UNIVERSITATEA POLITEHNICĂ BUCUREŞTIFACULTATEA INGINERIA SISTEMLOR BIOTEHNICE

Temă de casă la materia

Tehnologii de Achiziţie, Monitorizare si

Diagnoză a Calităţii Mediului

Tema: Instalaţia pentru încălzirea unei piscine folosind

surse regenerabile de energie

Sudent: Polexe Elena – Laura

Grupa 743

Profesor îndrumător: Carmen Rusănescu

Cu toţii suntem nerăbdători să se incalzesca afară pentru a putea merge la mare, la

ştrand sau la piscină.

Însă în ziua de astăzi ne putem bucura de o piscină şi atunci când temperatura de afară

este mai neiertătoare, deoarece temperatura apei poate fi menţinută constantă la un nivel

dorit.

Încãlzirea apei înseamnã confort ši dublarea perioadei de folosire a piscinei. Este

iraţionala investirea a sute de milioane într-o piscinã pe care sã o folosiţi doar 60 de zile pe

an. Dacã altã datã echipamentul pentru încãlzirea apei piscinei putea fi opţional, astãzi

figureazã ca un element esenţial la construirea unei piscine.

Sistemele de încãlzire permit menţinerea unei temperaturi a apei piscinei între 25

grade- 28 grade ceea ce permite utilizarea piscinei din luna mai pânã în luna octombrie.

Folosind energie electricã, gaz natural sau energie solară echipamentele destinate

încãlzirii apei din piscinã pot fi:

- schimbător de căldură proiectat pentru a fi utilizat în

zonele cu debite ridicate de apă cu pierderi reduse de

presiune; fabricate în totalitate din oţel inoxidabil de

foarte bună calitate, schimbătoarele de căldură asigură

rezistenţă la coroziune şi fiabilitate; schimbãtoarele de

cãldurã folosesc agentul primar produs de centrala

termicã a casei, materialele constitutive fiind bune conducãtoare de cãldurã şi rezistenţe la

coroziune: inox, titan’ ele se instaleazã de obicei în camera tehnicã, unde sunt racordate la

circuitul de filtrare; pot fi dotate cu reglare automatã, o pompã de circulare, un aquastat de

precizie cu afişaj digital al temperaturii apei etc.

- încălzitor electric pentru piscine pentru a beneficia de o

temperatură a apei mai ridicată; este fabricat din materiale de

foarte bună calitate, rezistente la medii corozive; încălzitoarele

electrice sunt formate dintr-un corp şi un termoplonjor,

completate cu echipamente electrice necesare reglãrii şi

securizãrii sistemului, cum ar fi: regulatoare de debit, ceas cu

programare zilnicã etc.

- pompă de căldură aer/apă pentru piscină exterioară;

pompele de cãldurã sunt echipamente performante,

speciale pentru piscine; principiul de funcţionare

este urmãtorul: aparatul absoarbe aer, cu

temperatură între 10 şi 40 grade din atmosferã,

extrage cãldura din el şi îl evacueazã rãcit; pompă

de căldură pentru piscină este singurul sistem care

garantează apă caldă la temperatura dorită la orice

oră din primăvara până toamna, şi asta la costuri

foarte mici; în comparaţie cu soluţia prin panouri solare pompa de căldură are un potenţial de

24 ore, nu depinde de radiaţia solară şi poate astfel să menţină o temperatură constantă

indiferent de factorii meteo; pompă de căldură aer/apă pentru încălzirea apei în piscină vă

oferă următoarele avantaje: uşor de instalat, eficienţă, costuri reduse în exploatare,

prelungirea perioadei de folosire a piscinei, fiabilitate, confort.

- lămpi electrice în infraroşu cu halogen sau quartz

- instalaţii solare - este necesarã o suprafaţă de panouri

solare de 50 - 60 % din suprafaţa piscinei; cu ajutorul

pompei piscinei, apa din piscinã este condusã spre

panourile solare,unde circulã prin tuburi, fiind încãlzitã de

razele soarelui; apa caldã se întoarce în piscinã, iar

procesul se repetã continuu, pânã se ajunge la temperatura doritã; în acel moment apa piscinei

este trecutã în regim de recirculare, fãrã sã mai treacã prin panouri; din pãcate, apa caldã nu

se menţine mult timp, pierzând cãldura datoritã evaporãrii şi reînnoirii apei; pentru a

valorifica investiţia în sistemele de încãlzire, se recomandã folosirea prelatei de varã;

prelatele solare sunt indispensabile atât noaptea, cât şi ziua, când piscina nu este folositã; pe

lângã acţiunea lor izotermicã, prelatele vã protejeazã piscină şi de impurităţi şi împotriva

formãrii algelor, oprind razele soarelui. [1],[2]

CALCULUL NECESARULUI DE CĂLDURĂ PENTRU PISCINE

Tipuri de piscine şi parametri climatici

Se poate considera că există două tipuri de piscine:

- închise (piscine montate în interiorul unor clădiri);

- deschise (piscine montate în aer liber).

Referitor la piscinele în aer liber, cel puţin în ţările dezvoltate din punct de vedere

economic şi cu tradiţie îndelungată în realizarea şi exploatarea unor astfel de piscine, există o

serie de reglementări, care recomandă sau chiar obligă, ca pe timpul neutilizării piscinelor în

aer liber, acestea să fie acoperite pentru a evita eventuale accidente provocate de căderea

persoanelor sau animalelor de companie în piscine. În viitorul apropiat, asemenea

reglementări vor deveni cu siguranţă obligatorii şi în România, astfel încât trebuie să se ţină

seama de acest aspect încă din faza de proiectare a sistemelor de încălzire a piscinelor, cu atât

mai mult cu cât prezenţa acestor sisteme este importantă şi pentru comportamentul termic al

piscinelor. Există diverse soluţii tehnice pentru acoperirea piscinelor: prelate ancorate, prelate

gonflabile, panouri flotante, etc.

Din punct de vedere al calculului necesarului de căldură al piscinelor, se poate

considera că piscinele deschise (în aer liber) prezintă două perioade de exploatare,

caracterizate prin sarcini termice diferite: perioade în care piscina este descoperită (de regulă

ziua – piscina este utilizată); perioade în care piscina este acoperită (de regulă noaptea –

piscina nu este utilizată).

Pentru piscinele închise, în incintele în care sunt montate acestea, conform ASHRAE

1995, temperatura aerului este de maxim 27°C, iar umiditatea relativă a aerului este de cca.

60%. Viteza de circulaţie a aerului în jurul piscinelor închise (mărime asimilabilă cu viteza

vântului în cazul piscinelor deschise) este de cca. 0,1m/s. Această valoare corespunde unui

număr de schimburi de aer, egal cu 6…8 volume ale incintei într-o oră.

Pentru piscinele deschise, parametrii climatici sunt cei corespunzători zonei în care

este amplasată piscina, cei mai importanţi asemenea parametrii fiind:

- temperatura aerului (variaţie sensibilă pe durata zilei şi sezonieră);

- umiditatea absolută a aerului (mai constantă decât umiditatea relativă);

- viteza vântului (variaţie sensibilă pe durata zilei şi sezonieră).

În ceea ce priveşte viteza vântului, acest parametru este foarte important pentru

calculul unor componente ale sarcinii termice ale piscinelor montate în aer liber, astfel încât

sunt prezentate în continuare câteva elemente de calcul pentru viteza vântului.

Observaţii efectuate în diverse regiuni ale SUA şi Canada, pe perioade îndelungate de

timp, au arătat că în medie, viteza maximă în timpul zilei este de cca. două ori mai mare decât

viteza minimă din timpul nopţii, ceea ce indică faptul că viteza vântului este mai mare ziua

decât noaptea. De asemenea s-a constatat că în medie, variaţia zilnică a vitezei aerului, este

aproximativ sinusoidală.

Pornind de la aceste observaţii a fost realizat un model matematic pentru calculul

vitezei vântului, care a fost implementat într-un program de simulare a condiţiilor

meteorologice din diverse regiuni ale planetei. Relaţiile de calcul utilizate în acest model sunt

prezentate în continuare.

Viteza vântului la un anumit moment al zilei (wh) se determină cu relaţia:

wh=w+w3

cos( 2π (h−h0)24 )[m /s ]

unde:

- w este viteza medie a vântului în regiunea de amplasare a piscinei;

- h este ora la care este calculată viteza vântului wh;

- h0 este ora la care se înregistrează viteza maximă a vântului (de regulă pe timpul zilei, nu pe

timpul nopţii).

Considerând o anumită valoare pentru viteza medie zilnică a vântului şi un anumit

moment al zilei în care se atinge valoarea maximă a vitezei vântului, se poate obţine pentru

diferite valori ale h, o variaţie zilnică a vitezei vântului, de tipul celei prezentate în figura 1.

Fig 1: Exemplu de variaţie zilnică a vitezei vântului [m/s]

În exemplul din figură, s-a considerat că viteza medie zilnică a vântului este de

3m/s=10,8km/h şi că viteza maximă a vântului este atinsă în jurul orei 12. Analizând figura

prezentată, se observă că în conformitate modelul considerat, viteza maximă a vântului, pe

timpul zilei (în exemplu 4m/s=14,4km/h), este într-adevăr egală cu dublul vitezei minime a

vântului pe timpul nopţii, (în exemplu 2m/s=7,2km/h).

Considerând că piscinele deschise prezintă perioade de exploatare când sunt

descoperite şi când sunt acoperite, se pot calcula vitezele medii ale vântului în aceste

perioade, valori importante pentru calculul diverselor componente ale necesarului de căldură

pentru încălzirea piscinelor, în aceste perioade:

Viteza medie a vântului în perioada în care piscina este descoperită (wd) se calculează

cu relaţia:

wd=w+w 8π (24−na)

sin(π 24−na24 )[m /s ]

unde:

- weste viteza medie a vântului în regiunea de amplasare a piscinei;

- na este numărul de ore în care piscina este acoperită.

Viteza medie a vântului în perioada în care piscina este acoperită (wa) se calculează cu

relaţia:

wa=w−w 8π ∙na

sin (π na24 )[m /s ]

unde:

- weste viteza medie a vântului în regiunea de amplasare a piscinei;

- na este numărul de ore în care piscina este acoperită.

Pentru exemplul considerat anterior, considerând că durata na = 16 ore, deci că 16 ore

din 24 piscina este acoperită şi 8 ore din 24 piscina este descoperită, se obţin valorile:

- wd = 3,8m/s pentru viteza medie a vântului în perioada în care piscina este descoperită;

- wa = 2,6m/s pentru viteza medie a vântului în perioada în care piscina este acoperită.

Se observă din nou că în conformitate cu modelul de calcul considerat, viteza medie a

vântului în perioada în care piscina este descoperită (ziua), este mai made decât viteza medie

a vântului în perioada în care piscina este acoperită (noaptea). Componentele necesarului de

căldură al piscinelor, care vor fi prezentate detaliat în continuare sunt:

- fluxul de căldură datorat evaporării apei;

- fluxul de căldură datorat convecţiei la suprafaţa apei;

- fluxul de căldură transmis prin pereţii piscinei;

- fluxul de căldură necesar pentru încălzirea apei proaspete.

Acestor componente li se poate adăuga, în cazul piscinelor deschise, fluxul de căldură

datorat radiaţiei solare. Acest flux de căldură se determină scăzând din fluxul termic datorat

radiaţiei solare directe, fluxul termic reflectat de apa din piscină, pentru că nu toată căldura

datorată radiaţiei solare este înglobată în apă, o parte importantă fiind reflectată de suprafaţa

apei din piscină. Pentru determinarea acestor fluxuri termice, având un caracter foarte variabil

atât pe durata zilei, cât şi pe durata sezonului în care poate fi utilizată piscina, trebuie să se

ţină seama de poziţia variabilă a soarelui pe cer, în locul de amplasare a piscinei şi de gradul

de agitaţie a apei din piscină. În continuare, aceste componente ale necesarului termic al

piscinei, nu au fost luate în considerare, deoarece contribuie la încălzirea naturală a apei,

reducând sarcina termică necesară pentru încălzirea piscinei, iar aceste componente se

manifestă numai în zilele însorite. S-a considerat că nu este justificat să se presupună că

sezonul de exploatare a piscinelor deschise va fi însorit şi astfel să se subdimensioneze

sistemul de încălzire a apei din piscine, deci se va calcula necesarul de căldură al acestor

piscine considerându-se că lipseşte radiaţia solară. Implicit se va calcula necesarul de căldură

al piscinelor pentru zilele înnorate.

Fluxul de căldură datorat evaporării apei

Având în vedere că apa din piscine este în contact permanent cu aerul umed din jur,

se va manifesta tendinţa aerului umed de a se satura în umiditate, iar sursa de umiditate în

acest caz, va fi reprezentată tocmai de apa din piscine, care se va evapora. Prin evaporare, apa

din piscine pierde căldura latentă de evaporare conţinută de vaporii de umiditate care trec din

apă în aer, în urma procesului de transfer de masă şi căldură menţionat.

Fluxul de căldură pierdută prin evaporarea apei Qev poate fi calculat cu relaţia:

Qev=cd ∙ ce ∙ S ∙ (ps−pv )[W ]

unde:

- S – suprafaţa piscinei;

- ps [Pa] – presiunea de saturaţie a vaporilor de apă din aer;

- pv [Pa] – presiunea parţială a vaporilor de apă din aer;

- cd – coeficient de corecţie care poate avea următoarele valori:

- cd = 1 - în cazul piscinelor închise;

- cd = 0,1 - în cazul piscinelor deschise, pentru perioada în care acestea sunt acoperite

(evaporarea apei este mult redusă în aceste perioade);

- cd = 2 - în cazul piscinelor deschise, pentru perioada în care acestea sunt descoperite

(evaporarea apei este mult mai intensă în aceste perioade, caracterizate şi printr-o

agitaţie intensă a apei);

- ce – coeficient de masic de transfer termic prin evaporare, care se poate determina cu relaţia:

ce=0,05058+0,0669∙w [ W

m2Pa ]unde:

- w – viteza aerului la suprafaţa bazinului.

În figura 2 este prezentată variaţia coeficientului de masic de transfer termic prin

evaporare, cu viteza vântului, calculată cu relaţia prezentată anterior.

Fig 2: Variaţia coeficientului de masic de transfer termic prin evaporare, cu viteza vântului

Analizând figura prezentată, se observă că valoarea acestui coeficient se modifică de

la 0,05W/m2Pa în absenţa vântului, la 0,52W/m2Pa, adică o valoare de 10 ori mai mare,

pentru o viteză a vântului de 7m/s.

Presiunea de saturaţie a vaporilor de apă din aerul umed ps, depinde numai de

temperatura aerului umed, aceeaşi şi cu temperatura vaporilor din aer. Această dependenţă

este prezentată în tabelulul de mai jos, pentru temperaturi ale aerului de 5…45°C.

Variaţia presiunii de saturaţie a vaporilor de apă din aerul umed, cu teperaturaTemperatura [°C] 5 10 15 20 25 30 35 40 45ps [mbar] [Pa] 871,9 1227,

11704,1 2337 3166 4242 5622 7375 9582

Presiunea parţială a vaporilor de apă din aer pv se determină cu relaţia:

pv=φ ∙ ps[Pa]

unde:

- φ este umiditatea relativă a aerului umed.

De exemplu, dacă în cazul unei piscine închise, aerul umed are temperatura de 25°C şi

umiditatea relativă φ = 60%, presiunea de saturaţie a vaporilor de apă din aerul umed are

valoarea ps = 3166Pa, iar presiunea parţială a vaporilor de apă din aer, are valoarea pv =

0,6·3166=1899,6Pa.

În funcţie de valoarea fluxului de căldură pierdută prin evaporarea apei Qev poate fi

calculat debitul masic de umiditate degajată din piscină mev cu relaţia:

˙mev=

Qevrw [ kgs ]

unde:

- rw – căldura latentă de vaporizare a apei: rw = 2454 kJ/kg.

De valoarea debitului masic de umiditate degajată din piscină, trebuie să se ţină

seama când se calculează necesarul de apă proaspătă al piscinelor şi fluxul de călură necesară

pentru încălzirea apei proaspete.

Debitul de aer umed care conţine umiditatea degajată mL:

˙mL=¿

mevx [ kg aers ]¿

unde:

- x – umiditatea absolută a aerului umed;

- 1/x – cantitatea de aer care conţine cantitatea x de umiditate absolută.

De valoarea debitului de aer umed care conţine umiditatea degajată de apa din piscine,

trebuie să se ţină seama la dimensionarea sistemului de condiţionare şi ventilare aferent

clădirilor care conţin piscine închise.

Fluxul de căldură transmis prin convecţie

Datorită faptului că suprafaţa apei din piscine este în contact cu aerul din mediul

înconjurător, între apă şi aer se va produce un transfer continuu de căldură. Sensul acestui

transfer termic depinde de temperaturile celor două medii, astfel încât sunt posibile

următoarele situaţii:

- apa este mai caldă decât aerul şi fluxul de căldură se transmite de la apă la aer;

- apa este mai rece decât aerul şi fluxul de căldură se transmite de la aer la apă;

- apa şi aerul au aceeaşi temperatură şi fluxul de căldură este nul.

Valoarea fluxului termic transmis prin convecţie de la apă la aer Qcv se calculează cu

relaţia:

Qc v=α ∙S ∙(tw−t a)[W ]

unde:

- S – suprafaţa piscinei;

- tw – temperatura apei din piscină;

- ta – temperatura aerului;

- α – coeficientul de convecţie, care se calculează cu relaţia:

α=3,1+4,1∙w [ Wm2K ]unde:

- w – viteza medie a vântului (diferită pentru piscinele închise faţă de cele deschise şi diferită

pentru perioadele în care piscinele deschise sunt acoperite, respectiv descoperite).

În figura 3 este prezentată variaţia coeficientului de convecţie cu viteza vântului,

conform relaţiei de calcul prezentate anterior.

Fig 3: Variaţia coeficientului de convecţie cu viteza vântului

Pentru piscinele închise se poate considera Qcv ≈ 0 W, deoarece în aceste cazuri, în

interiorul incintei care adăposteşte piscina, temperatura aerului este devine foarte apropiată de

temperatura apei. Această situaţie se întâlneşte şi în cazul piscinelor descoperite când

temperatura apei şi aerului devin egale.

Când aerul din mediul înconjurător al piscinelor devine mai cald decât apa, valoarea

fluxului termic transmis prin convecţie devine negativă, ceea ce înseamnă că piscina se

încălzeşte de la mediul ambiant, în loc să fie răcită de acesta.

Fluxul de căldură transmis prin pereţii piscinei

Apa din piscine este în contact termic permanent atât cu pereţii laterali cât şi cu

fundul bazinului. Se poate considera că toţi pereţii piscinei au temperatura egală cu a solului

în care este montată piscina. Deoarece apa din piscină este mai caldă decât temperatura

pereţilor, fluxul termic transmis prin pereţii piscinei contribuie la răcirea apei din piscină şi

trebuie să fie compensat de sistemul de încălzire a apei.

Valoarea fluxului termic transmis prin pereţii piscinei QP se poate calcula cu relaţia:

˙QP=k ∙S p∙ (tw−t p)[W ]

unde:

- Sp – suprafaţa pereţilor;

- tw – temperatura apei din piscină;

- tp – temperatura pereţilor piscinei;

În figura 4 este prezentată variaţia temperaturii în sol.

Fig. 4: Variaţia temperaturii solului la

diferite adâncimi în diferite perioade

ale anului

Cu ajutorul acestor curbe de variaţie a temperaturilor, poate fi determinată

temperatura solului, considerată egală cu a pereţilor piscinei. Se va considera temperatura la o

adâncime medie a piscinei si se va considera această valoare a temperaturii constantă pe toţi

pereţii, sau se pot considera temperaturi diferite pe pereţii laterali şi pe fundul bazinului.

- k – coeficientul global de transfer termic prin pereţii piscinei, care se poate calcula cu

relaţia:

k= 11αw

+∑ δλ

unde:

- δ [m] – grosimea pereţilor piscinei;

- λ [W/m·K] – conductibilitatea termică a materialului din care sunt realizaţi pereţii piscinei;

- αw - coeficientul de convecţie la transferul termic dintre apă şi pereţi.

Valoarea coeficientului de convecţie αw se poate calcula cu relaţia:

αw=230+1400 √ww [ Wm2 K ]unde:

- ww – viteza apei din piscină.

Apa din piscine este în permanentă deplasare, deoarece este filtrată şi reîmprospătată

permanent, deci chiar dacă are o viteză redusă, aceasta cu este nulă. În cazul piscinelor cu

valuri, viteza apei poate să atingă valori în jur de 4…5 m/s.

În figura 5, este prezentată variaţia coeficientului de convecţie pe partea apei, precum

şi a coeficientului global de transfer termic, în funcţie de viteza de curgere a apei.

Fig. 5: Variaţia coeficentului de

convecţie pe partea apei şi a

coeficientului global de transfer

termic, în funcţie de viteza apei

S-a considerat că peretele piscinei este realizat din beton cu grosimea de 5cm (δp =

0,05m), coeficientul de conductibilitate al betonului având valoarea λp = 1,45W/mK. S-a

considerat de asemenea că pentru a reduce pierderile de căldură prin pereţii piscinei, pereţii

sunt izolaţi cu plăci de polistiren, având grosimea de 3cm (δiz = 0,03m) coeficientul de

conductibilitate al polistirenului având valoarea λiz=0,04W/mK. În aceste condiţii λp/δp =

29W/m2K şi λiz/δiz=1,33W/m2K. Conform figurii alăturate, se observă că valorile

coeficientului global de transfer tremic, sunt mai reduse decât valoarea λiz/δiz determinată

anterior.

Fluxul de căldură pentru încălzirea apei proaspete

Apa din piscină trebuie reîmprospătată permanent, chiar dacă este prezent un sistem

eficient de filtrare, deoarece în urma utilizării piscinei, calitatea apei se deteriorează. Apa

proaspătă trebuie încălzită până la valoarea temperaturii apei din piscină, iar sarcina termică

utilizată în acest scop reprezintă o componentă importantă a sistemului de încălzire al

piscinelor.

Fluxul de căldură necesar pentru încălzirea apei proaspete Qw se calculează cu relaţia:

Qw=mw ∙ cw ∙ (tw−t pr )[kW ]

unde:

- cw – căldura specifică a apei: cw = 4,186kJ/kgK

- tw – temperatura apei din piscină: tw = 22…26 °C

- tpr – temperatura apei proaspete: iarna tp≈ 5 °C; vara tp = 10…15 °C

- mw - debitul de apă proaspătă.

Debitul de apă proaspătă mw necesar pentru exploatarea corectă a piscinei se

calculează cu relaţia:

mw=mev+nr ∙ρ∙V

7 ∙24 ∙3600 [ kgs ]unde:

- mev - debitul de apă pierdută prin evaporare;

- nr – numărul de reîmprospătări ale apei din piscină, într-o săptămână (de câte ori este

schimbată / înlocuită apa într-o săptămână);

- ρ – densitatea apei: se poate considera ρ≈1000kg/m3;

- V – volumul apei din piscină.

Sarcina termică totală a piscinei

Sarcina termică totală a piscinei este reprezentată de suma sarcinilor termice parţiale,

prezentate anterior.

Sarcina termică totală a piscinei Q se poate calcula cu relaţia:

Q=Q ev+Qcv+Q p+Qv [kW ]

Valoarea sarcinii termice totale a piscinei reprezintă tocmai valoarea sarcinii termice a

sistemului de încălzire a apei din piscină.

Încălzirea piscinelor poate fi realizată monoenergetic, dar şi cu ajutorul unui sistem

energetic bivalent, cel mai adesea utilizând energia solară în combinaţie cu o altă sursă de

energie, care poate fi obţinută prin arderea unui combustibil, sau energia electrică. Ca şi

combustibili se pot utiliza lemne, brichete, peleţi, combustibili lichizi, sau combustibili

gazoşi. Energia electrică se poate utiliza cel mai eficient cu ajutorul unei pompe de căldură.

[3]

Instalaţia solară destinată încălzirii apei piscinelor este cea mai eficientă soluţie pentru

extinderea timpului de utilizare al piscinelor.

Sistemul de încălzire este foarte simplu de integrat într-o soluţie deja existentă,

deoarece foloseşte aceeaşi pompă care este destinată filtrării apei.

Panourile solare captează energia solară, căldura termică, respectiv lumina din razele

soarelui şi le transformă în căldură sau curent electric. Această căldură din panourile solare

poate fi transferată pentru a obţine apă caldă menajeră şi apă caldă folosită pentru încălzirea

casei sau pentru încălzirea piscinei.

Construirea unei piscine este foarte costisitoare, ne mai vorbind de cheltuielile de

exploatare. Confortul oferit de o piscină poate să ajungă la nivelul maxim dacă este asigurată

încălzirea piscinei. O posibilitate eficientă în încălzirea piscinelor poate să fie folosirea

panourilor solare. Cea mai mare parte a cheltuielilor de exploatare sunt pentru încălzirea

piscinei, deci merită să luăm în calcul şi faptul, că panourile solare care vor încălzi piscina

pot să asigure şi necesarul de apă caldă menajeră.

Deseori apare întrebarea ce tip de panou să-mi instalez? Care este mai rentabil? Ce

ştie una şi ce ştie celălalt? Am încercat să comparăm cât se poate de obiectiv cele două mari

tipuri de panouri solare termice: panourile plane şi panourile cu tuburi vidate.

Panouri cu tuburi vidate “heat pipe” Panouri plane

Construcţia: tuburi de sticlă, din care se

extrage aerul, astfel vidul creat oferă izolaţie

perfectă. În tub există un conductor din cupru

– de aici denumirea “heat pipe”.

Construcţia: carcasă închisă şi izolată, care

cuprinde colectorul sub o sticlă plană. În

prezent 90% din sistemele de încălzire solară

sunt construite cu panouri plane. (tehnică cu

tuburi vidate a apărut mai târziu)

Din cauza construcţiei: se elimină apariţia

condensului şi a pierderilor de căldură prin

izolarea faţă de mediul exterior, de aceea

tuburile vidate nu-şi schimbă performanţele

pe durata lor de utilizare. Unii producători de

tuburi vidate nu au reuşit să perfecţioneze

încă tehnica de asamblare a tuburilor şi dopul

de la capătul tuburilor “se lasă cu timpul”

deci nu va mai asigura vidul şi va trebui

înlocuit.

Din cauza construcţiei: aerul existent între

suprafaţa absorbantă şi sticlă permite apariţia

pierderilor de căldură, mai ales la

temperaturile exterioare scăzute. Poate apărea

condensul, care va afecta colectorul prin

coroziune, reducând performanţa acestuia. La

unele tipuri mai noi se foloseşte o tehnică

specială prin care se absoarbe aerul din

panou, se crează un vid, (ca şi la tuburi

vidate) dar aceste tipuri de panouri încă sunt

rare şi mult mai costisitoare.

Lichidul din colector: un antigel special,

lichid de monopropilenglicol. Tuburile “heat

pipe” au o autolimitare a temperaturilor

maxime, datorită în special lichidului din

interior. Din această cauză sistemul se

opreşte sau stagnează de la o anumită

temperatură a lichidului, pentru a menţine

siguranţa elementelor sistemului.

Lichidul din colector: poate fi apă sau un

antigel special. Există riscul blocării din

cauza bulelor de aer. În cazul în care în

colector circulă apă pot apărea probleme de

coroziune. Panourile plane nu au o metodă de

autolimitare a temperaturii şi trebuie să

utilizeze dispozitive exterioare pentru

control. Dacă aceste sisteme nu funcţionează

bine poate apărea distrugerea sistemului.

Instalare: Uşor de instalat, fiecare tub fiind Instalare: instalare mai greoaie din cauza

independent. În cazul unor defecţiuni se

înlocuieşte doar tubul cu probleme. Se pot

monta şi la unghiuri diferite de 45º, în funcţie

de arhitectura clădirii. Se recomandă

orientarea spre sud.

gabaritelor mari. În cazul unor defecţiuni se

înlocuieşte tot panoul. Se montează

obligatoriu cu orientare spre sud în locuri

fără umbră.

Preţ/performanţă: din cauza tehnicii folosite

şi a performanţei mai ridicate comparativ cu

panourile plane, preţul panourilor cu tuburi

vidate este mai ridicat. În general sunt mai

performante decât panourile plane şi au o

performanţă mai ridicată mai ales pe timpul

iernii.

Preţ/performanţă: din cauza tehnicii folosite

şi a performanţei mai scăzute mai ales în

timpul iernii preţul panourilor plane este mai

scăzut.

La capitolul încălzire piscine, dimensionarea este destul de simplă. Se recomandă un

raport minim de 60%, adică suprafaţa panourilor solare să fie minim 60% din suprafaţa apei

din piscină (dimensionarea depinde şi de randamentul şi tipul panourilor solare).

În cazul în care se foloseste un sistem de încălzire al piscinei eficient, se recomandă panourile

solare cu tuburi vidate. Sistemele care iarna sunt folosite pentru aport la încălzire, vara pot fi

folosite pentru încălzirea piscinei. În acest mod se pot recupera mult mai rapid investiţiile

făcute.

O modalitate mai ieftină, dar folosibilă doar vara la temperaturi ridicate, ne oferă

panourile solare produse din PVC negru, fabricate exclusiv pentru încălzirea piscinelor. Cota

de 60% trebuie respectată şi aici, deci la o piscină cu o suprafaţă de 40 m2, vom avea nevoie

de minim 24m2 de panou. Aceste tipuri de panouri se pot folosi doar vara, şi doar la

temperaturi ridicate. Deci, în luna mai, când temperatura exterioară este de 25 grade, aceste

panouri nu pot incălzi foarte mult, când însă temperatura aerului se va ridica la peste 30

grade, panourile vor funcţiona eficient. Agentul care circulă în aceste panouri de PVC este

chiar apa din piscină, care va fi încălzită în acest mod. [4]

Sistemele de încălzire folosind panouri solare pot fi configurate în mai multe moduri,

în funcţie de necesităţi, uşurinţă de instalare, expertiza instalatorilor.

1. Sistem ce foloseşte pompa-filtru a piscinei printr-un robinet cu 3 căi motorizat

Această configuraţie poate fi folosită

în situaţia în care panourile nu se montează la

o înălţime mai mare de 6 m faţă de luciul

apei.Robinetul cu 3 căi motorizat pe circuitul

pompei-filtru a piscinei. Robinetul cu 3 căi

este acţionat de panoul de comandă în

momentul în care temperatura panoului este

mai mare decât temperatura apei din piscină

iar apa filtrată este pompată prin panouri.

2. Sistem ce foloseşte pompă proprie integrată în circuitul de filtrare al piscinei

În multe cazuri este necesară

montarea unei pompe doar pentru

circuitul de panouri solare.De exemplu

când panourile solare sunt montate la o

înălţime mai mare de 6 m faţă de luciul

apei.Apa este deviată print-un teu din

circuitul de filtrare şi pompată în panouri

de către pompa auxiliară. Această pompă

este pornită/oprită de către panoul de

comandă al instalaţiei de încălzire solară

atunci când e nevoie.Pompele sunt acţionate separat. Este necesar montarea supapelor de sens

atât pe circuitul de încălzire cât şi pe cel de filtrare.

3. Sistem ce foloseşte pompă şi tubulatură proprie independentă de cea a circuitului de filtrare

Această configuraţie se foloseşte când

tubulatura circuitului de filtrare este greu de

accesat. Apa este extrasă din piscină printr-un tub

imersat în aceasta, pompată prin panouri, încălzită

şi reintrodusă în piscină. Şi aici panoul de

comandă asigură funcţionarea pompei doar când e

nevoie. Dacă pompa este montată deasupra luciului apei şi înălţimea de pompare de 5 m

atunci e necesară montarea unei supape de sens.

Componentele sistemului:

1 Panou solar

2 Panou de comandă

3 Circuitul de filtrare

4 Circuitul solar tur-retur

5 Robinet cu 3 căi motorizat

6 Senzor de temperatură panou solar

7 Senzor de temperatură piscină

8 Aerisitor

9 Robinet echilibrare

10 Robinet golire

11 Pompă circuitului solar

12 Supapă de sens

Apa din piscină poate circula prin panouri solare în orice direcţie, astfel încât acestea

pot fi înseriate atât pe lungime cât şi pe lăţime. Canalele panoului solar se îmbină pe

principiul Tichelmann (pe fiecare canal, direcţia apei este aceeaşi). Se recomandă a nu se

monta mai mult de şapte panouri în serie.

Suprafaţa absorbantă recomandată exprimată procentual (%) din suprafaţa piscinei

exterioare acoperite sau a piscinei interioare (mai - septembrie). Se pot obţine între 4-7 °C în

plus faţă de piscinele neîncălzite.

Dacă piscina nu este acoperită, suprafaţa absorbantă trebuie să fie cu 50% mai mare.

În funcţie de numărul orelor de expunere directă la soare se admite o modificare cu 20% în

plus sau în minus a suprafeţei absorbante.

Debitul pompei trebuie să fie între 150 şi 250 l/m2 de suprafaţă absorbantă pe oră.

Este foarte uşor de determinat pompa adecvată fiecărei instalaţii. Debitul pompei se obţine

înmulţind suprafaţa absorbantă cu 200 l. Înălţimea de pompare se obţine din diferenţa dintre

luciul apei şi panoul absorbant plus aproximativ 5 m. [5]

CONCLUZII

- piscinele noi sunt echipate cu sisteme de încălzire, pentru a face posibilă utilizarea lor pe o

perioadă mai mare din an.

- dintre metodele de încălzire, cea mai ecologică şi economică este încălzirea folosind

panouri solare; acestea folosesc energia solară pentru a prelungi perioada de utilizare a

piscinelor din aprilie – mai până în octombrie.

- suprafaţa panourilor ar trebui să fie cel puţin 50% din suprafaţa piscinei, dar în funcţie de

poziţia geografică şi de intensitatea luminii solare, aceasta poate varia cu ±20%.

- panourile pot fi cu tuburi vidate sau panouri plane, şi trebuie alese în funcţie de mi mulţi

parametri: necesitate, uşurinţă de instalare, raportul performanţă/preţ.

- aceste panouri pot fi montate în mai multe moduri, în funcţie de necesitate şi de

echipamentele disponibile.

- pe timpul iernii când piscinele nu sunt utilizate, panourile solare pot fi folosite pentru

încălzirea locuinţei sau pentru încălzirea apei menajere.

Bibliografie:

[1] http://www.piscine-irigatii.ro/ro/

[2] http://www.piscine-familiale.ro/html/instalatie_caldura.html

[3] http://www.termo.utcluj.ro/regenerabile/4_2.pdf

[4] http://www.profi-solar.ro/

[5] http://www.nextsystems.ro/produse/incalzire-solara-piscine