Efektywność pomp ciepła w centralach klimatyzacyjnych basenowych
Ocena użytkowników: / 0
SłabyŚwietny 
Data dodania: 23.06.2017

W artykule przedstawione zostaną zalety stosowania pomp ciepła w centralach klimatyzacyjnych stosowanych w obiektach basenowych, które są obiektami o stałych warunkach klimatu wewnętrznego w ciągu całego roku, szczególnie w strefie przebywania ludzi. Z uwagi na to w referacie przedstawione zostaną zalety stosowania pomp ciepła w centralach klimatyzacyjnych stosowanych w tego typu obiektach. Omówione zostaną wyniki obliczeń zużycia ciepła do podgrzewu powietrza wentylacyjnego w centralach wyposażonych w nagrzewnicę wodą w porównaniu z centralami wyposażonymi w pompę ciepła ze skraplaczem pojedynczym i podwójnym, które pokażą zasadność stosowania pomp ciepła w klimatyzacji krytych basenów. 

 

Centrala wyposażona w pompę ciepła z podwójnym skraplaczem – powietrznym i wodnym pracuje bardzo stabilnie w ciągu całego roku, z uwagi na to, że parametry dolnego i górnego źródła ciepła, szczególnie w przypadku zdecentralizowanego systemu wentylacyjnego, są stałe w ciągu roku. Zastosowanie podwójnego skraplacza w pompie ciepła powoduje, że uzyskany zostaje wysoki wskaźnik COP dla całego roku.

 

 

Parametry powietrza w halach basenowych

 

W krytych basenach kąpielowych powinny panować specyficzne warunki klimatu wewnętrznego, które zapewnione być muszą przez centralę klimatyzacyjną basenową, wspomaganą przez ogrzewanie statyczne. Centrala ta przygotowuje powietrze o parametrach zapewniających właściwą temperaturę powietrza w hali basenowej, wynoszącą 30°C, wilgotność względną 60%, a także dostarcza wymaganą ilość powietrza świeżego w celu odebrania zysków wilgoci powstających z parowania oraz zanieczyszczenia powietrza.

 

Hala basenowa obiektu sportowego charakteryzuje się tym, że można w niej wydzielić kilka stref o zupełnie innych wymaganiach warunków klimatycznych. Strefa niecki basenowej jest najważniejszą z tych stref, ponieważ jest to miejsce przebywania użytkowników. To tu powinny panować właściwe warunki klimatu wewnętrznego. Najkorzystniej jest, gdy ta strefa posiada wydzielony system grzewczo-wentylacyjny, tak żeby powietrza przygotowywane było specjalnie dla tego obszaru. W takim przypadku powietrze świeże dostarczane jest do miejsca przebywania ludzi, zyski wilgoci oraz zanieczyszczenia związane z obecnością w powietrzu zanieczyszczeń związanych z produktami ubocznymi dezynfekcji wody są usuwane w miejscu ich powstania, a ludzie mają zapewniony komfort klimatyczny. [3]

 

Inne strefy, które można wyróżnić w halach basenowych to strefa przegród zewnętrznych oraz strefa podstropowa czy strefa widowni.

 

Z reguły system wentylacyjny hali basenowej jest systemem centralnym, w którym centrala wentylacyjna przygotowuje powietrze dla całej hali basenowej. Powietrze nawiewane ma wysoką temperaturę, a jego zadaniem jest jednoczesne usunięcie zysków wilgoci, zanieczyszczeń oraz zapewnienie wymaganych parametrów w całej kubaturze hali basenowej. Poza zaletą, którą jest prostota takiego układu i tradycyjne schematy stosowane przy projektowaniu, można wyróżnić szereg wad: ƒƒ

 

  • niedopasowanie temperatury do wymagań w każdej ze stref, ƒƒ
  • nieskuteczne odprowadzanie zanieczyszczeń (trihalometany i chloraminy są cięższe od powietrza), ƒƒ
  • nieskuteczne przewietrzanie niecki basenowej.

 

Korzystniejszym układem wydaje się być system zdecentralizowany, w którym centrala basenowa przygotowuje powietrze jedynie dla niecki basenowej – parametry nawiewu są niższe, powietrze świeże dostarczane jest do strefy przebywania ludzi, niecka basenowa jest dobrze wentylowana. Przegrody budowlane oraz widownia są obsługiwane przez wyodrębnione układy. [2]

 

Analizując bilans cieplno-wilgotnościowy wydzielonej strefy niecki basenowej można zauważyć, że charakteryzuje się ona stosunkowo stałymi parametrami w ciągu całego roku [2]. Rysunek 1. przedstawia obliczoną na podstawie tego bilansu temperaturę powietrza nawiewanego do hali basenowej w przypadku wydzielonej strefy niecki basenowej (kolor zielony) oraz gdy powietrze przygotowywane jest dla całej hali basenowej (kolor czerwony), czyli z uwzględnieniem strat i zysków ciepła związanych z przenikaniem przez obudowę zewnętrzną hali, które powiązane są ściśle z parametrami powietrza zewnętrznego zmiennymi w ciągu roku (kolor niebieski).

 

 

2017 4 58 1

Rys. 1. Temperatura nawiewu dla hali basenowej [1]

 

 

Centrale klimatyzacyjne stosowane w basenach

 

W halach basenowych stosuje się z reguły dwa typy central wentylacyjnych, które różnią się zastosowanymi w nich urządzeniami do obróbki powietrza, a które pokazano schematycznie na rysunkach 2–5. Symbole oznaczają parametry powietrza: N – nawiewanego, P – wywiewanego z hali basenowej, Z – zewnętrznego (wlot do centrali), M1 – w komorze mieszania recyrkulacji zewnętrznej, M2 – komorze mieszania recyrkulacji wewnętrznej, OC – za wymiennikiem ciepła po stronie nawiewnej, OC’ – za wymiennikiem ciepła po stronie wywiewnej, PC’ – za parowaczem pompy ciepła.

 

Pierwszym rozwiązaniem jest prosta centrala wentylacyjna, przedstawiona na rysunku 2., wyposażona w rekuperator do odzysku ciepła, nagrzewnicę wodną oraz recyrkulację powietrza.

 

 

2017 4 58 2

Rys. 2. Centrala wentylacyjna basenowa z rekuperatorem do odzysku ciepła i nagrzewnicą wodną

 

 

Nowocześniejszym rozwiązaniem jest centrala klimatyzacyjna wyposażona w pompę ciepła oraz podwójną recyrkulację, w dwóch odmianach – ze skraplaczem pojedynczym powietrznych (rys. 3.) oraz ze skraplaczem podwójnym powietrznym i wodnym (rys. 4.).

 

 

2017 4 58 3

Rys. 3. Centrala wentylacyjna basenowa z pompą ciepła ze skraplaczem powietrznym

 

 

2017 4 59 1

Rys. 4. Centrala wentylacyjna basenowa z pompą ciepła ze skraplaczem powietrznym i wodnym (oznaczenia punktów jak na rys. 2.)

 

 

Hala basenowa wydaje się być odpowiednim miejscem do stosowania właśnie central klimatyzacyjnych wyposażonych w pompę ciepła powietrze-powietrze z uwagi na parametry powietrza zarówno po stronie nawiewnej jak i wywiewnej w ciągu całego roku. Taki stan rzeczy jest korzystny, ponieważ zarówno po stronie dolnego źródła ciepła (powietrze wywiewane, za krzyżowym wymiennikiem ciepła), jak i po stronie górnego źródła ciepła (powietrze nawiewane za krzyżowym wymiennikiem ciepła) panują stałe warunki. Prowadzi to do tego, że dobrze zaprojektowana i dobrana centrala z pompą ciepła pracuje stabilnie w ciągu całego roku przy wysokim współczynniku COP.

 

Dodatkowo takie rozwiązanie centrali klimatyzacyjnej jest efektywne z uwagi na zużycie energii do podgrzewu powietrza wentylacyjnego.

 

 

Analiza pracy centrali wentylacyjnej w ciągu roku

 

Analizy rocznej pracy centrali klimatyzacyjnej wykonano w oparciu o dane klimatyczne (temperatura, wilgotność względna, natężenie promieniowania słonecznego) dla miasta Poznaniu, w oparciu o dane dla typowego roku meteorologicznego [7].

 

Centrala klimatyzacyjna dobrana została dla wydzielonej strefy niecki basenowej w hali, w której wymiary lustra wody to 12x25m, czyli dla tradycyjnego basenu sportowego.

 

Przyjęto strumień powietrza nawiewnego w wielkości 40 m3/(h.m2B), co pozwala na usunięcie zysków wilgoci z parowania [4]. Z bilansu cieplno-wilgotnościowego, omówionego w [2] wyznaczono temperaturę powietrza nawiewanego, co jest podstawą obliczeń ilości ciepła niezbędnego do podgrzania powietrza wentylacyjnego. W nocy strumień powietrza jest zmniejszany o 20%, z uwagi na brak użytkowników obiektu, czyli zmniejszone odparowanie wody.

 

Wykonano obliczenia w trzech wariantach, różniących się rodzajem urządzeń do podgrzewu powietrza: ƒƒ

 

  • z nagrzewnicą wodną,
  • ƒƒ skraplaczem pojedynczym, ƒƒ
  • skraplaczem powietrznym.

 

 

2017 4 59 2

Rys. 5. Centrala wentylacyjna basenowa z pompą ciepła DanX firmy Dantherm [6]

 

 

Energia niezbędna do podgrzania powietrza wentylacyjnego przez nagrzewnicę wodną

 

(...)

 

 

Energia niezbędna do podgrzania powietrza wentylacyjnego przez pompę ciepła

 

(...)

 

 

Wyniki obliczeń

 

(...)

 

 

Wnioski

 

Analiza pracy centrali wentylacyjnej basenowej z pompa ciepła w układzie zdecentralizowanym pokazuje, że dla basenów pływackich stosowanie takiej centrali i właśnie takiego systemu wentylacyjnego jest najbardziej racjonalne zarówno pod względem zapewnienia właściwych parametrów i jakości powietrza, jak również pod względem zużycia energii w postaci ciepła przekazywanego do powietrza, jak i zużycia energii elektrycznej.

 

Ilość ciepła do podgrzewu powietrza wentylacyjnego jest mniejsza w wariantach z pompą ciepła, w porównaniu do wariantu z nagrzewnicą wodną z uwagi na zastosowanie podwójnej recyrkulacji powietrza, jednak są to wartości dosyć zbliżone.

 

Centrala z pompą ciepła w układzie zdecentralizowanym wyposażona w podwójny skraplacz zapewnia również stabilną pracę obiegu pompy ciepła w okresie całego roku i zapewnia największy efekt ekonomiczny. Co prawda zużycie energii elektrycznej w tym wariancie jest największe, jednak przekłada się ono na wytworzenie dodatkowego ciepła, które może być wykorzystane w obiegu wody basenowej, co powoduje, że sumaryczny bilans obiektu jest korzystniejszy. Jest to najbardziej efektywny sposób wykorzystania pompy ciepła w obiekcie basenowym.

 

 

 

 

dr inż. Katarzyna RATAJCZAK
– Instytut Inżynierii Środowiska, Politechnika Poznańska

prof. dr hab. inż. Edward SZCZECHOWIAK
– Instytut Inżynierii Środowiska, Politechnika Poznańska

 

 

LITERATURA:

[1] RATAJCZAK K., SZCZECHOWIAK E.: Analiza działania centrali wentylacyjnej z pompą ciepła w instalacji krytego basenu pływackiego. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja 47/9 2016, 370-375.
[2] RATAJCZAK K., SZCZECHOWIAK E.: Parametry powietrza w halach basenowych dla systemu wentylacji centralnej i strefowej oraz ich wpływ na zużycie energii do podgrzewu powietrza zewnętrznego. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja 46/9 2015, 355-361.
[3] RATAJCZAK K., SZCZECHOWIAK E.: Rozdział powietrza w krytych basenach pływackich dla układu centralnego i zdecentralizowanego. Air Heat&Energy in Buildings 2014, Politechnika Wrocławska, Wrocław 2014.
[4] RATAJCZAK K., SZCZECHOWIAK E.: Wpływ przepływu powietrza na parowanie i straty konwekcyjne w krytych basenach kąpielowych. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja 41/4, 2015, 141-148.
[5] RECKNAGEL, SPRENGER, HONMANN, SCHRAMEK: Kompendium wiedzy – Ogrzewnictwo, Klimatyzacja, Ciepła woda, Chłodnictwo. Omni Scala, Wrocław 2008.
[6] Katalog firmy Dan-Poltherm.
[7] Typowy rok meteorologiczny: www.mib.gov.pl.

 

 

PODOBNE ARTYKUŁY:

POLECAMY WYDANIA SPECJALNE

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2017

  • Pompy ciepła 2015

  • Pompy ciepła 2016

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2015

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2016

  • Pompy ciepła 2014

  • Pompy ciepła 2012

  • Pompy ciepła 2013

  • Termografia w podczerwieni 2009

  • Pompy ciepła 2010

 

 

  02 ss2  omii   kig 134x45 left  

Katalog firm chłodnictwo, klimatyzacja, wentylacja

CHŁODNICTWO: Agregaty (chillery) chłodzone powietrzem, Agregaty (chillery) chłodzone wodą, Agregaty absorpcyjne, Agregaty skraplające, Aparatura kontrolno-pomiarowa, Chłodnice, Chłodnictwo w transporcie, Chłodziwa i nośniki ciepła, Czynniki chłodnicze, Dry-coolery, Drzwi chłodnicze (okucia, akcesoria), Elementy rozprężające, Filtry - osuszacze czynnika chłodniczego, Komory chłodnicze i zamrażalnicze, Kontenery chłodnicze, Maszyny do produkcji lodu (płatkarki, kostkarki), Materiały termoizolacyjne, Meble chłodnicze i zamrażalnicze, Monobloki chłodnicze, Odolejacze, separtory, Oleje sprężarkowe, Płyty warstwowe, Pompy cyrkulacyjne, Silniki, Siłowniki, Sprężarki chłodnicze, Tunele mroźnicze (kriogeniczne), Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Urządzenia rozmrażające, Wieże chłodnicze, Wyłączniki i przekaźniki czasowe, Wymienniki ciepła (parowacze, skraplacze), Wymienniki płytowe, Zasobniki chłodu, Zawory, Zespoły spręzarkowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

KLIMATYZACJA i WENTYLACJA: Aparatura kontrolno-pomiarowa, Aparaty grzewczo-wentylacyjne, Centrale klimatyzacyjne monoblokowe, Centrale klimatyzacyjne rooftop, Centrale klimatyzacyjne sekcyjne, Chłodnice/nagrzewnice kanałowe, Czerpnie i wyrzutnie, Filtry powietrza, Kanały wentylacyjne, Klapy ppoż. (oddymiające, odcinające), Klimakonwektory, Klimatyzacja samochodowa, Klimatyzatory kompaktowe (przenośne, okienne), Klimatyzatory split, Klimatytory multi splity, Kolektory słoneczne, Kratki, nawiewniki, dysze, Kurtyny powietrzne, Materiały termoizolacyjne, Nasady kominowe, wywietrzniki, Nawilżacze (parowe, zraszające, ultradźwiękowe, komory zraszania), Oczyszczacze powietrza, Odciągi miejscowe, Okapy kuchenne, Osuszacze powietrza, Pompy ciepła, Pompy cyrkulacyjne, Przepustnice, Rekuperatory i regeneratory do odzysku ciepła, Siłowniki, Stropy, belki chłodząco-grzejące, Systemy Super Multi, Szafy klimatyzacji precyzyjnej, Tłumiki hałasu, Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Wentylatory dachowe, Wentylatory oddymiające, przeciwwybuchowe, chemoodporne, Wentylatory osiowe, Wentylatory promieniowe, Wentylatory strumieniowe (oddymiające), Wymienniki gruntowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

MATERIAŁY, NARZĘDZIA, PRZYRZĄDY, AKCESORIA: Izolacje akustyczne, termiczne, Materiały i przyrządy lutownicze i spawalnicze, Materiały uszczelniające, Narzędzia, Rury, kształtki, akcesoria, Urzadzenia i środki czyszczące, Urządzenia do inspekcji i czyszczenia systemów wentylacyjno-klimatyzacyjnych, Urządzenia do usuwania i napełniania instalacji chłodniczych; recyklingu czynników chłodniczych, Wibroizolacje, Zamocowania i tłumiki drgań.

INNE: Zrzeszenia i organizacje, Oprogramowanie komputerowe, Portale internetowe, Targi, wystawy, szkolenia.