Úszómedencék energia-takarékos fűtési rendszerei

Mivel Magyarországon az utóbbi években kezd elterjedni a belső és külső úszómedencék építése ezért is tartottuk szükségesnek ezen megoldások ismertetését. Az ismertetés keretében, szó lesz az alapvető fizikai és hőtani ismeretekről, de csak olyan mélységig, amely a megértéshez szükséges. Fő cél az volt, hogy bemutassam, hogyan épül fel a rendszer és milyen alkotó elemeket tartalmaz.

ALAPFOGALMAK

A szabadtéri illetve beltéri úszómedencék vizének és környezetének fűtése történhet: elektromos, gáz, hőszivattyú és napkollektorok energiáját hasznosító fűtési rendszerrel (1). Az olaj már csak kiegészítő fűtési energiája ként kerül alkalmazásra. Ezen belül vannak vegyes rendszerek is, amelyeknél például a napkollektor energiájának felhasználása mellett, kiegészítő fűtésként megjelenik a gázfűtés, illetve villamos és hőszivattyús rendszer. A fűtési igény összetevői, meghatározzák azt a követelményrendszert, amelyet a tervezésnél és a biztonságos üzemeltetésnél be kell tartani. Más szóval a rendszer felépítésének az alkalmazott részegységeknek ezen követelményeket biztosítani kell. A gyártók meghatározták azokat az alap követelményeket, szolgáltatásokat, amelyeket a medence fűtésnél biztosítani kell:

Szabadtéri medencék követelményei:
– Használati időszak: májustól kb. augusztus végéig; a víz hőmérséklete: 24 °C ezen idő alatt.
– Április és szeptemberben: a víz hőmérséklet 23 fok °C.

A fűtési rendszer hősszükséglete az alábbi tényezők függvénye:
– Medence áramlási hővesztesége a föld hőmérséklethez viszonyítva.
– A medencefelszín párolgási hővesztesége: az áramlástól és párolgástól függően.
– Medence hővesztesége a vízcsere alkalmával beáramló víz hőfokától függően.
– Hőnyereség, amelyet a sugárzás és a fürdőző személyek által kisugárzott hőmennyiség határoz meg.
– A létesítés helyének klimatikus viszonyai.
– A hőmennyiség igény milyen arányban áll a fűtőberendezés hőleadásával,
kapacitásával.
– A medence alakjától, méreteitől függ a sugárzási hő mennyisége.
– Milyen védőfallal, tetővel rendelkezik a létesítmény.

Mindezek alapján a hőszükséglet számítása nem könnyű, sok gyakorlati tapasztalatot igényel.
Célszerűnek tartom közölni a szabadtéri medencék üzemeltetési adatai közül a legfontosabbakat:

Éves hősszükséglet:
Wa = 400 ... 450 [kWh/m2]
Medence területe: A = [m2]
Az összes hőszükséglet:
Wö = Wa x A = [kWh/m2)] x [m2]
 

Fedett belső medencék követelményei:
– Fedett medencéknél az üzemeltetés nem időszakos, egész éves üzemeltetést kell biztosítani.
– A vízhőmérséklet: 26 °C, helyiség hőmérséklet: 28 °C.
– Ha a vízhőmérséklet: 28 °C, akkor a helyiségnek: 32 °C-nak kell lennie.
– A relatív páratartalom mértéke: 60% legyen, ezt az értéket kell a fűtés és szellőzésnél figyelembe venni.

Az alkalmazott fűtési rendszernek az alábbi fűtőkörökkel kell rendelkeznie:
– Medence vizét fűtő.
– Helyiség környezetét fűtő.
– Szellőzést és klimatizálást biztosító.

Ezen kívül még biztosítani kell a rendszernek a zuhanyozáshoz szükséges melegvizet.
Az előbbiekben ismertetett fűtőköröknek az alábbi hőszükségletet kell kielégíteni:
– Az uszoda vizének fűtése.
– Hőleadások és szellőzések.
– Szükségleti melegvíz.

A szellőztetés és klimatizálás hőigénye tetemes részt tesz ki az összes hőigényből, ezért ezt elhanyagolni nem lehet. Ha összehasonlítjuk a szabadtéri és a beltéri létesítmény üzemeltetési költségeit, a zárt térben elhelyezett medencéé kisebb. Lényeges követelmény, hogy a vízhőmérséklet és a környezeti hőmérséklet közötti különbség ne haladja meg: 3 K értéket.
Szabadtéri medencék esetén, költség csökkentés érdekében, célszerű a használati időn kívüli időszakban a medencét letakarni. Ez a megoldás az irodalmak szerint 45%-os hőszükséglet csökkenést is eredményezhet. Mindezekhez még hozzá kell adni azt a hőveszteséget, amely a fűtőberendezésen és csöveken elvész. Ez indokolja azt, hogy a számított hősszükséglethez még kb. 20%-ot hozzá kell adni. Az alkalmazott fűtési rendszernek az előbbiekben összefoglalt hősszükségletet igényt kell kielégítenie.
Mind ezek után el kell dönteni milyen energia fajtával kívánjuk a fűtést üzemeltetni. A választott energia fajta, illetve fajták határozzák meg a rendszer felépítését, típusát és szerkezeti kivitelét. Az energia fajta kiválasztását mindig költség számításnak kell megelőznie.

A fűtőberendezés a választott energiától függően lehet:

Elektromos fűtési rendszer – viszonylag kis helyigénnyel készülnek kis és nagy teljesítményű, átfolyós rendszerű hőkicserélőkkel, amely hasonlít a nagy teljesítményű forró víz tárolóhoz.

Hőszivattyús rendszer – ezek alkalmazása inkább nagyobb fűtési rendszereknél terjedt el, mert itt a létesítési költségek kedvezőbbek. Sokféle fajtája ismert, a levegő / levegő változat terjedt el.

Gáz fűtési rendszer – ez a leggyakrabban alkalmazott és elterjedt fűtési rendszer, amely tartalmaz egy központi kazánt, ez látja el a rendszer teljes hőigényét.

Solar-napkollektoros rendszer – ez a rendszer szabadtéri medencék fűtésénél terjedt el, rendszerint kombinálva van gáz vagy elektromos fűtéssel.

ÚSZÓMEDENCÉK FŰTÉSI RENDSZEREI

1. Elektromos fűtési rendszer

Ez a rendszer egyaránt alkalmas zárt és nyitott medencék fűtésére. Tiszta, égésterméket nem termel, nagy a komfortfoka. További előnye, hogy nem szennyezi a levegőt és kéményt nem igényel. Könnyen üzemeltethető és szabályozható, létesítési költségei is kedvezőek. Nagyobb medencék esetén nagy teljesítményű átfolyós rendszerű hőkicserélőket használnak (2). Az ábrán látható az elektromos fűtési rendszer elvi felépítése, az összes tartozékokkal, szabályozókkal és két hőkicserélővel.

A rendszer jellemzői: Az irodalomból ismert, hogy az átfolyós rendszerű hőkicserélők ipari változatai 500 m3 vízmennyiségnél nagyobb mennyiségek felmelegítésére is alkalmasak. A rendszer előnye, hogy a villamos szabályozókkal és érzékelőkkel nagyon gazdaságosan lehet üzemeltetni, mivel úgynevezett hőntartás valósítható meg és csak a vesztességeket kell a rendszerbe pótolni. A víz mozgatását keringető szivattyú végzi, miden egyes ciklusban megszűri a vizet. A megszűrt víz kerül a hőkicserélőbe, majd felmelegedve vissza a medencébe. Kis medencék esetén, melyeknek köbtartalma kb. 60m3, a szükséges villamos teljesítmény 12 ... 30kW. A villamos fűtőrendszer teljesítmény igényét, a napi teljes hőveszteség és a külső hőmérséklet ingadozás maximális értékének figyelembe vételével határozzák meg. Az így kapott hőszükségletet célszerű kb. 20%-al megemelni. Ez természetesen függ attól is, hogy nyitott vagy zárt létesítményt kell fűteni. Nyitott medence villamos energia igényét, felvett teljesítményét a következő képlettel lehet meghatározni:

           G  x  c  x  Dt
P =                        [kW]
         tn  x  1000  x  h

ahol:
P = felvett teljesítmény [kW]
G = a medence vizének súlya [kg]
t = max. hőmérséklet különbség (3K) [K]
c = a víz fajhője =1163 [Wh/kg x K]
tn = felfűtési idő [h]
h = hatásfok= 0,97
 

2. Hőszivattyús fűtési rendszer

Ez a fűtési rendszer lehetőséget nyújt az energia költségek további csökkentésére. A rendszer elterjedésének nagy jövőt jósolnak, ezért tartottam szükségesnek, nagy vonalakban bemutatni az elvi működést és felépítést. A fűtési rendszer külső és belső medencék üzemeltetésére egyaránt alkalmas. A működési elv megértéséhez, a 3. ábrát kell tanulmányoznunk.
Az energiát a fűtéshez a környezet szolgáltatja, megfelelő munkával átalakítva a rendszerben áramló közeget. Az áramló közeg a rendszerben kitágulva hőt von el, illetve összenyomva hőt ad le. A villamos motor által működtet hőszivattyú, a motor által felvett minden egyes kW-jával, 3–4 kW hőmennyiség állítható elő. A 3. ábrán látható a működési elv és ennek egyszerűsített működési vázlata. A sötét színű rész szemlélteti a nyíl irányában a felvett villamos energiát, majd a hőkicserélőnél a termelt hőenergiát. Az alsó csőszakaszban az áramló közeg folyadék halmazállapotú. A felső részben a folyadék gőz halmaz állapotú lesz, kitágul és hőt von el a környezettől. A jobb felső szakaszban, ha ezt a közeget összenyomják egy kompresszorral hő leadás lép fel a hőkicserélőben. A 4. ábra szemlélteti a zárt térben elhelyezett medence hőszivattyús fűtési rendszerének elvi felépítését.
 

3. Gázfűtésű rendszer

A medencék vizének fűtése leggyakrabban gázfűtés. A tervezéskor központi gázkazánt alkalmaznak, amelyet a teljes létesítmény összes hőigényére méreteznek. Ennek a hőigény felmérésnek része a medence működtetésének hőigénye.
A rendszer tervezésekor számba veszik az igényeket:
l Hány fűtőkör szűksége
l Egész évben kell-e a medencét fűteni
l Nyitott vagy zárt a létesítmény

Az előbbiek tisztázása után, végzik el számításokat, figyelembe véve az előzőekben elmondottakat. Ma már inkább a kombinált rendszerek kerülnek előtérbe.

4. Solar- napkollektoros rendszer
A solar napenergiát hasznosító fűtési rendszer különösen ideális a szabad téri medencék vizének fűtésére, mivel ezek alacsonyabb vízhőmérséklettel dolgoznak (23-24 °C). A napenergiát összegyűjtő kollektorok hatásfoka rendkívül kedvező és működtetésük csekély segéd energiát igényel. További előnye, hogy a rendszer nem igényel forró víz tárolót, mivel maga a medence víztömege kiváló tároló.

Főszerkezeti kialakítások:

Egy fűtőkörös rendszer – egy fűtőkörös rendszerben a kollektor közvetlenül a medence vizét fűti. A rendszerbe épített keringető szivattyú szűrés után a vizet a kollektorba viszi vissza. Ezt a megoldást akkor célszerű alkalmazni, ha a medence fagyvédelméről gondoskodva van.
Két fűtőkörös rendszer – ez a rendszer már rendelkezik fagyvédelemmel és a kollektorokban felmelegedett hőközlő folyadék a hőkicserélőn keresztül felmelegíti a második körben áramló medence vizet. A rendszer elvi elrendezése a 5. ábrán látható.
Hideg napok esetén, ha a kollektorok teljesítménye nem elégséges a 4. ábrán látható 7-es hőkicserélő segítségével a hiányzó hőmennyiség pótolható egyéb fűtési rendszerből. Jogosan felvetődik a kérdés, hogy egy napkollektoros szabadtéri medence esetén, milyen a kollektor felület és medence felület aránya? Ha a medence fedett, akkor 2/3 kollektor felület is elégséges. A hőszükséglet meghatározása nem könnyű, nagyon sok tapasztalati tényezőre, mérésre épül fel. A kollektorok mérési eredményeit a gyártók katalógusaikban megadják. Az 6. ábrán több körös, napkollektoros rendszer látható, külön forró víz tárolóval.
Az 6. ábra szerinti fűtőberendezés több funkciót lát el. A kollektor fűtővize elágazik és két hőkicserélőt melegít. Egyrészt melegíti a 14-es hőkicserélőt és tárolót, amely forró vizet tárol. A másik hőkicserélőn keresztül a medence vizének melegítése történik. A forró víz tároló vizét használati vízként lehet felhasználni: fürdés, zuhanyozás céljára. A forró víz tárolóhoz a 13-as kiegészítő villamos fűtés csatlakozik, amely lehetővé teszi a víz utánfűtését, ha a kollektor teljesítménye kevésnek bizonyul. Itt is érvényesek a költségekre és létesítés feltételeire elmondottak.

Irodalmi jegyzék: Prof. Dr. Ing. Helmut Weber: Energie bewusst planen (Hannover 1983) – Hullmann H.: Solarenergie, Anlage und Gebaude Dissertacion – Lehrner G.: Solartechnik (Esslingen Grafenau 1978).