Details

Объект исследования – открытый плавательный бассейн «Бассейн у Флагштока» (г. Санкт-Петербург) площадью зеркала воды 1250 м². Цель работы – анализ методов снижения тепловых потерь открытых плавательных бассейнов и обоснованный выбор энергосберегающего покрытия зеркала воды. Задачи исследования: 1) Сравнительный анализ методов защиты от потерь тепла открытого плавательного бассейна; 2) Оценка тепловых потерь бассейна в теплое и холодное времена года с учетом условий естественной и вынужденной конвекции окружающего воздуха; 3) Анализ теплопроводности покрытий в зависимости от толщины и свойств материала; 4) Рекомендации по выбору и применению покрытия. Методология исследования.  Оценка тепло- и массопотерь в работе выполнена на основе критериальных уравнений теории тепло- и массообмена [5]. Тепловые потери рассматриваются как совокупность двух составляющих: потери при естественной конвекции, потери при вынужденной конвекции (под действием ветра). Расчеты проведены, с принятием рабочей гипотезы о том, что применяемое покрытие блокирует массообмен (испарение), и при оценке его эффективности учитывается только теплопередача через слой материала. Результаты. Установлено, что для открытой водной поверхности  решающее влияние на величину тепловых потерь оказывает скорость ветра: её увеличение приводит к трехкратному росту потерь по сравнению со штилевыми условиями. Среди исследованных теплоизолирующих материалов наилучшие показатели зафиксированы у пенополиуретана благодаря минимальной теплопроводности. Применение покрытия из этого материала позволяет снизить тепловые потери до величин, на порядки меньших, чем при открытой водной поверхности. Выявлен нелинейный (затухающий) характер снижения потерь с ростом толщины покрытия: основное уменьшение тепловых потерь происходит при увеличении толщины до определённого предела, после чего дальнейшее наращивание слоя даёт незначительный дополнительный эффект и становится экономически неоправданным [17]. Область применения. Результаты могут быть использованы при проектировании и эксплуатации открытых бассейнов в климатических условиях умеренной зоны для обоснованного выбора типа и толщины теплоизолирующего покрытия, а также для снижения эксплуатационных затрат на подогрев воды. Выводы. Наиболее эффективным материалом является пенополиуретан. Рациональная толщина покрытия для климатических условий Санкт-Петербурга составляет 15–20 мм. Применение такого покрытия снижает тепловые потери в 5–6 раз по сравнению с открытой водной поверхностью.

Subject of research: open-air swimming pool "Pool near the Flagpole" (Saint Petersburg) with a water surface area of 1250 m². Aim of the work: analysis of methods for reducing heat losses of open-air swimming pools and justified selection of an energy-saving cover for the water surface. Research objectives: Comparative analysis of methods for protecting an open-air swimming pool from heat loss; Assessment of pool heat losses in warm and cold seasons considering natural and forced convection of the ambient air; Analysis of cover thermal conductivity depending on thickness and material properties; Recommendations for the selection and application of the cover. Methodology of the study. The assessment of heat and mass losses in the work is performed on the basis of similarity criteria equations of heat and mass transfer theory [5]. Heat losses are considered as a combination of two components: losses due to natural convection and losses due to forced convection (under wind action). The calculations are carried out under the working hypothesis that the applied cover blocks mass transfer (evaporation), and only heat transfer through the material layer is taken into account when evaluating its efficiency. Results. It has been established that for an open water surface, wind speed has a decisive influence on the magnitude of heat losses: an increase in wind speed leads to a multiple increase in losses, reaching two orders of magnitude compared to calm conditions. Among the studied heat-insulating materials, the best performance is  recorded for polyurethane foam due to its minimal thermal conductivity. The application of a cover made of this material makes it possible to reduce heat losses to values orders of magnitude lower than those for an open water surface. A non-linear (diminishing) pattern of loss reduction with increasing cover thickness is revealed: the main reduction in heat losses occurs when the thickness increases up to a certain limit, after which further thickening gives only a slight additional effect and becomes economically unjustified [17]. Application area. The results can be used in the design and operation of open-air pools in temperate climate conditions for the justified choice of the type and thickness of a heat-insulating cover, as well as for reducing operating costs for water heating. Conclusions. The most efficient material is polyurethane foam. The rational cover thickness for the climatic conditions of Saint Petersburg is 15–20 mm. The application of such a cover reduces heat losses by 5–6 times compared to an open water surface.