Vytápění bazénů: bilance odparu a rekuperace z odpadního vzduchu

Vytápění bazénů: bilance odparu a rekuperace z odpadního vzduchu

Vytápění ·

Jak spočítat tepelnou ztrátu krytého bazénu podle VDI 2089, jak z vlhkostní bilance odvodit průtok vzduchu a co musí splnit rekuperace v agresivním bazénovém prostředí.

Tepelná ztráta krytého bazénu se v drtivé většině případů nerozhoduje na prostupu stěnami vany, ale na hladině. Odpar vody odvádí z hladiny při běžném provozu 130 až 250 W/m2, což je u hotelového bazénu 12,5 × 6 m kolem 11 kW jen za výparné teplo. Prostup vanou do zeminy přitom u zatepleného provedení nepřekročí 1 kW. Pokud se odpar spočítá hrubě nebo se do bilance vůbec nezahrne ohřev ředicí vody, zdroj tepla bude buď o třetinu předimenzovaný, nebo v provozu nestačí.

Druhá polovina úlohy je vzduchotechnická. Odpařená voda musí halu opustit, jinak vlhkost vzroste nad 65 % a kondenzuje na zasklení a v konstrukcích. Průtok vzduchu tedy neplyne z tepelné, ale z vlhkostní bilance — a ta se mezi zimou a létem liší o faktor tři až čtyři. Rekuperace v bazénové jednotce navíc pracuje s odpadním vzduchem, kde kondenzace na výměníku uvolní zhruba stejně tepla jako citelné ochlazení, takže reálný výkon ZZT je vyšší, než napovídá katalogová účinnost.

Následující postup shrnuje bilanci vody i vzduchu, hodnoty součinitele odparu podle VDI 2089 a požadavky na materiálové provedení výměníků v prostředí s chloraminy.

Návrhové parametry vody a vzduchu

Teploty vody vycházejí z přílohy vyhlášky č. 238/2011 Sb.; níže uvedené hodnoty jsou běžné návrhové úrovně, aktuální znění přílohy ověřte. Teplota vzduchu se volí o 2 až 4 K nad teplotou vody, maximálně však cca 34 °C — vyšší teplota vzduchu je nekomfortní a nesnižuje už odpar. Návrhová relativní vlhkost je 50 až 55 %, provozní strop 64 až 65 %.

Typ bazénuVoda (°C)Vzduch (°C)
Plavecký, 25 m26–2828–30
Rekreační, hotelový28–3030–32
Dětský, kojenecký30–3232–34
Vířivá vana34–3630–32
Rosný bod vzduchu 30 °C / 55 % je 19,9 °C. Povrchová teplota zasklení musí zůstat nad touto hodnotou — tomu odpovídá Uw zhruba do 0,9 W/(m2·K) doplněné štěrbinovým vyústěním pod fasádou.

Výpočet odparu z hladiny

Nejpoužívanějším podkladem je VDI 2089 list 1. Hmotnostní tok odpařené vody se počítá jako

ṁ = ε · A · (pW − φ · pL), kde ε je součinitel odparu v g/(m2·h·hPa), A plocha hladiny, pW tlak syté páry při teplotě vody a pL tlak syté páry při teplotě vzduchu.

Provozní stavε [g/(m2·h·hPa)]
Hladina zakrytá krytem0,5
Mimo provoz, nezakrytá5
Soukromý / hotelový provoz15
Veřejný bazén, běžné zatížení20
Atrakce, vlnobití, skluzavky28–35

Příklad: hladina 75 m2, voda 28 °C (pW = 37,8 hPa), vzduch 30 °C / 55 % (φ·pL = 23,3 hPa), Δp = 14,5 hPa. Při ε = 15 vychází ṁ = 16,3 kg/h, tedy 11,0 kW výparného tepla (2 430 kJ/kg), tj. 147 W/m2. Mimo provoz bez krytu klesne na 3,7 kW, se zakrytou hladinou na 0,4 kW. Rozdíl 3,3 kW po dobu 12 hodin denně je 40 kWh/den — kryt hladiny je nejlevnější úsporné opatření v celém objektu.

Postup sestavení tepelné bilance

  1. Odpar pro provozní stav (ε podle využití) a pro noční klid se zakrytou hladinou — zdroj se dimenzuje na provozní stav, roční spotřeba se počítá z obou.
  2. Prostup vanou: součet dna a stěn, u zateplení 80 mm XPS U ≈ 0,35 W/(m2·K), rozdíl teplot k zemině 15 K. Pro příklad 127 m2 → 0,7 kW.
  3. Ohřev ředicí vody: řádově 30 l na návštěvníka a den (ověřte v aktuálním znění vyhlášky č. 238/2011 Sb.). Při 100 návštěvnících a ohřevu z 10 na 28 °C to je 63 kWh/den, tedy 5,2 kW při 12hodinovém provozu.
  4. Ohřev náplně po napuštění: 101 m3 z 10 na 28 °C = 2 114 kWh; za 48 h to znamená 44 kW. Tento stav zdroj obvykle nedimenzuje — připustí se delší náběh 3 až 5 dní.
  5. Součet položek 1–3 pro příklad: cca 17 kW. Teplá voda pro sprchy se počítá samostatně a bývá srovnatelná nebo vyšší.

Vlhkostní bilance a průtok vzduchu

Průtok větracího vzduchu vyplývá z rovnice ṁvzduch = ṁodpar / (xi − xe). Pro halu 30 °C / 55 % je xi = 14,7 g/kg.

Stav venkovního vzduchuxe (g/kg)Potřebný průtok (m3/h)
−12 °C, nasycený1,01 020
0 °C, 80 %3,01 200
22 °C, 65 %10,83 600

V zimě tedy vlhkostní bilanci zvládne malý průtok a rozhodující se stává minimum čerstvého vzduchu na osoby a přívod vzduchu k zasklení; obvyklý návrh je 4 až 6násobná výměna objemu haly. V letním období naopak samotné větrání odvlhčit nestačí ekonomicky — proto se do bazénových jednotek integruje tepelné čerpadlo, které odpadní vzduch podchladí pod rosný bod a získané teplo předá do přívodního vzduchu nebo do bazénové vody.

Rekuperace z odpadního vzduchu

Odpadní vzduch 30 °C / 55 % má entalpii 67,8 kJ/kg. Ochlazením na 12 °C na výměníku ZZT klesne na 34,0 kJ/kg, tedy Δh = 33,8 kJ/kg. Při 1 190 kg/h (zimní návrh výše) to je 11,2 kW získaného tepla, zatímco citelný ohřev čerstvého vzduchu z −12 na 30 °C vyžaduje 14,0 kW. Kondenzace na straně odtahu tedy pokrývá podstatnou část potřeby a dohřívač zůstává malý.

Protiproudý deskový výměník bazénové jednotky s povrchovou úpravou desek a spádovanou vanou kondenzátu.
Protiproudý deskový výměník bazénové jednotky s povrchovou úpravou desek a spádovanou vanou kondenzátu.

Konstrukční požadavky, které se v bazénových jednotkách liší od běžné VZT:

Titanový deskový výměník pro ohřev bazénové vody zapojený v recirkulačním okruhu za filtrací.
Titanový deskový výměník pro ohřev bazénové vody zapojený v recirkulačním okruhu za filtrací.

Časté chyby z praxe

Závěr

Bilanci sestavujte vždy ve dvou stavech — provoz a noční klid se zakrytou hladinou — a zdroj dimenzujte na provozní stav plus ohřev ředicí vody, nikoli na náběhový ohřev náplně. Průtok vzduchu odvoďte z vlhkostní bilance pro zimu a pro léto zvlášť a doplňte tepelné čerpadlo do jednotky; jinak v létě buď neudržíte 65 % vlhkosti, nebo poženete halou trojnásobný průtok čerstvého vzduchu. U výměníků ZZT trvejte na doložené povrchové úpravě pro chlorové prostředí — nechráněný hliníkový lamelový blok v bazénové jednotce má životnost v jednotkách let.