Aplicación de energía solar en el sistema de calentamiento de agua de piscinas.

Resumen: Como recurso renovable y energía limpia, la energía solar se usa cada vez más en la calefacción del agua de piscinas. Se puede utilizar no solo para calentar el agua que circula en la piscina, sino también para calentar el agua de baño en la piscina. En vista del calentamiento del agua circulante en las piscinas, el sistema de calefacción directa se adoptó por primera vez en China. En los últimos años, se ha preferido gradualmente el desarrollo del sistema de calefacción indirecta. Sin embargo, con la introducción de una serie de nuevas tecnologías y sistemas de calefacción directa en el extranjero, se han utilizado cada vez más métodos de calefacción directa para calentar el agua en circulación en las piscinas. Este documento compara las ventajas de los dos métodos de calentamiento y concluye que el método de calentamiento directo de agua es superior al método de calentamiento directo de agua. El sistema de calor es más adecuado para calentar el agua que circula en la piscina.

Palabras clave: Piscina Agua de estanque circulante Agua de baño Calefacción directa Calefacción indirecta

Como sistema de agua a gran escala, en condiciones naturales, especialmente en invierno, para prolongar el tiempo de uso de la piscina y mantener la temperatura adecuada del agua de la piscina, es necesario calentar el agua de la piscina. Obviamente, la piscina es un gran usuario que consume energía. En el pasado, el sistema de calefacción de la piscina usualmente usaba calderas (como calderas eléctricas, calderas de gasoil o calderas de gas), pero el costo de operación era demasiado alto y causaba una grave contaminación al medio ambiente. Para resolver estos problemas, las personas están cada vez más inclinadas a usar energía limpia y renovable para calentar piscinas, lo que no solo tiene bajos costos de operación, sino que tampoco causa daños al medio ambiente. La energía solar es una de ellas.

El sistema de calefacción solar para piscinas se puede dividir en dos partes: una es usar energía solar para calentar el agua de baño de los nadadores antes y después de nadar; el otro es usar energía solar para calentar el agua que circula en la piscina para mantener la temperatura constante del agua. Con la creciente tensión de la energía convencional y el deterioro del medio ambiente, el uso de la energía solar para calentar el agua de la piscina tiene importantes beneficios económicos y ambientales.

1. Aplicación de energía solar en piscinas chinas

La energía solar, como una energía permanente limpia y segura, los países de todo el mundo conceden gran importancia al uso de la energía solar, a fin de reducir la dependencia de la energía primaria no renovable, como el carbón, el petróleo, el gas natural, etc. La aplicación de energía solar en piscinas no solo ahorra mucha energía convencional, sino que también muestra grandes beneficios económicos. Es de gran importancia reducir las emisiones de dióxido de carbono y proteger el medio ambiente.

China se encuentra en la parte oriental del continente euroasiático en el hemisferio norte, con una vasta área y abundantes recursos de energía solar. El área con horas de sol anuales de más de 2200 horas representa más de dos tercios del área total del país y tiene buenas condiciones para utilizar la energía solar. En la actualidad, cada vez más edificios residenciales, hoteles, piscinas, baños públicos y otros lugares utilizan la energía solar como la principal fuente de calor de su sistema de agua caliente.

(1) En China, la energía solar se utilizó por primera vez como fuente de calor para calentar el agua de la piscina. A fines de la década de 1980, las piscinas de algunos colegios y universidades de la ciudad de Kunming, provincia de Yunnan, fueron calentadas directamente por colectores solares. Como estaba en la etapa inicial de reforma y apertura, todo tipo de tecnologías eran inmaduras, por lo que estaba restringido por muchos factores, como información técnica, variedades de productos, etc.

(2) A principios de este siglo, la tecnología de la energía solar para el calentamiento de agua de piscinas se ha desarrollado rápidamente. La mayoría de ellos utilizan calefacción indirecta para calentar el agua de la piscina. Hay aplicaciones exitosas en Beijing, Shanghai, Guangdong, Kunming, Zhejiang, Harbin, Shanxi, Fujian, Nanning y otras provincias y ciudades, y sus aplicaciones se están volviendo cada vez más populares.

① Escuela Intermedia Nº 9 de Beijing

La piscina mide 50m * 15m * (0.8-1.5m) y la superficie del agua es de unos 50m2. La caldera de aceite a presión atmosférica se utiliza como fuente de calor en la nueva construcción. Debido al alto costo de operación, el tiempo de apertura es limitado. Con este fin, reformaron el sistema de calentamiento de agua de la piscina, utilizando energía solar para calentar el agua de la piscina y el agua de la ducha. El colector solar es todo tipo de tubo de vacío de vidrio con agua como medio de transferencia de calor. El área total del colector solar es de 350.4m2. Se divide en cuatro grupos, cada uno formado por 28-29 bloques. Para garantizar una absorción de calor uniforme, el grupo colector adopta tuberías de igual carrera. Hay 3 tanques de almacenamiento de agua caliente de 6.0m3, que son modo de circulación de diferencia de temperatura. Capacidad de suministro de agua a 55 C: 35 m3 / d en verano y 14 m3 / d en invierno. El agua caliente a alta temperatura preparada por energía solar se utiliza como fuente de calor del sistema de agua caliente de la piscina, y el agua de la piscina y el agua de baño se calientan mediante un intercambiador de calor. Según la introducción, según el cálculo del precio de mercado, el consumo de energía solar es de 2,2 yuanes por cada 55 C de agua caliente calentada a 1 m3, mientras que la caldera de petróleo es de unos 27 yuanes, y el beneficio económico es notable. Al mismo tiempo, aumenta el tiempo de apertura de la piscina y sus beneficios sociales son evidentes. Por supuesto, en invierno, se necesitan calderas de petróleo para complementar el agua de la piscina y el agua de baño para calentar el calor debido a la energía solar insuficiente. La relación entre el área del colector solar y el área de la superficie de la piscina adoptada por la Escuela Intermedia Nº 9 de Beijing es de aproximadamente 0.47: 1. Desde que se puso en uso en 2004, las fuentes de calor auxiliares (red de calor urbano) no están disponibles en otras estaciones, excepto en la temporada de calefacción (del 15 de noviembre de ese año al 15 de marzo del próximo). Durante la temporada de transición, la temperatura del agua del estanque también se puede mantener por encima de 26 C, lo que cumple con los requisitos de la aplicación.

② Beijing Shougang Swimming Hall

Hay un edificio individual de piscina estándar con un área de agua de piscina de 1050 m2 y un colector de tubo de vacío. Debido a la limitación del área del techo, solo se puede configurar un colector de 250 M2. Para compensar la aplicación en primavera, otoño e invierno, y evitar la contaminación ambiental causada por la construcción de una sola sala de calderas, después de muchas comparaciones, dos fuentes de calor auxiliares, un generador de calor de flujo líquido y una fuente de calor de la red de calor, se utilizan, es decir, red de calor urbano en temporada de calefacción; la electricidad suministra calor insuficiente en la temporada de transición sin calefacción; La calefacción solar se utiliza principalmente entre mediados de abril y mediados de octubre. Desde que se puso en uso, también se han logrado buenos beneficios económicos.

(3) En los últimos años, algunos productos de tecnología avanzada, incluidos el colector solar de caucho y el colector solar de plástico, se han introducido desde el extranjero, que calientan directamente el agua de la piscina, como el Salón de Entrenamiento de Natación de la Región Militar de Kunming.

El tamaño de la piscina de la Sala de Entrenamiento de Natación de la Región Militar de Kunming es de 50m x 25m x (1.4-1.8) M. 312 colectores solares de plástico (3.85mx 1.2m = 4.62 M2 cada uno) con un área total de aproximadamente 1350 M2 instalados en el techo . Todavía están en etapa de puesta en marcha de prueba. La situación básica es que el tiempo inicial de calentamiento del agua de la piscina toma alrededor de 2 a 3 días (debido a que la fuente de calor auxiliar aún no se ha conectado), la temperatura del agua de la piscina es de aproximadamente 26 grados centígrados y no hay instalaciones de aire acondicionado en la biblioteca . Debido a que el agua de la piscina se calienta directamente, el control de temperatura es relativamente simple, solo establece la temperatura del agua de la piscina, cuando no se alcanza la temperatura establecida, la energía solar funciona. Cuando se alcanza la temperatura establecida, la energía solar deja de funcionar. Para adaptarse a la situación de que el agua de la piscina en una estación rica en energía solar excede la apertura innecesaria de energía solar prescrita, el colector puede conectarse en paralelo. Durante este período, algunos colectores pueden cerrarse o cambiarse por tuberías. El agua de la ducha se puede conectar al colector que no participa en el ciclo del agua de la piscina para el precalentamiento, y la energía solar se puede utilizar por completo para lograr un mejor efecto de ahorro de energía. En invierno, el colector solar no tiene valor de uso debido a la baja temperatura y la baja eficiencia. Esto requiere que toda el agua almacenada en el colector se vacíe para evitar que la tubería se agriete debido al hielo frío en invierno. El método manual o el método automático se pueden usar para vaciar, lo que se debe considerar en el diseño.

2. Dos sistemas de calefacción de energía solar en piscina.

agua Según el tipo de transferencia de calor, el calentamiento del agua de la piscina por energía solar se puede dividir en un sistema de calefacción directa y un sistema de calefacción indirecta. El sistema de calefacción directa también se llama sistema de circulación primaria, y el sistema de calefacción indirecta se llama sistema de circulación secundaria.

2.1 Sistema de calentamiento directo

Este método de calentamiento es que el agua de la piscina se purifica, se calienta directamente mediante un colector solar y luego se envía a la piscina. El sistema de calentamiento solar directo para el agua de la piscina generalmente está compuesto por un colector, una bomba de agua circulante, un equipo de calefacción auxiliar, una válvula de succión de vacío, tuberías y accesorios, y un sistema de control automático. El cuadro de composición del sistema es el siguiente.

Cuando la bomba de agua circulante deja de funcionar, el aire ingresa a la tubería a través de la válvula de succión de vacío, de modo que el agua en la tubería puede regresar a la piscina bajo la acción de la gravedad, para asegurar que el agua en el tubo de escape se almacena para evitar que la tubería se congele en el frío invierno.

Fig. 1 Sistema de agua de piscina con calefacción solar directa

El principio de funcionamiento del sistema es que el agua de la piscina se presuriza a la placa colectora en el techo mediante una bomba de agua circulante, y el calor generado por la radiación solar de la placa colectora es eliminado por el flujo de agua, de modo que el agua se calienta, y luego el agua calentada se envía de vuelta a la piscina, de modo que el agua de la piscina se calienta a la temperatura diseñada repetidamente. La diferencia de temperatura entre la entrada y la salida de agua de este tipo de transferencia de calor es de solo 1 ~ 3 C.

2.2 Sistema de calentamiento indirecto

Este método de transferencia de calor utiliza el agua calentada por el colector solar como fuente de calor, y luego utiliza el agua a alta temperatura para intercambiar y calentar el agua de la piscina a través del intercambiador de calor, a fin de evitar la corrosión del metal causada por el desinfectante residual de cloro. El modo de calentamiento solar indirecto del agua de la piscina se compone generalmente de colector, tanque de almacenamiento de agua, equipo de calefacción auxiliar, sistema de control, bomba de agua circulante y tubería de recolección de calor, etc. La composición del sistema se muestra en la siguiente figura.

Figura 2 Sistema de agua de piscina de calentamiento solar indirecto

Debido al intercambio de calor secundario, no solo la eficiencia térmica es menor que la del intercambio de calor directo, sino que también la resistencia y el consumo de energía del intercambiador de calor son mayores. Este método es generalmente aplicable a colectores solares hechos de vidrio con alta temperatura y bajo caudal.

2.3 Comparación de rendimiento de dos modos

Tabla 3 Comparación de dos modos de calentamiento

Del análisis anterior, el calentamiento indirecto es mejor que el sistema de calentamiento directo en términos del efecto de calentamiento del agua caliente sanitaria, pero para el calentamiento de agua de la piscina, el sistema de calentamiento directo tiene sus ventajas especiales:

1) La calefacción solar directa consiste en calentar directamente el agua de la piscina en el colector solar, que pertenece a un intercambio de calor y tiene una alta eficiencia de recolección de calor; La calefacción solar indirecta utiliza un medio de transferencia de calor y luego calienta el agua de la piscina en circulación mediante un intercambiador de calor. El método pertenece al intercambio de calor secundario, y la eficiencia de recolección de calor es menor que la del método de intercambio de calor directo.

2) El sistema de calentamiento solar directo tiene un gran caudal por ciclo y, por lo tanto, el aumento de temperatura también es bajo. Generalmente, la temperatura primaria del agua circulante solo se incrementa en 1 ° C a 3 ° C; mientras que la energía solar indirecta genera menos flujo por calentamiento, y la temperatura es pequeña. El aumento de temperatura también es alto, generalmente hasta 50 ° C ~ 60 ° C.

3) El sistema de calentamiento solar directo tiene baja pérdida de calor, generalmente 0.24 ~ 0.26m3 / h.m2 (seleccionado por área del módulo), y la pérdida de carga es de solo 0.5m. Es especialmente adecuado para el calentamiento directo del agua de la piscina a temperatura constante, y la pérdida indirecta de calor es grande. .

4) El sistema de calefacción solar directa no necesita configurar el tanque de agua de transferencia de calor secundario para ahorrar espacio en el edificio; mientras que la energía solar indirecta necesita establecer el tanque de almacenamiento de agua caliente de intercambio de calor secundario para aumentar la inversión.

Por lo tanto, debido a que la función de calentamiento de agua de la piscina es para complementar la disipación de calor de la piscina, la temperatura del agua de la piscina básicamente no cambia, y el flujo de calentamiento del agua circulante de la piscina debe ser grande y la temperatura de calentamiento no es grande, lo cual es adecuado para el modo de intercambio de calor en el que la temperatura del agua aumenta ligeramente y el caudal es grande, por lo tanto, para el calentamiento del agua de la piscina, es más adecuado utilizar el método de intercambio de calor de calentamiento directo.

Sin embargo, cuando el agua de la piscina se calienta directamente, hay algunos problemas a tener en cuenta:

1) Calentamiento solar directo Debido a que el agua de la piscina se calienta directamente en el colector solar, en regiones frías, especialmente en invierno, se debe asegurar que el agua residual en la tubería del colector se elimine a tiempo para evitar la congelación de la tubería fría de invierno , por lo general, la práctica es instalar una válvula de succión al vacío.

2) Dado que el agua del grifo se calienta directamente en el colector solar, es necesario garantizar la calidad del agua del colector solar. Si la calidad del agua no cumple con los requisitos, se reduce el bloqueo del colector y la vida útil.

3) El primer ciclo generalmente solo aumenta en 1 ° C ~ 3 ° C, por lo que la sonda de inducción de radiación solar y la sonda de inducción de temperatura del agua deben configurarse en el sistema para realizar la operación de control automático del sistema para garantizar la economía y el precio razonable. operación del sistema.

4) Debido al bajo aumento de temperatura y a la alta tasa de flujo del calentamiento solar directo, es más adecuado usar colectores de caucho o materiales plásticos. La eficiencia de recolección de calor es de hasta el 60%, lo que no solo absorbe el calor del sol sino que también absorbe el calor radiante del sol.

panel de techo (ver la figura a continuación).

Figura 3 colector de material plástico

3. Conclusión

En resumen, podemos sacar las siguientes conclusiones:

(1) Los recursos de energía solar de China son relativamente abundantes, y la energía solar se puede utilizar para calentar el agua de la piscina en la mayoría de las áreas para aprovechar la utilización de energía renovable.

(2) Para calefacción solar indirecta, porque pertenece a la transferencia de calor secundario a alta temperatura, aumento de temperatura alta, flujo pequeño, generalmente adecuado para calentar agua caliente sanitaria o agua de piscinas;

(3) Sistema de calentamiento solar directo, un intercambio de calor, pequeña pérdida de calor, alta eficiencia de recolección de calor, gran caudal, pequeño aumento de temperatura, adecuado para calentamiento de agua de piscinas, y generalmente adecuado para colectores solares de materiales plásticos y de caucho. .

La aplicación de energía solar al calentamiento del agua de la piscina y del baño se ha dado cuenta de la utilización de energía renovable y ha respondido a la política nacional de “cuatro secciones y una protección del medio ambiente”, que es una de las direcciones de desarrollo de la tecnología de calefacción de piscinas. en el futuro. Para el calentamiento del agua de la piscina circulante, el sistema de calentamiento solar directo tiene un fuerte potencial de desarrollo.