CC BY
8TEXNIKA FANLARI / TECHNICAL SCIENCE
УУТ 667.4.343 Узоков F.H., Элмуродов Н.С., Ахмедов Н.Н.
CУЗИШ БАССЕЙНЛАРИНИНГ ЭНЕРГИЯ БАЛАНСИ ТА^ЛИЛИ
Узоков F.Н. - т.ф.д., профессор; Элмуродов Н.С. - докторант (Карши мухандислик-иктисодиёт институти); Ахмедов Н.Н. - директор (Кашкадарё вилояти сув спорт турлари буйича ихтисослаштирилган болалар ва усмирлар спорт мактаби)
В статье рассмотрены способы и системы обогрева современных плавательных бассейнов, топливно-энергетические затраты системы отопления и результаты исследования теплового баланса крытого плавательного бассейна размером 25х12м в условиях г.Карши. С учетом тепловых потерь плавателього бассейна разработано и проанализировано уравнение теплового баланса бассейна с целью обеспечения требуемых температурных режимов.
Ключевые слова: плавательный бассейн, конвективные потери тепла, водяной пар, давление насыщенного водяного пара, испарение, радиация, теплопроводность.
The article discusses the methods and systems for heating modern swimming pools, the fuel and energy costs of the heating system and the results of a study of the heat balance of an indoor swimming pool measuring 25x12m in the conditions of Karshi. Taking into account the heat losses of the swimming pool, an equation for the heat balance of the pool was developed and analyzed in order to ensure the required temperature regimes.
Key words: swimming pool, convective heat loss, water vapor, saturated steam pressure, evaporation, radiation, thermal conductivity.
Жахонда сузиш бассейнларида оптимал харорат режимини таъминлаш, уларда анъанавий энергия ресурсларини тежаш долзарб масалалар хисобланади. Бутун дунё олимлари ва тадкикотчиларининг сузиш бассейнларининг иситиш тизимларида энергия сарфини камайтириш хамда энергия йукотишларини кискартириш йулида олиб борган илмий изланишлари, сузиш бассейнларини куриш хдмда энергия тежовчи инновацион технологияларни жорий этишда мухим ахамиятга эга.
Бу борада Дания техника университетининг курилиш мухандислиги булими тадкикотчилари Марк Даннеманд, Саймон Фурбо, Алфред Хеллер томонидан Дания ёзги уйларидаги ёпик сузиш бассейнларини иситиш буйича илмий изланишлар олиб борилган. Улар томонидан бассейн ва бассейн хавосини иситиш учун 4,8 м x 3,5 м ва чукурлиги 1,3 м улчамдаги бассейн модели яратилган булиб, бассейн ва бассейн хонасини иситиш учун индивидуал электр иситиш тизими ва улар билан комбинациялашган куёш иситиш тизимлари тадкикот килинган. Таклиф этилган тизимда бассейн зали полдан 3,5 кВт кувватга эга электр иситиш тизими оркали иситилган, бассейнда эса 1 кВт кувватли электр иситиш амалга оширилган. Ушбу моделда бассейн ва унинг хавосини иситишда электр иситиш курилмаси, куёш коллекторлари иссиклик талабини коплай олмаса захира сифатида ишлатилади [1].
Иорданиялик тадкикотчилар Ахмад Абоуши хамда Абеэр Абу Раэд томонидан 30 м2 юза майдонига эга, чукурлиги 1,5 м булган 45 м3 хажмга эга сузиш бассейнининг дизел ёкилгили иситиш тизимини вакуум коллекторли куёш энергияси асосидаги иситиш тизимига алмаштириш мувофиклиги курсатилган ва тахлил килинган. Тадкикот натижасига кура бассейнни иситишда вакуум куёш коллекторидан фойдаланиб ёкилгини тежаш микдори ёзда 100%, кишда 50% ни ташкил килиши асосланган [2]. Таклиф этилган тизим оркали йиллик 9166 кг ёкилги тежаш мумкинлиги аникланган. Тизимга сарфланган харажатларни коплаш муддати эса 1,5 йил деб бахоланган [2].
Сузиш бассейнларини киздиришда анъанавий ёкилги сарфини камайтириш максадида, кушимча равишда геотермал иссиклик насослари ва вертикал геотермал
иссиклик алмашиниш курилмаси Грециялик тадкикотчи Катсапракакис томонидан кулланилган. Бунда сузиш бассейнини иситишда геотермал иссиклик насосининг йиллик электр энергия истемоли 35 223 кВт соат ни ташкил этади. Бу эса йиллик киздириш юкламасининг 90% га камайтириб, колган энергиянинг 10% ини таклиф килинган фаол киздириш тизими томонидан копланиши аникланган [3].
Эронлик тадкикотчилар Рахим Махмоуди ва бошкалар томонидан Урмия шахри Hafte-Tir сузиш марказидаги улчамлари 16 х 33 м булган сузиш бассейнининг энергия сарфини оптималлаштириш максадида янги аклли бошкарув ва назорат тизими лойихаланган [4]. Таклиф этилган лойиханинг экспериментал натижалари шуни курсатадики, таклиф килинган тизим бассейнни иситишдаги табиий газ истеъмолини 1215% га камайтириш имконини беради [4].
Ёпик сузиш бассейнларини биомасса козонхонаси хамда кушимча куёш коллекторлари ёрдамида иситиш тизими Ж.П.Делгадо ва бошкалар томонидан таклиф килинган [5]. Ушбу тизим доирасида олиб борилган изланишлар давомида сузиш бассейнининг йиллик иситиш талабида биомасса энергияси 162 кВт• соат ва куёш энергияси 207 кВт • соатни ташкил килиши курсатилган.
[6] тадкикот ишида Х,ах,не ва Кублер TRNSYS дастуридан фойдаланиб очик бассейнни моделлаштирган ва очик куёш коллекторларидан фойдаланиш бассейнни иситиш учун табиий газ сарфини 40% га камайтириши мумкинлиги аникланган.
^иёсий тахлиллар шуни курсатадики, ёпик сузиш бассейнлари бинолари катта микдордаги энергия истеъмолини талаб килади. Энергиянинг куп кисми сузиш бассейнининг залида ва бассейн сувида талаб этиладиган харорат режимини таъминлаш учун ишлатилади. Залда хаво намлиги бассейн сувининг бугланиши оркали ортади. Ёпик сузиш бассейнлари биноларида энергия истеъмолининг 45% бассейн залини шамоллатиш учун, 33% бассейн сувини иситиш учун, 10% иситиш ва бинонинг колган кисмини вентиляция килиш учун, 9% ёритиш ва жихозлар учун хдмда 3% иссик сув таъминоти учун сарф булади (1-расм) [7].
■ бассейн залини
з%
шамоллатиш
■ бассейн сувини иситиш
■ бинони иситиш ва вентиляция килиш
ёритиш ва жихозлар
■ иссик сув таминоти
1-расм. Ёпик сузиш бассейнлари бинолари умумий энергия истеъмоли диаграммаси.
Бассейн суви ва бассейн зали хавосини иситиш курилмалари, шамоллатиш ва хавони тозалаш ускуналари сувнинг бугланишини ва хавонинг нисбий намлигини оширади, бу эса бинонинг энергия сарфининг ошишига олиб келади. Шунинг учун бу ускуналарни лойихалашга катта эътибор каратиш, сув ва хаво хароратини, нисбий намликни макбул даражада ушлаб туриш мухим ахамиятга эга.
Бассейн сувининг иссиклик йукотишлари сув ва атроф-мухит хавосининг харорат фаркига, хаво намлигига, бассейн устидаги хавонинг тезлигига, шунингдек бассейн изоляциясининг калинлиги ва сифатига боглик. Соха олимлари томонидан олиб борилган илмий ишлар тахлили шуни курсатадики, ёпик сузиш бассейнларининг суткалик иссиклик йукотишлари 2,5 кВт/м2 ни ташкил килади [6].
Очик сузиш бассейнларидаги иссиклик исрофи хамда унга бериладиган иссиклик микдори унинг жойлашувига, атроф-мухитнинг физик параметрларига ва куннинг кундузги ёки кечги вактига боглик. Энг катта иссиклик йукотилиши бассейн суви юзасидан сувнинг
бугланиши хисобига булиб, умумий иссиклик йукотилишининг тахминан (65-70)% ни ташкил килади [8].
Ёпи; сузиш бассейнларида иссиклик йукотилиши иссиклик алмашинув жараёнлари оркали юзага келади. Ёпи; бинода жойлашган сузиш бассейнларининг иссиклик балансини тахлил к;илиш учун хисоб схемаси 2-расмда келтирилди.
2- расм. Ёпик бинода жойлашган бассейннинг иссиклик баланси схемаси.
Ёпик сузиш бассейнларининг иссиклик балансига таъсир килиши мумкин булган асосий иссиклик энергияси йукотишларини куйидагича умумлаштириш мумкин:
- бассейн суви сиртидан хавога конвектив иссиклик алмашинув оркали йукотиладиган иссиклик, ¿к [Вт];
-нурланиш оркали йукотиладиган иссиклик, Qн [Вт];
-сувнинг бугланиш оркали йукотиладиган иссиклик, ¿буг [Вт];
- бассейн девори оркали йукотиладиган иссиклик микдори (иссиклик утказувчанлик), (гр [Вт].
Ёпик сузиш бассейнларини керакли харорат режимларини таъминлаш максадида хисоб схемасига асосан ^арши шахридаги ихтисослаштирилган болалар-усмирлар спорт мактабининг 25х12 м улчамдаги сузиш бассейнининг юзасидан иссиклик энергияси йукотилиши хисобланди хамда бассейннинг иссиклик баланси тенгламаси тузилди (3-расм). Бассейннинг сув сирти майдони ^=300 м2, харорати ¿суе = 28 оС ва бассейн хона хавосининг харорати и.щео = 29 оС , ¿т.^аео-ташки хаво харорати, нисбий намлик ф=60% га тенг.
Бассейнни киздириш учун зарур булган иссиклик микдорини хисоблаймиз:
Бассейн хажми Сувнинг бошлангич хароати Сувнинг талаб этиладиган харорати Сувнинг иссиклик сигими Сувнинг зичлиги
V = 12-1,5• 25 = 450 м = 15 оС; = 28 оС; Ср = 4186 Ж/(кг оС) ; р = 1000 кг/м3.
3.
Сарфланадиган энергия микдорини куйидаги формула оркали аниклаймиз. ( = CрV(^ -г1) = 4180-1000• 450• (28-15) = 24453-106 Ж = 24453 МЖ
3- расм. ^ашкадарё вилояти сув спорти турлари буйича ихтисослаштирилган БУСМ
сузиш бассейни.
Ушбу бассейн электр киздиргич билан киздирилганда зарур буладиган иссиклик кувват:
О-эл
24453 -103 3600
= 6792,5 кВт
Агар 5% электр энергия исрофи хисобга олинганда такрибан 7150 кВт электр энергия зарур булади.
Электр киздиргич урнига иссиклик насоси ишлатилганда иситиш коэффициенти Ф = 4,0 булса, талаб этилган 6792 кВт иссиклик кувватини олиш учун 4 марта кам электр энергия ишлатилади, яъни:
= б792 = 1б98 кВт.
^эл 4
Х,исоб схемаси ва берилган маълумотларга асосан умумий иссиклик баланси тенгламасини тузамиз. Бассейннинг иссиклик баланси тенгламаси стационар режимда куйидагича куринишда булади.
Qz= Qk + QH + Q6yr + Qp. (1)
Ёпик сузиш бассейнидан сувнинг бугланиши бассейн умумий энергия балансида асосий рол уйнайди. Бундан ташкари, ёпик сузиш бассейнларида сув бугланишини аник хисоблаш объектнинг энергия сарфини хисоблашда жуда мухимдир.
Германия мухандислари ассоцацияси VDI 2089 стандарт формуласига кура бугланиш тезлиги куйидагича хисобланади [9]:
W = fF(Pm6-Рб) (2)
Бу ерда Ртб - бассейн суви хароратида туйинган сув бугининг босими, Рб
- берилган хаво харорати ва намлигидаги сув бугининг босими, 8- эмпирик коэффициент, 8 =5 (г/м2 соат мбар), [9]; r -берилган хароратда сувнинг буг хосил булиш иссиклиги.
Обуг =8-F(Pm6 - Рб )r = W • r (3)
Сузиш бассейнида конвекция бассейн суви ва хаво уртасидаги харорат фарки туфайли юзага келади. Сув ёки хаво тезлиги w = Wxaeo =0 нолга тенг булса, табиий конвекция содир булади. Бугланиш, хаводаги нисбий намлик зичлигини узгартириш оркали табиий конвекцияни кучайтиради. Конвектив иссиклик алмашинуви tc = txaeo хаво ва сув харорати
тенг булганда содир булмайди.
Бассейн бирлик юза майдонидан конвектив иссиклик йукотилиш окими Qkohs , куйидагича аникланади:
Q =aF (t -1 ) (4)
-s-'конв \ сув и.хаво у \ J
Бу ерда tcyв -бассейн сувининг харорати, /и хаво -бассейн залидаги ички хаво харорати,
О -конвектив иссиклик алмашинув коэффициенти.
Конвектив иссиклик алмашинув коэффициенти куйидагича ифодаланиши мумкин
[11].
о = 2,8 + 3,0н_ (5)
™хаю -бассейн сув сатхи устидаги хаво харакатининг тезлиги; л^хаво =0,1 - 0,2 м/с [10].
Очик сузиш бассейнларида радиациявий йукотишлар очик осмон оркали кузатилиб, Стефан-больцман конуни буйича хисобланади. Ёпик сузиш бассейнларида радиациявий йукотишлар залнинг деворлари билан узун тулкинли радиация алмашинуви оркали иссиклик утказувчанлик хисобга олиниб аникланади[12].
Оор = Рчнур = ¥80^ + 273)4 -«девор + 273)4) (6)
Бу ерда 8- уртача радиация коэффициенти, о - Стефан Больцман доимийси (о=5,67 10-8 Вт/м2К4) ва tдeвoр - девор сиртининг харорати.
Сузиш бассейнининг пастки ва ён томонларидан ерга кондуктив иссиклик утказувчанлигида кам микдорда иссиклик йукотилади. Ушбу иссиклик йукотилиши куйидаги формула ёрдамида хисобланади:
= К ■ ¥б - tгp ) (7)
Умумий иссиклик узатиш коэффициенти К бассейн бетон деворининг иссиклик утказувчанлигига ва унинг калинлигига боглик. Бу ерда ¥б -бассейн бетон деворининг
умумий юзаси, tгp - ер ости тупрокнинг харорати (tгp = +10 - +12 оС).
Оч =>10 — 20% Оч =>5 — 15%
=>60-80% О^ => 2-5%
4-расм. Ёпик сузиш бассейнларининг иссиклик йукотишлари таксимланиши.
Тадкикот натижалари тахлили шуни курсатадики, ёпик сузиш бассейнларининг иссиклик энергиясига булган эхтиёжи электр энергияси истеъмолига нисбатан анча юкори булиб, 10-20% иссиклик энергияси бассейннинг конвектив иссиклик алмашинувида йукотилади, 60-80% иссиклик энергияси бассейн сувининг бугланишида, 5-15% иссиклик нурланиш оркали, колган 2-5% иссиклик энергияси бассейн деворининг иссиклик утказувчанлиги оркали иссиклик йуколишига тугри келади. Олинган хисоб натижалари диаграммада куйидаги куринишни олди (4-расм).
Хулоса. Сузиш бассейнлари катта микдорда энергия истеъмолига эга иншоотлардан хисобланади. Урганилган сузиш бассейнининг тадкикот натижалари асосида куйидаги хулосалар келтирилди:
- сузиш бассейнларида энг катта иссиклик йукотилиши сувнинг бугланиши хисобига кузатилиб, уни камайтириш учун иссиклик изоляция копламаларидан фойдаланиш иссиклик исрофини 25% гача камайтиради;
- сузиш бассейнлари залини иситиш ва шомоллатиш тизимларидаги иссиклик йукотишлари сузиш залининг умумий энергия йукотишларининг 60% ни ташкил килади. Сузиш бассейни зали хдвоси ва бассейн суви хдроратлари орасидаги фарк 4-5 оС булганда конвектив иссиклик йукотилиши 2 баравар ошиши аникланди;
- сузиш бассейнларининг микроиклим параметрларини макбул даражада ушлаб туриш иншоотнинг энергия йукотишларини сезиларли даражада кискартиришга ёрдам беради. Бассейн хдрорат режимини таъминлашда иссиклик насосларини кулланилиши анъанавий иситиш тизимига нисбатан 4 мартагача электр энергиясини тежаш имконини беради.
АДАБИЁТЛАР
1. Dannemand, Mark, et al. "Heating of Indoor Swimming Pools by Solar Thermal Collectors in
Summerhouse in Denmark." Department of Civil Engineering, Technical University of Denmark, Byg Sagsrapport (2017).
2. Aboushi, A., & Raed, A. (2015). Heating indoor swimming pool using solar energy with
evacuated collectors. In International Conference on Advances in Environment Research (pp. 90-94).
3. Katsaprakakis D. A. Comparison of swimming pools alternative passive and active heating
systems based on renewable energy sources in Southern Europe //Energy. - 2015. - Т. 81. - С. 738-753.
4. Mahmoudi, Rahim, Mortaza Aliasghary, and Majid Mokarram. "Design and fabrication of an
intelligent management and control system to optimize energy consumption in indoor swimming pools." Energy Efficiency 14.6 (2021): 1-12.
5. JPD Marin, FV Garcia, JRG Cascales (2019). Use of a predictive control to improve the energy
efficiency in indoor swimming pools using solar thermal energy. Solar Energy, 179; 380-390.
6. Mancic, Marko V., Dragoljub S. Zivkovic, Peda M. Milosavljevic, and Milena N. Todorovic.
"Mathematical modelling and simulation of the thermal performance of a solar heated indoor swimming pool." Thermal Science 18, no. 3 (2014): 999-1010.
7.Trianti-Stourna,E., etal, Energy Conservation Strategies for Sports Centers: Part B.Swimming Pools, Energy and Buildings, 27(1998), 2, pp. 123-135
8. Tarrad, Ali H. "Heating mechanism and energy analyses for over-ground outdoor swimming
pool technology." Asian Journal of Applied Science and Technology (AJAST) 1.6 (2017): 0822.
9. Standard V. D. I. VDI 2089 Part 1: Building Services in Swimming Baths—Indoor Pools //VDI
Verein Deutscher Ingenieure eV: Düsseldorf, Germany. - 2010.
10. Равкин С.Л., Александров А.А. Теплофизические свойства воды и водяного пара. М: Энергия, 1980.- 423 с
11. Lam, C. J., Chan, W. W., Life Cycle Cost Analysis of Heat Pump Application for Hotel Swimming Pools, Energy Conversion and Management, 42 (2001), 11, pp. 1299-1306
12. Auer, T. (1996). Assesment of an indoor or outdoor swimming pool. TRANSSOLAR Energietechnik GmbH, Strategies for energy efficient design and thermal comfort in buildings.
