انتخاب پمپ گردش آب

در سیستم های حرارت مرکزی با جریان اجباری برای به گردش در آوردن سیال در مدار اولیه از یک پمپ استفاده میشود که ممکن است در مسیر رفت یا برگشت آب نصب شود. تنها تفاوت در این است که برای انتخاب این پمپ افت فشار ایجاد شده به واسطه سیستم لوله کشی و تجهیزات و دبی آب در مدار اولیه باید به صورت جداگانه در نظر گرفته و مبنای انتخاب پمپ قرار گیرد. بنابراین برای انتخاب پمپ گردش آب در مدار اولیه با دو مساله محاسبه افت فشار سیستم لوله کشی و دبی پمپ روبرو هستیم.

قدرت پمپ انتخابی باید به اندازه ای باشد که آب در طولانی ترین مسیر سیستم بدون بروز مشکل به گردش در آید. بنابراین محاسبه افت فشار باید بر مبنای طولانی ترین مسیر انجام گیرد.

افت فشار ایجاد شده در برابر آب به واسطه اصطکاک جداره لوله ها، افت فشار شیرها، زانویی ها سه راهه ها و سایر تجهیزات در مسیر جریان آب ایجاد میشود. این افت فشار را میتوان با استفاده از فرمول های مکانیک سیالات محاسبه کرد. ولی در عمل معمولا کمتر پیش می آید که طراح به صورت جزبه جز اقدام به محاسبه افت فشار اجزای سیستم لوله کشی کند. روش ساده تری که به این منظور مورد استفاده قرار میگیرد آن است که افت فشار وصاله ها را با افت فشار طول لوله معادل با آنها در نظر میگیرند.

بطور سرانگشتی میتوان طول معادل وصاله های مختلف را تقریبا برابر با پنجاه درصد طول مسیر رفت و برگشت در نظر گرفت.

بنابراین کافی است طول معادل اتصالات مسیر را با طول لوله های رفت و برگشت جمع نمود. ابراین اگر طول مسیر رفت را برابر با فرض کنیم، برای مسیر رفت و برگشت به دورترین واحد حرارتی باید به اندازه (۲۱) و برای طول معادل اتصالات لوله کشی باید به اندازه (x 2L0.5) درنظرگرفته شود. بنابراین طول معادل کل برابر با ۳۱ خواهد بود.

بطور سرانگشتی میتوان افت فشار لوله ها را به ازای هر ۴۰m برای بارد ۱۰۰ طول لوله ۲٫۵ft در نظر گرفت.

پس از محاسبه افت فشار سیستم لوله کشی که بیانگرهد مورد نیاز پمپ است، نوبت به محاسبه دبی پمپ می رسد. به این منظور میتوان از رابطه (۷) استفاده کرد.

در این رابطه فرض بر آن بوده است که اختلاف دمای آب رفت و برگشت برابر با (۲۰°F (11.2C است. به این ترتیب با داشتن فشار و دبی پمپ به راحتی میتوان از کاتالوگ شرکتهای سازنده پمپ مناسب را انتخاب نمود.

گرمایش آب استخر با استفاده از گرمکن های پیش ساخته

در یک تقسیم بندی کلی میتوان گرمکنها را به دو گروه گرمکن های معمولی و گرمکنهای خورشیدی تقسیم بندی کرد. در ابتدا لازم است که به این نکته اشاره کنیم که ساختار کلی گرمکن استخرها با آبگرمکنهای خانگی و دیگهای صنعتی متفاوت است.

برای تامین ظرفیت گرمایی مورد نیاز استخرها میتوان از انواع گرمکن ها استفاده کرد:

• گرمکن های گازسوز
• گرمکن های با سوخت مایع
• گرمکن های الکتریکی
• گرمکن های خورشیدی

از این میان، گرمکن های خورشیدی به دلیل زمان طولانی تر مورد نیاز برای گرم کردن اب استخر، معمولا در کاربردهایی دایمی مناسب تر هستند. طراحی اکثر گرمکنهای استخر به گونه ای است که دمای آب گرم خروجی از آنها به اندازه ( ۵-۱۰C (10-25°F بالاتر از دمای آب ورودی به آن خواهد بود. بنابراین در این گرمکنها، کنترل دمای آب به جای تنظیم مستقیم دما بر مبنای تنظیم جریان صورت میگیرد. این چنین است که با ثابت نگه داشتن جریان آب ورودی به مبدل دمای آب گرم خروجی از آن نیز ثابت باقی می ماند. در دماهای بیش از (۴۶°C (115°F ، مواد معدنی و ذرات معلق موجود در آب بر جداره داخلی مبدل رسوب می کنند، ضمن آن که شدت جریان آب عبوری از این واحدها در لوله های . ۴۰mm (1 1/2in و (.۵۰mmn (2in به ترتیب نباید از ( ۳۷۸L/min (10gpmو ( ۴۷۳L/min (125gpmبیشتر باشد. در جریان های بالاتر از محدوده یاد شده، باید از یک مسیر کنارگذر استفاده شود.

گرمکن های گازسوز

یکی از انواع گرمکن های مورد استفاده در استخرها، گرمکنهای گازسوز هستند که در آنها از گاز طبیعی یا پروپان به عنوان سوخت استفاده میشود. در تصویر (۶۷) طرحواره ای از یک گرمکن گازسوز کوچک به همراه اجرای آن نشان داده شده است.

گرمکن های گازسوز در مقایسه با گرمکن های با سوخت مایع آلایندگی کمتری را به همراه دارند. البته از دیدگاه زیست محیطی، تاثیر گازهای گلخانه های تولید شده توسط این گرمکنها همچنان پابرجاست. گرمکنهای با سوخت پروپان نیز تقریبا مشابه با گرمکنهای گازسوز هستند. تنها تفاوت این است که در این گرمکنها از پروپان به عنوان سوخت استفاده میشود. عملکرد کلی گرمکن های با سوخت گاز طبیعی و پروپان مانند یکدیگر است.

مزیت پروپان، امکان ذخیره سازی آن در کپسول ها و استفاده در مکان هایی است که از شبکه گازرسانی دور هستند. به طور کلی هر دو نوع گرمکنهای گازسوز و با سوخت پروپان سرعت عملکرد بالایی دارند و در مدت زمان نسبتا کوتاهی آب استخر را گرم می کنند. اما گرمکنهای با سوخت مایع مانند گازوییل هنوز هم در برخی مناطق مورد استفاده قرار می گیرند. در این مورد نیز سوخت مورد نیاز گرمکن در مخزن ذخیره نگهداری میشود. عمده ترین مشکل این گرمکن ها بوی متصاعد شده از آنها است. بنابراین در صورت استفاده از آنها، گرمکن استخر باید دور از سالن استخرو محل استراحت شناگران نصب شود.

گرمکن های با سوخت مایع

این نوع گرمکنها امروزه کمتر مورد استفاده قرار می گیرند. ساختار این گرمکنها نیز مشابه با گرمکنهای گازسوز است ولی در آنها به جای گاز طبیعی یا پروپان از گازوییل استفاده میشود. امروزه کمتر از گرمکن های با سوخت مایع استفاده میشود. ساختار کلی این گرمکنها نیز مشابه با گرمکنهای گازسوز است با این تفاوت که نوع سوخت آنها از انواع سوختهای مایع استفاده میشود.

گرمکن های الکتریکی

ساختار کلی گرمکنهای الکتریکی نیز مشابه با گرمکنهای گازسوز است. با این تفاوت که در گرمکن های الکتریکی، گرمای موردنیاز توسط یک کویل الکتریکی تولید می شود. البته متناسب با ساختار گرمکن ممکن است این کویل در تماس مستقیم با آب باشد و یا دورتادور یک مبدل حرارتی پیچیده شده باشد که در حالت دوم، گرمای کویل به صورت غیرمستقیم به آب منتقل خواهد شد. البته اگر کویل الکتریکی به صورت مستغرق مورد استفاده قرار گیرد، کارایی آن بیشتر در مواقعی است که یک واسطه (مبدل حرارتی) بین کویل و آب قرار میگیرد. البته طراحی گرمکن های الکتریکی با کویل مستغرق مستلزم دقت بسیار بیشتری است. ضمن آن که مشکلاتی مانند خوردگی یا رسوب گرفتگی در صورت عدم توازن شیمیایی آب در این گرمکن ها بیشتر است.

گرمکن های الکتریکی بیشتر برای واحدهای کوچک مانند جکوزی ها مناسب هستند. به دلیل هزینه کارکرد بالا و نیاز به سیم کشی فشار قوی برای تحمل شدت جریان زیاد مورد نیاز، گرمکن های الکتریکی  صرفا در مواقعی که دسترسی به گاز طبیعی یا پروپان وجود ندارد و امکان بهره برداری ای خورشیدی نیز نیست، مورد ملاحظه قرار می گیرند. یکی دیگر از کاربردهای گرمکنهای برفی برای استخرهای موقتی است که امکان لوله کشی گاز در آنها عملی نیست.

به عنوان یک قاعده سرانگشتی می توان توان الکتریکی مصرفی توسط گرمکنهای الکتریکی و ظرفیت گرمایی تولید شده توسط آنها را به صورت زیر تقریب زد:

• گرمکن ۱٫۵kW5400kJ (5120Btu
• گرمکن ۵٫۵kW19800kJ (18750Btu
• گرمکن ۱۱٫۵kW39500kJ (37500Btu)

گرمکن های خورشیدی

در سالهای اخیر با توجه به اهمیت به کارگیری انرژی های تجدیدپذیر، استفاده از انرژی خورشیدی در مرکز توجه همگان قرار گرفته است. به طور کلی سیستم های گرمایش خورشیدی را میتوان در دو گروه کلی تقسیم بندی کرد:

1. سیستم های خورشیدی غیرفعال
2. سیستم های خورشیدی فعال

ساختار سیستم های خورشیدی غیرفعال به گونهای است که در آنها ساختمان و قسمتهای مختلف آن مانند پنجره ها، دیوارها، بام و غیره به گونه ای طراحی می شوند که حداکثر انرژی تابشی خورشید قابل دریافت باشد. اما در سیستم های خورشیدی فعال، انرژی خورشیدی دریافت شده به سایر بخش های مجموعه و یا از یک محیط به محیط دیگر منتقل می شود.

گرمایش آب استخر یکی از کاربردی ترین و موثرترین کاربردهای انرژی خورشیدی به شمار کننده سیستم های خورشیدی، در صورت استفاده باید بعد از فیلتر و قبل از گرمکن مجموعه بیرد، به این ترتیب آب استخر پس از پاکسازی و تفکیک ذرات اضافی موجود در آن به سیستم خورشیدی وارد می شود. با استفاده از سیستم های خورشیدی فعال می توان بخش قابل و از گرمای مورد نیاز برای نگه داشتن دمای آب استخر در محدوده مطلوب را تامین کرد. رصد انرژی خورشیدی مورد استفاده در استخر اساسا به مساحت کلکتور و جهت گیری آن نسبت به خورشید بستگی دارد.

در سیستم های گرمایش خورشیدی برای انتقال انرژی گرمایی خورشید که توسط گے۔ جذب می شود. از یک مبدل حرارتی استفاده میشود. نکته مهمی که در مورد گرد خورشیدی استخرها باید در نظر داشت آن است که برخلاف سایر کاربردهای در گرمکنها نیازی به مخزن ذخیره مجزا ندارند. چراکه کاسه استخر خود همانند یک مخزن آب گرم عمل میکند.

آبی که از طریق گرمکن های خورشیدی گرم می شود. با هر بار گردش در کلکتورهای به اندازه (۲°C 1.2°F) گرم تر می شود. لذا با تکرار این فرایند برای چندین بار، آب استخر به تدریج گرمتر میشود تا به دمای مطلوب برسد. با استفاده از گرمکن های خورشیدی معمولا میتوان آب استخر را به اندازه (۵٫۶۸٫۳°C (10-15°Fگرم کرد. اما این سیستمها در روزهای ابری و بارانی عملا پاسخگوی نیاز مجموعه نخواهند بود.

با به کارگیری سیستم های گرمایش خورشیدی میتوان با کمترین استفاده از سوختهای فسیلی و سایر منابع انرژی مانند انرژی الکتریکی، ظرفیت موردنیاز برای گرمایش آب استخر را تامین کرد. البته گاهی اوقات برای دستیابی به شرایط کارکرد بهینه استخر لازم می شود در کنار سیستم خورشیدی از سیستم های گرمایش سنتی نیز استفاده شود که در چنین مواقعی سیستم های سنتی معمولا به عنوان سیستم پشتیبان در هنگامی که امکان بهره برداری از انرژی خورشیدی وجود ندارد مورد استفاده قرار می گیرند (تصویرهای ۶۸ و ۶۹).

کلکتورهای خورشیدی را می توان بر روی بام یا هر منطقه ای نزدیک به استخر که امکان دریافت مقدار کافی انرژی خورشیدی وجود دارد نصب کرد. البته در هنگام نصب کلکتورها به منظور دستیابی به حداکثر کارایی ممکن، باید ملاحظات دیگری مانند جهت گیری و شیب مناسب کلکتورها نیز مورد توجه قرار گیرد. اگر قرار باشد کلکتورهای خورشیدی بر روی بام ساختمان قرار گیرند، برای تحلیل مقاومت سازه ساختمان در برابر بار ناشی از پیلهای خورشیدی میتوان اطلاعات جزییتر مربوط به پیلهای خورشیدی و متعلقات آنها را از سازنده دریافت کرد و در نهایت وزن مجموعه نصب شده روی بام ساختمان را محاسبه کرد. البته در هنگام محاسبات باید حجم آبی که در کلکتورها جریان پیدا می کند را نیز در نظر گرفت.

برای کشورهایی مانند ایران که در نیم کره شمالی زمین واقع شده اند، به منظور حداکثر بهره برداری از نور خورشید، جهت گیری کلکتورها باید به سمت جنوب باشد. البته شرایط منطقه نیز باید در هنگام جهت گیری آنها مورد توجه قرار گیرد. از دیدگاه فنی، زاویه دقیق قرار برک صفحات خورشیدی باید متناسب با منطقه و عرض جغرافیایی آن تعیین شود.

برای استخرهایی که صرفا در فصل تابستان مورد استفاده قرار می گیرند بهترین زاویه صفحات خورشیدی، عرض جغرافیایی منطقه، منهای ۱۵-۱۰ است. برای استخرهایی که قرار است سرتاسر طول سال مورد استفاده قرار گیرند، بهترین زاویه همان عرض جغرافیایی منطقه است. به عنوان یک قاعده سرانگشتی، کلکتورهای خورشیدی روزانه باید حداقل شش ساعت در معرض تابش خورشید قرار داشته باشند.

سطح کلکتورها باید حداقل برابر با پنجاه درصد سطح استخر باشد. البته در عمل، برای و از کلکتورها که در ساعات مختلف روز در سایه قرار می گیرند یا زمانهایی از روزکه هوا ابری است، سطح کلکتورها معمولا بیشتر از این مقدار حداقل درنظر گرفته می شود. در میخرهای سرپوشیده که قرار است در تمام طول سال مورد استفاده قرار گیرند، به منظور تامین انرژی گرمایی مورد نیاز در ماههای سرد سال، سطح کلکتورها باید افزایش یابد. به عبارت دیگر و قرار است استخر در تمام طول سال مورد بهره برداری قرار گیرد، سطح موردنیاز کلکتورها باید به حد بالای یاد شده نزدیک باشد. در مقابل، هرچه دوره زمانی دایر بودن استخر محدودتر باشد، این سطح را نیز میتوان متناسب با شرایط فصلی کوچکتر انتخاب کرد.

به عنوان یک قاعده سرانگشتی، برای تقریب زدن سطح صفحات خورشیدی مورد نیاز تقریبا باید هفتاد و پنج درصد از سطح استخر را درنظر گرفت. البته به این منظور گاهی قواعد سرانگشتی پنجاه درصد یا شصت درصد سطح استخر نیز پیشنهاد میشود. ولی تجربه نشان داده است که تقریب هفتاد و پنج درصد معمولا بهترین انتخاب به شمار میرود.

با استفاده از نمودار تصویر (۷۰) میتوان متناسب با جهت گیری پیلهای خورشیدی، سطح کافی برای گرم کردن آب استخر را تقریب زد. البته این نمودار فقط برای نیم کره شمالی صحیح است. برای نیم کره جنوبی نیز درست عکس این حالت صدق می کند. برای استفاده از نمودار تصویر (۷۰) ابتدا مساحت کاسه استخر را محاسبه کنید. متناسب با موقعیت محل پروژه، جهت گیری صفحات خورشیدی را تعیین نموده و آن را روی نمودار مشخص کنید. مساحت استخر را در مندی که به درصد بر روی نمودار نشان داده شده ضرب کنید تا مساحت صفحات خورشیدی مورد نیاز با آن جهت گیری مشخص شود.

به عنوان یک قاعده سرانگشتی به ازای هر (۰٫۹mr (10rr از سطح صفحات خورشیدی شدت جریان ۳٫۸L/min مورد نیاز خواهد بود.