Сонячні колектори для нагрівання води в басейні

Забезпечення комфортної температури басейну вимагає великої кількісті теплової енергії. У більшості випадків басейни експлуатуються в сонячну погоду, тому застосування сонячної енергії і зокрема сонячні колектори для басейну є дуже ефективним рішенням.

Теплові втрати басейну

Найбільша частка втрат відбувається через випаровування над поверхнею. Залежно від температури води, рівня затінювання, впливу вітру, періоду року, глибини води, кольору чаші та підживлення свіжої води потреба відкритого басейну в енергії протягом сезону коливається від 200 Вт-год/м² до 1000 Вт-год/м² щодо поверхні чаші.

У таблиці наведені середні значення теплових втрат з 1 м 2 площі поверхні чаші басейну в Вт за годину

Тепловтрати басейну

Щоб скоротити теплові втрати і, отже, експлуатаційні витрати, рекомендується оснащувати як відкриті, так і закриті басейни покриттям.

На малюнку вище показаний приклад тепловтрат одного метра квадратного відкритого басейну розташованого в м. Київ. Сезон використання: травень-вересень. Використання захисного покриття в нічний час (12 годин на добу) скорочує теплові втрати басейну майже в 3 рази.

На малюнку вище показаний приклад тепловтрат одного метра квадратного закритого басейну який знаходиться в приміщенні, що експлуатується в цілорічному режимі. Для закритих басейнів вплив застосування покриття дещо менший. Однак його використання здатне скоротити втрати втрати майже в 2 рази, в основному за рахунок зменшення випаровування води з поверхні чаші басейну.

Підбір сонячних колекторів

Відкриті басейни можуть самі прогріватися за рахунок сонячних променів, що надходять на поверхню чаші. Середня температура води басейну без підігріву, що заповнюється в кінці квітня холодною водою температурою 12°C, зростає з травня (бл. 16°C) до липня (бл. 21°C) відповідно до сонячного випромінювання. Геліоустановка здатна підвищити середню температуру басейну. Це дозволяє розширити купальний сезон і протягом більш тривалого періоду забезпечувати комфортну для купання температуру 22-25°C. На відміну від відкритих, закриті басейни експлуатуються цілий рік. Комфортна температура води становить 26-28 °C.

Підбираючи сонячні колектори для басейну під час проектування геліосистеми слід враховувати в першу чергу площу поверхні чаші. У цьому випадку, сонячна установка компенсуватиме теплові втрати поверхні води басейну, підтримуючи комфортну для купання температуру.

Для відкритих басейнів рекомендується підбирати площу абсорбера сонячних колекторів відповідно до відношення: 0,4-0,6 м² площі абсорбера сонячного колектора на 1 м² площі поверхні басейну. При підборі геліосистеми для закритого басейну рекомендоване співвідношення: 0,6-1 м² площі абсорбера сонячного колектора на 1 м² площі поверхні басейну.

Для первинного розігріву басейну потужність джерела тепла має бути значно більшою. Але оскільки первинне розігрів басейну відбувається один раз за сезон, то підбирати сонячні колектори на цю потужність не доцільно. Для першого прогріву та підтримання температури води в басейні у похмуру погоду слід передбачати дублююче джерело тепла. Це може бути газовий котел або електронагрівач.

Схема роботи геліосистеми для нагріву води в басейні

Сонячні колектори підключаються до басейну через теплообмінник. Оскільки сам басейн є своєрідним акумулятором тепла, немає необхідності встановлювати будь-які ємності, що акумулюють. Для первинного прогрівання та догрівання в похмурий час доби встановлюється додатковий теплообмінник або електронагрівник. Його слід встановлювати після сонячного теплообмінника.

Теплообмінник, що передає сонячну теплоту воді в басейні, повинен бути стійким до впливу води в басейні і мати невеликі втрати тиску навіть при великих витратах теплоносія. Зазвичай використовуються кожухотрубні теплообмінники, а в деяких випадках можуть використовуватися пластинчасті теплообмінники. Через невисоку температуру води в басейні різниця температур між трубопроводом подачі води з басейну і зворотним трубопроводом теплоносія від сонячного колектора не має такого вирішального значення, як при нагріванні води для системи ГВП або підтримці системи опалення. Проте вона має перевищувати 10 – 15 К.

Сонячні колектори для басейну – приклад розрахунку

Розглянемо приклад реалізації геліосистеми для гарячого водопостачання та нагрівання води в басейні:

Споживання ГВП для сім’ї з 4-х осіб з рециркуляцією довжиною 20 м, що працює 8 год на добу. Є сезонний відкритий басейн об’ємом 32 м³, площа поверхні басейну 20 м². Період використання: травень – вересень. Басейн обладнаний захисною плівкою, яка використовується в нічний час не менше 12 годин на добу. Необхідно підтримувати температуру води в басейні – 24 ⁰С. Будинок знаходиться у м. Київ. Колектори розташовані під кутом 45⁰ та орієнтовані на південь. Витрата води становить у середньому 280 літрів за день, температура води – 45⁰С.

Для прикладу змоделюємо роботу плоских сонячних колекторів Vaillant auroTHERM VFK 145 V у кількості 6 шт. загальною корисною площею 14,1 м². В даному випадку приймаємо, що 6 м² площі абсорбера використовується для забезпечення гарячого водопостачання та 8,1 м² для підігріву води у сезонному басейні. У разі виконується співвідношення – щонайменше 0,4 – 0,6 м² абсорбера на 1 м² площі басейну. Для першого прогріву знадобиться приблизно 744,3 кВт-год енергії. Для цього слід передбачити газовий котел або електронагрівач, так само він необхідний для підтримки температури води в похмурі дні і в той період, коли буде недостатньо енергії від сонця.

Вибрана комплектація геліосистеми здатна виробляти в середньому 7892 кВт-год корисного тепла за рік, що дозволить заощаджувати до 94% для гарячого водопостачання та до 54% енергії на підігрів води в басейні. Можливі надлишки тепла можна скидати в басейн, тим самим розширивши купальний сезон із квітня по жовтень правильно підібравши сонячні колектори для басейну.

Другий приклад наведемо для закритого басейну, який експлуатується в цілорічному режимі. Дані для гарячого водопостачання та розміри басейну відповідно до попереднього прикладу. Приймаємо, що басейн необхідно прогрівати до температури 27 ⁰С. Також передбачається використання захисної плівки не менше 12 годин на добу.

Для другого варіанта вибираємо 8 сонячних колекторів. Загальна площа геліополя становитиме 18,8 м². Так само, як у першому прикладі 6 м² площі абсорбера розраховані для приготування гарячої води. 12,8 м², що залишилися – для підігріву води в цілорічному басейні. У разі виконується рекомендація 0,6 – 1 м² площі абсорбера на 1 м² площі поверхні басейну.

Комплектація геліосистеми у другому варіанті здатна виробляти в середньому 13 353 кВт-год корисного тепла за рік, що дозволить заощаджувати до 98% для гарячого водопостачання та до 44% енергії на підігрів води у басейні.

Як видно з прикладів, встановивши сонячні колектори для басейну можна досягти значної економії енергоресурсів. До того ж, ефективність сонячних колекторів завдяки сприятливому режиму роботи буде високою.