instalaţia pentru încălzirea unei piscine folosind surse regenerabile de energie
DESCRIPTION
Incalzire piscine folosind biomasaTRANSCRIPT
UNIVERSITATEA POLITEHNICĂ BUCUREŞTIFACULTATEA INGINERIA SISTEMLOR BIOTEHNICE
Temă de casă la materia
Tehnologii de Achiziţie, Monitorizare si
Diagnoză a Calităţii Mediului
Tema: Instalaţia pentru încălzirea unei piscine folosind
surse regenerabile de energie
Sudent: Polexe Elena – Laura
Grupa 743
Profesor îndrumător: Carmen Rusănescu
Cu toţii suntem nerăbdători să se incalzesca afară pentru a putea merge la mare, la
ştrand sau la piscină.
Însă în ziua de astăzi ne putem bucura de o piscină şi atunci când temperatura de afară
este mai neiertătoare, deoarece temperatura apei poate fi menţinută constantă la un nivel
dorit.
Încãlzirea apei înseamnã confort ši dublarea perioadei de folosire a piscinei. Este
iraţionala investirea a sute de milioane într-o piscinã pe care sã o folosiţi doar 60 de zile pe
an. Dacã altã datã echipamentul pentru încãlzirea apei piscinei putea fi opţional, astãzi
figureazã ca un element esenţial la construirea unei piscine.
Sistemele de încãlzire permit menţinerea unei temperaturi a apei piscinei între 25
grade- 28 grade ceea ce permite utilizarea piscinei din luna mai pânã în luna octombrie.
Folosind energie electricã, gaz natural sau energie solară echipamentele destinate
încãlzirii apei din piscinã pot fi:
- schimbător de căldură proiectat pentru a fi utilizat în
zonele cu debite ridicate de apă cu pierderi reduse de
presiune; fabricate în totalitate din oţel inoxidabil de
foarte bună calitate, schimbătoarele de căldură asigură
rezistenţă la coroziune şi fiabilitate; schimbãtoarele de
cãldurã folosesc agentul primar produs de centrala
termicã a casei, materialele constitutive fiind bune conducãtoare de cãldurã şi rezistenţe la
coroziune: inox, titan’ ele se instaleazã de obicei în camera tehnicã, unde sunt racordate la
circuitul de filtrare; pot fi dotate cu reglare automatã, o pompã de circulare, un aquastat de
precizie cu afişaj digital al temperaturii apei etc.
- încălzitor electric pentru piscine pentru a beneficia de o
temperatură a apei mai ridicată; este fabricat din materiale de
foarte bună calitate, rezistente la medii corozive; încălzitoarele
electrice sunt formate dintr-un corp şi un termoplonjor,
completate cu echipamente electrice necesare reglãrii şi
securizãrii sistemului, cum ar fi: regulatoare de debit, ceas cu
programare zilnicã etc.
- pompă de căldură aer/apă pentru piscină exterioară;
pompele de cãldurã sunt echipamente performante,
speciale pentru piscine; principiul de funcţionare
este urmãtorul: aparatul absoarbe aer, cu
temperatură între 10 şi 40 grade din atmosferã,
extrage cãldura din el şi îl evacueazã rãcit; pompă
de căldură pentru piscină este singurul sistem care
garantează apă caldă la temperatura dorită la orice
oră din primăvara până toamna, şi asta la costuri
foarte mici; în comparaţie cu soluţia prin panouri solare pompa de căldură are un potenţial de
24 ore, nu depinde de radiaţia solară şi poate astfel să menţină o temperatură constantă
indiferent de factorii meteo; pompă de căldură aer/apă pentru încălzirea apei în piscină vă
oferă următoarele avantaje: uşor de instalat, eficienţă, costuri reduse în exploatare,
prelungirea perioadei de folosire a piscinei, fiabilitate, confort.
- lămpi electrice în infraroşu cu halogen sau quartz
- instalaţii solare - este necesarã o suprafaţă de panouri
solare de 50 - 60 % din suprafaţa piscinei; cu ajutorul
pompei piscinei, apa din piscinã este condusã spre
panourile solare,unde circulã prin tuburi, fiind încãlzitã de
razele soarelui; apa caldã se întoarce în piscinã, iar
procesul se repetã continuu, pânã se ajunge la temperatura doritã; în acel moment apa piscinei
este trecutã în regim de recirculare, fãrã sã mai treacã prin panouri; din pãcate, apa caldã nu
se menţine mult timp, pierzând cãldura datoritã evaporãrii şi reînnoirii apei; pentru a
valorifica investiţia în sistemele de încãlzire, se recomandã folosirea prelatei de varã;
prelatele solare sunt indispensabile atât noaptea, cât şi ziua, când piscina nu este folositã; pe
lângã acţiunea lor izotermicã, prelatele vã protejeazã piscină şi de impurităţi şi împotriva
formãrii algelor, oprind razele soarelui. [1],[2]
CALCULUL NECESARULUI DE CĂLDURĂ PENTRU PISCINE
Tipuri de piscine şi parametri climatici
Se poate considera că există două tipuri de piscine:
- închise (piscine montate în interiorul unor clădiri);
- deschise (piscine montate în aer liber).
Referitor la piscinele în aer liber, cel puţin în ţările dezvoltate din punct de vedere
economic şi cu tradiţie îndelungată în realizarea şi exploatarea unor astfel de piscine, există o
serie de reglementări, care recomandă sau chiar obligă, ca pe timpul neutilizării piscinelor în
aer liber, acestea să fie acoperite pentru a evita eventuale accidente provocate de căderea
persoanelor sau animalelor de companie în piscine. În viitorul apropiat, asemenea
reglementări vor deveni cu siguranţă obligatorii şi în România, astfel încât trebuie să se ţină
seama de acest aspect încă din faza de proiectare a sistemelor de încălzire a piscinelor, cu atât
mai mult cu cât prezenţa acestor sisteme este importantă şi pentru comportamentul termic al
piscinelor. Există diverse soluţii tehnice pentru acoperirea piscinelor: prelate ancorate, prelate
gonflabile, panouri flotante, etc.
Din punct de vedere al calculului necesarului de căldură al piscinelor, se poate
considera că piscinele deschise (în aer liber) prezintă două perioade de exploatare,
caracterizate prin sarcini termice diferite: perioade în care piscina este descoperită (de regulă
ziua – piscina este utilizată); perioade în care piscina este acoperită (de regulă noaptea –
piscina nu este utilizată).
Pentru piscinele închise, în incintele în care sunt montate acestea, conform ASHRAE
1995, temperatura aerului este de maxim 27°C, iar umiditatea relativă a aerului este de cca.
60%. Viteza de circulaţie a aerului în jurul piscinelor închise (mărime asimilabilă cu viteza
vântului în cazul piscinelor deschise) este de cca. 0,1m/s. Această valoare corespunde unui
număr de schimburi de aer, egal cu 6…8 volume ale incintei într-o oră.
Pentru piscinele deschise, parametrii climatici sunt cei corespunzători zonei în care
este amplasată piscina, cei mai importanţi asemenea parametrii fiind:
- temperatura aerului (variaţie sensibilă pe durata zilei şi sezonieră);
- umiditatea absolută a aerului (mai constantă decât umiditatea relativă);
- viteza vântului (variaţie sensibilă pe durata zilei şi sezonieră).
În ceea ce priveşte viteza vântului, acest parametru este foarte important pentru
calculul unor componente ale sarcinii termice ale piscinelor montate în aer liber, astfel încât
sunt prezentate în continuare câteva elemente de calcul pentru viteza vântului.
Observaţii efectuate în diverse regiuni ale SUA şi Canada, pe perioade îndelungate de
timp, au arătat că în medie, viteza maximă în timpul zilei este de cca. două ori mai mare decât
viteza minimă din timpul nopţii, ceea ce indică faptul că viteza vântului este mai mare ziua
decât noaptea. De asemenea s-a constatat că în medie, variaţia zilnică a vitezei aerului, este
aproximativ sinusoidală.
Pornind de la aceste observaţii a fost realizat un model matematic pentru calculul
vitezei vântului, care a fost implementat într-un program de simulare a condiţiilor
meteorologice din diverse regiuni ale planetei. Relaţiile de calcul utilizate în acest model sunt
prezentate în continuare.
Viteza vântului la un anumit moment al zilei (wh) se determină cu relaţia:
wh=w+w3
cos( 2π (h−h0)24 )[m /s ]
unde:
- w este viteza medie a vântului în regiunea de amplasare a piscinei;
- h este ora la care este calculată viteza vântului wh;
- h0 este ora la care se înregistrează viteza maximă a vântului (de regulă pe timpul zilei, nu pe
timpul nopţii).
Considerând o anumită valoare pentru viteza medie zilnică a vântului şi un anumit
moment al zilei în care se atinge valoarea maximă a vitezei vântului, se poate obţine pentru
diferite valori ale h, o variaţie zilnică a vitezei vântului, de tipul celei prezentate în figura 1.
Fig 1: Exemplu de variaţie zilnică a vitezei vântului [m/s]
În exemplul din figură, s-a considerat că viteza medie zilnică a vântului este de
3m/s=10,8km/h şi că viteza maximă a vântului este atinsă în jurul orei 12. Analizând figura
prezentată, se observă că în conformitate modelul considerat, viteza maximă a vântului, pe
timpul zilei (în exemplu 4m/s=14,4km/h), este într-adevăr egală cu dublul vitezei minime a
vântului pe timpul nopţii, (în exemplu 2m/s=7,2km/h).
Considerând că piscinele deschise prezintă perioade de exploatare când sunt
descoperite şi când sunt acoperite, se pot calcula vitezele medii ale vântului în aceste
perioade, valori importante pentru calculul diverselor componente ale necesarului de căldură
pentru încălzirea piscinelor, în aceste perioade:
Viteza medie a vântului în perioada în care piscina este descoperită (wd) se calculează
cu relaţia:
wd=w+w 8π (24−na)
sin(π 24−na24 )[m /s ]
unde:
- weste viteza medie a vântului în regiunea de amplasare a piscinei;
- na este numărul de ore în care piscina este acoperită.
Viteza medie a vântului în perioada în care piscina este acoperită (wa) se calculează cu
relaţia:
wa=w−w 8π ∙na
sin (π na24 )[m /s ]
unde:
- weste viteza medie a vântului în regiunea de amplasare a piscinei;
- na este numărul de ore în care piscina este acoperită.
Pentru exemplul considerat anterior, considerând că durata na = 16 ore, deci că 16 ore
din 24 piscina este acoperită şi 8 ore din 24 piscina este descoperită, se obţin valorile:
- wd = 3,8m/s pentru viteza medie a vântului în perioada în care piscina este descoperită;
- wa = 2,6m/s pentru viteza medie a vântului în perioada în care piscina este acoperită.
Se observă din nou că în conformitate cu modelul de calcul considerat, viteza medie a
vântului în perioada în care piscina este descoperită (ziua), este mai made decât viteza medie
a vântului în perioada în care piscina este acoperită (noaptea). Componentele necesarului de
căldură al piscinelor, care vor fi prezentate detaliat în continuare sunt:
- fluxul de căldură datorat evaporării apei;
- fluxul de căldură datorat convecţiei la suprafaţa apei;
- fluxul de căldură transmis prin pereţii piscinei;
- fluxul de căldură necesar pentru încălzirea apei proaspete.
Acestor componente li se poate adăuga, în cazul piscinelor deschise, fluxul de căldură
datorat radiaţiei solare. Acest flux de căldură se determină scăzând din fluxul termic datorat
radiaţiei solare directe, fluxul termic reflectat de apa din piscină, pentru că nu toată căldura
datorată radiaţiei solare este înglobată în apă, o parte importantă fiind reflectată de suprafaţa
apei din piscină. Pentru determinarea acestor fluxuri termice, având un caracter foarte variabil
atât pe durata zilei, cât şi pe durata sezonului în care poate fi utilizată piscina, trebuie să se
ţină seama de poziţia variabilă a soarelui pe cer, în locul de amplasare a piscinei şi de gradul
de agitaţie a apei din piscină. În continuare, aceste componente ale necesarului termic al
piscinei, nu au fost luate în considerare, deoarece contribuie la încălzirea naturală a apei,
reducând sarcina termică necesară pentru încălzirea piscinei, iar aceste componente se
manifestă numai în zilele însorite. S-a considerat că nu este justificat să se presupună că
sezonul de exploatare a piscinelor deschise va fi însorit şi astfel să se subdimensioneze
sistemul de încălzire a apei din piscine, deci se va calcula necesarul de căldură al acestor
piscine considerându-se că lipseşte radiaţia solară. Implicit se va calcula necesarul de căldură
al piscinelor pentru zilele înnorate.
Fluxul de căldură datorat evaporării apei
Având în vedere că apa din piscine este în contact permanent cu aerul umed din jur,
se va manifesta tendinţa aerului umed de a se satura în umiditate, iar sursa de umiditate în
acest caz, va fi reprezentată tocmai de apa din piscine, care se va evapora. Prin evaporare, apa
din piscine pierde căldura latentă de evaporare conţinută de vaporii de umiditate care trec din
apă în aer, în urma procesului de transfer de masă şi căldură menţionat.
Fluxul de căldură pierdută prin evaporarea apei Qev poate fi calculat cu relaţia:
Qev=cd ∙ ce ∙ S ∙ (ps−pv )[W ]
unde:
- S – suprafaţa piscinei;
- ps [Pa] – presiunea de saturaţie a vaporilor de apă din aer;
- pv [Pa] – presiunea parţială a vaporilor de apă din aer;
- cd – coeficient de corecţie care poate avea următoarele valori:
- cd = 1 - în cazul piscinelor închise;
- cd = 0,1 - în cazul piscinelor deschise, pentru perioada în care acestea sunt acoperite
(evaporarea apei este mult redusă în aceste perioade);
- cd = 2 - în cazul piscinelor deschise, pentru perioada în care acestea sunt descoperite
(evaporarea apei este mult mai intensă în aceste perioade, caracterizate şi printr-o
agitaţie intensă a apei);
- ce – coeficient de masic de transfer termic prin evaporare, care se poate determina cu relaţia:
ce=0,05058+0,0669∙w [ W
m2Pa ]unde:
- w – viteza aerului la suprafaţa bazinului.
În figura 2 este prezentată variaţia coeficientului de masic de transfer termic prin
evaporare, cu viteza vântului, calculată cu relaţia prezentată anterior.
Fig 2: Variaţia coeficientului de masic de transfer termic prin evaporare, cu viteza vântului
Analizând figura prezentată, se observă că valoarea acestui coeficient se modifică de
la 0,05W/m2Pa în absenţa vântului, la 0,52W/m2Pa, adică o valoare de 10 ori mai mare,
pentru o viteză a vântului de 7m/s.
Presiunea de saturaţie a vaporilor de apă din aerul umed ps, depinde numai de
temperatura aerului umed, aceeaşi şi cu temperatura vaporilor din aer. Această dependenţă
este prezentată în tabelulul de mai jos, pentru temperaturi ale aerului de 5…45°C.
Variaţia presiunii de saturaţie a vaporilor de apă din aerul umed, cu teperaturaTemperatura [°C] 5 10 15 20 25 30 35 40 45ps [mbar] [Pa] 871,9 1227,
11704,1 2337 3166 4242 5622 7375 9582
Presiunea parţială a vaporilor de apă din aer pv se determină cu relaţia:
pv=φ ∙ ps[Pa]
unde:
- φ este umiditatea relativă a aerului umed.
De exemplu, dacă în cazul unei piscine închise, aerul umed are temperatura de 25°C şi
umiditatea relativă φ = 60%, presiunea de saturaţie a vaporilor de apă din aerul umed are
valoarea ps = 3166Pa, iar presiunea parţială a vaporilor de apă din aer, are valoarea pv =
0,6·3166=1899,6Pa.
În funcţie de valoarea fluxului de căldură pierdută prin evaporarea apei Qev poate fi
calculat debitul masic de umiditate degajată din piscină mev cu relaţia:
˙mev=
Qevrw [ kgs ]
unde:
- rw – căldura latentă de vaporizare a apei: rw = 2454 kJ/kg.
De valoarea debitului masic de umiditate degajată din piscină, trebuie să se ţină
seama când se calculează necesarul de apă proaspătă al piscinelor şi fluxul de călură necesară
pentru încălzirea apei proaspete.
Debitul de aer umed care conţine umiditatea degajată mL:
˙mL=¿
mevx [ kg aers ]¿
unde:
- x – umiditatea absolută a aerului umed;
- 1/x – cantitatea de aer care conţine cantitatea x de umiditate absolută.
De valoarea debitului de aer umed care conţine umiditatea degajată de apa din piscine,
trebuie să se ţină seama la dimensionarea sistemului de condiţionare şi ventilare aferent
clădirilor care conţin piscine închise.
Fluxul de căldură transmis prin convecţie
Datorită faptului că suprafaţa apei din piscine este în contact cu aerul din mediul
înconjurător, între apă şi aer se va produce un transfer continuu de căldură. Sensul acestui
transfer termic depinde de temperaturile celor două medii, astfel încât sunt posibile
următoarele situaţii:
- apa este mai caldă decât aerul şi fluxul de căldură se transmite de la apă la aer;
- apa este mai rece decât aerul şi fluxul de căldură se transmite de la aer la apă;
- apa şi aerul au aceeaşi temperatură şi fluxul de căldură este nul.
Valoarea fluxului termic transmis prin convecţie de la apă la aer Qcv se calculează cu
relaţia:
Qc v=α ∙S ∙(tw−t a)[W ]
unde:
- S – suprafaţa piscinei;
- tw – temperatura apei din piscină;
- ta – temperatura aerului;
- α – coeficientul de convecţie, care se calculează cu relaţia:
α=3,1+4,1∙w [ Wm2K ]unde:
- w – viteza medie a vântului (diferită pentru piscinele închise faţă de cele deschise şi diferită
pentru perioadele în care piscinele deschise sunt acoperite, respectiv descoperite).
În figura 3 este prezentată variaţia coeficientului de convecţie cu viteza vântului,
conform relaţiei de calcul prezentate anterior.
Fig 3: Variaţia coeficientului de convecţie cu viteza vântului
Pentru piscinele închise se poate considera Qcv ≈ 0 W, deoarece în aceste cazuri, în
interiorul incintei care adăposteşte piscina, temperatura aerului este devine foarte apropiată de
temperatura apei. Această situaţie se întâlneşte şi în cazul piscinelor descoperite când
temperatura apei şi aerului devin egale.
Când aerul din mediul înconjurător al piscinelor devine mai cald decât apa, valoarea
fluxului termic transmis prin convecţie devine negativă, ceea ce înseamnă că piscina se
încălzeşte de la mediul ambiant, în loc să fie răcită de acesta.
Fluxul de căldură transmis prin pereţii piscinei
Apa din piscine este în contact termic permanent atât cu pereţii laterali cât şi cu
fundul bazinului. Se poate considera că toţi pereţii piscinei au temperatura egală cu a solului
în care este montată piscina. Deoarece apa din piscină este mai caldă decât temperatura
pereţilor, fluxul termic transmis prin pereţii piscinei contribuie la răcirea apei din piscină şi
trebuie să fie compensat de sistemul de încălzire a apei.
Valoarea fluxului termic transmis prin pereţii piscinei QP se poate calcula cu relaţia:
˙QP=k ∙S p∙ (tw−t p)[W ]
unde:
- Sp – suprafaţa pereţilor;
- tw – temperatura apei din piscină;
- tp – temperatura pereţilor piscinei;
În figura 4 este prezentată variaţia temperaturii în sol.
Fig. 4: Variaţia temperaturii solului la
diferite adâncimi în diferite perioade
ale anului
Cu ajutorul acestor curbe de variaţie a temperaturilor, poate fi determinată
temperatura solului, considerată egală cu a pereţilor piscinei. Se va considera temperatura la o
adâncime medie a piscinei si se va considera această valoare a temperaturii constantă pe toţi
pereţii, sau se pot considera temperaturi diferite pe pereţii laterali şi pe fundul bazinului.
- k – coeficientul global de transfer termic prin pereţii piscinei, care se poate calcula cu
relaţia:
k= 11αw
+∑ δλ
unde:
- δ [m] – grosimea pereţilor piscinei;
- λ [W/m·K] – conductibilitatea termică a materialului din care sunt realizaţi pereţii piscinei;
- αw - coeficientul de convecţie la transferul termic dintre apă şi pereţi.
Valoarea coeficientului de convecţie αw se poate calcula cu relaţia:
αw=230+1400 √ww [ Wm2 K ]unde:
- ww – viteza apei din piscină.
Apa din piscine este în permanentă deplasare, deoarece este filtrată şi reîmprospătată
permanent, deci chiar dacă are o viteză redusă, aceasta cu este nulă. În cazul piscinelor cu
valuri, viteza apei poate să atingă valori în jur de 4…5 m/s.
În figura 5, este prezentată variaţia coeficientului de convecţie pe partea apei, precum
şi a coeficientului global de transfer termic, în funcţie de viteza de curgere a apei.
Fig. 5: Variaţia coeficentului de
convecţie pe partea apei şi a
coeficientului global de transfer
termic, în funcţie de viteza apei
S-a considerat că peretele piscinei este realizat din beton cu grosimea de 5cm (δp =
0,05m), coeficientul de conductibilitate al betonului având valoarea λp = 1,45W/mK. S-a
considerat de asemenea că pentru a reduce pierderile de căldură prin pereţii piscinei, pereţii
sunt izolaţi cu plăci de polistiren, având grosimea de 3cm (δiz = 0,03m) coeficientul de
conductibilitate al polistirenului având valoarea λiz=0,04W/mK. În aceste condiţii λp/δp =
29W/m2K şi λiz/δiz=1,33W/m2K. Conform figurii alăturate, se observă că valorile
coeficientului global de transfer tremic, sunt mai reduse decât valoarea λiz/δiz determinată
anterior.
Fluxul de căldură pentru încălzirea apei proaspete
Apa din piscină trebuie reîmprospătată permanent, chiar dacă este prezent un sistem
eficient de filtrare, deoarece în urma utilizării piscinei, calitatea apei se deteriorează. Apa
proaspătă trebuie încălzită până la valoarea temperaturii apei din piscină, iar sarcina termică
utilizată în acest scop reprezintă o componentă importantă a sistemului de încălzire al
piscinelor.
Fluxul de căldură necesar pentru încălzirea apei proaspete Qw se calculează cu relaţia:
Qw=mw ∙ cw ∙ (tw−t pr )[kW ]
unde:
- cw – căldura specifică a apei: cw = 4,186kJ/kgK
- tw – temperatura apei din piscină: tw = 22…26 °C
- tpr – temperatura apei proaspete: iarna tp≈ 5 °C; vara tp = 10…15 °C
- mw - debitul de apă proaspătă.
Debitul de apă proaspătă mw necesar pentru exploatarea corectă a piscinei se
calculează cu relaţia:
mw=mev+nr ∙ρ∙V
7 ∙24 ∙3600 [ kgs ]unde:
- mev - debitul de apă pierdută prin evaporare;
- nr – numărul de reîmprospătări ale apei din piscină, într-o săptămână (de câte ori este
schimbată / înlocuită apa într-o săptămână);
- ρ – densitatea apei: se poate considera ρ≈1000kg/m3;
- V – volumul apei din piscină.
Sarcina termică totală a piscinei
Sarcina termică totală a piscinei este reprezentată de suma sarcinilor termice parţiale,
prezentate anterior.
Sarcina termică totală a piscinei Q se poate calcula cu relaţia:
Q=Q ev+Qcv+Q p+Qv [kW ]
Valoarea sarcinii termice totale a piscinei reprezintă tocmai valoarea sarcinii termice a
sistemului de încălzire a apei din piscină.
Încălzirea piscinelor poate fi realizată monoenergetic, dar şi cu ajutorul unui sistem
energetic bivalent, cel mai adesea utilizând energia solară în combinaţie cu o altă sursă de
energie, care poate fi obţinută prin arderea unui combustibil, sau energia electrică. Ca şi
combustibili se pot utiliza lemne, brichete, peleţi, combustibili lichizi, sau combustibili
gazoşi. Energia electrică se poate utiliza cel mai eficient cu ajutorul unei pompe de căldură.
[3]
Instalaţia solară destinată încălzirii apei piscinelor este cea mai eficientă soluţie pentru
extinderea timpului de utilizare al piscinelor.
Sistemul de încălzire este foarte simplu de integrat într-o soluţie deja existentă,
deoarece foloseşte aceeaşi pompă care este destinată filtrării apei.
Panourile solare captează energia solară, căldura termică, respectiv lumina din razele
soarelui şi le transformă în căldură sau curent electric. Această căldură din panourile solare
poate fi transferată pentru a obţine apă caldă menajeră şi apă caldă folosită pentru încălzirea
casei sau pentru încălzirea piscinei.
Construirea unei piscine este foarte costisitoare, ne mai vorbind de cheltuielile de
exploatare. Confortul oferit de o piscină poate să ajungă la nivelul maxim dacă este asigurată
încălzirea piscinei. O posibilitate eficientă în încălzirea piscinelor poate să fie folosirea
panourilor solare. Cea mai mare parte a cheltuielilor de exploatare sunt pentru încălzirea
piscinei, deci merită să luăm în calcul şi faptul, că panourile solare care vor încălzi piscina
pot să asigure şi necesarul de apă caldă menajeră.
Deseori apare întrebarea ce tip de panou să-mi instalez? Care este mai rentabil? Ce
ştie una şi ce ştie celălalt? Am încercat să comparăm cât se poate de obiectiv cele două mari
tipuri de panouri solare termice: panourile plane şi panourile cu tuburi vidate.
Panouri cu tuburi vidate “heat pipe” Panouri plane
Construcţia: tuburi de sticlă, din care se
extrage aerul, astfel vidul creat oferă izolaţie
perfectă. În tub există un conductor din cupru
– de aici denumirea “heat pipe”.
Construcţia: carcasă închisă şi izolată, care
cuprinde colectorul sub o sticlă plană. În
prezent 90% din sistemele de încălzire solară
sunt construite cu panouri plane. (tehnică cu
tuburi vidate a apărut mai târziu)
Din cauza construcţiei: se elimină apariţia
condensului şi a pierderilor de căldură prin
izolarea faţă de mediul exterior, de aceea
tuburile vidate nu-şi schimbă performanţele
pe durata lor de utilizare. Unii producători de
tuburi vidate nu au reuşit să perfecţioneze
încă tehnica de asamblare a tuburilor şi dopul
de la capătul tuburilor “se lasă cu timpul”
deci nu va mai asigura vidul şi va trebui
înlocuit.
Din cauza construcţiei: aerul existent între
suprafaţa absorbantă şi sticlă permite apariţia
pierderilor de căldură, mai ales la
temperaturile exterioare scăzute. Poate apărea
condensul, care va afecta colectorul prin
coroziune, reducând performanţa acestuia. La
unele tipuri mai noi se foloseşte o tehnică
specială prin care se absoarbe aerul din
panou, se crează un vid, (ca şi la tuburi
vidate) dar aceste tipuri de panouri încă sunt
rare şi mult mai costisitoare.
Lichidul din colector: un antigel special,
lichid de monopropilenglicol. Tuburile “heat
pipe” au o autolimitare a temperaturilor
maxime, datorită în special lichidului din
interior. Din această cauză sistemul se
opreşte sau stagnează de la o anumită
temperatură a lichidului, pentru a menţine
siguranţa elementelor sistemului.
Lichidul din colector: poate fi apă sau un
antigel special. Există riscul blocării din
cauza bulelor de aer. În cazul în care în
colector circulă apă pot apărea probleme de
coroziune. Panourile plane nu au o metodă de
autolimitare a temperaturii şi trebuie să
utilizeze dispozitive exterioare pentru
control. Dacă aceste sisteme nu funcţionează
bine poate apărea distrugerea sistemului.
Instalare: Uşor de instalat, fiecare tub fiind Instalare: instalare mai greoaie din cauza
independent. În cazul unor defecţiuni se
înlocuieşte doar tubul cu probleme. Se pot
monta şi la unghiuri diferite de 45º, în funcţie
de arhitectura clădirii. Se recomandă
orientarea spre sud.
gabaritelor mari. În cazul unor defecţiuni se
înlocuieşte tot panoul. Se montează
obligatoriu cu orientare spre sud în locuri
fără umbră.
Preţ/performanţă: din cauza tehnicii folosite
şi a performanţei mai ridicate comparativ cu
panourile plane, preţul panourilor cu tuburi
vidate este mai ridicat. În general sunt mai
performante decât panourile plane şi au o
performanţă mai ridicată mai ales pe timpul
iernii.
Preţ/performanţă: din cauza tehnicii folosite
şi a performanţei mai scăzute mai ales în
timpul iernii preţul panourilor plane este mai
scăzut.
La capitolul încălzire piscine, dimensionarea este destul de simplă. Se recomandă un
raport minim de 60%, adică suprafaţa panourilor solare să fie minim 60% din suprafaţa apei
din piscină (dimensionarea depinde şi de randamentul şi tipul panourilor solare).
În cazul în care se foloseste un sistem de încălzire al piscinei eficient, se recomandă panourile
solare cu tuburi vidate. Sistemele care iarna sunt folosite pentru aport la încălzire, vara pot fi
folosite pentru încălzirea piscinei. În acest mod se pot recupera mult mai rapid investiţiile
făcute.
O modalitate mai ieftină, dar folosibilă doar vara la temperaturi ridicate, ne oferă
panourile solare produse din PVC negru, fabricate exclusiv pentru încălzirea piscinelor. Cota
de 60% trebuie respectată şi aici, deci la o piscină cu o suprafaţă de 40 m2, vom avea nevoie
de minim 24m2 de panou. Aceste tipuri de panouri se pot folosi doar vara, şi doar la
temperaturi ridicate. Deci, în luna mai, când temperatura exterioară este de 25 grade, aceste
panouri nu pot incălzi foarte mult, când însă temperatura aerului se va ridica la peste 30
grade, panourile vor funcţiona eficient. Agentul care circulă în aceste panouri de PVC este
chiar apa din piscină, care va fi încălzită în acest mod. [4]
Sistemele de încălzire folosind panouri solare pot fi configurate în mai multe moduri,
în funcţie de necesităţi, uşurinţă de instalare, expertiza instalatorilor.
1. Sistem ce foloseşte pompa-filtru a piscinei printr-un robinet cu 3 căi motorizat
Această configuraţie poate fi folosită
în situaţia în care panourile nu se montează la
o înălţime mai mare de 6 m faţă de luciul
apei.Robinetul cu 3 căi motorizat pe circuitul
pompei-filtru a piscinei. Robinetul cu 3 căi
este acţionat de panoul de comandă în
momentul în care temperatura panoului este
mai mare decât temperatura apei din piscină
iar apa filtrată este pompată prin panouri.
2. Sistem ce foloseşte pompă proprie integrată în circuitul de filtrare al piscinei
În multe cazuri este necesară
montarea unei pompe doar pentru
circuitul de panouri solare.De exemplu
când panourile solare sunt montate la o
înălţime mai mare de 6 m faţă de luciul
apei.Apa este deviată print-un teu din
circuitul de filtrare şi pompată în panouri
de către pompa auxiliară. Această pompă
este pornită/oprită de către panoul de
comandă al instalaţiei de încălzire solară
atunci când e nevoie.Pompele sunt acţionate separat. Este necesar montarea supapelor de sens
atât pe circuitul de încălzire cât şi pe cel de filtrare.
3. Sistem ce foloseşte pompă şi tubulatură proprie independentă de cea a circuitului de filtrare
Această configuraţie se foloseşte când
tubulatura circuitului de filtrare este greu de
accesat. Apa este extrasă din piscină printr-un tub
imersat în aceasta, pompată prin panouri, încălzită
şi reintrodusă în piscină. Şi aici panoul de
comandă asigură funcţionarea pompei doar când e
nevoie. Dacă pompa este montată deasupra luciului apei şi înălţimea de pompare de 5 m
atunci e necesară montarea unei supape de sens.
Componentele sistemului:
1 Panou solar
2 Panou de comandă
3 Circuitul de filtrare
4 Circuitul solar tur-retur
5 Robinet cu 3 căi motorizat
6 Senzor de temperatură panou solar
7 Senzor de temperatură piscină
8 Aerisitor
9 Robinet echilibrare
10 Robinet golire
11 Pompă circuitului solar
12 Supapă de sens
Apa din piscină poate circula prin panouri solare în orice direcţie, astfel încât acestea
pot fi înseriate atât pe lungime cât şi pe lăţime. Canalele panoului solar se îmbină pe
principiul Tichelmann (pe fiecare canal, direcţia apei este aceeaşi). Se recomandă a nu se
monta mai mult de şapte panouri în serie.
Suprafaţa absorbantă recomandată exprimată procentual (%) din suprafaţa piscinei
exterioare acoperite sau a piscinei interioare (mai - septembrie). Se pot obţine între 4-7 °C în
plus faţă de piscinele neîncălzite.
Dacă piscina nu este acoperită, suprafaţa absorbantă trebuie să fie cu 50% mai mare.
În funcţie de numărul orelor de expunere directă la soare se admite o modificare cu 20% în
plus sau în minus a suprafeţei absorbante.
Debitul pompei trebuie să fie între 150 şi 250 l/m2 de suprafaţă absorbantă pe oră.
Este foarte uşor de determinat pompa adecvată fiecărei instalaţii. Debitul pompei se obţine
înmulţind suprafaţa absorbantă cu 200 l. Înălţimea de pompare se obţine din diferenţa dintre
luciul apei şi panoul absorbant plus aproximativ 5 m. [5]
CONCLUZII
- piscinele noi sunt echipate cu sisteme de încălzire, pentru a face posibilă utilizarea lor pe o
perioadă mai mare din an.
- dintre metodele de încălzire, cea mai ecologică şi economică este încălzirea folosind
panouri solare; acestea folosesc energia solară pentru a prelungi perioada de utilizare a
piscinelor din aprilie – mai până în octombrie.
- suprafaţa panourilor ar trebui să fie cel puţin 50% din suprafaţa piscinei, dar în funcţie de
poziţia geografică şi de intensitatea luminii solare, aceasta poate varia cu ±20%.
- panourile pot fi cu tuburi vidate sau panouri plane, şi trebuie alese în funcţie de mi mulţi
parametri: necesitate, uşurinţă de instalare, raportul performanţă/preţ.
- aceste panouri pot fi montate în mai multe moduri, în funcţie de necesitate şi de
echipamentele disponibile.
- pe timpul iernii când piscinele nu sunt utilizate, panourile solare pot fi folosite pentru
încălzirea locuinţei sau pentru încălzirea apei menajere.
Bibliografie:
[1] http://www.piscine-irigatii.ro/ro/
[2] http://www.piscine-familiale.ro/html/instalatie_caldura.html
[3] http://www.termo.utcluj.ro/regenerabile/4_2.pdf
[4] http://www.profi-solar.ro/
[5] http://www.nextsystems.ro/produse/incalzire-solara-piscine