چگونه آب استخر را گرم کنیم؟

گرم کردن آب استخر همواره یکی از مهمترین دغدغه های شناگران و صاحبان استخر می باشد. دمای مناسب آب در هنگام شنا کردن، یکی از مهمترین عوامل مطبوع بودن تجربه شنا محسوب می شود. در این مقاله تلاش داریم تا با استانداردهای تعیین دمای استخر و روش های مختلف گرمایش آب استخر آشنا شده و مزایا و معایب این روش ها را مورد بررسی بیشتر قرار دهیم.

دمای آب استخر

توصیه های مختلفی برای تعیین دمای آب استخر در استانداردهای مختلف از جمله استاندارد ASHRAE بیان شده است که به عنوان جمعبندی می توان به جدول زیر در این خصوص مراجعه نمود:

جدول شماره یک – محدوده قابل قبول دمای آب در انواع استخرها

مشخص نمودن دمای مورد نظر آب استخر، اولین قدم برای طراحی سیستم گرمایش است که با توجه به جدول فوق و در نظر داشتن سایر شرایط مد نظر شناگران، می بایست تعیین شود.

تعیین ظرفیت گرمایشی مورد نیاز استخر

اصلی ترین پارامتر طراحی و انتخاب هر دستگاه گرمایش آب استخر و یا جکوزی، محاسبه "ظرفیت حرارتی" مورد نیاز دستگاه است. عوامل مختلفی در محاسبه دقیق ظرفیت حرارتی استخر دخیل هستند که برای سادگی موضوع و جهت استفاده در طراحی گرمایش استخرهای خصوصی و خانگی به توضیح دو عامل تعیین کننده تر می پردازیم:

1- بار گرمایش اولیه آب استخر و جکوزی

بر اساس دمای اولیه آب استخر و جکوزی (جدول شماره یک) و در نظر داشتن مدت زمان گرمایش اولیه مورد نیاز، بار حرارتی لازم برای گرمایش اولیه استخر و جکوزی به سادگی محاسبه می شود.

بصورت یک قاعده تجربی برای استخرهای خانگی و خصوصی، دمای 28 درجه سانتیگراد و برای جکوزی های خانگی دمای 38 درجه سانتیگراد می تواند بعنوان پیش فرض طراحی در نظر گرفته شود.

زمان گرمایش اولیه استخر و جکوزی، تابع استاندارد مشخصی نبوده و با توجه به نوع کاربری استخر در نظر گرفته می شود.

مدت زمان گرمایش اولیه استخرهای خصوصی، بسته به نوع استفاده بین 12 تا 24 ساعت و برای جکوزی های خصوصی، بین 4 تا 6 ساعت در نظر گرفته می شود.

با توجه به انتخاب دمای مناسب و مدت زمان گرمایش اولیه، بار حرارتی گرمایش اولیه به روش زیر محاسبه می شود:

Q (Kcal/Hr) = V (Lit) * (T2-T1) (‘C) / Time (Hr)

Q : بار حرارتی بر حسب کیلو کالری بر ساعت

V : حجم استخر یا جکوزی بر حسب لیتر

T2 : دمای دلخواه آب بر حسب درجه سانتیگراد ( جدول شماره یک)

T1 : دمای فعلی و اولیه آب بر حسب درجه سانتیگراد

Time : مدت زمان گرمایش بر حسب ساعت

2- اتلاف حرارتی از سطح آب استخر

یکی از مهمترین منابع اتلاف حرارتی مخصوصاً در استخرهای روباز، اتلاف حرارتی از سطح آب استخر است که برای سادگی می توان از جدول زیر استفاده نمود:

جدول شماره دو – انرژی دفع شده ناشی از حرارت سطحی

نکته 1 : جدول شماره 2 بر اساس وزش باد با سرعت بین 5 تا 8 کیلومتر بر ساعت ارائه شده است.

نکته 2 : برای استخرهای سرپوشیده یا استخرهای روباز مجهز به سایه بان، باید مقادیر منظور شده در جدول را با اعمال ضریب 0.75 وارد محاسبات نمود.

نکته 3 : برای مقادیر سرعت باد بیش از 8 کیلومتر بر ساعت، مقادیر جدول با ضریب 1.25 و همچنین برای سرعت باد بیش از 16 کیلومتر بر ساعت، مقادیر جدول با ضریب 2 در محاسبات می بایست وارد شوند.

بنابراین با محاسبه سطح استخر (طول ضربدر عرض در استخرهای مستطیلی) و دانستن دمای حداقلی هوا، می توان بسادگی اتلاف حرارت سطحی استخر را محاسبه نمود.

دو بار حرارتی فوق که برای گرمایش اولیه استخر و اتلاف حرارتی سطح استخر محاسبه شده اند، مهمترین عوامل تعیین کننده ظرفیت حرارتی سیستم گرمایشی مورد نیاز استخر هستند که با روش های اشاره شده قابل تخمین می باشند.

البته نکته مهمی که می بایست به آن توجه داشت این است که برای انتخاب بهینه سایز تجهیزات گرمایشی، بهتر است تا این دو بار حرارتی با هم جمع نشوند. زیرا عموماً این دو حالت بصورت همزمان اتفاق نمی افتند. لذا توصیه می شود که پس از محاسبه گرمایش اولیه و اتلاف حرارت سطحی، هر کدام از این دو مقدار بیشتر بود، به عنوان پایه طراحی سیستم در نظر گرفته شود. 

نهایتاً توصیه می شود با توجه به راندمان دستگاه های استفاده شده، رسوبگذاری داخل سیستم ها و سایر عوامل خارجی، یک ضریب احتیاط مناسب برای محاسبه ظرفیت حرارتی نهایی در نظر گرفته شود.

روش های مختلف گرمایش استخر

سیستم های مختلفی برای گرمایش آب استخر وجود دارند که متداولترین آنها را می توان در قالب موارد زیر برشمرد:

مبدل حرارتی

مبدلهای حرارتی، متداولترین تجهیزات گرمایش استخر هستند که پس از دیگ موتورخانه قرار گرفته و بوسیله انتقال حرارت بین آب داغ دیگ و آب استخر، موجب افزایش دمای آب استخر شده و به تدریج آب استخر را گرم می کند.

مبدلهای حرارتی استخر عموماً از نوع لوله و پوسته (Shell & Tube) بوده و جنس آنها از استیل، مس، چدن و یا تیتانیوم است که هر کدام ویژگی ها و خواص مخصوص به خود را دارند.

سایز مبدلهای حرارتی معمولاً بر حسب کیلووات (Kilowatt) و یا فوت مربع (ft2) سطح انتقال حرارت بیان می شود. برای تبدیل کیلووات به کیلوکالری بر ساعت، تنها کافی است تا عدد کیلووات در ضریب 860 ضرب شود تا توان مبدل به واحد "کیلوکالری بر ساعت" تعیین شود.

در سیستمهای گرمایشی که از مبدل حرارتی در آنها استفاده می شود، علاوه بر تعیین ظرفیت حرارتی مناسب مبدل، انتخاب دیگ حرارتی مناسب نیز از اهمیت بالایی برخوردار است. بسته به اینکه دیگ انتخابی برای تنها گرمایش استخر، جکوزی و یا گرمایش کل منزل استفاده شود، روش محاسبه بار حرارتی و ظرفیت دیگ از اهمیت بالایی برخوردار بوده و طبعاً بصورت مستقیم روی عملکرد مبدل حرارتی نیز اثرگذار خواهد بود.

یکی از مهمترین مشکلات نگهداری از مبدلهای حرارتی، رسوبگذاری کربنات کلسیم به واسطه سختی بالای آب استخر در مبدل است. این رسوبگذاری، باعث کاهش نرخ انتقال حرارت و نیز کاهش دبی عبوری آب از مبدل شده و به تدریج این اثرات منفی بصورت نمایی افزایش پیدا می کنند. لذا این مبدلها بعد از گذشت مدت زمانی نیاز به "اسید شویی" خواهند داشت.

یکی از بهترین روشهای پیشگیری از رسوب گذاری در مبدلها، استفاده از دستگاه های ضدرسوب مغناطیسی و یا اولترسونیک در مسیر آب سرد ورودی مبدل و پس از فیلتر تصفیه استخر می باشد. این دستگاه ها با تغییر شکل کریستالهای کربنات کلسیم، باعث جلوگیری از رسوبگذاری آنها در داخل سیستم لوله کشی و حتی از بین رفتن تدریجی رسوبات قبلی از داخل لوله ها و تجهیزات می شوند.

پکیج گرمایشی استخر

در بسیاری از استخرها، با توجه به عدم در نظر گرفتن موتورخانه گرمایش مرکزی برای منزل، امکان استفاده مستقیم از مبدل حرارتی نبوده و یا مصرف کننده با توجه به محدویت های فضا و هزینه تمایلی برای این کار ندارد. در این موارد، استفاده از پکیج های گرمایش آب استخر و جکوزی می تواند گزینه مناسبی باشد.

پکیج های گرمایشی استخر، در واقع یک موتورخانه گرمایشی کامل با همه تجهیزات لازم هستند که در قالب یک پکیج جمع آوری شده اند. تجهیزات اصلی موجود در این پکیج ها عبارتند از:

- دیگ آب گرم

- مبدل حرارتی

- پمپ سیرکولاتور

- منبع انبساط

- ترموستات

- شیربرقی

- کنترل پنل

حجم کم و هزینه مناسبتر این دستگاه ها نسبت به موتورخانه، از مهمترین مزایای این پکیج ها بشمار رفته و استفاده از آنها روز به روز در حال گسترش می باشد.

هیتر گازی

یکی از انواع تجهیزاتی که برای گرمایش استخرهای خانگی کوچک و متوسط استفاده می شوند، هیترهای گازی هستند. اساس کار این دستگاه ها، برخورد مستقیم شعله آتش به لوله حاوی آب استخر است. معروفترین برند هیتر گازی که در حال حاضر در کشور استفاده می شود، هیترهای گازی Hayward ساخت کشور آمریکا هستند.

مزیت بزرگ هیترهای گازی، حجم کم آنها نسبت به یک موتورخانه کامل بوده و البته هزینه اولیه خرید آنها مقداری بالا است. این دستگاه ها از قطعات داخلی مختلفی تشکیل شده اند که برای آشنایی بیشتر با این قطعات و جزئیات بیشتر در خصوص نحوه کار آنها می توانید به این مقاله زیر مراجعه کنید.

گرمکن مستقیم چگالشی

استفاده از سیستم های گرمایشی موتورخانه و پکیج های گرمایشی استخر،‌ دارای مشکلات و محدودیت هایی از جمله وارد زیر هستند:

- راندمان انرژی نهایی حداکثر 55 درصد و بالطبع افزایش میزان مصرف سوخت

- تأمین تجهیزات با ظرفیت اشتباه از بازار و عدم کارکرد متناسب با نیاز گرمایش استخر

- استهلاک تجهیزات مختلف

- زمانبری و هزینه بالای نصب تجهیزات و راه اندازی موتورخانه

- هزینه های بالا و دشواری تعمیرات، نگهداری، عیب یابی و تعویض تجهیزات و قطعات

- ایجاد مشکلات مختلف در تمامی تجهیزات به مرور زمان مانند خرابی پمپ، شیرهای برقی، سوراخ شدن مبدل و موارد مشابه

- نیاز به فضای زیاد برای احداث موتورخانه

- پیچیدگی سیستم، تجهیزات و لوله کشی برای افراد غیر متخصص

برای رفع مشکلات مذکور، اخیراً گرمکن هایی با روش شعله مستقیم (مانند هیترگازی) ساخته شده که هیچکدام از مشکلات موتورخانه ها و یا پکیج های گرمایشی استخر را ندارند. از مهمترین ویژگی ها و مزایای استفاده استفاده از این گرمکن ها می توان به موارد زیر اشاره نمود:

- این گرمکن ها به صورت کامل از جنس استنلس استیل تولید شده است.

- آب استخر بصورت مستقیم و با شعله مستقیم (بدون وجود مبدل) در آنها گرم شده و مجدداً وارد استخر می شود.

- با توجه به ساختار این نوع گرمکن ها که آب استخر را با شعله مستقیم گرم می کند، دیگر هیچ نیازی به تجهیزات داخلی از جمله مبدل،‌ پمپ سیرکولاتور، منبع انبساط و لوله کشی های مربوطه نبوده و مشکلات ناشی از خرابی آنها در طول زمان بطور کامل از بین می رود.

- این هیترها از نوع بویلرهای چگالشی (Condensing) بوده که دارای راندمان انرژی  بیش از 112 درصد میباشد. کمترین میزان مصرف سوخت را می توان در این گرمکن ها یافت که کمک شایان توجهی به منبع انرژی و حفظ محیط زیست نموده و ازحیث کاهش هزینه های انرژی نیز بسیار متمایز می باشد.

هیتر برقی

یکی دیگر از روشهای گرمایش استخر و جکوزی، استفاده از هیترهای برقی است. نحوه کار هیترهای برقی، بر اساس داغ شدن المنت های حرارتی داخلی توسط انرژی الکتریکی است.

هیترهای برقی، با توجه به مصرف برق بالا و ظرفیت حرارتی پائینتر نسبت به هیترهای گازی و پکیج های گرمایشی تنها برای گرمایش جکوزی و استخرهای خیلی کوچک خانگی می توانند مورد استفاده قرار گیرند. 

هیت پمپ

یکی از روشهای نوین گرمایش آب استخر، استفاده از هیت پمپ (پمپ حرارتی) است. پمپ حرارتی یا هیت پمپ (Heat Pump) وسیله ای است که با استفاده از انرژی الکتریکی و هوای گرم محیط، باعث افزایش دمای آب عبوری از داخل خود می شود.

در هیت پمپ، آب استخر پس از عبور از پمپ و فیلتر، وارد دستگاه می شود. پمپ حرارتی، دارای یک فن است که هوای محیط را به داخل کشیده و آنرا از میان کویل اواپراتور (Evaporator) که در پیرامون دستگاه قرار دارد، عبور می دهد.

مایع مبرد (Refrigerant) موجود در کویل اواپراتور، گرمای موجود در هوای اطراف خود را جذب و تبدیل به گاز می شود. این گاز گرم سپس وارد کمپرسور شده و دمای آن مجدداً افزایش پیدا می کند.

در مرحله بعدی، گاز داغ خروجی کمپرسور، وارد کندانسور (Condenser) می شود. کندانسور، در واقع یک نوع مبدل حرارتی است که آب استخر و گاز داغ خروجی کمپرسور به آن وارد شده و با یکدیگر تبادل حرارتی انجام می دهند. در این تبادل حرارتی، گاز داغ مبرد، بخشی از حرارت خود را به آب استخر منتقل می کند. بدین ترتیب، دمای آب عبوری از پمپ حرارتی با افزایش 3 تا 5 درجه سانتیگراد، مجدداً به استخر باز می گردد.

گاز داغ خروجی کندانسور هم با از دست دادن حرارت، به حالت مایع بازگشته و مجدداً وارد اواپراتور می شود و سیکل شرح داده شده مجدداً تکرار می گردد.

مزیت بزرگ استفاده از هیت پمپ ها، صرفه جویی در مصرف انرژی است. اما ظرفیت حرارتی پایین این دستگاه ها و نیز هزینه اولیه بالای خرید آنها، مواردی هستند که پیش از خرید می بایست به دقت مد نظر قرار گیرند.