گرم کردن آب استخر و جکوزی

گرم کردن آب استخر و جکوزی و تنظیم دمای آن بر اساس استاندارد ها یک امر بسیار مهم است.

نگهداری یک چنین دمایی مستلزم وجود یک سیستم تبادل حرارتی مناسب، جهت بالا بردن دمای آب و جبران تلفات گرمایی ناشی از انتقال حرارت به هوا و زمن می باشد.

علاوه بر این در بسیاری از استخرهای تجاری، از تجهیزات مستقلی جهت تامین آب گرم مصرفی سرویس ها و دوش ها استفاده می شود.

که در ادامه به بررسی انها خواهیم پرداخت.

حفظ دمای آب در محدوده ایده آل ذکر شده از اهمیت بسیار زیادی بر خوردار است.

افزایش بیش از حد دمای آب چه مشکلی ایجاد میکند؟

افزایش بیش از حد دمای آب سبب

• افزایش نرخ تبخیر آب و آلاینده های موجود در آن و کاهش کیفیت هوای استخر

• تقطیر بخار آب روی سطوح داخلی و افزایش اختمال فرسایش و آسیب دیدن تجهیزات

• اتلاف انرژی و افزایش هزینه های مربوط به گرمایش آب و سیستم تهویه

• افزایش سرعت رشد و تکثیر میکروارگانیزم ها در آب

می شود.

از طرفی کاهش دمای آب به کمتر از 26˚C باعث افزایش نرخ انتقال حرارت از بدن شناگران به محیط میشود.

در تنیجه ایجاد احساس سرما در بدن آن ها خواهد شد.

باتوجه به دلایل فوق و به منظور کاهش نرخ تبخیر آب و اثرات رطوبت نسبی بالا در مجموعه های آبی، لازم است دمای هوا به اندازه (2-4˚F)1-2˚C بالاتر از دمای آب نگه داشته شود.

کنترل دما و رطوبت نسبی

نقش ترموستات در گرمایش آب چیست؟

در استخرها به منظور حفظ دمای آب و هوا در محدوده ای دلخواه، از دو ترموستات مجزا استفاده می کنند.

کنترلر دمای آب معمولا در سر راه بازگشت آب استخر به موتورخانه و ترجیحا در ورودی مبدل حرارتی نصب می شود.

به ترموستاتی که برای کنترل دمای آب مورد استفاده قرار می گیرد آکوستات نیز گفته می شود.

علاوه بر این برای کنترل رطوبت نسبی هوا در داخل استخر از هیومیدستات استفاده می شود.

این دستگاه مجهز به سیستم کنترلر بوده و نحوه عملکرد آن به گونه ای است که اگر درصد رطوبت نسبی هوا کمتر و یا بیشتر از محدوده مورد نظر باشد، سیستم تهویه را روشن یا خاموش می کند.

ساخت استخر

روش های گرمایش آب استخر و جکوزی

انواع روش های گرم کردن آب استخر

1. گرمایش آب با استفاده از دیگ و مبدل حرارتی
2. گرمایش آب با استفاده از واحدهای گرم کن پیش ساخت
3. گرمایش آب غیر مستقیم

اساس فرآیند گرمایش در دو روش اول تقریبا یکسان است.

روش اول در ایران رایج تر است.

روش دوم بیشتر به منظور گرمایش آب استخرهای کوچک و خانگی مورد استفاده قرار می گیرد.

در ادامه به تشریح هر سه روش خواهیم پرداخت.

انتخاب دیگ

انتخاب دیگ مناسب

انتخاب دیگ مناسب باید با توجه به نوع طراحی تاسیسات گرمایشی استخر انجام شود.

در صورتی که از دیگ تنها جهت گرمایش آب استخر استفاده می شود، تعیین ظرفیت آن باید با احتساب تلفات گرمایی مربوط باشد.

اما اگر علاوه بر این، به منظور تامین آب گرم مصرفی (بهداشتی) و گرمایش ساختمان نیز از بار حرارتی تولید شده توسط دیگ استفاده می شود.

لازم است ظرفیت آن با در نظر گرفتن نیاز تمام بخش ها محاسبه شود.

در هر صورت باید بار حرارتی کل را محاسبه نموده و با در نظر گرفتن درصدی به عنوان ضریب اطمینان بابت تلفات حرارتی دیگ، مبدل حرارتی و سیستم لوله کشی دیگ را تخمین زد.

به این ترتیب به منظور محاسبه بار حرارتی دیگ QB می توان از رابطه زیر استفاده کرد:

QB = Qt (1 + A)

QB: قدرت دیگBTU/hr

Qt: بار حرارتی کلBTU/hr

A: ظریب اطمینان(5%-20%)

مبدل حرارتی

معمولا مبدل های حرارتی دارای دو مدار گردش هستند.

دریک مدار آب گرم و یا بخار آب حاصل از دیگ و در مدار دیگر آبی که گرمای مورد نیاز خود را از آب گرم دیگ دریافت می کند.

همچون آب استخر و آب گرم مصرفی در جریان است.

شیوه انتخاب مبدل حرارتی در استخرها هیچ تفاوتی با سایر کاربرد های متداول ندارد.

تنها نکته قابل توجه آن است که جنس مبدل باید به گونه ای انتخاب شود که مقاومت کافی در برابر خورندگی آب استخر یا جکوزی را داشته باشد.

البته در تمام مجموعه های آبی، جهت گرمایش آب استخر، جکوزی و آب گرم مصرفی از مبدل های حرارتی جداگانه استفاده می شود.

بنابراین رعایت این نکته در مورد مبدل حرارتی آب گرم مصرفی لزومی ندارد.

گرمایش آب با استفاده از واحدهای گرم کن پیش ساخته

در این نوع گرم کن ها آب عبوری از کویل مارپیچ به واسطه حرارت ایجاد شده توسط مشعل گرم کن گرم می شود.

گرم کن هایی که در استخرها مورد استفاده قرار می گیرد، نیازی به منبع ذخیره آب گرم ندارد؛ زیرا خود کاسه استخر همچون یک تانک ذخیره آب عمل خواهد کرد.

انواع گرم کن های استخر

1. گرم کن گازسوز
2. گرم کن با سوخت مایع
3. گرم کن الکتریکی
4. گرم کن خورشیدی.

از میان گرم کن های فوق، گرم کن خورشیدی به مدت زمان بیشتری برای گرمایش آب نیازمند است.

نحوه طراحی اکثر گرم کن های استخر به گونه ای است که کنترل دمای آب به جای تنظیم مستقیم دما بر مبنای تنظیم جریان صورت می گیرد.

در این شیوه با ثابت نگهداشتن جریان آب ورودی به مبدل، دمای آب گرم خروجی از آن نیز ثابت باقی می ماند.

استفاده از این نوع مبدل در دماهای بالاتر از 46 درجه سانتی گراد مقرون به صرفه نیست.

زیرا در این حالت مواد معدنی و ذرات معلق موجود در آب بر جداره داخلی مبدل رسوب می کند.

در نتیجه این عامل سبب افزایش هزینه های تعمیر و نگه داری خواهد شد.

ضمن آنکه شدت جریان آب عبوری در لوله های (11/2 in) 40mm و (2 in) 50mm به ترتیب نباید از (100 gpm)378L/min و (125gpm) 473 L/min بیشتر باشد.

گرمایش غیرمستقیم آب

در سیستم گرمایش غیرمستقیم، آب استخر توسط نصب لوله در دیواره ها وکف استخر گرم می شود.

از آنجایی که آب استخر از درون آب گرم کن عبور نمی کند، مشکلات ناشی از خوردگی، رسوب بندی و تقطیر، به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.

ولی به دلیل هزینه اولیه نسبتا بالا، دو روش اول، بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.

در هر صورت، معمولا انواع گرم کن استخر بر مبنای افزایش دمای آب0/5 درجه سانتی گراد در هر ساعت طراحی می شوند.

تنها در مواردی که آب استخر کاملا سرد است، نرخ گرم شدن آب استخر تحت هیچ شرایطی نباید از 0/25 درجه سانتی گراد بیشتر باشد.

نحوه انتخاب سیستم گرمایش مناسب

انتخاب مبدل حرارتی

آگاهی از الگوی کاربری و چگونگی استفاده از استخر از جمله عوامل تاثیر گذار در انتخاب نوع مبدل حرارتی است.

در استخرهای عمومی به دلیل کارکرد مداوم سیستم های گرمایش آب و استفاده پیوسته شناگران از استخر لازم است مبدل انتخاب شده قابلیت احراز شرایط ذیل را داشته باشد:

1.  توانایی گرمایش آب و تامین یک محدوده دمای یکنواخت
2. جبران تلفات حرارتی دایمی استخر در طول هفته
3. توانایی کارکرد طولانی مدت و مداوم

باتوجه به شرایط ذکر شده استفاده از دیگ و مبدل حرارتی در استخرهای بزرگ عمومی رایج تر است.

علاوه بر این در استخرهای خانگی یا کوچک به صورت مقطعی مورد استفاده قرار می گیرد.

آگاهی از آلگوی کاربری سبب تسهیل در انتخاب گرم کن خواهد شد.

به طور مثال، اگر استخر فقط برای تعطیلات آخر هفته مورد استفاده قرار می گیرد.

روند منطقی از نظر اقتصادی، آن است که آب استخر تنها برای این روزها گرم باشد.

در این حالت مبدل حرارتی انتخاب شده باید توانای گرمایش آب استخر(تا دمای مطلوب) و همچنین جبران تلفات حرارتی ناشی از هدایت و تبخیر سطحی را داشته باشد.

با توجه به شرایط گفته شده گرم کن های پیش ساخته بهترین گزینه هستند.

محاسبه بار گرمایی آب استخر و جکوزی

استخرها همانند یک منبع ذخیره انرژی، همواره در حال انتقال حرارت با محیط پیرامون خود هستند.

عوامل موثر در تعیین انرژی حرارتی

عوامل بسیاری در تعیین انرژی حرارتی مورد نیاز برای گرمایش آب استخر و جکوزی نقش دارند که مهم ترین آنها عبارتند از

انتقال حرارت رسانایی (هدایت) از دیواره ها و کف استخر:

اتلاف حرارت از این طریق در استخرهای زمینی ناچیز است.

زیرا در این حالت زمین همچون یک عایق حرارتی رفتار کرده و مانع انتقال حرارت به محیط می شود.

اما در استخرها و جکوزی های روی زمین، این میزان تلفات از جداره ها باید در محاسبه منظور گردد.

انتقال حرارت از سطح آب استخر(جابه جایی)

این نوع اتلاف حرارت به اختلاف دمای آب و هوا و سرعت باد بستگی دارد.

در استخرهای سرپوشیده با تنظیم دمای آب و هوای محیط می توان از اتلاف انرژی جلوگیری کرد.

همچنین در استخرهای روباز که علاوه بر دما، وزش باد نیز سبب اتلاف گرمای آب می شود.

می توان با نصب بادگیر و استفاده از پوشش برای سطح آب ( در مواقعی که از استخر استفاده نمی شود) تلفات حرارتی را به میزان چشمگیری کاهش داد.

انتقال حرارت تشعشعی از سطح آب استخر

اتلاف حرارت تشعشعی

اتلاف حرارت تشعشعی زمانی رخ می دهد که اختلاف دمای زیادی بین سطح آب استخر و محیط پیرامون آن وجود داشته باشد.

و این رویداد بیشتر در شب های سرد با آسمانی صاف اتفاق می افتد.

در استخرهای روباز به دلیل دریافت مقدار زیادی انرژی تشعشعی در طول روز (در حدود 100000 BTU/hr) تلفات حرارتی از سطح آب در شب بی تاثیر خواهد بود.

در استخرهای سرپوشیده به دلیل عدم تبادل حرارت با آسمان، شب این نوع اتلاف بسیار ناچیز خواهد بود.

اما در استخرهای روباز، اگر دمای هوا در شب کمتر از 45 K و آسمان صاف باشد، باید اتلاف حرارت تشعشعی از سطح آب محاسبه شود.

به منظور کاهش اتلاف حرارت از سطح استخرهای روباز، می توان از پوشش برای این نوع استخرها استفاده کرد.

اتلاف حرارت ناشی از تبخیر سطحی آب استخر

این عامل یکی از مهم ترین موارد اتلاف گرمای آب در استخرها است.

که در اکثر مواقع 50%-60 انرژی گرمایی آب از این طریق از بین می رود. با کنترل مناسب سرعت هوای عبور از سطح، دمای محیط و درجه حرارت آب و همچنین پوشاندن سطح استخر در مواقعی که از آن استفاده نمی شود.

می توان مقدار اتلاف گرمایی ناشی از تبخیر سطحی را تا 50% کاهش داد.

نرخ گرمایش آب و پیش راه اندازی

آگاهی از الگوی کاربری و چگونگی استفاده از استخر

از جمله عوامل تاثیر گذار در تعیین مدت زمان پیش راه اندازی و نرخ گرمایش آب است.

مدت زمان پیش راه اندازی، عبارت است از: مدت زمانی که لازم است تا آب سرد 10 درجه سانتی گراد  به دمای مطلوب 26/7 درجه سانتی گراد  برسد.

هرچه مدت زمان پیش راه اندازی یک استخر بیشتر باشد اتلاف انرژی و حجم مبدل حرارتی کمتر خواهد بود.

البته حداکثر مدت زمان پیش راه اندازی (گرمایش آب) برای استخرهایی که به طور پریودیک(مثلا یک روز در هفته) کار می کنند،(استخرهای خانگی) 24 ساعت می باشد.

در استخرهایی که پس از راه اندازی به صورت دائمی مورد استفاده قرار می گیرند (استخرهای عمومی) بهتر است یک دوره گرمایش 48 ساعته در نظر گرفته شود و در جکوزی ها این دوره گرمایش معمولا 6 ساعته است.

در این صورت هزینه اولیه سیستم به میزان زیادی کاهش می یابد.

در هر صورت، معمولا انواع گرم کن استخر بر مبنای افزایش دمای آب 0/5 درجه سانتی گراد در هر ساعت طراحی می شوند و تنها در مواردی که آب استخر کاملا سرد است.

نرخ گرم شدن آب استخر تحت هیچ شرایطی نباید از 0/25 درجه سانتی گراد بیشتر باشد.

چراکه در غیر این صورت سرعت انبساط تجهیزات سیستم لوله کشی افزایش یافته و سبب بروز صدمات سازه ای خواهد شد.

Pp با توجه به توضیحات فوق دو عامل اتلاف حرارت ناشی از تبخیر سطحی آب و نرخ گرمایش در آب در ابتدای راه اندازی از جمله عوامل تاثیرگذار در محاسبه بار گرمایی آب استخر و جکوزی است.

نرخ گرمایش آب در ابتدای راه اندازی

Q1 =( V*8.33*(Tf – Ti)*Cp) ÷ t

Q1: بار حرارتی بار استخریا جکوزیBTU/hr

V: حجم آب استخر یا جکوزی gal

Tf: دمای نهایی˚F

Ti: دمای آب ورودی(آب شهر) ˚F

T: مدت زمان پیش راه اندازی (برای استخرهای خانگی 24ساعت، دائمی 48 ساعت و جکوزی 6 ساعت)

Cp: ضریب حرارت ویژه آب1.0Btu/lb.˚F

8.33: چگالی آب بر حسب lb/gal

اتلاف حرارت ناشی از تبخیر سطحی آب

Q2 = A * U *(Tp – Ta)

Q2: اتلاف حرارتی از سطح آبBTU/hr

A: مساحت کاسه استخر ft2

Tp: دمای استخر F˚

Ta: دمای محیط ˚F

U: ضریب کلی انتقال حرارت از سطح آب استخر یا جکوزی 10.5 (BTU) ÷ (h.F.ft2)

رابطه فوق مربوط به اتلاف حرارت از سطح استخرهای روبازی است که در آن سرعت متوسط باد در حدود 3.5-5mph (مایل بر سرعت) می باشد.

در صورتی که استخر مورد نظر در مکان های محصور یا در مجاورت ساختمان های بلند و بوته زارها واقع شده باشد، می توان سرعت متوسط باد را کمتر از3.5mph (مایل بر سرعت) در نظر گرفت و مقدار را به 75% کاهش داد.

اما اگر سرعت هوا بیش از 5 mph باشد رابطه فوق را در ضریب 1.25 و برای سرعت 10mph در ضریب 2 ضرب می کنیم.

در نهایت بار گرمایی کل استخر یا جکوزی برابر است با:

Qtotal = Q1 + Q2

البته به جز روش فوق، روش تجربی دیگری برای محاسبه بار گرمایی آب جکوزی وجود دارد که در گذشته بیشتر از آن استفاده می شد.

در ان روش با استفاده از رابطه زیر بار گرمایی آب جکوزی محاسبه می شود.

Qj = N * GPH * 8.33 * 0.3 *∆T

∆T =(Tf - Ti )

Q: بار حرارتی آب جکوزیBTU/hr

GPH: دبی آب جکوزی

Tf: دمای نهاییF ˚

Ti: دمای اولیهF ˚

N: تعداد نازل هل

0.3 :ضریب تقاضا

8.33:وزن آب برحسب lb/gal