ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ МИКРОКЛИМАТ ПЛАВАТЕЛЬНЫХ БАССЕЙНОВ

IMPROVING THE ENERGY EFFICIENCY OF SYSTEMS THAT ENSURE THE MICROCLIMATE OF SWIMMING POOLS

Elizaveta Semenkova

student, Smolensk branch of the Moscow Power Engineering Institute,

Russia, Smolensk

Irina Kabanova

Scientific adviser, candidate of technical sciences, associate professor, Smolensk branch of the Moscow Power Engineering Institute,

Russia, Smolensk

аННОТАЦИЯ

В данной статье рассмотрены энергосберегающие мероприятия, используемые в климатических системах. На основе выполненных комплексных расчетов с построением процессов обработки воздуха на h-d диаграмме влажного воздуха представлена сравнительная количественная оценка применения рециркуляции теплообменников-утилизаторов, парожидкостных компрессионных холодильных установок в системах вентиляции плавательных бассейнов в теплый и холодный период года, даны рекомендации по их применению в плавательных бассейнах.

ABSTRACT

In this article discusses energy-saving measures used in climate systems. Based on complex calculations performed with the construction of air treatment processes on a hd diagram of humid air, a comparative quantitative assessment of the use of recirculation, heat exchangers, utilizers, vapor-liquid compression refrigeration units in swimming pool ventilation systems during the warm and cold period of the year is made, recommendations on their use in swimming pools are given.

Ключевые слова: система вентиляции, рециркуляция, рекуператор, воздухообмен, теплоноситель, энергосбережение, микроклимат, энергоэффективность, плавательный бассейн.

Keywords: ventilation system, recycling, recuperator, air exchange, energy saving, microclimate, energy efficiency, swimming pool.

В связи с постоянным ростом цен на тепловую и электрическую энергию и ростом потребностей в энергии актуальным вопросом в энергетике является поиск технологических решений, направленных на снижение энергозатрат.

Для осуществления работы плавательных бассейнов необходимы огромные затраты тепловой и электрической энергии, которые потребляют инженерные системы здания. К крупным потребителям энергии относятся климатические системы. При проектировании новых и реконструкции старых бассейнов необходимо предусмотреть комплекс энергосберегающих мероприятий, позволяющих снизить затраты на тепловую и электрическую энергию.

Опыт эксплуатации закрытых бассейнов показывает наличие в помещении повышенной влажности внутреннего воздуха. Высокие избытки влаги обусловлены наличием большой открытой поверхностью воды и смоченных обходных дорожек, которые отдают в воздух большое количество водяных паров. Если количество влаги в воздухе бассейна не регулировать, то она будет конденсироваться на ограждающих конструкциях, вызовет коррозию металлических конструкций и создаст находящимся в помещении людям дискомфортные условия [1].

Для предотвращения нежелательной конденсации водяных паров, а также высоких испарений необходимо поддерживать относительную влажность воздуха в диапазон 40–65%. Влагосодержание воздуха при этом не должно превышать 14 г/кг сухого воздуха [2].

Наружный воздух необходимо либо подогревать, либо охлаждать перед подачей в помещение, причем затраты как на подогрев, так и на охлаждение достаточно существенные. Поэтому при проектировании климатических систем необходимо выбрать оптимальный способ максимально снизить энергопотребление. В качестве климатической системы для данного помещения может быть принята система приточно-вытяжной вентиляции с механическим побуждением. Системами вентиляции плавательного бассейна должны обеспечивать помимо ассимиляции избытков тепла и влаги ассимиляцию хлора, испаряющегося с поверхности воды бассейна.

В холодный период года температура воздуха в помещении намного выше температуры наружного воздуха, и для снижения затрат на его подогрев необходимо использование частичной рециркуляции: часть удаляемого воздуха перед тем, как смешаться с приточным, проходит через осушитель и только затем смешивается с приточным наружным воздухом. Поскольку влагосодержание приточного воздуха в холодный период по сравнению с влагосодержанием в помещении очень низкое, рециркуляция позволяет увеличить влагосодержание приточного воздуха без его увлажнения.

Для большего снижения расхода тепла в систему вентиляции можно использовать теплоутилизационную установку [3]. Это может быть рекуператор, регенератор и система с промежуточным теплоносителем в зависимости от условий эксплуатации системы. КПД таких установок достигает от 60 до 85%. При совместном использовании теплоутилизационной установки и рециркуляции можно достичь еще большего снижения затрат на подогрев приточного наружного воздуха.

Для больших общественных бассейнов с площадью зеркала воды более 40 м² рекомендуется использование климатической установки, включающей в себя приточно-вытяжную установку, пластинчатый рекуператор и тепловой насос (Рисунок 1) [4].

Рисунок 1. Климатическая система для большого общественного бассейна

Данная установка работает в нескольких режимах [3]. В теплый период года днем для помещения бассейна необходимо обеспечение максимального воздухообмена, так как тепло- и влаговыделения в это время максимальны. Поддержание требуемых параметров микроклимата может осуществляться несколькими способами.

Применение теплового насоса позволяет значительно оптимизировать процесс осушения воздуха: осушение воздуха будет производится даже в нерабочее время в бассейне, установка будет работать в режиме полной рециркуляции без притока свежего воздуха. В рабочее время осушка воздуха тепловым насосом позволяет снизить расход приточного наружного воздуха до минимально необходимого и направлять удаляемый воздух на рециркуляцию. При повышенной влажности наружного воздуха смесительная камера перекрывается заслонкой, осушение воздуха осуществляется тепловым насосом.

Помимо осушения воздуха, в таких установках воздух может и охлаждаться с помощью теплового насоса: наружный воздух предварительно охлаждается в рекуператоре, затем поступает в испаритель теплового насоса, где охлаждается ниже «точки росы», затем подогревается в конденсаторе до необходимой температуры и поступает в помещение. Также возможен вариант, когда охлажденный и осушенный воздух проходит через рекуператор и затем смешивается с приточным наружным. Для этого необходимо предусмотреть дополнительные патрубки для забора наружного воздуха.

В качестве объекта исследования в данной работе выбрано помещение оздоровительного плавательного бассейна, расположенного в г. Смоленске. Данное помещение располагается на первом этаже оздоровительного комплекса. Помещение бассейна имеет следующие размеры: длина – 35 м, ширина – 16 м, высота — 10 м. Площадь помещения бассейна составляет 560 м², объем помещения – 5600 м³. Чаша бассейна имеет объем 352м³: площадь зеркала воды составляет 223,5 м².

Минимальный нормативный воздухообмен – не менее 80 м³/ч наружного воздуха на одного занимающегося и не менее 20   м³/ч на одного зрителя. Продолжительность работы бассейна – 12 ч. Пропускная способность бассейна – 44 чел./смена; 528 чел/сут. В результате предварительных расчетов было получено значение требуемого воздухообмена 51300 м³/ч. Полученное значение воздухообмена получилось больше нормативного, это позволяет использовать в холодный период года, при которой свежий воздух будет подаваться в количестве, равном нормативному воздухообмену.

Рисунок 2. Процесс рециркуляции при относительно высоких температурах наружного воздуха

Однако при низких температурах наружного воздуха возможно, что прямая, соединяющая точки Н и У, может пересекать кривую φ=100%, это приведет к выпадению конденсата и его дальнейшему замерзанию на стенках смесительной камеры, поэтому для предотвращения обмерзания смесительной камеры необходимо предварительно подогревать наружный воздух.

В научно-исследовательской работе рассмотрено несколько вариантов энергосберегающих мероприятий:

- применение рециркуляции для увлажнения воздуха;

- применение рециркуляция с подогревом после смешения;

- применение пластинчатого рекуператор;

- применение системы утилизации теплоты с промежуточным теплоно-сителем;

- применение системы утилизации теплоты с промежуточным теплоно-сителем и рециркуляцией;

- применение теплонасосной установки с рециркуляцией до нее и после нее.

По всем вариантам были проведены комплексные расчеты с построением процессов обработки воздуха на    диаграмме и соответствующие расчеты по дополнительному оборудованию: пластинчатому рекуператору, дополнительным теплообменным аппаратам с промежуточным теплоносителем, теплонасосной установке. Полученные результаты представлены в Табл. 1 и на Рис. 3.

Таблица 1.

Результаты расчета эффективности энергосберегающих мероприятий

Рисунок 3. Сравнительная оценка эффектиности применения мероприятий по энергосбережению:

1 - применение рециркуляции  для увлажнения воздуха; 2 - применение рециркуляция с подогревом после смешения; 3 -  применение пластинчатого  рекуператор; 4 - применение системы утилизации теплоты с промежуточным теплоносителем; 5 - применение системы утилизации теплоты с промежуточным теплоносителем и рециркуляцией; 6 - применение теплонасосной установки  с рециркуляцией до нее; 7 - применение теплонасосной установки  с рециркуляцией после нее.

ВЫВОД

В холодный период года наибольшие затраты приходятся на подогрев приточного наружного воздуха. Помимо подогрева, наружный воздух требует увлажнения, которое, с учетом специфики микроклимата плавательного бассейна, можно осуществить за счет рециркуляции удаляемого воздуха. Рециркуляция также является одним из эффективных и наименее затратных энергосберегающих технологий. Наиболее эффективно применение системы утилизации теплоты с промежуточным теплоносителем и рециркуляции после этой системы, оно позволяет полностью избежать затрат теплоты от внешних источников. Другим эффективным способом энергосбережения является применение теплонасосной установки с использование рециркуляции после нее. Одним из главных достоинств этих систем является отсутствие обмерзания поверхностей теплообмена, чего нельзя сказать о применении пластинчатого рекуператора и о применении рециркуляции до теплонасосной установки. Данные установки могут работать без перерыва на оттаивание поверхностей теплообмена, однако данные установки требуют больших капитальных и эксплуатационных затрат.

Список литературы:

1. Каменев П. Н.  Вентиляция, уч. пособие / П. Н. Каменев, Е.И. Тертичник. - М.: изд-во АСВ,2008. - 624 с.
2. Бионышев О.В. О влажности воздуха в помещении бассейна. М. - "Сантехника. Отопление. Кондиционирование.", № 2, 2013 – С.85-89.
3. Рекомендации АВОК 7.5–2012 «Обеспечение микроклимата и энергосбережение в крытых плавательных бассейнах. Нормы проектирования». М.: АВОК-ПРЕСС,2012. – 56 с.
4. Антонов П. П. Методика расчета микроклимата в помещениях плавательных бассейнов. – Сетевая публикация, 2014. – 21 с.