рабочей среде.

Расчёт параметров и выбор теплообменника

Правильный выбор агрегата требует достаточно тщательного подхода. Перед покупкой следует рассчитать несколько параметров:

• Объем чаши бассейна. Довольно просто подсчитать по формулам, можно также воспользоваться онлайн-калькуляторами.
• Время нагрева . Чем ниже мощность устройства (и его цена), тем дольше будет греться вода. Средним приемлемым значением считается время около 4 часов до полноценного нагрева. Уличные бассейны требуют установки более мощных устройств, чем понадобилось бы для закрытых.
• Заданная температура воды. Устанавливается в сети, измеряется на выходе контура устройства.
• Нагреваемый за единицу времени объем воды. Если в рабочей системе действует циркуляционный насос, осуществляющий очистку воды и, соответственно, циркуляцию, то коэффициент, приведенный в техническом паспорте, укажет на расход рабочей среды.

Описание и работа теплообменника:

При выборе теплообменника учитывайте все вышеперечисленные параметры. При рассмотрении особенностей и характеристик теплообменника следует принимать во внимание следующие критерии.