Тепловой насос – энергоэффективное оборудование, использующее альтернативные источники энергии. Поэтому установка тепловых насосов для подогрева воды в бассейнах экономически намного выгоднее, чем применение электрических или газовых котлов.
Типы тепловых насосов
В системах теплоснабжения могут использоваться грунтовые, водяные и воздушные тепловые насосы (ТН). Рассмотрим особенности применения тепловых насосов «воздух-вода», как наиболее распространенных и чаще применяемых в этих целях. Преимуществами воздушных теплонасосов являются их простая установка, работа в каскаде, легкая интеграция в любую систему теплообеспечения с резервным котлом, отличная продуктивность в отечественных климатических условиях и умеренность капиталовложений.
Типы бассейнов и режимы их эксплуатации
Различают открытые и закрытые бассейны. Вода в них может нагреваться тем же оборудованием, что используется для отопления и горячего водоснабжения дома или полностью автономной системой. При эксплуатации общей системы теплоснабжения и нагрева воды бассейна устанавливаются приоритетные режимы: нагрев воды для бытовых нужд, отопление, нагрев воды в бассейне. Бассейны могут использоваться с различной периодичностью, в летний период или круглый год, и быть рассчитаны на различную температуру воды (н-р, на +20, +24 или +28°C).
Открытые плавательные бассейны отличаются бóльшими теплопотерями и требуют большей мощности нагрева, чем крытые, расположенные под крышей. В большей степени потери тепла зеркалом (открытой поверхностью воды) бассейна зависит от нескольких факторов: местных климатических условий, защиты от ветра, интенсивности испарений, конвекции тепла в окружающую среду, наличия защитного покрытия.
Ориентировочные данные удельных тепловых нагрузок для открытых бассейнов
для периода май-сентябрь
Для первоначального прогрева бассейна до 20 °C может понадобиться от двух до трех дней, в зависимости от схемы и мощности системы отопления с ТН. Возможно использование резервного теплового генератора, например, газового или твердотопливного котла, для начального разогрева, а потом использовать тепловой насос для автоматического поддержания необходимой температуры. Обычно, если пользование частным бассейном составляет около двух часов в сутки и бассейн имеет защитное покрытие, общая тепловая нагрузка может быть снижена на 50%. Защитное покрытие также снижает уровень теряемой с испаряемой влагой тепловой энергии.
Крытые плавательные бассейны требуют не только нагрева воды, но и отопления помещения с бассейном. Поддержание нужных параметров микроклимата, — влажности и температуры воздуха, может осуществляться при помощи вентиляционной установки. Отопление может быть радиаторным, с теплыми полами или воздушным (нагревателем вентиляционной установки). Тепловой насос способен самостоятельно справиться со всеми тепловыми нагрузками или работать в паре с дополнительными источниками тепла: котлом, солнечными коллекторами, встроенными ТЭНами.
Тепловая нагрузка для крытого плавательного бассейна – количество тепловой энергии, необходимое для нагрева воды, — зависит от площади бассейна, температуры воздуха в помещении, интенсивности использования бассейна и разницы температур воды и воздуха.
Ориентировочные удельные тепловые нагрузки для крытых бассейнов при круглогодичной эксплуатации
Учитывая площадь зеркала крытого бассейна, например 15 м², и удельную тепловую нагрузку, например 140 Вт/м2, мы может приблизительно прикинуть необходимую тепловую мощность для поддержания температуры воды в 24 °C:
Q = 15 * 140 = 2100 Вт = 2,1кВт;
где Q – мощность ТН.
Для сравнения, для открытого бассейна без покрытия той же площади с водой в 24 °C:
Q = 15 * 400 = 6000 Вт = 6кВт.
Таким образом, тепловая мощность воздушного ТН должна выбираться большей, чем эти приблизительные расчетные показатели, и учитывать также тепловые нагрузки на отопление и ГВС.
Как подобрать тепловой насос для нагрева воды в частном бассейне
Прежде всего решается вопрос о том, для чего подбирается тепловой насос. Цель:
- система для обогрева дома, ГВС и нагрева бассейна (моноэнергетическая схема);
- отопление дома, ГВС и нагрев воды бассейна (бивалентная схема с котлом или другим источником);
- тепловой насос на первоначальный нагрев и поддержание нужной температуры воды в бассейне (моноэнергетическая схема)
- котел на первоначальный нагрев и тепловой насос на поддержание нужной температуры воды в бассейне (бивалентная схема).
Выбор схемы зависит от тепловых нагрузок на дом, приоритетности задач, общей схемы теплоснабжения дома, величины бассейна. Если нагрузка на бассейн превышает нагрузку на отопление дома, стоит выбрать систему отдельную от отопления дома.
Пример схемы отопления, ГВС и нагрева воды в бассейне на базе теплового насоса Hitachi Yutaki S80, вспомогательного котла и солнечных коллекторов
Поэтому максимальная мощность теплового насоса определяется исходя из всех нагрузок и требует достаточно сложных расчетов. Профессионалы для подбора модели воздушного теплового насоса пользуются специальными таблицами и диаграммами производительности ТН в зависимости от наружных температур воздуха и точки бивалетности, выбираемой для переключения воздушного ТН на вспомогательный источник тепла (котел или электронагреватель). Например, Киева температура бивалентности составляет -7 °С, а теплопродуктивность теплового насоса Hitachi Yutaki RAS4/RWM4 при температуре воды на выходе ТН +35 °С (A-7 °C /W35 °C), будет 10,62 кВт.
С помощью расчетов или специального программного обеспечения определяется максимальная мощность теплового насоса по теплу и холоду, а также мощность дополнительного нагревателя, подключаемого в случае пиковых нагрузок.
Самостоятельный расчет
Существуют также формулы для приблизительных расчетов времени первоначального нагрева бассейна.
Например, открытый бассейн площадью 7*3=21 м² и глубиной 1,5 м необходимо нагреть от 15 °C до 24°C. В этом случае необходимо затратить:
Q = W * (tбас-tвх) * 1,163= 31,5 * 9 * 1,163 = 329,7 кВт.
где Q – тепловая нагрузка в кВт;
W – объем бассейна в м³;
tбас – требуемая температура воды в бассейне (+24 °C)
tвх – температура начальная (15 °C);
переводной к-нт в кВт*час 4186/3600 =1,163.
Ориентировочная мощность теплового насоса для нагрева воды открытого частного бассейна:
Qн = qчас*S = 0,4 * 21 = 8,4 кВт
где qчас – удельные теплопотери с зеркала открытого бассейна с защитой от ветра в час с 1 м².
S – площадь зеркала бассейна м².
Таким образом, чтобы ТН обеспечил прогрев бассейна заданной площади и объема, необходимо потратить: 329 / 8,4 =39 часов или 39/24 = 1,6 суток. Возможно, если необходимо, более рационально для скорого прогрева использовать резервный котел или электронагреватели большей мощности. Тепловой насос после первоначального прогрева будет с успехом поддерживать заданный температурный режим в бассейне.
Преимущества тепловых насосов для нагрева воды в бассейне
- Автоматическое точное поддержание заданной температуры воды в бассейне.
- Экономное энергопотребление, экономия затрат до 80% по сравнению с электронагревом.
- Эффективная работа, как для частных бассейнов, так и для SPA-комплексов и аквапарков.
- Экологическая чистота и безопасность, безопасные хладагенты, нет вредных выбросов и загрязнений окружающей среды.
- Удобство монтажа и адаптивность под любые системы теплоснабжения.
- Надежность и самый длительный ресурс эксплуатации.
Потребляя в несколько раз меньше энергии, чем любой другой тип теплотехнического оборудования, тепловые насосы являются, несомненно, лучшим и экономически выгодным выбором для нагрева воды в частных и общественных бассейнах, SPA-комплексах или аквапарках. Есть множество примеров применения ТН и для нагрева воды для технологических целей.