2. TEORI
2.2 V ATTENCIRKULATION OCH UPPVÄRMNING
Badvattnet i bassänger kräver ständig cirkulation för att kunna hålla renings- och kemikaliebehandlingsprocesserna under kontroll. Av denna anledning krävs stora energimängder bara för att cirkulera vattnet.
För uppvärmning i badanläggningar används oftast fjärrvärme som värmekälla, vilken används till olika delar av uppvärmningen.
I nyare badanläggningar har man vanligen golvvärmeslingor för att värma badlokaler. Den energi som går åt till att värma golvet i en badanläggning är inte alltför stor eftersom temperaturen i luften och vattnet gör att behovet av golvvärme är begränsat.
2.2.1 Vattencirkulation
En badanläggnings vattencirkulationssystem kan variera från fall till fall men det finns ändå ett antal komponenter som måste ingå i en anläggning för korrekt funktion.
Först och främst krävs en värmekälla som skall växla värme mot badvattnet via en
värmeväxlare. Vidare krävs också pumpar för att cirkulera vatten genom växlare och filter.
En principskiss över en badanläggnings bassängdel och dess vattencirkulationssystem illustreras i figur 2.
Figur 2. Exempel på hur en badanläggnings vattensystem kan se ut. Vattnet som tas ur poolen kommer dels från botten av bassängen men också från ett s.k. bräddavlopp där skvalpvatten rinner ut och passerar ett grovfilter (1). Vidare pumpas vattnet genom filtret (2) samtidigt som en termostat (3) ger information om vattnets
temperatur till värmekällans cirkulationspump (4). Här värmeväxlas (5) då värmekällans varma medium mot badvattnet med ett flöde som ska ge rätt temperatur på vattnet ut till bassängen igen (6).
(Bild: Pahlén, Swimmingpoolutrustning [3:2])
För att vattenkvalitén i en badanläggning ska kunna uppfylla vissa ställda krav krävs att badbelastningen inte är för stor. Vid beräkning av det maximala antalet badande en
anläggning kan klara måste man ta hänsyn till de filter och den rening som är installerad samt den dimensionerade cirkulationstiden. Beroende på bassängtyp måste också omsättningen av vatten genom filtren uppgå till ett visst antal per dygn.
För att kunna bestämma det maximala antalet badande som en viss bassäng klarar av per dygn använder man sig av ett samband baserat på tabellerade riktvärden för olika filter och flödet genom filtren per timme, enligt: [8]
Antalet badande per dygn =Q⋅B⋅T (10)
där
Q= filterflöde [m3/h]
B= badbelastning för aktuellt filter och rening, enligt tabell 1 T = cirkulationstid i timmar som får räknas enligt tabell 2
2.2.2 Pumpar
För att beräkna arbetet som en pump uträttar genom att höja vattentrycket använder man sig av följande ekvation: [1:1]
) (P P v
w = − [J/kg] (11)
P och 1 P är tryck före resp. efter pumpen, 2 [Pa]
v är den specifika volymen innan pumpen, 1 [m3/kg]
Vidare bör sägas att skillnaden i potentiell energi spelar roll, men är höjdskillnaden av mindre betydelse eller om pumpen arbetar i ett slutet trycksatt system kan denna uteslutas i
beräkningarna.
Vill man bestämma den effekt som pumpen levererar använder man sig av följande tillägg till ekvation (11):
Här gäller att tänka på verkningsgraden hos pumpen för att inte riskera att underskatta pumpens energibehov. Man använder sig av metoden att dividera den uträknade pumpeffekten med dess verkningsgrad för att hitta den verkligt tillförda effekten. [1:1]
η
Detta kommer således att resultera i det verkliga värdet på tillförd effekt om potentiella energiskillnader ej tas med i beräkningarna.
Vid närmare granskning av ekvation sambanden ovan ser vi att detta egentligen är volymsflödet multiplicerat med tryckskillnaden dividerat med verkningsgraden.
η
I en badanläggning finns många olika pumpar med varierande storlek och arbetsuppgifter. De pumpar som är av intresse vid energiberäkningar kan sägas vara de som används till att cirkulera vatten genom pooler och de pumpar som används i ventilationsaggregatens shuntgrupper.
Flera andra pumpar används i samband med tillsats av flockningsmedel och klor men dessa är relativt små och går inte kontinuerligt utan är bara till för att tillsätta kemikalier periodvis vilket gör att dessa normalt inte tas med i energiberäkningar.
2.2.3 Värmeväxlare
För att värma vattnet i en badanläggning krävs en värmeväxling mellan en värmekällas medium och badvattnet. Denna värmekälla kan utgöras av allt från en oljeeldad panna eller eluppvärmning till fjärrvärme eller komplement i form av solenergi. Det vanligaste sättet att värma badvatten på är att värmeväxla detta mot fjärrvärme. De olika typer av växlare som används till detta ändamål är antingen av typ tub-, figur 3, eller plattvärmeväxlare, figur 4.
Figur 3. Skiss över plattvärmeväxlare vilka har Figur 4. Skiss över tubvärmeväxlare med lägre
hög verkningsgrad och kan enkelt rengöras . verkningsgrad än tubvärmeväxlare.
Med tanke på hur mycket vatten som skall värmas är det naturligtvis av allra största vikt att verkningsgraden men också livslängden är tillfredsställande.
Beroende på feldosering och om vattnet har en hög hårdhetsgrad kan det lätt uppstå
kalkavlagringar i värmeväxlare vilket kräver rengöring. Denna rengöring är relativt enkel vad gäller plattvärmeväxlaren men när det kommer till tubvärmeväxlaren måste denna oftast bytas ut. Nackdelen med plattvärmeväxlaren är att den är mycket dyrare än tubvärmeväxlaren men man ska ha i åtanke att komponenter som pumpar och värmeväxlare utgör en så liten del i den totala anläggningskostnaden att det är lika bra att investera i plattvärmeväxlare då dessa har mycket lång livslängd. [1:2]
För effektberäkningar och verkningsgradsberäkningar används ekvation (7), (8) och (9).
2.2.4 Värmepumpar
Installation av värmepump i ett ventilationsaggregat innebär att energin som finns i avluften, (efter ev. värmeväxling), används till att förånga mediet i värmepumpkretsen. Vidare kyls detta mot tilluften in till lokalen i den omfattning som krävs för att sedan kondensera mot ex.
inkommande badvatten och på så vis värma även detta.
I vissa fall används också glykolkretsar kopplade mellan frånlufts- och tilluftskanalen, via batterier1, i uppgift att ta tillvara på energi ur frånluften för att överföra denna till tilluften.
Badvatten
T1 T2
Sim-Hall
Avluft Uteluft
Tilluft Frånluft
Värmeväxlare
Kompressor
Figur 5. Principskiss över ventilationsaggregat med värmeåtervinning i form av värmeväxlare och värmepump.
Värme som återstår efter värmeväxling mellan frånluft och tilluft används för att förånga mediet i
värmepumpkretsen. Detta kyls mot tilluften i den mån denna behöver värmas, för att sedan kondensera i en värmeväxlare kopplad mot det cirkulerande badvattnet.
Värmepumpar kan också installeras i ventilationsaggregat där ingen värmeväxling finns men detta är dock inte så vanligt. Anledningen är att det finns möjlighet att installera värmepump och utnyttja denna även vid kallare luft, alltså efter värmeväxlare, men framför allt för att avfukta simhallsluften.
Effektiviteten hos en värmepump beskrivs i termer av ”Coefficient Of Performance”, som talar om hur stort förhållandet är mellan avgiven värme och tillförd eleffekt. Ett högt COP-värde, enligt ekvation (X), betyder att värmepumpen arbetar effektivt.[1:1]
in
COP ”coefficient of performance” heat pump HP
Q⋅ H värmeeffekt [W]
För att värma inkommande spädvattnet krävs mycket energi eftersom det ofta rör sig om stora vattenmängder och kallvattentemperaturer under 10 oC. Med hjälp av värmeväxlare kan rätt temperatur fås på vattnet ut till bassängen.
För att beräkna den överförda värmeeffekten till vattnet, [1:1], används ekvation (16) nedan:
(
T2 T1)
När vatten tillsätts för att kompensera för avtappning och avdunstning krävs en stor mängd värmeenergi då vattenmängderna i samband med badanläggningar är relativt stora.
För att minska den mängd vatten som måste värmas är det klokt att avdunstningen hålls på en så låg nivå som möjligt eftersom det inte bara måste värmas nytt vatten utan att det
cirkulerande badvattnet också kyls av på grund av förångning.