Какое количество теплоты теряет вода в бассейне

Как рассчитать, сколько греется вода в бассейне: методики и способы

Температура воды в бассейне — один из основных показателей, определяющих комфорт и удобство для пользователей. Если вода слишком холодна, люди могут простудиться и вместо оздоровительных процедур получить проблемы со здоровьем.

Поэтому подогрев воды входит в состав базовых процессов подготовки наряду с фильтрацией. Скорость нагрева — важный показатель, определяющий комфорт и возможность пользования чашей.

О том, сколько греется вода в бассейне, как ускорить процесс, расскажем в статье.

От чего зависит скорость прогрева чаши?

Время прогрева воды зависит от нескольких факторов:

1. Размер чаши, объем воды. Чем больше воды, тем длительнее процесс нагрева и тем мощнее должны быть нагревательные элементы.
2. Способ подогрева.
3. Материал чаши.
4. Для какой возрастной группы предназначен бассейн (вода в детских чашах по нормативам должна быть теплее, чем во взрослых бассейнах).
5. Место расположения бассейна (в помещении или на улице). В помещении нагрев происходит быстрее, так как отсутствуют потери тепловой энергии, рассеиваемой в окружающую среду.

Время нагрева зависит также от требуемой температуры:

1. Для взрослых людей — 23-25°.
2. Для детей до 7 лет — не менее 32°.
3. Для детей от 7 лет и больше требуется 29-30°.
4. Для джакузи или гидромассажной ванны — 35-39°.

Эти значения условны, поскольку каждый владелец самостоятельно определяет наиболее комфортную температуру воды в своем бассейне.

Сколько в среднем по времени нагревается?

Рассмотрим, сколько времени в среднем занимает нагрев воды в чашах, находящихся в разных условиях.

В резервуаре на улице

Вода в уличном резервуаре прогревается в течение 2-4 суток (первичный нагрев). Затем температура лишь поддерживается, хотя процесс зависит от типа и производительности нагревателя.

В помещении

Бассейны, расположенные в помещении, нагреваются в среднем за 1-3 суток (первичный нагрев). Теплопотери в таких чашах намного меньше, поэтому время нагрева почти вдвое сокращается.

Как рассчитать примерное количество часов, дней?

Подогрев воды — расчетная процедура, которую находят, используя соответствующие формулы.

Например, для теплообменников (один из наиболее эффективных и экономичных способов нагрева) применяют специальную формулу t = 1.16 × V × T / P, где:

• t — время нагрева;
• V — объем чаши (м3);
• T — разница температур (начальной и требуемой);
• P — мощность нагревателя в кВт.

Результат неудовлетворительный, рекомендуется использовать более мощный теплообменник (или установить дополнительное оборудование).

Нагреватели другого типа рассчитываются по собственным методикам. Процесс достаточно сложный, поэтому для получения быстрого и верного результата рекомендуется воспользоваться онлайн-калькуляторами.

Более точный результат будет получен, если использовать несколько ресурсов и сравнить полученные значения, выбирая среднюю величину.

Сколько киловатт нужно, чтобы нагреть воду?

Мощность нагревателя — расчетная величина. Подбирать оборудование «на глаз» бесполезно, надо выполнять специализированные расчеты. Формула определения мощности нагревателя Qs = V*C*(tB – tK)/Za + Zu*S, где:

• Qs — искомая мощность оборудования;
• V — объем чаши;
• C = 1,163 (Вт/кгК) — удельная теплоемкость воды;
• tB – tK — разница между начальной и требуемой температурами воды;
• Za — требуемое время нагрева (на первичный нагрев уходит 2-4 дня, затем температура лишь поддерживается);
• Zu — теплопотери;
• S — площадь поверхности воды.

Например, надо рассчитать мощность нагревателя для бассейна объемом 18 м3, с исходной температурой воды 10° и желаемой — 25°. Время нагрева — 48 часов, площадь зеркала воды — 12 м2, теплопотери — 180 Вт/м2. Тогда: Qs = 18 × 1,163 × (25-10) /48 + 180 × 12 = 2166 Вт = 2,166 кВт.

Учитывая необходимый запас мощности, рекомендуется выбирать нагреватель от 3 кВт.

Как ускорить процесс обогрева?

Для ускорения процесса нагрева воды необходимо максимально снизить теплопотери. Одним из эффективных способов является установка на зеркало воды теплосберегающего покрытия. Специальная пленка остановит процесс испарения теплых слоев воды, поднимающихся наверх, что уменьшит потери и ускорит подъем температуры.

Еще один вариант — использование производительных нагревателей, обладающих запасом мощности для чаши данного размера. Это важно для общественных бассейнов, где нет возможности останавливать пользование чашей и ожидать, пока вода нагреется до нормативного значения.

Обычно оборудование запускают на полную мощность, чтобы получить нужный результат в самые кратчайшие сроки.

Видео по теме статьи

Расчёт нагрева воды в бассейне — в видео:

Заключение

Нагрев воды — необходимая процедура, без которой пользование бассейном становится невозможным. Время нагрева зависит от качества и мощности используемого оборудования, а также от внешних условий — размещения бассейна, его размеров и т.п.

Для правильной организации подогрева надо заранее рассчитать мощность нагревателей и учесть порядок теплопотерь. Исходя из этих данных, выбирают способ нагрева и приобретают соответствующее оборудование.

Для дачных чаш можно обойтись солнечными коллекторами, не требующими использования электроэнергии. Однако чаще всего применяют электронагреватели, дающие более стабильный и качественный эффект.

Какое количество теплоты теряет вода в бассейне площадью 70 квадратных метров и глубиной 1,5 метров при охлаждении её на 2 градусов цельсия?

Ответы на вопрос

по специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала «квант»

движению тела обычно препятствуют силы трения. если соприкасаются поверхности твердых тел, их относительному движению мешают силы сухого трения. характерной особенностью сухого трения является существование зоны застоя. тело нельзя сдвинуть с места, пока абсолютная величина внешней силы не превысит определенного значения. до этого момента между поверхностями соприкасающихся тел действует сила трения покоя, которая уравновешивает внешнюю силу и растет вместе с ней (рис. 1).

максимальное значение силы трения покоя определяется формулой

где μ— коэффициент трения, зависящий от свойств соприкасающихся поверхностен; n — сила нормального давления.

когда абсолютная величина внешней силы превышает значение fтр max, возникает относительное движение — проскальзывание. сила трения скольжения обычно слабо зависит от скорости относительного движения, и при малых скоростях ее можно считать равной fтр max.

движению тела в жидкости и газе препятствуют силы жидкого трения. главное отличие жидкого трения от сухого — отсутствие зоны застоя. в жидкости или газе не возникают силы трения покоя, и поэтому даже малая внешняя сила способна вызвать движение тела. сила жидкого трения при малых скоростях пропорциональна скорости, а при больших — квадрату скорости движения.

1. при экстренной остановке поезда, двигающегося со скоростью υ = 70 км/ч. тормозной путь составил s = 100 м. чему равен коэффициент трения между колесами поезда и рельсами? каким станет тормозной путь, если откажут тормоза в одном из n = 10 вагонов? массу локомотива принять равной массе вагона; силами сопротивления воздуха пренебречь.

при торможении ускорение а поезду сообщает сила трения fтр:

где μ — масса всего состава. сила трения представляет собой равнодействующую всех сил трения, действующих на состав (рис. 2), и равна по модулю .

с другой стороны, . подставляя это значение в выражение для μ, получаем

в том случае, когда не работают тормоза у одного из вагонов, суммарная сила трения, действующая на вагоны и локомотив, равна

где m — масса одного вагона. масса всего состава равна μ = (п + 1)∙m, так что . ускорение поезда в этом случае равно

Испарение бассейна: экономия из-за уменьшения испарения

А. Колоша

Защитные покрытия для бассейнов были разработаны, прежде всего, для защиты водного зеркала от попадания в воду нежелательных предметов, например, листьев и мусора. Оказалось, что высокая прочность такой защиты помогает также уберечь людей от нежелательного падения в воду. Сегодня на первый план выдвигается другое важное свойство защитных устройств – они существенно экономят энергию для поддержания теплового режима и уменьшают другие составляющие энергопотребления на содержание открытых и закрытых бассейнов

За последние годы значительно возросли темпы строительства и реконструкции частных коттеджей, домов элитной застройки, спортивных и оздоровительных центров с устройством в них закрытых и открытых плавательных бассейнов.

Важная функция защитных покрытий для бассейнов – поддержание требуемого температурно-влажностного режима в помещениях для закрытых бассейнов. В закрытых и открытых бассейнах защита уменьшает количество испаряемой воды и сохраняет температуру нагретой воды, что непосредственно уменьшает общее энергопотребление и снижает затраты на содержание бассейнов.

Кроме вопросов экономии энергии, недостаточное внимание к вопросам обеспечения микроклимата при строительстве и реконструкции помещений бассейнов приводило к негативным последствиям в процессе их эксплуатации. Несоблюдение оптимального температурно-влажностного режима вызывает активную конденсацию влаги на ограждающих конструкциях. Это приводит к образованию грибковой плесени, к коррозии металлических и гниению деревянных конструкций, несоблюдению санитарно-гигиенических условий по температуре, влажности и появлению некомфортных потоков воздуха в зоне нахождения людей. Использование защитных покрытий для бассейна помимо очевидных удобств и обеспечения безопасности, существенно экономит энергию и уменьшает общие расходы на содержание бассейнов.

Типы защитных покрытий для бассейнов

Защитные покрытия для бассейнов применяются давно. Их прочностные свойства рассчитываются так, чтобы в условиях разницы температур на верхней и нижней стороне в условиях высокоинтенсивного ультрафиолетового солнечного излучения долгие годы сохранять прочность, чтобы выдержать случайно упавших в бассейн нескольких человек. Кроме функции безопасности, защитные покрытия препятствуют попаданию в бассейн грязи и мусора (например, листьев), посторонних предметов. Если покрытие выполнено непрозрачным для света, то это препятствует размножению микроводорослей и патогенных микроорганизмов в воде. Это уменьшает необходимость в частой прокачке воды бассейна для полной очистки и обеззараживания, что уменьшает количество химических реагентов и энергии, расходуемых для этих целей.

Среди типов защитных покрытий бассейнов выделим следующие три:

• роллетные покрытия (например, PoolProtect) с плавающими герметичными ламелями из ПВХ или поликарбоната;
• мягкие покрытия (например, SoftProtect) из высокопрочной армированной ткани из ПВХ;
• бескаркасные или батутные покрытия для бассейнов (например, WinterProtect) на основе легкой и сверхпрочной полипропиленовой ткани с армирующим ситом, способной выдерживать нагрузку на разрыв свыше 350 кг/см 2 .

Сколько воды испаряется впустую

Чтобы оценить, насколько влияет использование защитных покрытий на экономию энергии для бассейнов, нужно учесть множество факторов – от режима использования, параметров испарения и теплопотерь до волнообразования и прочее.

Самая большая экономия общих расходов на содержание бассейнов благодаря защитным покрытиям наблюдается для открытых бассейнов. Даже в летний период ночные температуры таковы, что бассейн за ночь успевает существенно охладиться. Поэтому оценку экономии энергопотребления проведем для бассейна закрытого типа.

Помещения закрытых плавательных бассейнов относятся к категории помещений с влажным режимом, имеющим свои отличительные особенности при формировании в них тепловых и влажностных потоков, степень испаряемости и т.д. Вопросы энергоэффективности, связанные с выбором того или иного технического решения по обеспечению требуемых санитарно-гигиенических условий, режима вентиляции и т.п. оставим за пределами данного оценочного расчета. Рассмотрим для примера лишь составляющую энергии, теряемой в связи с испарением воды с поверхности бассейна.

Расчетная температура внутреннего воздуха для помещений плавательных бассейнов принимается в соответствии со СНиП 2.08.02-89* на 1–2°С выше температуры поверхности воды в бассейне. При этом температуру поверхности воды в бассейне необходимо поддерживать на уровне 26–28°С, а в лечебных бассейнах на 4–8°С выше. Таким образом, нормируемая температура воздуха в бассейнах: 27–30°С. Нормируемая относительная влажность внутреннего воздуха в помещениях плавательных бассейнов принимается в соответствии со СНиП 2.08.02-89* равной 50–65%, но конкретное ее значение в каждом отдельном случае диктуется степенью защиты ограждающих конструкций.

В европейских стандартах указывается, что относительная влажность должна находиться в области физиологического комфорта. При слишком высокой относительной влажности возникает ощущение духоты. Верхний предел комфортного состояния неодетого человека соответствует парциальному давлению водяных паров 2,27 кПа (влагосодержание при этом давлении составляет 14,3 г/кг сухого воздуха). Во избежание дискомфорта при высокой температуре воздуха относительную влажность рекомендовано снижать с 50% до 40%.

На интенсивность испарения влаги значительное влияние оказывает скорость движения воздуха над поверхностью воды, а также состояние водного зеркала при различной активности купающихся. Нормируемая подвижность воздуха в зоне нахождения людей и над поверхностью воды составляет 0,15–0,2 м/с.

По активности использования бассейнов их можно разделить на: лечебные бассейны (теплые ванны) с неподвижной открытой водной поверхностью; небольшие частные бассейны с ограниченным временем использования; общественные бассейны (в том числе отелей) для отдыха с нормальной активностью купающихся; спортивные бассейны; бассейны для отдыха и развлечений и, наконец, аква-парки с несколькими видами бассейнов со значительным волнообразованием и водными горками.

Используемое в отечественной практике проектирования выражение для определения количества влаги, испаряющееся с открытой некипящей водной поверхности (формула 2.59 «Справочник проектировщика, часть 11. Вентиляция и кондиционирование воздуха»), не учитывает условий испарения при активном перемешивании воды в бассейнах с различной активностью купающихся, при образовании искусственных волн и так далее.

Эмпирические зависимости, рекомендуемые немецкими специалистами, более полно учитывают изменения условий испарения влаги в закрытых бассейнах с различной активностью купающихся. Интенсивность испарения рассчитывается следующим образом:

Wисп = ε•S•(Pнас – Pуст), [г/ч],

где:
S – площадь водной поверхности бассейна, м 2 ;
P_нас – давление водяных паров насыщенного воздуха при температуре воды в бассейне, мбар (см. Cправочник проектировщика);
P_уст – парциальное давление водяных паров при заданных температуре и влажности воздуха, мбар.
ε – эмпирический коэффициент, г/(м 2 •ч•мбар), принимаемый:
0,5 – закрытая поверхность бассейна;
5 – неподвижная поверхность бассейна;
15 – небольшие частные бассейны с ограниченным количеством купающихся;
20 – общественные бассейны с нормальной активностью купающихся;
28 – бассейны для отдыха и развлечений;
35 – бассейны с водяными горками и значительным волнообразованием.

Потери тепла на испарение с поверхности бассейна рассчитывается по формуле:

где W_исп – количество испарившейся воды с поверхности бассейна, кг/м 2 •ч;
r – тепло, расходуемое на испарение при определенной температуре воды в бассейне, Вт/кг.

Рассчитаем потери энергии с поверхности общественного бассейна размером 25 х 12 м. Площадь поверхности S_пов= 25*12= 300 м. Температуру воды примем равной 28°С, а температура воздуха в помещении пусть будет равна 30°С. Комфортная относительная влажность в помещении при 30°С = 50 %.

Давление насыщенного пара при температуре воды 28°С P_нас=37,78 мбар

Парциальное давление пара при температуре воздуха 30°С и относительной влажности 50%
P_уст = 42,41•50 / 100 = 21,21 мбар.
Масса испаряемой воды в час:
М_исп = 20•300•(37,78-21,21) = 99420 г/ч (99,42 кг/ч)

Удельное испарение с одного квадратного метра водного зеркала – 99 420 г/ч / 300м 2 = 331,4 г/ч•м 2 .

Теперь вычислим энергию, требуемую на испарение этого количества воды:

Q_исп=0,3314•2430=805,3 Вт/м 2

Т.е. общие потери энергии с поверхности при использовании бассейна равны 805,3*300=241,6 кВт.

При спокойной поверхности бассейна испарение будет таким:

W = 5•300•(37,78 – 21,21)= 24885 г/ч (24,89 кг/ч)

Удельное испарение равно 24885 / 300 = 82,85 г/ч•м 2
Теперь вычислим энергию, требуемую на испарение этого количества воды:

Qисп=W*r

r= 2430 Дж/кг

Q_исп=0,08285•2430=201,3 Вт/м 2

Т.е. общие потери с поверхности при использовании бассейна равны 201,3•300=60,4 кВт.

При закрытой поверхности бассейна:

W = 0,5•300•(37,78 – 21,21)= 2488,5 г/ч (2,489 кг/ч).

Удельное испарение равно 2488,5 / 300 = 8,285 г/ч•м 2 .
Теперь вычислим энергию, требуемую на испарение этого количества воды:

r= 2430 Дж/кг

Q_исп=0,008285•2430=20,13 Вт/м 2 .

Т.е. общие потери энергии с поверхности из-за испарения при использовании бассейна площадью 300 м 2 равны 20,13 • 300 = 6,04 кВт.

Прямая экономия из-за уменьшения испарения

Рассчитаем экономическую целесообразность накрытия бассейна при использовании для нагрева воды природный газ. Справочные значения теплотворной способности газа составляют:

минимальная 31,8 МДж/м 3 , максимальная 41,2 МДж/м 3 (ГОСТ 27193-86, ГОСТ 22667-82, ГОСТ 10062-75). Примем среднее значение 35 МДж/м 3 .В переводе на мощность получаем:
35 000 кДж/ 3600 с = 9,72 кВт•м 3

При переводе потерь на объем газа получаем:

1. Потери при использовании бассейна: 241,6 кВт/ч / 9,72 кВт•м 3 = 24,86 м 3 /ч.
2. Потери при спокойной поверхности бассейна: 60,4 кВт/ч / 9,72 кВт*м 3 = 6,21 м 3 /ч.
3. Потери при закрытой поверхности бассейна: 6,04 кВт/ч / 9,72 кВт*м 3 = 0,621 м 3 /ч.

Примем, что бассейн используется 8 часов в сутки.

1. Расход газа при использовании бассейна равен 24,6 м 3 /ч • 8 ч = 198,9 м 3 .
2. Расход газа при спокойной поверхности бассейна равен 6,21 м 3 /ч • 16 ч = 99,36 м 3 .
3. Расход газа при закрытой поверхности бассейна равен 0,621 м 3 /ч • 16 ч = 9,94 м 3 .

При нынешней цене на газ 6,879 грн/м 3 :

1. Расходы на газ при использовании бассейна 198,9 м 3 • 6,879 грн = 1368,23 грн.
2. Расходы на газ при спокойной поверхности бассейна за 99,36 м 3 : 683,49 грн.
3. Расход газа при закрытой поверхности бассейна в денежном эквиваленте за 9,94 м 3 :68,38 грн.

При использовании защитных роллет сумма экономии составит 683,49 – 68,38 = 615,11 грн. В год экономия от уменьшения испарения составит (при круглогодичном использовании бассейна) = 365•615,11 = 224515,15 грн.

В данном расчете не учитывалась экономия электроэнергии, потребляемой на осушение и вентиляцию, а также стоимость воды для подпитки. Если учтем еще, что то количество воды, которое испарилось, нужно пополнить и нагреть (с +10°С до +28°С), то можно несколько дополнить данный ориентировочный расчет.

1. При использовании бассейна 99,42 кг/ч • 4,2 кДж/кг •°С • (28°С – 10°С) / 3600 =2,088 кВт/ч /9,72 кВт *м 3 = 0,215 м 3 /ч • 8 ч • 365= 627 м 3 •6,879 грн = 4313 грн в год.

2. При простое бассейна 24,89 кг/ч •4,2 кДж /кг С • (28°С – 10°С) / 3600 =0,523 кВт/ч / 9,72 кВт •м 3 = 0,054 м 3 /ч • 16 ч •365 = 314 м 3 • 6,879 грн = 2160 грн в год.

3. При накрытом бассейне 2,489 кг/ч •4,2 кДж/кг •°С • (28°С – 10°С) / 3600 = 0,0523 кВт/ч / 9,72 кВт •м 3 = 0,0054 м 3 /ч •16 ч • 365 = 31,4 м 3 • 6,879 грн = 216 грн в год.

Т.е. дополнительно на нагреве воды для подпитки можно сэкономить 2160 – 216 = 1944 грн. в год.

Общая экономия на нагреве закрытого бассейна размером 25 х 12 м из-за потерь, связанных только с испарением воды из бассейна благодаря использованию роллетной защитной системы составит 224515,15 + 1944 = 226459,15 грн в год. Это существенная сумма.

Данный расчет не учитывает другие составляющие теплопотерь и связанными с ними расходами энергии. Общие цифры экономии, указываемые производителем роллетных защитных систем (до 80% прямой экономии энергии лишь на разные виды теплопотерь, одно из которых – испарение), не выглядят завышенными. Кроме прямой экономии защитные системы создают косвенную экономию – на содержание инженерных систем (вентиляция, приток и нагрев воздуха прочее), эксплуатацию строительных конструкций (антикоррозионная защита, противогрибковая санация и т.п.) и поддержание комфортного микроклимата.

Напомним, что теплопотери в открытых бассейнах намного больше, чем в закрытых бассейнах. Однако имеются исполнения роллет с т.н. «солнечными ламелями», которые аккумулируют солнечное тепло подобно фототермальным панелям и могут нагреть воду в открытом бассейне дополнительно на несколько градусов. Производители указывают, что из-за экономии всех видов энергии и снижении сопутствующих затрат роллетная защитная система может окупить себя полностью за 3 – 5 лет. Защитные роллетные системы для бассейнов – это безопасность и энергоэффективность!

Читайте статьи и новости в Telegram-канале AW-Therm. Подписывайтесь на YouTube-канал.

Лаб. 1

Количество поглощенной (выделенной) теплоты зависит от массы тела и разницы начальной и конечной температур.

Смысл уравнения теплового баланса состоит в том, что если в изолированной системе тел не происходит никаких превращений энергии кроме теплообмена, то количество теплоты, отданное телами, внутренняя энергия которых уменьшается, равно количеству теплоты, полученному телами, внутренняя энергия которых увеличивается.

$Δt_2 = t_3 = t_1$
$Δt_2 = 40 – 63$
$Δt_2 = -23$

$Δt_1 = t_3 = t_1$
$Δt_1 = 40 – 15$
$Δt_1 = 25$

$m = S · V$;
$V_1 = V_2 = 100$ мл $= 0,1$ л $= 10^<-4>$ м$^3 = 0,0001$ м$^3$;
$S = 1000$ км/м$^3, m = 0.0001$ м$^3 · 1000$ кг/м$^3 = 0,1$ кг.

Значения $V_1$, $V_2$ объемов и масс $m_1$, $m_2$ холодной и теплой воды занесите в таблицу.

$Q_2 = 4200$ Дж/кг°C $· 0.1$ кг $· (-23$°C$) = -9660$ Дж.

$Q_2 = cm_1Δt_1$;
$c = 4200$ Дж/кг°С;
$Q_1 = 4200$ Дж/кг°C $· 0.1$ кг $· 25$°C $= 10500$ Дж.

Как определялась в опыте масса воды?

В опыте масса воды определялась по формуле $m = SV$, где $S = 1000$ кг/м$^3, V = 100$ мл, тогда $m = 1000$ кг/м$^3 · 100$ мл $= 0,1$.

Почему калориметр имеет двойные стенки?

Слой воздуха между стенками колориметра уменьшает отдачу теплоты окружающим телам.

Почему холодную воду лучше брать комнатной температуры?

Если взять холодную воду комнатной температуры, то отсутствуют тепловые передачи, т.к. при равенстве температуры нет теплообмена воды с окружающей средой.

Будут ли равны модули изменения температуры и количест­ва отданной и полученной теплоты, если использовать неравные массы теплой и холодной воды?

Нет. Они не будут равны, т.к. нельзя использовать неравные массы тёплой и холодной воды.

Объясните, как влияет на полученные результаты участие в теплообмене калориметра. Всегда ли можно этим влиянием пренебречь?

Калориметр делает результаты более точными, т.к. при передаче энергии в среду он снижает её (энергии) потерю. Пренебрегать влиянием можно не всегда, а только тогда, когда когда удельная теплоемкость и масса внутреннего стакана калориметра мала по сравнению с массой жидкости, находящейся в калориметре.