گرم کردن آب استخرها

به استثنای موارد خاص که آب تغذیه استخر از ابتدا در محدوده دمایی مناسبی قرار دارد، گرم کردن آب به منظور دستیابی به این محدوده امری ضروری به شمار میرود. در این بخش پس از مطرح کردن مقدمات و روش محاسبه ظرفیت گرمایی موردنیاز، روشها و سیستمهای قابل استفاده را مورد بررسی قرار خواهیم داد.

محدوده متداول دمای آب استخرها

در استخرها بدن انسان در میان یک سیال به عنوان محیط واسطه برای انتقال حرارت قرار می گیرد. بنابراین در داخل استخر نیز برای آن که افراد احساس خوشایندی داشته باشند و در درازمدت سلامت آنها به خطر نیفتد، دمای آب باید در محدوده مناسبی قرار داشته باشد.

مطالعات پزشکی حاکی از آن است که دمای (۲۶°C (78°F مناسب ترین دما برای آب استخرهای تفریحی از حیث حفظ سلامت بدن شناگران به شمار می رود.

بر مبنای اکثر کدها و آیین نامه های ساختمانی، محدوده متداول دمای آب استخر بین ( ۲۶-۲۸°C (7882°F و برای جکوزی ها نیز حداکثر دمای توصیه شده (۴۰°C (104°F تعیین شده است. البته طبق توصیه انجمن ASHRAE محدوده متداول دمای آب استخرهای مختلف که به منظور دستیابی به شرایط آسایش حرارتی شناگران تعیین شده در جدول (۲۰) ارایه شده است از آنجا که دمای آب با عوامل مختلفی از قبیل دمای هوای اطراف و رطوبت نسبی آن در ارتباط است، دمای آب، دمای هوا و رطوبت نسبی معمولا در کنار هم تعیین می شود.

همان طور که در این جدول نیز مشاهده می شود، در استخرهای با کاربری خاص، مانند استخرهای درمانی، استخرهای غواصی با استخرهای ویژه سالمندان، به دلیل کمتر بودن تحرک شناگران، دمای آب استخر معمولا باید کمی بیشتر از محدوده متداول درنظر گرفته شود. البته افزایش دمای آب، علاوه بر افزایش هزینه انرژی مصرفی استخر، مشکلات دیگری را نیز به همراه دارد:

• در دماهای بالاتر آب، رشد و تکثیر میکروارگانیسم ها نیز سرعت می گیرد.
• به دلیل افزایش دمای آب، بار ناشی از حضور شناگران نیز افزایش یافته و کلرامین بیشتری تولید میشود.
• افزایش دمای آب به صورت مستقیم و غیرمستقیم بر انرژی مصرفی مجموعه تائیر می گذارد.
• افزایش دمای آب موجب افزایش دمای هوای داخل سالن استخر، نتیجه آن افزایش مصرف آب استخر و افزایش بار سیستم تهویه مطبوع است ای با افزایش نرخ تبخیر آب استخر، مشکل تقطیر بخار آب روی سطوح داخلی استخر، خوردگی و آسیب دیدن تجهیزات داخل سالن افزایش می یابد.

به منظور کاهش نرخ تبخیر آب استخر، دمای هوا باید به اندازه (۴)۱-۲C بالاتر ازدمای آب باشد.

در تصویر (۶۵) چگونگی اتصال سیستم گرمایش آب استخر به سیستم لوله کشی نشان داده شده است.

بهره ها و تلفات گرمایی استخرها

استخرها نیز در واقع همانند یک منبع ذخیره انرژی با بهرهها و تلفات گرمایی مخصوص به خود هستند. به عبارت دیگر جریان انرژی دایما در استخرها برقرار است. چرخه انرژی در استخرها در تصویر (۶۶) نشان داده شده است. در استخرهای سرپوشیده نیز همین چرخه برقرار است با این تفاوت که به جای جریان باد، جریان هوا روی س طح استخر تاثیرگذار است. ضمن آن که بهره گرمایی خورشید نیز به وضعیت معماری ساختمان بستگی خواهد داشت. علیرغم آن که استخرهای سرپوشیده در معرض محیط باز قرار ندارند، باز هم تلفات انرژی گرمایی در آنها بسیار زیاد است.

تلفات گرمایی استخرها عبارتند از:

• تبخیر آب استخر
• انتقال حرارت رسانایی
• انتقال حرارت جابجایی
• انتقال حرارت تشعشعی

تلفات گرمایی در درجه اول در سطح آب و به واسطه تبخیر آب استخر، انتقال حرارت رسانایی، انتقال حرارت جابه جایی و انتقال حرارت تشعشعی رخ می دهد. به استثنای استخرهای روزمینی و در موارد بسیار خاص که بسترهای آب زیرزمینی سرد در زیر پوسته استخر جریان دارند، اتلاف حرارت از سه استخر شامل جداروها و کف معمولا در مقایسه با سایر تلفات حرارتی به قدری ناچیز است که محاسبات از آن صرفنظر می شود. دلیل عدم عایق کاری پوسته استخر نیز همین مساله است.

تلفات تبخیری هنگامی رخ میدهد که آب از سطح استخر تبخیر شده و به صورت بخار آب به مرا می رود. تبخیر آب استخر، علاوه بر کاهش دمای آب، موجب اتلاف شدید آب و به هدر رفتن مواد شیمیایی مورد استفاده در آن نیز میشود. تبخیر آب معمولا سهم بیشتری از تلفات گرمایی استخر را به خود اختصاص می دهد. مقدار آن معمولا به پنجاه تا شصت درصد اتلاف گرمابی کل میرسد. بنابراین با کاهش تلفات استخر به واسطه تبخیر آب گاهی می توان تا پنجاه درصد نیز ظرفیت گرمایی مورد نیاز استخر را کاهش داد.

تلفات رسانایی و جابه جایی ارتباط تنگاتنگی با نرخ تبخیر آب استخر دارند. بعنوان یک قاعده کلی، تلفات رسانایی و جابه جایی در استخرهای سرباز با افزایش سرعت باد و در استخرهای سرپوشیده با افزایش جریان هوا روی س طح آب افزایش می یابد. کاهش دمای محیط و افزایش دمای آب نیز از جمله عواملی هستند که منجر به افزایش تلفات رسانایی و جابه جایی می شوند.

به استثنای موارد بسیار خاص که جریانهای آب زیرسطحی سرد در منطقه وجود دارد. زمین بیش از آن که یک منبع اتلاف گرما باشد، به صورت یک عایق حرارتی عمل میکند که از اتلاف گرما از طریق پوسته استخر نیز جلوگیری به عمل می آورد.

تلفات گرمایی تشعشعی هنگامی رخ میدهد که انرژی گرمایی آب مستقیما به واسطه انا حرارت تشعشعی به محیط اطراف منتقل شود. محاسبات مربوط به انتقال حرارت تشون استفاده از رابطه استفان – بولتزمن انجام می گیرد. به طور تقریبی، تلفات گرمایی تشعشعی تقی سی درصد از تلفات گرمایی آب استخر را به خود اختصاص می دهد. در استخرهای سرباز، تلفات تشعشعی به ویژه در روزهایی که آسمان صاف است بیشتر میشود. کاهش رطوبت نسبی و افزایش – دمای آب استخر نیز بر افزایش تلفات تشعشعی تاثیرگذار است.

 محاسبه ظرفیت گرمایی موردنیاز

گرمکن استخرها معمولا پیش از تجهیزات تصفیه آب نصب می شود. محاسبه ظرفیت گرمکنها باید با در نظر گرفتن ملاحظات زیر انجام گیرد:

• انتقال حرارت رسانایی از طریق جداره و کف استخر
• انتقال حرارت جابه جایی در سطح استخر
• انتقال حرارت تشعشعی از سطح استخر
• نرخ تبخیر آب از سطح استخر

برای محاسبه ظرفیت گرمایی استخرهای سرباز باید مراحل زیر را دنبال کرد:

•  محاسبه حجم آب استخر
• تعیین زمان مورد نیاز برای دستیابی به دمای مورد نظر
• دمای مطلوب آب استخر (اگر مقدار آن مشخص نباشد میتوان از دمای ۲۷۸۱°Fاستفاده کرد.)
• مقدار متوسط دما در سردترین ماه سال که استخر مورد بهره برداری قرار میگیرد را تعیین کنید

دمای آب استخر

در سیستم واحدهای انگلیسی نیز روابط فوق به همین شکل ولی با رعایت واحدها و مقادیر مربوط به این سیستم قابل استفاده خواهد بود.

لازم به ذکر است که در روابط (۱۴) و (۱۶)، سرعت باد بین (Skm/h (3-5MPH-5 درنظر گرفته شده است. برای استخرهای سرپوشیده با استخرهای سرباز مجهز به سایبان، مقدار متوسط سرعت باید کمتر از ( ۵km/h (3MPH درنظر گرفته شود. برای این دسته از استخرها مقدار محاسبه شده از معادله (۱۴) را میتوان به اندازه بیست و پنج درصد کاهش داد. به عبارت دیگر مقدار نهایی را در ۰٫۷۵ ضرب کنید. درصورتی که سرعت باد بیش از (km/h (SMPH باشد، مقدار این معادله باید به اندازه بیست و پنج درصد افزایش یابد. به عبارت دیگر مقدار نهایی را در۱٫۲۵ ضرب کنید. برای سرعت باد ( ۱۶km/h (10MPHنیز مقدار این معادله باید به اندازه صد درصد افزایش یابد. به عبارت دیگر مقدار نهایی را در ۲٫۰ ضرب کنید.

که در رابطه فوق و مقدار کل گرمای مورد نیاز برای گرم کردن آب استخر تا دمای مورد نظر است.

در آخر باید این نکته نیز توضیح داده شود که در برخی از منابع روابط مربوطه برای محاسبه ظرفیت گرمایی استخرهای سرباز و سرپوشیده از یکدیگر مجزا می شوند که در این قسمت هردوی این فرمول ها به صورت مشترک ارایه شدند. چراکه در حقیقت روابط مورد استفاده در هر دوی استخرهای سرباز و سرپوشیده یکسان است، بلکه شرایطی که باید در هر یک از وضعیتها در معادله اعمال شود متفاوت خواهد بود که به آنها اشاره شد.

 روش های گرم کردن آب استخرها

تا به این جا روش محاسبه ظرفیت گرمایی مورد نیاز برای گرم کردن آب استخر تا محدوده دمایی مطلوب مطرح شد. به طور کلی، برای گرم کردن آب تا این دما میتوان از دو روش بهره گرفت:

1. گرم کردن آب استخر با استفاده از دیگ و مبدل حرارتی
2. گرم کردن آب استخر با استفاده از واحدهای گرمکن پیش ساخته

اساس فرایند گرمایش آب استخر در هر دو شیوه یاد شده کاملا یکسان است. روش اول در و ما ایران رواج بیشتری دارد و روش دوم به ویژه برای استخرهای کوچکتر مورد استفاده قرار گیرد. در صورت استفاده از واحدهای یکپارچه پیش ساخته مراحل محاسبه و انتخاب سیستم ساده تر خواهد بود و طراح صرفا بر مبنای ظرفیت گرمایی موردنیاز، واحد گرمکن مناسب را ان روی کاتالوگ شرکت سازنده انتخاب می کند. حال آن که در صورت عدم استفاده از واحدهای گرمکن پیش ساخته، انتخاب دیگ، مبدل حرارتی، پمپ گردش آب، طراحی سیستم لوله کشی و غیره باید متناسب با شرایط پروژه توسط طراح انجام پذیرد.

البته روش استفاده از دیگ و مبدل حرارتی مزیت دیگری نیز دارد که آن انعطاف پذیری و قابلیت اطمینان بالای آن در مقایسه با واحدهای گرمکن پیش ساخته است. در صورت استفاده از دیگ و مبدل حرارتی به صورت واحدهای مجزا، در صورت ایجاد مشکل در هر یک از این تجهیزات، میتوان صرفا همان بخش از سیستم را بدون اختلال در عملکرد سایر قسمت ها تعمیر و یا تعویض کرد. برای مثال در استخرهای بزرگ که از چند دیگ به صورت موازی برای تأمین آب گرم مورد نیاز استفاده میشود، اگر یکی از دیگها دچار مشکل شود، تنها کافی است که دیگ معیوب را از مدار خارج کرد و ظرفیت گرمایی مورد نیاز را با استفاده از دیگ های باقیمانده تامین کرد. اما در صورت استفاده از گرمکن های پیش ساخته، بروز کوچکترین مشکل در هریک از قسمتهای گرمکن به منزله اختلال در عملکرد کل سیستم است.

گرمایش آب استخر با استفاده از دیگ و مبدل حرارتی

دیگ وسیله تهیه سیال گرم در سیستم های گرمایش مرکزی آبی و بخاری است. دیگها می توان از نظر عملکرد و یا جنس مصالح به گروه های مختلفی تقسیم بندی کرد. چگونگی طبقه بندی دیگ ها از هر دو دیدگاه در جدول (۲۱) ارایه شده است.

انتخاب دیگ مناسب در استخرها در حقیقت به نوع طراحی تاسیساتی بستگی خواهد داشت. درصورتی که از دیگ صرفا برای گرم کردن آب استخر است ظرفیت دیگ باید با احتساب تلفات گرمایی مربوطه انتخاب شود. اما گاهی اوقات برای تامین آب گرم مصرفی یا گرمایش ساختمان نیز استفاده میشود که در این صورت ا کلی دیگ باید با درنظر گرفتن نیاز تمامی بخش های یاد شده محاسبه شود.

بازده دیگهای آب گرم بین هشتاد تا نود و س ه درصد و بازده دیگ های بخار بین هفتاد و پنج تا هشتاد و سه درصد در نظر گرفته میشود. درصد تلفات در دیگ های بخار از طریق دودکش، تشعشع و هدایت بدنه و زیر آب کشی به ترتیب در حدود هجده، چهار و سه درصد است. در هر صورت برای محاسبه ظرفیت دیگ ابتدا باید بار حرارتی کل که دیگ باید آن را تامین کند را مشخص نموده و با در نظر گرفتن درصدی به عنوان اضافه بار بابت تلفات حرارتی دیگ و سیستم لوله کشی ظرفیت موردنیاز دیگ را تعیین کنیم. به این منظور می توان از رابطه زیر استفاده کرد.

این رابطه برای هر دوی سیستم واحدهای متریک و انگلیسی به همین شکل قابل استفاده است. در نهایت با محاسبه و میتوان دیگ مناسب را از روی کاتالوگ شرکت سازنده انتخاب کرد. در صورتی که ظرفیت محاسبه شده از ظرفیت دیگ های تولیدی کمتر باشد، ترجیحا باید دیگی که نزدیکترین ظرفیت به مقدار موردنظر را دارد انتخاب کرد.

به عنوان یک توصیه کلی، در صورتی که ظرفیت دیگ بیش از۴۰۰٫۰۰۰Btu/h باشد، بهتر است به جای یک دیگ بزرگ، از چند دیگ کوچکتر به صورت موازی استفاده شود. رعایت این نکته به ویژه در استخرهایی که آب گرم مصرفی و آب گرم موردنیاز برای گرمایش ساختمان نیز با استفاده از این دیگ تامین می شود اهمیت بیشتری خواهد داشت. چراکه بار حرارتی در فصل های زمستان و تابستان متغیر خواهد بود.

مبدل های حرارتی

بطورکلی، مبدل های حرارتی دارای دو مدار گردش سیال هستند که در یک مدار آب حاصل از تجهیزات مولد (دیگها) و در مدار دیگر آب گرم مورد نیاز شامل آب استخر آب گرم مصرفی و غیره گردش می کند. در استخرها نیز متناسب با رویکردی که طراح در پیش می گیرد امکان استفاده از انواع مختلف مبدل های حرارتی به صورت سری و موازی برای تامین ظرفیت گرمایی مورد نیاز در بخش های مختلف مجموعه وجود دارد. شیوه انتخاب مبدل حرارتی برای استخرها هیچ تفاوتی با سایر کاربردهای متداول ندارد.. تنها مساله ای که باید مورد توجه قرار گیرد آن است باید به گونه ای انتخاب شود که مقاومت کافی در برابر آب استخر که مملو از موادشیمیایی و خورنده است را داشته باشد.