UNIVERSITATEA TEHNICĂ “GHEORGHE ASACHI” IAŞIFACULTATEA DE CONSTRUCŢII ŞI INSTALAŢII MASTER “INSTALAŢII PENTRU CONSTRUCŢII”

INSTALAŢIA DE ALIMENTARE CU APĂ PENTRU UN BAZIN SPORTIV

Îndrumător ştiinţific Masterand anul I Prof.dr.ing. Mateescu Th. Micu Cristian Andrei

Iaşi 2012

EXIGENŢELE CALITATIVE ALE APEI ÎN BAZINELE DE ÎNOT

Exigenţele calitative impuse apei din piscine sunt reglementate prin norme sanitare specifice şi se referă la valorile parametrilor fizicochimici şi bacteriologici, în funcţie de destinaţiile bazinelor; parametrii sunt:• fizici:- temperatura: 23...24 °C, pentru bazinele de înot amplasate în aer liber; 25...28 °C, pentru piscine acoperite;- turbiditatea: 1...5° Si normală şi 10° Si maxim admisibilă;- culoare: 2...5 grade culoare normală şi 15 grade culoare maximum admisibilă;- suspensii decantate: 0,5 mg/m3, la 2 h;

• chimici:- concentraţia ionilor de hidrogen, pH: 7,2.. .7,8 la dezinfecţia cu clor; 7,5.. .8,2 la dezinfecţia cu brom;- alcalinitatea (CaC03): 85...88 mg/l;- nitriţi (NO3): max. 0,2 mg/l;- substanţă organică (KMnO): max. 2 mg/l faţă de apa de alimentare;- clor rezidual: max. 0,5 mg/l;- trihalometan: 0...20 ug/l;- potenţial REDOX: 700 mV;

• parametrii bacteriologici (numărătoare la 37 °C):- număr total de germeni: 300/cm3 la piscine în circuit deschis; 100/cm3 la piscine cu recirculare;- bacili coliformi: max. 50/cm3 la piscine în circuit deschis; max. 20/cm3 la piscine cu recirculare;- streptococi fecali, la 100 ml: max. 5;- Escherichia coli: absent;- stafilococi patogeni: absent.

Schimbarea integrală a volumului de apă din bazine se face ori de câte ori conţinutul total de cloruri depăşeşte concentraţia de 200 mg/l.

Alimentarea cu apă a piscinelor private se poate realiza din:- reţeaua publică de distribuţie, care oferă garanţii calitative;- surse naturale locale (ape de suprafaţă, izvoare, pânza freatică etc.) caz în care apa trebuie tratată, dacă este cazul, pentru a corespunde normelor igienico-sanitare.

În cazul considerat, alimentarea cu apă este asigurată atât din reţeaua publică cât şi din pănza de apă freatică, fapt ce impune necesitatea tratării apei.

DIMENSIONAREA INSTALAŢIEI DE REÎMPROSPĂTARE

Adancimem

Suprafatam2

Volumm3

Timp de reciculare

ore

Temperatura apei[˚C]

Temp. Interioara

[˚C]

Temp. Subsol ethnic[˚C]

Bazin inot

2 1250 2500 4 28 29 15

Bazin sarituri

4.5 375 1687.5 8 28 29 15

Calculul numărului de skimere

Pentru piscine sportive cu o suprafaţă mai mare de 150 m2 se prevede cate un skimer la 40 m2. Amplasarea acestora se face la distanţe de maximum 3 m de colţul bazinului.Nr. Skimere = Abazin: 40 = 1250 : 40 = 31,4 ~ 32 skimere

Prize de aspiraţiePentru asigurarea condiţiilor de recirculare şi de omogenizare a întregului volum de apă, se

va prevede în pereţii laterali, prize de aspiraţie imersate, circulare cu diametrul de 50 mm. Poziţionarea acestora se face între skimere, la adâncimea de circa 150 mm sub nivelul liber al apei. Dispozitivele sunt racordate la conductele de recirculare.

Prin intermediul acestor prize, apa este preluată de la partea inferioară a bazinului, asigurând golirea acestuia şi favorizând amestecul masei de apă prin mişcare descendentă, precum şi antrenarea şi evacuarea impurităţilor grosiere sedimentate. Cel puţin 10 % din debitul de recirculare trebuie să fie preluat de la partea inferioară.Prizele de fund se echipează cu dispozitive antivortex şi cu grătare de protecţie. Interspaţiile grătarelor se limitează la maximum 10 mm, iar viteza de acces a apei în priză, la maximum 0,5 m/s. Din considerente de securitate se recomandă ca dimensionarea prizelor de fund să se facă pentru viteze de 0,2 m/s, prevăzându-se, în funcţie de mărimea bazinului şi debitul de recirculare, 2...4 puncte de preluare, amplasate de preferinţă jos, pe direcţie transversală. Ariile suprafeţelor dispozitivelor de preluare trebuie să fie egale cu 6... 10 ori aria secţiunii transversale a conductei de racordare.

Duze de injecţieSunt dispozitive fixe sau orientabile prin intermediul cărora se reinjectează apa în bazin. În

funcţie de mişcarea apei în bazin, aceste duze pot fi orientate în sus, spre skimere sau rigole, ori în jos, către prizele de fund. Poziţionarea acestor dispozitive se face în pereţii bazinului, la minimum 30 cm sub nivelul liber al apei, pe unul sau două niveluri, în funcţie de adâncime, sau pe radierul bazinului.Pentru bazinele cu suprafaţă mai mare de 150 m2 ori cu o lungime mai mare de 20 m sau lăţime peste 10 m, amplasarea duzelor de injecţie peri-metral, se va face la intervale de 5,0 m. Recircularea apei în bazine se poate face şi prin inermediul unor dispozitive speciale, de tip ornamental, integrate în mod corespunzător.

Dispozitive (echipamente) pentru spălarea bazinelor de înotÎn perioadele de neutilizare, materiile în suspensie sedimentează pe fundul bazinului.

Pentru a evita reantrenarea lor în apă, este necesar ca între două utilizări succesive să se procedeze la spălarea bazinului şi îndepărtarea depunerilor, folosind aspiratoare speciale, care funcţionează cu apă din piscină. În lungul pereţilor se prevăd prize speciale la care se branşează racordurile elastice ale aspiratoarelor. Aceste prize sunt legate printr-o conductă perimetrală la aspiraţia unei

pompe fixe echipată cu pre-filtru. În mod obişnuit grupul de pompare pentru spălare trebuie să fie distinct de cel utilizat pentru recircularea apei.Pentru spălarea bazinelor se mai pot folosi agregate mobile de tip monobloc, echipate cu pompă şi prefiltru la care se branşează direct racordurile flexibile ale aspiratorului, sau aspiratoare de piscină cu pompe submersibile, care refulează apa în afara bazinului printr-o conductă autoflotantă ori o recirculă în bazin după o prealabilă filtrare printr-un cartuş filtrant integrat în aspirator.

Debitul de recirculare a apei se determină în funcţie de nivelul de solicitare a bazinului de înot, exprimat prin:- frecvenţa maximă instantanee de ocupare, reprezentând numărul maxim de utilizatori ce se pot găsi simultan în bazin (piscină);- frecvenţa maximă zilnică, reprezentând numărul total de persoane care frecventează piscina zilnic.Pentru bazinele de înot destinate competiţiilor sportive, debitul de recirculare este:

în care:- F este suprafaţa oglinzii de apă [m2];- fs - suprafaţa specifică normată [m2h/pers.], având valori recomandate în tabel;- It - încărcarea specifică a instalaţiei de tratare a apei [pers./m3];

se recomandă It = 0,5 pers./m3.

Bazin pentru sarituriQr=qr*F = 0.5 * 375 = 187.5 mc/h

Bazin de inotQr=F/fs*b = 1250/3.5*0.5 = 714.28mc/h

Debitul de calcul pentru dimensionarea conductelor de preluare a apei de la dispozitivele de evacuare gravitaţională (jgheaburi, deversoare, rigole, skimere) se determină cu relaţia:Q=n*Qr+Qv+Qi [m3/h] unde:- Qr este debitul total de apă recirculată [m3/h];- n - fracţiunea preluată prin dispozitivele de suprafaţă = 0,7- Qv - debitul evacuat prin disiparea valurilor [m3/h];- Qi - debitul de apă dislocat de utilizatori [m3/h]

Debitul de apă evacuată prin valuri se calculează cu relaţia: Qv=F*h*z [m3/h] în care:- F este suprafaţa oglinzii de apă [m2];- h = 0,045 m - înălţimea medie a valului;- z = 1,0 h-1 - pentru peretele vertical al bazinului

Debitul de apă dizlocat de înotători se determină cu relaţia: Qi=N*vs [m3/h] în care:- N reprezintă numărul înotătorilor existenţi în bazin timp de 1 oră [pers./h];- vs = 0,075 m3/pers. - volumul specific dizlocat.

Bazin sarituriQ = n*Qr+Qv+Vi

n=70%Qv=F*h*z = 375*0.045*1 = 16.87m3/hVi=N*v = 30*0.075 = 2.25m3/hQ=0.7*187.5+16.87+2.25 = 150.37m3/h

Bazin inotQ = n*Qr+Qv+Vi

n=70%Qv=F*h*z = 1250*0.045*1 = 56.25m3/h

Vi=N*v = 50*0.075 = 3.75m3/hQ=0.7*714.28+56.25+3.75 = 559.99 m3/h

DIMENSIONARE REZERVOR TAMPON

Racordarea reţelei de colectare la instalaţia de tratare se face prin intermediul unui rezervor tampon al cărui volum trebuie să fie de circa 10% din tebitul total de recirculare şi se calculează cu formula:

Vt = 0.005*Q+1/16*Qad [m3]Q = debit evacuare pe la partea superioaraQad = debit de adaos pentru improspatarea apei

*0.05mc/utilizator*3 m3/mp oglinda de apa

Bazin sarituriF = 375mp →Qad = 1125mcVt = 0.005*150.37+1/16*1125 = 71.06 m3

Bazin inotF = 1250mp → Qad = 3750 m3

Vt = 0.005*559.99 +1/16*3750 = 237.17 m3

CALCULUL INSTALA ŢIEI DE TRATARE A APEI

Principiul de funcţionare a instalaţiei de tratareApa poluată este evacuată din bazin printr-o conductă, o parte fiind eliminată la canalizare,

iar restul (cea mai mare parte) recirculată în instalaţia de tratare, fiind trecută mai întâi printr-un prefiltru numit şi filtru de păr sau filtru grosier.

Apa prefiltrată, amestecată cu apă proaspătă într-un rezervor de acumulare pentru completarea debitului necesar în instalaţie, este preluată cu o pompă şi refulată într-un filtru închis sub presiune prevăzut cu un aparat pentru reglarea vitezei de filtrare.

Pentru flocularea suspensiilor coloidale şi deci creşterea eficienţei procesului de filtrare, se introduce în apă, înainte de intrarea în filtru, o substanţă coagulantă. Apa filtrată este parţial (sau total) încălzită într-un schimbător de căldură folosind agent termic primar apă caldă din sistemul de încălzire sau apă fierbinte. Când sunt condiţiile climatice favorabile, apa poate fi încălzită într-un schimbător de căldură racordat la un circuit solar. Pompa din circuitul solar este acţionată automat în funcţie de temperaturile apei din acest circuit, respectiv a apei din circuitul bazinului de înot. După încălzire şi înainte de intrarea apei în bazin, se introduce în apă o cantitate determinată de clor, cu o pompă dozatoare. Pentru corectarea pH-ului apei se introduce un reactiv chimic, de asemenea, cu o pompă dozatoare. Procesul de tratare chimică a apei este controlat cu un sistem de pH-metru şi redox-metru, racordate la un tablou central de comandă a pompelor dozatoare.

Circulaţia apei în bazin şi între acesta şi instalaţiile de tratare prezintă o importanţă deosebită pentru alimentarea locală cu apă tratată în funcţie de caracteristicile constructive şi funcţionale ale bazinului.

Soluţionarea adecvată a sistemului de circulaţie asigură, în egală măsură, difuzia uniformă a dezinfectantului în întreaga masă de apă, precum şi preluarea rapidă şi eficientă a poluanţilor, evitând formarea zonelor stagnante favorabile proliferării germenilor patogeni.

1 - bazin de înot; 2 - prefiltru (filtru de păr); 3 - rezervor de acumulare (de compensare a debitului); 4 - pompă; 5 - filtru sub presiune; 6 - rezervor cu coagulant pentru flocularea suspensiilor; 7 - rezervor cu soluţia de clor; 8 - rezervor cu reactiv chimic pentru corectarea pH-ului apei; 9 - pompă dozatoare; 10 - schimbător de căldură cu agent termic apă caldă sau fierbinte; 11 - panou solar; 12 - pompă în circuit solar; 13 - schimbător de căldură cu agent termic solar; 14 - conductă pentru introducerea apei în bazin; 15 - conductă pentru evacuarea apei din bazinul de înot; 16 - conductă pentru apă recirculată; 17 - robinet cu ventil acţionat de motor electric pentru evacuarea apei la canalizare; 18 - conductă pentru apă proaspătă (de adaos); 19 - nivostat; 20 - aparat pentru reglarea automată a nivelului în rezervorul de compensare a debitului; 21 - robinet cu ventil acţionat de motor electric la comanda nivostatului (la nivel minim); 22 - hupă (semnalizarea acustică) la nivel maxim da alarmă; 23 - aparat pentru reglarea vitezei de filtrare a apei; 24 - termostat; 25 - robinet cu 3 căi acţionat de motor electric; 26 - termostat solar; 27 - aparat pentru acţionarea automată a pompei din circuitul solar; 28 - aparat pentru acţionarea automată a pompelor dozatoare; 29 - traductor de debit, pH şi buclă de măsurare redox; 30 - robinet cu ventil de reţinere.

Durata recomandată a ciclului de filtrare a întregului volum de apă din bazin este de 6...8 h. Ţinând seama de reducerea în timp a capacităţii de filtrare, ca urmare a proceselor de colmatare, debitul de dimensionare a filtrelor QF se majorează cu 10...20 %Qf=Qr [m3/h]

unde:- Qr este debitul recirculat [m3/h]- Vb - volumul de apă din bazin [m3/h]- T- durata ciclului de filtrare [h] Bazin sarituri

Qfiltru = 1.15*1687.5/8 = 242.5 [mc/h]

Bazin înotQfiltru = 1.15*2500/4 = 718.75[mc/h]Calculul hidraulic pentru alegerea filtrelor constă în determinară suprafeţei totale de

filtrare Sf [m2], necesară, cu relaţia:

în care: - Qf este debitul de apă care traversează filtrele [m3/s]; - wf - viteza medie de filtrare a apei [m/s], ale cărei valori depind de tipul filtrului respectiv.Bazin sarituri

Afiltru = 242.5/50 = 4.85 mpBazin înot

Afiltru = 718.75/50 = 14.37 mp

DIMENSIONARE DEVERSOR

a) Calculul lamei deversateQdev = 2/3*μ*Ld*2g1/2*h3/2 =m*Ld*2g1/2*h3/2

μ - coeficient de debit = 0.62-0.64Ld – lungime deversor = 3-5 [m]g – acceleratie gravitationala = 9.81 [m/s2]h – inaltimea lamei deversate [m]m – coeficient de debit = 0.3 – 0.55

m = m0 *σ*ε*Kσ – coeficient de innecare = 1ε – coeficient de contractie laterala = 1K – coeficient de oblicitate deversor = 1mo= m = 2/3*μ = 0.415

Bazin înotQdev = 31.249 mc/h

Bazin sarituriQdev = 16.406 mc/h

b) Calculul volumului jgheabuluiVj = m*R2/3*I1/2

R - raza hidraulica = A/PA – aria sectiuniiP – perimetru udat

r = b/2 = 0.15 mh’ = 0.7 – r = 0.55 m

A = π*r2/4+h’*0.3 = 0.785*0.152*+0.55*0.3 = 0.182 m2

P = π*r+2*0.3+2*0.55 = 2.171 mR = 0.0838 m

I – panta hidraulica 2‰Vj = 0.00355 m3 = 3.5 l

DIMENSIONAREA SCHIMBĂTORULUI DE CĂLDURĂ

1. Necesarul de caldura ala apei de ados

Qad = p*Qrec*cp*ρ*(θbazin-θar)p = 70% cp = 4,019 J/kgKρ = 996.26 kg/mcθbazin = 29˚Cθar = 10˚C

Bazin sarituriQad = 0.7*187.5*4.019*996.26*19 = 9984897.54 J/h = 2773.58 J/s = 2.77 KW

Bazin înotQad = 0.7*714.28*4.019*996.26*19 = 10.56 KW

2. Necesarul de caldura al apei datorat pierderilor prin conductie

Qcond = A*K*(θbazin - θme)A – suprafata totala a peretilor si radierului bazinului in contact cu apaK – coeficient global de transfer termicθme – temperatura medie exterioara in contact cu bazinul

K = 1/(1/α1+d/λ+1/α2)α1 = 1100 kcal/mpK *1.164 = 1280.4 W/mpK (interior)α2 = 1.5 kcal/mpK *1.164 = 1.746 W/mpK (exterior ST)α2 = 1kcal/mpK *1.164 = 1.164 W/mpK(exterior pamant)K = 0.476 W/mpK

Bazin sarituriQcond = A*K*(θbazin – θme) = 735*0.476*14 = 4898, 04 KW

Bazin înotQcond = A*K*( θbazin – θme) = 1550*0.476*14 = 10329,2 KW

3. Necesarul de caldura al apei datorat pierderilor prin evaporareQev = Gvap*r [kcal/h]θbazin = 29˚C → r = 2.435*106 J/kg = 2.435*106 *238.8*10-6 = 581.47 kcal/kg

Gvap = c*S*(ps-pv)*760/B [kg/h]c = 0.229+0.0574*vv = viteze vantului la suprafata oglinzii = 0.3 – 0.6c = 0.229+0.0574*0.4 = 0.0458

ps – presiunea de saturatie a vaporilor la temperatura apei din bazin 1 mbar = 0.75006 mmHgps = 37.78 mbar = 28.33 mmHgpv – presiunea partiala a vaporilor de apa din aerφ = 60% → pv = 18mbar = 13.5 mmH

Bazin sarituri Qev = Gvap*rGvap = c*S*(ps-pv)*760/BB = 750mmHgGvap = 0.0458*375*(28.33 – 13.5)*760/750 = 258.1 kg/hQev = 258.1*581.47 = 150077.4 kcal/h = 0.0485 KW

Bazin înotQev = Gvap*rGvap = c*S*(ps-pv)*760/BGvap = 0.0458*1250*(28.33 – 13.5)*760/750 = 860.33 kg/hQev = 860.33*581.47 = 0.161 KW

4. Necesarul de caldura al apei datorat pierderilor prin radiatie

Qrad = qr*SS = suprafata oglinzii de apaqr = cantitatea specifica de caldura cedata prin radiatie

qr = αr *φ*S*(1-r)*(θ1-θ2) [kcal/m2h]αr – coeficient de transfer prin radiatie = 8.5*1.164 = 9.89 W/m2Kφ = 0.25 – coeficient care se determina in functie de inaltimea plafonuluir = 0.15 – coeficient care de determina in functie de temperatura radianta

Bazin sarituriqr = 9.89*0.25*375*(1-0.15)*(29-28) = 788.1 kcal/mph = 0.25 W/mpsQrad = 0.25*375 = 95.55 W = 0.0955 KW

Bazin înotqr = 9.89*0.25*1250*(1-0.15)*(29-28) = 2627 kcal/mph = 0.849 W/mpsQrad = 0.849*1250 = 1061.75 W = 1.061 KW

5. Necesarul total de caldura

Qtot = 1.1-1.2(Qad+Qcond+Qev+Qrad)

Bazin sarituriQtot = 1.2 * (2.77 +4.89804 +0.0485 +0.0955) = 9.374 KW

Bazin înotQtot = 1.2 * (10.56 +10.3292 +0.161 +1.061) = 26.533 KW