Мой дом / My Dom

Схемы солнечных установок для обогрева плавательных бассейнов:
а - одноконтурная схема;
б - схема солнечной теплонасосной установки;
1 - бассейн; 2 - насос; 3 - фильтр; 4 - обратный клапан; 5 - коллектор солнечной энергии; 6 - воздушник; 7 - байпас с вентилем; 8 - тепловой насос; 9 - теплообменник; 10 - трехходовый клапан.

В ряде стран (США, Австралия, ФРГ) успешно эксплуатируется значительное число плавательных бассейнов с 

солнечным обогревом . Эта область применения солнечных коллекторов весьма перспективна.

Владельцам плавательных бассейнов особенно выгодно использовать солнечную энергию, если система связана с солнечной отопительной системой всего дома. Эксперименты показали, что в этом случае можно поднять температуру воды на 22°C выше температуры окружающего воздуха.

Температура воды в плавательных бассейнах обычно поддерживается на уровне 20...27°C, что всего на 5...15°C выше температуры наружного воздуха, и энергия солнечной радиации в летний период вполне может заменить традиционный источник энергии. Благодаря использованию солнечной энергии купальный сезон в открытых плавательных бассейнах может быть увеличен на 1,5...2 мес. в год, а в закрытых бассейнах будет обеспечена значительная экономия топлива и уменьшение загрязнения окружающей среды вредными выбросами.

В условиях средней полосы и южной части России гелиоустановки могут давать не менее 250...300 кВт*ч полезной теплоты с 1 м² площади плоского солнечного коллектора. Одна из возможных схем гелиоустановок для подогрева воды в плавательном бассейне показана на рис. 1, а. Вода из бассейна насосом прокачивается через фильтр и направляется в солнечный коллектор. Нагретая вода из коллектора поступает в бассейн. В схеме предусмотрены:

• обратный клапан;
• воздушный клапан;
• байпасная линия с вентилем.

Солнечный коллектор должен быть изготовлен из коррозионно-стойких материалов, чтобы не подвергаться агрессивному действию воды из бассейна. Кроме того, материал должен:

• выдерживать температуру от -20 до 70°C;
• обладать хорошей поглощательной способностью;
• обладать высоким коэффициентом теплопроводности.

Через коллектор прокачивается большое количество воды, и должно быть обеспечено такое поперечное сечение каналов, чтобы гидравлическое сопротивление было минимальным. Наиболее подходящими материалами являются окрашенные в черный цвет:

• полиэтилен;
• полипропилен;
• синтетический каучук.

Первые два материала дешевы, а каучук значительно дороже, но более стойкий. При годовом поступлении 1050 кВт*ч/м² солнечной энергии на горизонтальную поверхность и площади коллектора 800 м² за сезон гелиоустановка может дать 170 МВт*ч теплоты, а потребность в теплоте составляет 270 МВт*ч. В данном случае коллектор не имеет остекления, вода в нем подогревается на 3,5°C, и средняя тепловая мощность установки за сезон составляет 270 кВт, а ее КПД — 38,3%. Длинные оребренные трубы изготовлены из полипропилена, а прямой и обратный соединительные трубопроводы — из полиэтиленовых труб.

Схема комбинированной солнечной теплонасосной установки для обогрева плавательного бассейна показана на рис. 1, б. Летом в бассейне поддерживается температура не ниже 20°C. Это обеспечивается с помощью солнечного коллектора. При неблагоприятных погодных условиях включается тепловой насос, использующий солнечный коллектор в качестве испарителя.

В условиях средней полосы России гелиоустановка, предназначенная для поддержания температуры воды в плавательном бассейне на уровне 20...24°C, дает за сезон 250...270 кВт*ч полезной теплоты на 1 м² площади солнечного коллектора. Для сравнения, годовая удельная теплопроизводительность:

• гелиосистемы горячего водоснабжения - 300...500 кВт*ч/м² в год;
• гелиоустановки отопления (30...70°C) - 150...300 кВт*ч/м² в год.

Борьба с тепловыми потерями

Бассейн теряет теплоту вследствие:

• испарения воды;
• конвекции и излучения в окружающую среду;
• теплопроводности от дна к грунту.

Требуемое количество теплоты от обычного топливного источника равно разности между суммарными теплопотерями бассейна и поступлением солнечной энергии.

Теплопотери открытого плавательного бассейна могут быть существенно снижены, если в те периоды, когда бассейн не используется, т.е. в ночное время и в холодную ненастную погоду, закрывать его водную поверхность. Для этого можно использовать полимерную пленку или плиты из пенопласта. При работе бассейна полимерное покрытие убирается и хранится в свернутом виде на краю бассейна, плиты также могут быть сложены там же в виде штабеля. Второй вариант — двухслойное полимерное покрытие в виде подушки, которая надувается воздухом и изолирует поверхность воды от наружного воздуха; при работе бассейна воздух выпускается и благодаря наличию утяжелителей покрытие погружается на дно бассейна. Защита поверхности воды от наружного воздуха позволяет уменьшить тепловые потери на 40...50%.

Если глубина бассейна не превышает 1 м, то его дно и стены должны быть покрашены краской с высокой поглощательной способностью, а дно, кроме того, должно иметь шероховатую поверхность. Для промывки фильтров используется теплая вода (норма расхода на одну промывку - 0,9 м³ на 1 м² поверхности бассейна). Теплоту промывочной воды необходимо утилизовать, установив после фильтров теплообменник.

При реализации всех указанных способов энергосбережения потребность в теплоте снижается до 260 кВт*ч/м² за сезон, что составляет всего 40% первоначального значения. При этом требуемая площадь плоского солнечного коллектора уменьшается до 0,4 м² (вместо 1 м²) на 1 м² площади поверхности воды в бассейне. При этом годовое теплопотребление бассейна составляет 700...800 МВт*ч, среднесуточная теплопроизводительность гелиоустановки за период май-сентябрь 2,5 кВт*ч/м² в день (максимум 6 кВт*ч/м²) при площади поверхности воды 1500 м², температура воды на входе в коллектор 20...27°C, а на выходе 24...36°C при расходе 10...90 м³/ч.