پروسه انتخاب مبدل حرارتی استخری چگونه است؟ پارامترهای موثر بر تعیین ظرفیت مبدل حرارتی استخری کدامند؟ حرارت مورد نیاز برای گرمایش ابتدایی آب استخر چگونه محاسبه می‌شود؟ مدت زمان پیش راه اندازی برای استخر و جکوزی چند ساعت است؟ چگونه گرمایش غیراصولی استخر، باعث ترک خوردن بدنه استخرمی‌شود؟
در مقاله مبدل حرارتی استخری مواردی چون ساختار، انواع، نحوه نصب و مکانیزم عملکردی مبدل‌های استخری مورد شرح و بررسی قرار گرفت. حال به بررسی نحوه محاسبه و انتخاب مبدل حرارتی می‌پردازیم. همچنانکه پیشتر نیز ذکر شد، مبدل حرارتی جهت گرمایش آب استخر و جکوزی مورد استفاده قرار می‌گیرد. پس برای انتخاب مبدل حرارتی، نیاز است تا مقدار گرمایی که آب استخر برای گرم شدن و گرم ماندن به آن نیاز دارد را بدست آوریم. سپس با مراجعه به کاتالوگ شرکت‌های تولیدکننده مبدل، می‌توان مبدل مناسب برای پروژه را بر مبنای پارامترهای عملکردی انتخاب نمود.
برای محاسبه ظرفیت مبدل حرارتی استخری، باید 3 فاکتور تاثیرگذار در گرمایش استخر و جکوزی مورد ارزیابی قرار گیرد. پارامتر بسیار تاثیرگذار در انتخاب ظرفیت دیگ و به تبع آن مبدل حرارتی، بار گرمایش اولیه آب استخر می‌باشد. پارامتر دوم اتلاف حرارت از سطح آب استخر بوده و پارامتر سوم نیز خروج آب از کاسه استخر بواسطه فعالیت شناگران می‌باشد. حال به بررسی هر یک از این پارامترها می‌پردازیم.
گرمایش ابتدایی آب استخر
بار حرارتی گرمایش اولیه استخر، مقدار حرارت مورد نیاز برای رساندن دمای آب استخر از دمای آب پرکن (آب شهری یا …) تا دمای مطلوب برای شناگران می‌باشد. در مقاله “چرا از مبدل حرارتی در استخر استفاده می‌شود” دانستیم که بسته به نوع کاربری استخر، دمای آب مطلوب برای شناگران متفاوت است که مجددا جدول دمایی مناسب برای شناگران بسته به کاربری استخر آورده شده است.
حال با دانستن دمای آب مطلوب و دمای آب پرکن آب استخر یا جکوزی با استفاده از فرمول زیر می‌توان بار حرارتی جهت گرمایش اولیه استخر و جکوزی را محاسبه نمود.
Q = 8.33 × V × (T_f – T_i) / Time
Q : حرارت مورد نیاز برای گرمایش اولیه آب استخر بر حسب BTU/hr
V: حجم استخر بر حسب گالن
Tf: دمای ورودی به استخر بر حسب درجه فارنهایت (از جدول بالا)
Ti: دمای آب ورودی به مبدل (دمای آب شهر) بر حسب درجه فارنهایت (معمولا بین 40 تا 60 درجه فارنهایت)
Time: مدت زمان پیش راه اندازی استخر بر حسب ساعت
در خصوص مدت زمان پیش راه اندازی ذکر این نکته خالی از لطف نیست که بدانیم برای استخرهای عمومی این زمان بین 36 تا 72 ساعت می‌تواند انتخاب شود. برای استخرهای خصوصی (مسکونی و ویلایی) این عدد عموما بسته به نیاز کارفرما معمولا پایین‌تر از این مقدار انتخاب می‌شود. (حدود 8 تا 12 ساعت)
همچنین مدت زمان پیش راه اندازی برای جکوزی نیز عموما حدود 4 تا 8 ساعت بسته به نظر کارفرما در نظر گرفته می‌شود.
نکته قابل توجه اینکه هرچه زمان پیش راه اندازی کمتر شود و در واقع استخر زودتر به مرحله بهره برداری برسد، مبدل حرارتی بزرگتری به منظور رساندن آب به دمای مطلوب موردنیاز است که طبعا هزینه اولیه و بهره برداری را نیز بالاتر خواهد برد. ضمن اینکه گرم کردن یکباره استخر، سبب وارد شدن تنش حرارتی به کاسه استخر و به مرور زمان، باعث ایجاد ترک در کاسه استخر می‌گردد. بنابراین بهتر است افزایش دمای آب حدود 0.2 درجه سانتیگراد در هر ساعت باشد.
اتلاف حرارت از سطح آب
اتلاف حرارت از سطح آب بواسطه انتقال حرارت همرفتی به وقوع می‌پیوندد. در واقع، بواسطه عبور جریان هوا از روی سطح آب استخر حرارت موجود در آب از سطح آب تلف می‌شود. طبیعتا هرچه سرعت گذر جریان هوا روی سطح آب بیشتر باشد این پارامتر بزرگتر خواهد بود. درواقع در شرایط مشابه دمایی آب استخر و هوای پیرامون، برای استخر روباز بواسطه سرعت بیشتر جریان هوا، این تلفات بیشتر از استخر سرپوشیده می‌باشد. محاسبه این گرما، از طریق فرمول زیر امکان پذیر است.
Q = U × A × (T_p – T_a)
Q : اتلاف حرارت از سطح آب بر حسب BTU/hr
U: ضریب اتلاف حرارت سطحی بر حسب Btu/hr.ft2.°F
A: مساحت کاسه استخر بر حسب فوت مربع
Tp: دمای آب استخر برحسب درجه فارنهایت
Ta: دمای محیط برحسب درجه فارنهایت
پارامترضریب اتلاف حرات سطحی U بر مبنای سرعت باد سطحی 2 تا 5 مایل بر ساعت، در محدوده 4 تا 7 درنظر گرفته می‌شود.
نکته قابل ذکر اینکه اتلاف حرارت از سطح آب، همچنانکه از فرمول آن نیز مشهود است، بواسطه اختلاف دمای آب و هوا نمود پیدا می‌کند. یعنی در صورتیکه دمای آب استخر بالاتر از دمای هوای محیط باشد و در غیر این صورت این مقدار منفی می‌شود که به معنی انتقال حرارت از هوا به آب هست. در استخرهای سرپوشیده رایج، مطابق استانداردهای رایج دمای هوا 1 تا 2 درجه سانتیگراد بالاتر از دمای آب بوده و بنابراین این گرما در محاسبات استخر سرپوشیده لحاظ نمی‌گردد. به بیان دیگر در مجموعه‌های آبی سرپوشیده، این عدد تنها در بخش جکوزی که دمای آب به شکل محسوسی بالاتر از دمای محیط است، مورد محاسبه قرار می‌گیرد. البته در مورد استخرهای روباز، فاکتور اتلاف حرارت از سطح آب استخر باید مورد محاسبه قرار می‌گیرد.
خروج آب از کاسه استخر
به صورت تجربی ثابت شده است که هر شناگر در مدت زمان استفاده از استخر، در هر ساعت سبب خروج حداقل 10 لیتر (2.6 گالن) آب از کاسه استخر می‌شود. بنابراین با دانستن تعداد شناگران، می‌توان مقدار این گرما را محاسبه نمود.
Q = n × 2.6 × 8.345 × (T_P – T_C)
Q : اتلاف حرارت ناشی از خروج آب از سطح استخر بر حسب BTU/hr
N: تعداد شناگران
TP: دمای آب استخر بر حسب درجه فارنهایت
TC: دمای آب جبرانی بر حسب درجه فارنهایت (معمولا حدود 17 درجه سانتیگراد معادل 63 درجه فارنهایت)
نکته حائز اهمیت اینکه این پارامتر به طور کلی به علت کوچک بودن و همچنین به علت عدم امکان همزمانی با دو پارامتر پیشین، عموما در محاسبات مبدل لحاظ نمی‌گردد اما در اینجا فقط از این جهت بیان شد تا پارامترهای اثرگذار بر ظرفیت دیگ و مبدل حرارتی را به خوبی بشناسیم.
تعیین ظرفیت مبدل حرارتی
حال که با عوامل دخیل در محاسبه ظرفیت مبدل حرارتی استخر آشنا شدیم، برای انتخاب مبدل مورد نیاز، کافی است با محاسبه این اعداد برای پروژه خود، به کاتالوگ مراجعه و مبدل حرارتی مناسب را انتخاب نماییم. در ادامه، برشی از کاتالوگ یکی از شرکت‌های معتبر در زمینه تولید مبدل های استخری آورده شده است.
با دانستن، مقدار حرارت مورد نیاز برای اینکه بتوان دمای آب را در مدت زمانی مشخص به دمای مشخص رساند و در حوالی همان دما حفظ نمود (مجموع دو پارامتری که به تفصیل در بالا پرداخته شد) می‌توان مبدل حرارتی مورد نیاز را از این بخش انتخاب نمود. به طور مثال فرض کنیم که حرارت محاسبه شده با توجه به شرایط دمایی و کاربری مختص پروژه، در حدود 120,000 بی تی یو بر ساعت برآورد شده است و بخواهیم از یک مبدل برای گرمایش آب استخر استفاده نماییم. در این شرایط با داشتن دمای آب خروجی دیگ ( دمای آب ورودی به مبدل حرارتی ) که برای پروژه‌های معمول در حدود 180 درجه فارنهایت می‌باشد، مبدل حرارتی مدل EC100-5102-2C گزینه‌ای مناسب می‌باشد. از این طریق می‌توان دبی آب گرم کننده و سایز لوله ورودی به مبدل را نیز بدست آورد و سپس بر مبنای ابعاد و وزن مبدل، این تجهیز را به درستی در موتورخانه جانمایی نمود.
در صورت نیاز به مشاهده کاتالوگ، می‌توانید از اینجا به کاتالوگ کامل مبدل‌های حرارتی استخری تولیدی توسط شرکت بومن (Bowman) مراجعه نمایید. البته برندهای معتبر دیگری نیز درحوزه تولید مبدل نظیر فلکسینوکس (Flexinox)، ایمکس (Emaux)، ای ام ال (IML) نیز وجود دارند که کاتالوگ آنها نیز با اندکی دخل و تصرف مشابه کاتالوگ به اشتراک گذاشته شده در این مقاله می‌باشد.
نکته پایانی اینکه، هیچگاه مبدل حرارتی استخر را با محاسبه حجم استخر انتخاب ننموده و فقط با محاسبه گرمای مورد نیاز اقدام به انتخاب مبدل نماییم. چراکه، شرایط هر پروژه، به لحاظ دمای عملکردی، موقعیت مکانی، سرپوشیده یا روباز بودن، مدت زمان پیش گرمایش و بسیاری پارامترهای دیگر با پروژه‌های دیگر متفاوت بوده و صرف انتخاب مبدل از طریق حجم استخر، اصولی نمی‌باشد.
تهیه توسط تیم مهندسی پولونی
