Расчет тепла на нагрев воды и поддержание температуры в бассейне. Подбор теплообменника для бассейна.

Расчет потребности энергии на прогрев воды в открытом бассейне  и поддержания температуры воды на время эксплуатации. 

Рассчитаем потребность в энергии для нагрева воды в открытом бассейне и поддержания её температуры по методике C. Saunus "Planung von Schwimmbädern".

Исходные данные:

• Объём бассейна (V): V=4 м×3 м×1,7 м=20,4 м3

• Температура воды в бассейне (Tₑ): +26°C

• Минимальная температура воздуха (Tₐ): +18°C

• Температура свежей воды (Tₙ): +10°C

• Период эксплуатации: июнь–сентябрь (летний период, но с учётом ночных похолоданий)

• Материал чаши: железобетон (толщина 200 мм)

• Время первоначального нагрева: 24 часа

1. Расчёт энергии для первоначального нагрева воды

Формула для расчёта:

Qнагрев=V⋅ρ⋅c⋅ΔT

где:

• ρ=1000 кг/м3 (плотность воды)

•  с (удельная теплоёмкость воды)

• ΔT=Te−Tn=26−10=16 °C

Подставляем:

Qнагрев=20,4×1000×1,163×16=379 891 кВт

Мощность нагревателя для разогрева за 24 часа:

Pнагрев=379 89/24≈15 829 Вт≈15,8 кВт

2. Расчёт теплопотерь бассейна (поддержание температуры)

Основные виды теплопотерь:

1. Испарение (Qᵥ)

2. Конвекция (Qₖ)

3. Излучение (Qᵣ)

4. Потери через стенки и дно (Qₛ)

2.1. Испарение (Qᵥ)

Формула:

Qv=(0,086+0,078⋅v)⋅(Ps−Pa)⋅A

где:

• $v$ — скорость ветра (для Екатеринбурга в среднем 2 м/с)

• Ps​ — давление насыщенного пара при 26°C ≈ 33,6 мбар

• Pa​ — парциальное давление воздуха при 18°C и влажности 70% ≈ 14,5 мбар

• A=4×3=12м2 (площадь поверхности воды)

Подставляем:

Qv=(0,086+0,078×2)×(33,6−14,5)×12=0,242×19,1×12≈55,5 Вт/м2

Суммарные потери на испарение:

Qv=55,5×12=666 ВтQv​=55,5×12=666Вт

2.2. Конвекция (Qₖ)

Формула:

Qk=α⋅A⋅(Te−Ta)

где:

• α значение перехода тепла в зависимости от скорости ветра в Вт/м
  

Подставляем:

Qk=5×12×(26−18)=480 ВтQk​=5×12×(26−18)=480Вт

2.3. Излучение (Qᵣ)

Формула:

Qr=σ⋅ε⋅A⋅(Te4−Ta4)

где:

• σ=5,671х10‾⁸  Вт / м²·К⁴ (постоянная Стефана-Больцмана)

• ε=0,9 (коэффициент излучения воды)

Подставляем:

Qr=5,67×10‾⁸×0,9×12×(2994−2914)≈200 Вт

2.4. Потери через стенки и дно (Qₛ)

Формула:

Qs=λd⋅Aстен⋅(Te−Ta)

где:

• λ =1,5–2,0 Вт/(м·К) (теплопроводность бетона)

• $d=0,2\text{м}$ (толщина стенки)

• Aстен=2×(4+3)×1,7+4×3≈27,8 м2

Подставляем:

Qs=1,70,2×27,8×8≈1890 Вт

Суммарные теплопотери (Qₜ)

Qt=Qv+Qk+Qr+Qs=666+480+200+1890≈3236 Вт≈3,24 кВт

Суточные потери тепла:

Qсут=3,24×24≈77,8 кВт

3. Учёт долива воды

При испарении теряется около 3–5 л/м² в день.

Для бассейна 12 м²:

Vисп=4×12=48 л/день=0,048 м3

Энергия на нагрев доливаемой воды:

Qдолив=0,048×1000×1,163×(26−10)≈893 Вт

4. Итоговая потребность в энергии

4.1. Первоначальный нагрев:

• 380 кВт·ч (за 24 часа)

• Мощность нагревателя: 15,8 кВт

4.2. Поддержание температуры:

• 77,8 кВт·ч/день (основные потери)

• + 0,9 кВт·ч/день (долив воды)

• Итого: ~78,7 кВт·ч/день

Выводы

1. Для первоначального нагрева требуется 15,8 кВт мощности на 24 часа.

2. Для поддержания температуры нужен котёл мощностью не менее 3,5–4 кВт.

3. Годовой расход энергии (июнь–сентябрь) — ~9444 кВт·ч.

Рекомендации:

• Установить газовый котёл мощностью 20–25 кВт (с запасом).

• Рассмотреть солнечные коллекторы для снижения затрат.

• Использовать теплоизоляционное покрытие воды ночью для уменьшения испарения.

Подбор теплообменника для подогрева воды в бассейне

Мощность теплообменника 20 квт

Греющий теплоноситель  вход / выход : 70С/50С

Нагреваемый теплоноситель  вход / выход : 22С/28С

Потери напора до 1 м.в.с.

Разборный теплообменник TG025P-1-9 Цена прайс  27000,00 рублей

Паяный теплообменник TTG027S-16 Цена прайс  18000,00 рублей