Энергосберегающие технологии для плавательных бассейнов

По мнению Международной комиссии ООН по проблемам климата (IPCC) повышение энергоэффективности позволит сокращать вредные выбросы на миллиард тонн ежегодно уже к 2010 г. Безусловно, наибольшее потребление энергии приходится на население стран так называемого «золотого миллиарда», т. е. промышленно развитых зон Земли. Это неудивительно: высокотехнологичная цивилизация требует огромных количеств электроэнергии и тепла. Однако именно здесь впервые были сформулированы идеи разумного отношения к окружающей среде. Однако если понятие «веллнес» стало уже достаточно привычным для России, то «экологичный стиль» пока можно назвать лишь модой — настоящим образом жизни это стало пока только среди образованных жителей Запада. Но и у нас все большее число людей переходит к новому образу жизни. Культура поведения, цивилизованное потребление, в том числе и энергопотребление — вот отличительная черта современного преуспевающего россиянина. При этом для реализации такого образа жизни вовсе не нужно отказываться от комфорта. Даже используя элементарные меры по разумной экономии энергии, можно существенно снизить тепло- и энергопотери.

Использование солнечной радиации

Одним из способов экономии энергии в качестве современных энергосберегающих технологий является использование солнечной радиации. Солнечные технологии, сберегающие окружающую среду, можно применять разумным образом и в общественных бассейнах. В ряде стран (США, Австралия, ФРГ) успешно эксплуатируется значительное число плавательных бассейнов с солнечным обогревом. Эта область применения солнечных коллекторов весьма перспективна. Температура воды в плавательных бассейнах обычно поддерживается на уровне 20-27°C, что всего на 5-15°C выше температуры наружного воздуха, и энергия солнечной радиации в летний период вполне может заменить традиционный источник энергии. Благодаря использованию солнечной энергии купальный сезон в открытых плавательных бассейнах может быть увеличен на 1,5-2 мес. в год, а в закрытых бассейнах будет обеспечена значительная экономия топлива и уменьшение загрязнения окружающей среды вредными выбросами. Оптимальные солнечные установки должны преобразовывать в тепло до 50 % солнечного излучения. В погожие дни 3-4 кВтч на 1 м2 соответствуют нагреванию воды в бассейне на 3-4 К в день. Чтобы использовать и небольшое повышение температуры в больших установках, требуются управляющие и регулирующие установки с высокой точностью переключения, например быстрые датчики излучения или графики кпд в сочетании с правильно установленными высококачественными резисторными датчиками. С солнечным нагревателем воды в бассейне можно сократить на 40 % потребление первичной энергии. При наличии укрытия бассейна уменьшение расходов на энергию составляет 80 %. Какаяполучится экономия, среди прочего зависит от солнечной установки, особенностей строительства и стоимости энергии. При дифференцированном рассмотрении соотношения «цена-качество» в таких системах следует учитывать положительные аспекты защиты окружающей среды. В остальном, солнечные коллекторы можно устанавливать не только на открытом воздухе, но и в строениях, окружающих плавательный бассейн, с относительно высоким КПД. Необходимо, однако, подчеркнуть, что солнечная энергия может быть эффективно использована только в энергоэффективном здании. Владельцам плавательных бассейнов особенно выгодно использовать солнечную энергию, если система связана с солнечной отопительной системой всего дома. Эксперименты показали, что в этом случае можно поднять температуру воды на 22°C выше температуры окружающего воздуха. Поэтому на предпроектной стадии следует оптимизировать помещение бассейна с целью минимизации энергопотребления. Можно оборудовать его гелиосистемами: пассивной и активной для приготовления горячей воды. Элементы из стекла, кроме архитектурного аспекта, могут выполнять роль пассивного солнечного термосифонного коллектора. В условиях средней полосы и южной части России гелиоустановки могут давать не менее 250-300 кВт*ч полезной теплоты с 1 м2 площади плоского солнечного коллектора. Одна из возможных схем гелиоустановок для подогрева воды в плавательном бассейне показана на рис. а. Вода из бассейна насосом прокачивается через фильтр и направляется в солнечный коллектор. Нагретая вода из коллектора поступает в бассейн.В схеме предусмотрены:

• обратный клапан
• воздушный клапан
• байпасная линия с вентилем

Коллектор должен быть изготовлен из коррозионно-стойких материалов, чтобы не подвергаться агрессивному действию воды из бассейна. Кроме того, материал должен:

• выдерживать температуру от -20 до 70°C
• обладать хорошей поглощательной способностью
• обладать высоким коэффициентом теплопроводности.

Через коллектор прокачивается большое количество воды, и должно быть обеспечено такое поперечное сечение каналов, чтобы гидравлическое сопротивление было минимальным. Наиболее подходящими материалами являются окрашенные в черный цвет:

• полиэтилен
• полипропилен
• синтетический каучук.

Первые два материала дешевы, а каучук значительно дороже, но более стойкий. При годовом поступлении 1050 кВт*ч/м2 солнечной энергии на горизонтальную поверхность и площади коллектора 800 м2 за сезон гелиоустановка может дать 170 МВт*ч теплоты, а потребность в теплоте составляет 270 МВт*ч. В данном случае коллектор не имеет остекления, вода в нем подогревается на 3,5°C, и средняя тепловая мощность установки за сезон составляет 270 кВт, а ее КПД — 38,3%. Длинные оребренные трубы изготовлены из полипропилена, а прямой и обратный соединительные трубопроводы — из полиэтиленовых труб. Комбинированная солнечная теплонасосная установка для обогрева плавательного бассейна имеет следующие свойства: летом в бассейне поддерживается температура не ниже 20°C, что обеспечивается с помощью солнечного коллектора, а при неблагоприятных погодных условиях включается тепловой насос, использующий солнечный коллектор в качестве испарителя. В условиях средней полосы России гелиоустановка, предназначенная для поддержания температуры воды в плавательном бассейне на уровне 20-24°C, дает за сезон 250-270 кВт*ч полезной теплоты на 1 м2 площади солнечного коллектора. Для сравнения, годовая удельная теплопроизводительность гелиосистемы горячего водоснабжения - 300-500 кВт*ч/м2 в год, гелиоустановки отопления (30-70°C) - 150-300 кВт*ч/м2 в год.

Оптимизация измерений, управления и регулирования

Стандартный показатель успеха в виде знания компьютерных новинок способен помочь в решении поставленной задачи. Оптимизацией измерительной, управляющей, регулирующей техники можно снизить потребление энергии на нагревание, вентиляцию, подготовку воды, обслуживание электротехники и, кроме того, не уменьшая комфорта, существенно улучшить результаты эксплуатации. С помощью соответствующей техники владелец плавательного бассейна получает возможность связать друг с другом все компоненты установки при одновременном контроле работы. Управляющий прибор влияет на выходные величины на основе входных величин – так называемая схема входа-выхода. При регулировании же этот процесс можно назвать двусторонним в форме замкнутого контура: входные величины влияют на выходные величины, но последние в свою очередь также влияют на входные. Эти регулируемые величины, т. е. реальные величины постоянно измеряются и сравниваются с заданными. При любом отклонении электронным путем производится соответствующая коррекция, однако, без прямого взаимодействия нескольких или различных контуров регулирования. Реальное значение регистрируется электронным измерительным элементом и преобразуется в нормированный электрический выходной сигнал, например 0–20 мА или 0–10 В. Эти отдельные регулировки, которые имеются в большинстве бассейнов, достаточны для небольших бассейнов с немногими техническими установками. Микропроцессорные регулирующие установки представляют собой интересную экономическую альтернативу при санации средних и больших бассейнов или для новых бассейнов. Предпосылкой для этого является технически полностью проработанная концепция с ясно очерченными требованиями к регулированию. С помощью микропроцессора функции нескольких электронных регуляторов, упорядоченных как входные величины, принимаются контроллером, подготавливаются или изменяются, а затем производится автоматическое определение выходных величин.

Техника DDC (Direct Digital Control – прямое цифровое управление) в больших бассейнах является обычной. Регулирующие установки для автоматизации здания (цифровое управление) обеспечивают всесторонние логические связи, например разумное использование энергетических потоков, а также выбор наиболее выгодной энергетической системы при взвешенном подходе ко всем имеющим значение величинам. Кроме того, они информируют персонал о рабочем состоянии и измеренных величинах и подробно извещают о неисправностях и превышении граничных значений в системе. Информация передается по обычной телефонной линии на удаленную центральную станцию. Необходимые данные измерений через датчики со стандартными выходными сигналами, например 0 – 20 мА или 100 – 200 Ом, собираются системой и для регулирования преобразуются в требуемые измеренные величины. В больших бассейнах с дорогими установками цифровые системы регулирования тем более целесообразны, так как к рабочему персоналу предъявляются чрезмерные требования в плане правильных действий для оптимального использования первичной энергии при многочисленных возможностях принятия системных решений. Управляющая техника зданий – это управляющая техника высшего порядка, при которой отдельные цифровые станции с помощью кабеля данных связаны с центральным персональным компьютером, например, владельца бассейна. Имеющиеся рабочие состояния отдельных установок в здании тут же графически отображаются на экране, оптимизируются и могут быть распечатаны с помощью принтера. Потенциал экономии базируется на таких параметрах:

• контроль и оптимизация использования энергии
• рациональное ведение работы, например, поддержание состояния бассейна
• постоянный контроль установок.

С помощью цифровой системы управления зданием и существующей техники, регулирования и измерения можно сэкономить 15–25 % энергии, причем время амортизации составляет немногие годы. Значительными преимуществами техники управления зданием являются:

• непрерывный контроль режима работы (сообщения, документирование, архивация)
• оптимизация энергетики
• Централизованная цифровая координация
• статистический анализ
• поддержка при техническом обслуживании и т. д.

Статья любезно предоставлена журналом "Банбас"