В открытых бассейнах подвижность людей обычно выше, чем в крытых. Отсюда следует, что температура воздуха здесь часто ниже, а температура излучения – выше но, во всяком случае, при наличии солнечной инсоляции. К этому следует добавить благотворное воздействие свежего воздуха, что сохраняет комфортность ощущений также и при более низких температурах и высоких скоростях движения воздуха.
Поэтому, температура в открытом бассейне обычно ниже, чем в крытом, и составляет 21 – 25° С. Для улучшения микроклимата и создания дополнительного комфорта, особенно при длительном купальном сезоне, или при пользовании бассейном в зимнее время, рекомендуется осуществлять подогрев пола или конвертное отопление обходной дорожки и подходов к чаше бассейна с помощью электрических инфракрасных излучателей. Чашу и подходы к ней по возможности следует защитить от ветра а при наличии покрытия - установить теплоизлучатели над чашей.
Отопление требуется прежде всего в переходные месяцы (апрель, май, сентябрь и октябрь). Поскольку имеет место значительный теплообмен между поверхностью воды и окружающим воздухом, открытые бассейны следует размещать с учетом защиты от ветра. При круглогодичной эксплуатации бассейна рекомендуется строительство покрытий с механическим приводом, что позволяет значительно снизить теплопотери и довести эксплуатационные затраты до уровня, сравнимого с летним периодом.
Открытый бассейн без отопления обычно пригоден лишь для кратковременной эксплуатации, так как наблюдается постоянные теплопотери (особенно ночью).
Теплопотери открытого бассейна включает следующие составляющие:
1. Потери тепла из-за испарения воды с поверхности чаши и нагрева подпиточной воды.
2. Потери тепла из-за естественной конвекции, когда температура воздуха ниже температуры воды.
3. Потери тепла вместе с водой, переливающейся через края чаши и разбрызгиваемой при выходе людей из бассейна.
4. Потери тепла за счет излучения в окружающую среду в ночное время.
5. Потери тепла при первичном подогреве воды.
6. Потери тепла в грунт, примыкающий к чаше и окружающий воздух.
7. Потери тепла при заполнении чаши теплой водой для промывки фильтра.
Потери тепла по пункту 3 примерно равны поступлению тепла от тел купающихся, а потери тепла по пункту 6 для чаш, заглубленных в грунт, принимают во внимание только при первоначальном подогреве, когда примыкающие элементы нагреваются до температуры воды и в дальнейшем практически аккумулируют полученное тепло.
Известны уравнения, по которым можно рассчитать величину всех составляющих теплопотерь открытого бассейна.
Необходимо отметить, что в применявшихся до настоящего времени уравнениях для расчета теплопотерь на испарение не учитывали процессы на границе слоев, что снижало точность получаемых результатов. Средняя температура воздуха в летнее полугодие принималась равной 10° С, в то время как фактически эта величина составляет 14 – 14,5° С, а расчетная скорость движения воздуха над чашей 1 – 4 м/с не соответствует фактической скорости движения воздуха непосредственно над поверхностью воды, которая значительно ниже. Излучение чаши бассейна должно всегда рассматриваться совместно со встречным излучением атмосферы.
Температура воды в чаше бассейна фактически превышает заданное значение на величину К = 4 из-за солнечной инсоляции (рис.1).
Рис.1. Распределение температуры и тепловой баланс плавательного бассейна глубиной 1,5 м с температурой воды 23° С.
Сильное солнечное излучение предполагает наличие ясного неба, однако обычно встречное излучение атмосферы весьма незначительно, а излучение чаши, особенно ночью, значительно выше, чем излучение атмосферы при облачной погоде. В связи с этим для расчета рекомендуется применять для всего сезона постоянную величину солнечной инсоляции, имея в виду, что чем сильнее инсоляция, тем выше температура воды и больше излучение чаши бассейна.
Глубина воды в чаше бассейна не оказывает существенного влияния на энергобаланс и выступает только в качестве характеристики объема. От площади поверхности воды зависит соотношение между снижением температуры и теплопотерями каждой чаши, причем мелкий бассейн остывает и нагревается быстрее, чем глубокий, при одинаковых величинах потерь и поступлений тепла.
Теплопотери открытых бассейнов со стенками в грунте в летнее время обычно можно не учитывать, так как грунт плохо проводит тепло и аккумулирует теплоту, полученную при первичном подогреве. Теплопотери в грунт практически весьма невелики по сравнению с другими видами теплопотерь. Иная картина имеет место в зимнее время для чаш со свободно стоящими стенками крытых бассейнов.
Теплопотери чаш со свободно стоящими стенками при средней температуре воздуха 14° С в летнее полугодие приведены в таблице 1. Максимальные значения составляют 150% от приведенных.
Таблица 1.
Показатели |
кВт × ч / (м2 × дн) |
Ккал / (м2 × дн) |
|
||
При температуре воды, °С |
|
||||
22 |
26 |
22 |
26 |
||
Железобетонная стенка толщиной 25 см, К = 5 |
0,96
|
1,44
|
820 |
1 230 |
|
С теплоизоляцией пеноматериалом толщиной 1 см |
0,43 |
0,64 |
370 |
550 |
|
С теплоизоляцией пеноматериалом толщиной 2 см |
0,28 |
0,42 |
240 |
360 |
|
Металлические, поливинилхлоридные стенки, К = 15 |
2,88 |
4,32 |
2 470 |
3 700 |
|
С теплоизоляцией пеноматериалом толщиной 1 см |
0,66 |
0,92 |
570 |
790 |
|
С теплоизоляцией пеноматериалом толщиной 2 см |
0,34 |
0,51 |
290 |
440 |
Теплоизоляция бетонных стенок чаши целесообразно выполнят с наружной стороны. В сборных чашах рекомендуется выкладывать жесткие теплоизоляционные маты между пленкой и наружной оболочкой стенки чаши.
В индивидуальных бассейнах, где промывка фильтров осуществляется не чаще одного раза в неделю, теплопотерями на промывку можно пренебречь, а в бассейнах гостиниц, где требуется ежедневная промывка фильтров, с этим фактором приходится считаться. В общественных бассейнах, к которым и относятся и гостиничные, в соответствии с нормами требуется добавка свежей воды в количестве 30 л на одного купающегося, что приводит к теплопотерям на подогрев свежей воды.
Существенный элемент теплопотерь открытых бассейнов (испарение) в значительной мере зависит от температуры воздуха. При низких температурах в ночное время испарение воды значительно выше, чем при более высоких дневных температурах.
Таким образом, в открытых бассейнах без отопления температура воды возрастает или остается постоянной в дневное время, а ночью значительно снижается. Устройство укрытия над чашей бассейна значительно снижает испарение, существенно уменьшает излучение и в некоторой степени снижает теплопотери за счет конвекции. С помощью установки укрытия в период наибольших потерь можно добиться их снижения в открытых бассейнах на 80% (рис.2).
Рис.2. Распределение температуры и тепловой баланс плавательного бассейна с накрытием, устанавливаемым в ночное время.
При этом следует иметь в виду, что в связи с большим удельным весом излучения в суммарных теплопотерях существенное значение имеет теплоизоляция укрытия. Экономия от применения укрытий без теплоизоляций составляет лишь 30 – 40% по сравнению с теплоизолированным укрытием. Для использования солнечной радиации укрытие следует снять в дневное время. С поверхности укрытия должна быть удалена вода (отверстия, перфорация и так далее), так как скопление дождевой воды на поверхности укрытий способствует потерям тепла при испарении.
Укрытие в виде солнечного коллектора может оставаться над чашей и в дневное время, когда не пользуются бассейном. Такое укрытие из светопрозрачного теплоизолирующего верхнего слоя и прилегающего к воде абсорбирующего слоя значительно улучшает поглощение солнечных лучей по сравнению с открытой чашей. Как показали исследования, при благоприятных погодных условиях применения укрытия в виде солнечного коллектора позволяет эксплуатировать бассейн с температурой воды 23° С без дополнительного отопления.
При определении стоимости отопления открытых бассейнов существенное значение имеет средний расход тепла, в зависимости от сезона года и температуры воды.