Schwimmbadwassererwärmung

Angenehm baden - Systeme, Leistungen und Eigenschaften

Fachberater Schwimmbadtechnik

Referent: Anthony Lutz Behncke GmbH

Arten der Beckenwasser - Erwärmung

• Sonne

• Solarabsorber

• Wärmepumpe

• Warmwasser Wärmetauscher Rohrwendel & Plattenwärmetauscher

• Elektrowärmetauscher

06.12.2017 2

Planungskriterien eines Freibad

Standortbestimmung Das Freibad sollte architektonisch als Gartenbestandteil der jeweiligen Umgebung angepasst sein. Folgende Einflussfaktoren sind zu berücksichtigen:

• Die Sonne sollte zur direkten Erwärmung des Beckens so intensiv wie

möglich genutzt werden. (Himmelsrichtung von Ost – Süd – West)

Sonne

• Das Becken soll vor zu starkem Wind abgeschirmt werden – besonders nachts – aufgrund der starken Verdunstung – entstehen hohe Wärmeverluste

Wind

Planungskriterien eines Freibad

Nutzungsverhalten des Kunden

Schwimmt nur bei Sonnenschein

Schwimmt jeden Morgen von Mai bis September

Schwimmt das ganze Jahr

Die Lage des Freibades

1. Geschützte Lage • Bei einer geschützten Lage befinden sich mindestens an zwei Seiten in

Beckennähe hohe Mauern oder Gebäudeteile Windgeschwindigkeit 1m/s = 3,6km/h

Die Lage des Freibades

2. Teils geschützte Lage • Bei teils geschützter Lage wird das Becken durch Bäume oder Sträucher

geschützt Windgeschwindigkeit 2,0m/s = 7,2km/h

Die Lage des Freibades

3. Freie Lage • Bei freier Lage ist das Becken rundum frei -

dieses sollte jedoch möglichst vermieden werden Windgeschwindigkeit 4,0m/s = 14,4km/h

Globales Energiesystem

Durchschnittliche Globalstrahlung in Deutschland

Köln 1070kWh/m² pro Jahr ≙

2,93kWh/m²/Tag

In den Sommermonaten liefert die Sonne in Deutschland täglich ca. 5kWh pro m² = 208Wm²/h

klarer blauer Himmel

Leichte Bewölkung

Mittlere Bewölkung trüber

Wintertag

Wärmetechnische Grundlagen

• 1 l Öl entspricht in etwa 10 kW Primärenergie ( 8 kW effektive Heizenergie )

• 1 m³ Wasser benötigt 1000 kcal zur Erwärmung um 1°C 860 kcal entsprechen 1 kW ( 1000 Watt )

• Zur Erwärmung von 1 m³ Wasser um 1°C werden 1,16 kW (Faustformel 1,2 kW) benötigt

Beispiel: Ein 50 m³ Becken benötigt ca. 60 kW Heizleistung

um es um 1°C zu erwärmen Heizölverbrauch ca. 60kW/8KW = 7,5l Öl

Wärmezugewinn d. Sonneneinstrahlung

• Daraus ergib sich für ein Schwimmbad mit einer Fläche von 32m² bei klarem blauen Himmel (5 kwh/m²) folgende Berechnung:

• Qgew. = 5 kwh/m² Tag * 32m²

= 160 kwh/Tag • Wärmezugewinn ca. 3 Grad

• Daraus ergib sich für ein Schwimmbad mit einer Fläche von 32m² bei klarem blauen Himmel (3 kwh/m²) folgende Berechnung:

• Qgew. = 3 kwh/m² Tag * 32m²

= 96 kwh/Tag • Wärmezugewinn ca. 1,8

Grad

Wärmeverluste nach Lage des Schwimmbades

ohne Abdeckung

1. Geschützte Lage: Wind mit 1 m/s = 274 W/m² (Wärmeverluste)

Qverl. = 274 Wm/² * 32 m² * 24 h = 210 kw

≙ 26,30 l Öl

bei 24 Grad C Beckenwasser mittlerer Temperatur von Mai -September von 15,8 Grad C und 73% Luftfeuchte (nach Recknagel/Sprenger)

Wärmeverluste nach Lage des Schwimmbades

ohne Abdeckung

2. Teils geschützte Lage: Wind mit 2 m/s = 433 W/m² (Wärmeverluste)

Qverl. = 433 Wm/² * 32 m² * 24 h = 322 kw

≙ 41,60 l Öl

bei 24 Grad C Beckenwasser mittlerer Temperatur von Mai -September von 15,8 Grad C und 73% Luftfeuchte (nach Recknagel/Sprenger)

Wärmeverluste nach Lage des Schwimmbades

ohne Abdeckung

3. Freie Lage: Wind mit 4 m/s = 749 W/m² (Wärmeverluste)

Qverl. = 749 Wm/² * 32 m² * 24 h = 575 kw

≙ 71,90 l Öl

bei 24 Grad C Beckenwasser mittlerer Temperatur von Mai -September von 15,8 Grad C und 73% Luftfeuchte (nach Recknagel/Sprenger)

Wärmeverluste nach Lage des Schwimmbades

ohne Abdeckung

Qverl. = 274 Wm/² * 32 m² * 24 h = 210 kw

≙ 26,30 l Öl

Qverl. = 433 Wm/² * 32 m² * 24 h = 322 kw

≙ 41,60 l Öl

Qverl. = 749 Wm/² * 32 m² * 24 h = 575 kw

≙ 71,90 l Öl

Wärmeverluste nach Lage des Schwimmbades

mit Abdeckung

1. Geschützte Lage: Wind mit 1 m/s = 274 W/m² (Wärmeverluste)

Qverl. = 274 Wm/² * 20%* 32 m² * 24 h = 42 kw

≙ 5,26 l Öl

bei 24 Grad C Beckenwasser mittlerer Temperatur von Mai -September von 15,8 Grad C und 73% Luftfeuchte (nach Recknagel/Sprenger)

Wärmeverluste nach Lage des Schwimmbades

mit Abdeckung

2. Teils geschützte Lage: Wind mit 2 m/s = 433 W/m² (Wärmeverluste)

Qverl. = 433 Wm/² * 20%* 32 m² * 24 h = 64,4 kw

≙ 8,32 l Öl

bei 24 Grad C Beckenwasser mittlerer Temperatur von Mai -September von 15,8 Grad C und 73% Luftfeuchte (nach Recknagel/Sprenger)

Wärmeverluste nach Lage des Schwimmbades

mit Abdeckung

3. Freie Lage: Wind mit 4 m/s = 749 W/m² (Wärmeverluste)

Qverl. = 749 Wm/² * 20%* 32 m² * 24 h = 115 kw

≙ 14,38 l Öl

bei 24 Grad C Beckenwasser mittlerer Temperatur von Mai -September von 15,8 Grad C und 73% Luftfeuchte (nach Recknagel/Sprenger)

Wärmeverluste nach Lage des Schwimmbades

mit Abdeckung

Qverl. = 274 Wm/² * 20%* 32 m² * 24 h = 42 kw

≙ 5,26 l Öl

Qverl. = 433 Wm/² * 20%* 32 m² * 24 h = 64,4 kw

≙ 8,32 l Öl

Qverl. = 749 Wm/² * 20%* 32 m² * 24 h = 115 kw

≙ 14,38 l Öl

Wärmebilanzübersicht

Angaben in kW und Liter

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

Solar Absorber

Absorber Materialien

• EPDM In den unterschiedlichsten Lieferformen erhältlich. Als Röhrchen- oder

Plattensystem, fertig montiert oder als Bausatz.

Vorteile: Sehr flexibel dimensionierbar, somit kann die Dachfläche optimal ausgenutzt werden. Die Profile sind sehr weich und damit frostsicher.

Nachteile: EPDM ist nicht chemikalienbeständig, somit können sich Partikel aus dem Material lösen. Ein nachträgliches Wechseln einzelner Bahnen ist bei den meisten Systemen nur schwer realisierbar.

Absorber Materialien

• TPE TPE ist ein thermoelastischer Elastomer. Ein Kunststoff mit gummiähnlichen Eigenschaften. Vorteile: Sehr flexibel dimensionierbar, somit kann die Dachfläche optimal ausgenutzt werden. Das nachträgliche Auswechseln einzelner Bahnen ist mühelos machbar. Höhere Chemikalienbeständigkeit. Nachteile: Die Montage ist oft sehr aufwendig.

Absorber Materialien

• Plattenkollektoren Fast alle aus schwarzem Polypropylen gefertigt. Meist Doppelstegplatten, mit oben und unten angeschweißten Verteilerrohren oder auch als Rippenrohr erhältlich.

Vorteile: Kollektoren in verschiedenen Plattengrößen erhältlich. Hohe Chemikalienbeständigkeit. Nachteile: Nur bestimmte Größen erhältlich. Frostgefahr, bei 0° C. Dadurch sind diese Systeme für Flachdächer eher nicht geeignet.

Montagebeispiele Solar Absorber

• I

Berechnungsgrundlage für Solar Absorber

• Als „grobe“ Faustformel gilt: Becken ohne Abdeckung

Becken mit Abdeckung

Freibad Der Wärmebedarf für eine Schwimmbadwasser-Erwärmung im Freibad hängt stark von den Nutzungsgewohnheiten ab. Die überschlägige Ermittlung des Wärmebedarfs ist abhängig von der Windlage des Beckens, der Beckentemperatur, den klimatischen Bedingungen, der Nutzungsperiode und ob eine Abdeckung der Beckenoberfläche vorliegt. Für die Erstaufheizung des Beckens auf eine Temperatur von über 20 °C ist eine Wärmemenge von ca. 12 kWh/m³ Beckeninhalt erforderlich. Je nach Beckengröße und installierter Heizleistung sind damit Aufheizzeiten von ein bis drei Tage erforderlich.

100% Schwimmbadoberfläche in m² = Kollektorfläche in m²

60 - 70% Schwimmbadoberfläche in m² = Kollektorfläche in m²

Hinweise und Informationen

• Auslegung der Solar Absorber Optimale Lage 30 Grad ; Richtung Süden

• Druckverlust im Durchschnitt

Der Druckverlust im beträgt 0,003 bar bei 200 l/h x m²

• Durchfluss im Kollektor

Der Wasserdurchfluss sollte zwischen 120 und 180 l/h x m² liegen

• Einsatz bei Frostgefahr

Da die Kollektoren direkt mit Wasser (ohne Frostschutzmittel) durchflossen werden, muss die Anlage im Winter entleert werden.

Durchschnittliche Wassertemperaturen mit und ohne Solar Absorber

Schema Solar Absorberanlage

Manueller Betrieb über Kugelhähne

Schema Solar Absorberanlage Automatikbetrieb über Motorventil

Schema Solar Absorberanlage Automatikbetrieb über Motorventil

Wärmepumpen

Funktionsprinzip der Wärmepumpe

Funktionsweise von Wärmepumpen: Wärmepumpen arbeiten prinzipiell wie Kühlschränke, allerdings mit umgekehrter Wirkungsweise. In einem geschlossenen Kreislauf befindet sich in der Wärmepumpe eine FCKW-freie Flüssigkeit als Arbeitsmedium mit sehr niedrigem Siedepunkt. Diese wird durch den Verdampfer bei niedrigen Temperaturen verdampft und nimmt dabei Wärme auf. Durch die Kompression des Verdichters wird das Temperaturniveau des Dampfes weiter erhöht und gelangt so in den Verflüssiger. Ein Wärmetauscher gibt die Wärme des Dampfes an das Heizmedium ab. Der Dampf wird hierbei verflüssigt (Kondensation). Durch ein Entspannungsventil wird der Druck weiter abgebaut; das so abgekühlte Kältemittel wird wieder vollständig verflüssigt und dem Verdampfer zugeführt. Hier beginnt der Kreislauf erneut.

COP Wert

• Der COP-Wert (Coefficient Of Performance) definiert das Verhältnis von abgegebener Wärmeleistung (kW) zu aufgenommener (elektrischer) Antriebsleistung unter Prüfbedingungen (das heißt bei bestimmten Temperatur-verhältnissen und zu festgelegten Zeitpunkten).

• Beispiel: Elektrische Aufnahme 1,5 kW Abgegebene Wärmeleistung 7,5 kW COP - Wert 5,0

Installationsschema Wärmepumpe

Installationsschema Wärmepumpe

Auslegung Wärmepumpe

• Beispiel: Schwimmbadmaße 8,00 x 4,00 x 1,35m Volumen 43,2m³ Wärmeverlust ca. 2 Grad pro Tag Mit Abdeckung Laufzeit 10 h

• Leistung Wärmepumpe =Volumen x Wärmeverlust / Laufzeit = Leistung Wärmepumpe = 43,2m³ x1,2 x2° /10h = 10,37 kW

Wahl der Wärmepumpe 10,5 kW

Faustformel: 1,2kW um 1m³ um 1 Grad zu erhöhen!

Auswahlhilfen Wärmepumpe

Auswahlhilfen Wärmepumpe

Es lohnt sich, auf Wärme schnell zu reagieren

• Warmwasser Wärmetauscher

Unterscheidung der Warmwasser -Wärmetauscher

Glattrohrwärmetauscher QWT, SWT

Unterscheidung der Warmwasser -Wärmetauscher

Glattrohrwärmetauscher GWT

Unterscheidung der Warmwasser -Wärmetauscher

Supercharged (Kreuzdrahlprofil) QWT, SWT

Unterscheidung der Warmwasser -Wärmetauscher

Rippenrohrwärmetauscher KsWt

Unterscheidung der Warmwasser -Wärmetauscher

Plattenwärmetauscher TSC

Unterscheidung der Warmwasser -Wärmetauscher

Elektrische Wärmetauscher EWT

Unterscheidung der Warmwasser -Wärmetauscher

• Unterscheidungskriterium Vorlauftemperatur

Heizung

Vorlauftemperaturen zwischen 70 -80 ° C Rohrwendel Wärmetauscher Serie QWT Hausheizung fossile Brennstoffe

Unterscheidung der Warmwasser -Wärmetauscher

• Unterscheidungskriterium Vorlauftemperatur

Heizung

Vorlauftemperaturen zwischen 60 -70 ° C Rippenrohrwärmetauscher Serie KstW Hausheizung fossile Brennstoffe

Unterscheidung der Warmwasser -Wärmetauscher

• Unterscheidungskriterium Vorlauftemperatur

Heizung

Vorlauftemperaturen zwischen 50 -60 ° C Rohrwendel Wärmetauscher Serie SWT Brennwerttechnik, Niedertemperaturheizung

Unterscheidung der Warmwasser -Wärmetauscher

• Unterscheidungskriterium Vorlauftemperatur

Heizung

Vorlauftemperaturen zwischen 50 ° C und niedriger Plattenwärmetauscher TSC Luft-, Wasser- und Solewasserwärmepumpe

Unterscheidung der Warmwasser -Wärmetauscher

• Unterscheidungskriterium Material Wärmetauscher Material V4A 1.4571 Standard

• < Chlorid 500 mg/l • pH Wert 6,8 – 8,2 • freies Cl < 1,3 mg/l

Wärmetauscher Material Aloy 59

• < Chlorid 5000 mg/l • pH Wert 6,8 – 8,2 • freies Cl < 1,2 mg/l

Wärmetauscher Material Titan • < Chlorid 21000 mg/l= 3,5% Salzgehalt (Nordsee) • pH Wert 6,8 – 8,2 • freies Cl unbegrenzt!

Salz- & Chloridrechner

Anschluss Wärmetauscher

Durchflussprinzip von QWT, SWT

Leistungskurven QWT 100 20 – 104 KW

Leistungskurven SWT 100 20 – 52 KW

Leistungskurven WTI 100 20 – 104 KW

Leistungskurven GWT 300 – 510 KW

Installationsbeispiel QWT & SWT unterhalb der Wasserlinie

Installationsbeispiel QWT & SWT oberhalb der Wasserlinie

Installationsbeispiel EWT unterhalb der Wasserlinie

Installationsbeispiel EWT oberhalb der Wasserlinie

Leistungsberechnung für Wärmetauscher

Die Leistung des Wärmetauschers zur Erwärmung von Schwimmbadwasser richtet sich nach der vorhandenen Heizleistung in Verbindung mit der Heizmittel-temperatur der gewünschten Beckenwassertemperatur und der Aufheizzeit. Die Aufheizzeit beträgt bei kleineren und mittleren Becken ca. 2-3 Tage und bei großen 3-5 Tage. Bei Therapie-Bewegungsbecken kann die Aufheizzeit je nach Kundenwunsch auch bei 1 Tag und darunter sein.

Leistungsberechnung für Wärmetauscher

• Die Heizleistung des Wärmetauschers errechnet sich nach folgender Formel:

QS = Leistung des Wassererwärmers bei Dauerbetrieb in W V = Beckenwasservolumen in l c = spezifische Wärmekapazität des Wassers in Wh/(kg·K) = 1,163 Wh/(kg·K) tB = Beckenwassertemperatur in °C tK = Temperatur des Beckenfüllwassers in °C (Temperaturdifferenz in K) Za = geforderte Aufheizdauer in h

Zu = Zuschlagsfaktor für den stündlichen Wärmeverlust während der Aufheizdauer ohne Beckenwasserabdeckung im: Hallenbad ≈ 120 W/m2 Freibad, freie Lage ≈ 750 W/m2 teils geschützte Lage ≈ 433 W/m2 geschützte Lage ≈ 280 W/m2

𝑄𝑄 =𝑉 ∗ 𝑐 ∗ 𝑡𝑡 − 𝑡𝑡 + 𝑍𝑍

𝑍𝑍

Leistungsberechnung für Wärmetauscher

• Beispiel: Becken 4,00 x 8,00 x1,35m = 43,2m³ Heizung von 12 auf 28 Grad in 36h Teils geschützte Lage (433W/m²)

• 𝑄𝑄= 𝑉∗c∗(𝑡𝑡 −𝑡𝑡)+𝑍𝑍)/𝑍𝑍 • 𝑄𝑄= 43,2 m³∗1,163∗(28-12K)+(32m²∗433W/m²)/36h • 𝑄𝑄= 43,2 m³∗1,163∗(16K)+13,85kW/36h • 𝑄𝑄= 22,71kW

Leistungsberechnung für Wärmetauscher

Leistungsberechnung für Wärmetauscher

Behncke GmbH Michael-Haslbeckstr. 14 D – 85640 Putzbrunn/München

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