Водоводяные подогреватели
В системах подогрева бассейна применяются электро- и газовые котлы, теплонасосы, пластинчатые теплообменники, но чаще всего используются теплообменные аппараты кожухотрубного типа – так называемые водоводяные подогреватели. Термин «водоводяные» не является тавтологией, но определяет принцип действия таких теплообмеников: в них поток воды с большей температурой отдаёт часть своей тепловой энергии другому потоку, более холодному. При этом, подогреваемая вода пропускается через связку из нескольких тонких труб (трубный пучок), в то время как греющая омывает их снаружи, проходя внутри кожуха, в который трубный пучок заключён. При необходимости отдельные блоки водоводяных подогревателей могут объединяться для удвоения (утроения и т.д.) тепловой эффективности.
Выбор в качестве теплообменника для бассейна именно водоводяных подогревателей не случаен: их применение позволяет напрямую использовать для нагрева воды горячий теплоноситель, поступающий от централизованной системы теплоснабжения (ТЭЦ), или же подключать в линию собственный бойлер. Кроме того, тепловая эффективность у кожухотрубных водоводяных теплообменников в значительно меньшей мере страдает от минеральных и прочих загрязнений, нежели, скажем, у пластинчатых.
Конструкция и принцип действия водоводяного подогревателя позволяют объединять систему подогрева воды с системой удаления загрязнений – путём включения в линию подачи непосредственно перед теплообменником фильтров грубой очистки (грязевиков) и более «тонких» фильтров. Систему контроля и регуляции состава воды лучше организовывать сепаратно, дабы не усиливать химическую нагрузку на теплообменник – так как регулирование уровней pH и RedOx осуществляется при помощи добавления активных реагентов и реактивов.
Также следует упомянуть, что водоводяные подогреватели являются наиболее безопасными из всех видов тепловых агрегатов.
Параметры подбора
При подборе теплообменника необходимо учитывать сразу несколько физических и технических параметров. Традиционный подход с ориентированием на раскрученность торговой марки или количество интернетных отзывов о теплообменнике для бассейна определённой модели здесь неприменим; в каждом конкретном случае характеристики теплообменника должны определяться индивидуально.
Сразу же стоит упомянуть, что основной задачей теплообменника в бассейне является не нагрев воды «с нуля», а поддержание её заданной температуры. В подавляющем большинстве бассейнов (в особенности – общественных) вода подогревается постоянно, и днём и ночью, круглый год – по той простой причине, что с точки зрения энергозатрат куда выгоднее единожды нагреть тысячи кубометров воды, а затем только сохранять нужную температуру.
1. Первым параметром, от которого следует отталкиваться при подборе теплообменника для бассейна, является желаемая температура воды. К примеру, в «олимпийских» бассейнах, в которых проводятся разнообразные соревнования, температура воды должна поддерживаться в диапазоне от 25 до 28 градусов Цельсия (в зависимости от вида соревнований) – таковы требования Международной федерации плавания. К владельцам частных бассейнов и СПА данные требования, естественно, не относятся – некоторые любят погорячее.
2. Вторым параметром являются потери водой тепла от контакта с воздухом за единицу времени. Они зависят не только от площади, но и от общего объёма бассейна:
- чем больше размер бассейна, тем больше тепла поверхность («зеркало») отдаёт воздуху;
- чем больше его глубина, тем медленнее происходит процесс остывания;
- скорость потери тепла зависит также от температуры воздуха в помещении, если бассейн крытый, и от погоды на улице – если бассейн под открытым небом.
Наиболее простая формула, не учитывающая глубину бассейна, взята из справочника 1983-го года издания:
Q = P x (5.7+4.07v) x Δt,
где
- Q – теплопотери в ваттах;
- P – площадь поверхности бассейна в квадратных метрах;
- v – отличная от нуля скорость воздуха над поверхностью в метрах в секунду;
- Δt – положительная разница между температурами воды и воздуха в градусах Цельсия.
Кроме того, следует учитывать потери тепла через дно и стенки бассейна, потери через поверхность труб систем очистки и водоподачи, а также тот факт, что в некоторой степени теплопотери зависят и от состава воды: «жёсткая» вода с большим содержанием растворённых минеральных примесей по причине большей плотности остывает несколько медленнее.
Поскольку проведение точных расчётов требует знания множества дополнительных параметров, можно поступить менее академически и, если есть такая возможность, просто измерить температуру в бассейне без подогрева с разницей в час, а лучше – несколько часов, а затем составить график и вычислить среднее значение теплопотерь.
3. Для компенсации тепловых потерь (поддержания заданной температуры) из чаши бассейна отбирается определённый объём воды, пропускается через теплообменник и, в нагретом виде, возвращается в бассейн. Объём отбираемой воды и степень её нагрева взаимосвязаны и зависят от общего объёма бассейна и вышеупомянутых теплопотерь. Количество тепловой энергии, необходимой для подогрева, определяется по формуле
W = C x V x (t2 – t1),
где
W – количество энергии в килоджоулях;
C – удельная теплоёмкость воды в кДж / (кг x °C) (среднее значение коэффициента – около 4.19 единиц);
V – объём подогреваемой воды;
t1 – температура отбираемой воды;
t2 – температура подогретой воды.
4. Следующим этапом является определение непосредственно параметров теплообменника:
- пропускной способности по подогреваемой воде (зависит прежде всего от количества труб в трубном пучке, их диаметра, а также от максимально возможного давления в пучке);
- пропускной способности по греющей воде (зависит от диаметра кожуха и макс. давления в нём);
- теплового режима (в частности – максимально возможной температуры греющей воды);
- тепловой эффективности (коэффициента теплопередачи, зависит от совокупной площади внешних поверхностей труб пучка, теплопроводности их материала, теплового режима);
- общей тепловой мощности теплообменника;
- габаритных (установочных) размеров.
С некоторыми из перечисленных данных можно ознакомиться в таблицах ГОСТа 27590-2005, регламентирующего стандартные характеристики водоводяных подогревателей. Но здесь есть нюанс: далеко не все производители руководствуются исключительно требованиями морально устаревающего ГОСТа. Разрабатываются и регистрируются собственные Технические условия (ТУ), по которым выпускаются современные теплообменники класса ВВПИ – водоводяные подогреватели интенсифицированные. Рабочие параметры подогревателей ВВПИ значительно превосходят предусмотренные ГОСТом за счёт использования профилированных труб трубного пучка с турбулизаторами, увеличивающими площадь теплоотдачи и способствующими частичной самоочистке аппарата, а также применения современных сплавов, позволяющих улучшить теплоотдачу за счёт уменьшения толщины стенок труб при сохранении их прочности, и т.д.
В связи с вышесказанным, наиболее разумным с точки зрения временных затрат и качества полученного результата представляется решение переложить хлопоты по предварительному расчёту необходимых параметров подогревателя на плечи специалистов производителя – такая услуга, как правило, бесплатна. Тем более, что в распоряжении этих специалистов имеется специальная компьютерная программа для расчёта теплообменников, в которую производителем вносятся дополнительные правки согласно специфике продукции.
Если всё же есть желание самостоятельно изучить основы теплового расчёта теплообменников и подобрать теплообменник для бассейна самостоятельно, вниманию предлагается обстоятельная статья с подробными таблицами, полным набором необходимых формул и примерами расчёта.
5. В заключение следует упомянуть ещё один момент. При подборе теплообменника для бассейна следует обращать особое внимание на материалы, использованные при его производстве. Дело не только в различной теплопроводности этих материалов, но и в их различной коррозионной стойкости как к самой воде, так и к растворённым веществам, которые могут в ней содержаться. К примеру, раствор гипохлорита натрия, широко используемый для дезинфекции воды, при всех своих положительных гигиенических и экологических качествах, обладает высокой коррозионной активностью в отношении некоторых металлов; морская вода (а бассейны с морской водой весьма популярны в прибрежных санаториях и СПА-комплексах) требует использования металлов, не создающих так называемую гальваническую пару, и т.д
АО «ЦЭЭВТ» производит водоводяные подогреватели как по рекомендациям ГОСТа 27590-2005 (подогреватели ВВП), так и модифицированные подогреватели ВВПИ. Расчёт теплообменного аппарата в каждом конкретном случае производится индивидуально, с учётом всех технических и практических требований, заявленных клиентом. Для заказа ориентировочного каталога продукции или предварительного расчёта подогревателя достаточно связаться с представительством АО «ЦЭЭВТ» любым из способов, указанных во вкладке «Контакты» данного сайта или использовать электронную форму онлайн-заказа.