Schwimmbadwassererwärmung:

Angenehm baden

- Systeme, Leistungen und Eigenschaften

Arten der Beckenwasser - Erwärmung

Solarabsorber

Wärmepumpe

Elektrowärmetauscher

Warmwasser Wärmetauscher (Rohrwendel & Plattenwärmetauscher)

Sonne

Planungskriterien eines Freibad

Standortbestimmung

Das Freibad sollte architektonisch als Gartenbestandteil der jeweiligen

Umgebung angepasst sein.

Folgende Einflussfaktoren sind zu berücksichtigen:

Wind Das Becken soll vor zu starkem Wind abgeschirmt werden – besonders nachts –

aufgrund der starken Verdunstung – entstehen hohe Wärmeverluste

Sonne Die Sonne sollte zur direkten Erwärmung des Beckens so intensiv wie möglich genutzt

werden. (Himmelsrichtung von Ost – Süd – West)

Planungskriterien eines Freibad

Nutzungsverhalten vom Kunden

Schwimmt jeden morgen von Mai bis September

Schwimmt das ganze Jahr

Schwimmt bei nur bei Sonnenschein

Die Lage des Freibades

Geschützter Lage

Bei einer geschützten Lage befinden sich mindestens an zwei Seiten in

Beckennähe hohe Mauer oder Gebäudeteile

Windgeschwindigkeit 1m/s = 3,6km/h

Die Lage des Freibades

Teils geschützter Lage

Bei teils geschützter Lage wird das Becken durch Bäume oder Sträucher

geschützt

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

Die Lage des Freibades

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

1361-1380

1341-1360

1321-1340

1301-1320

1281-1300

1261-1280

1241-1260

1221-1240

1201-1220

1181-1200

1161-1180

1141-1160

1121-1140

1101-1120

1081-1100

1061-1080

1041-1060

1021-1040

1001-1020

981-1000

Köln 1100kWh/m²

pro Jahr

=

3,06kWh/m²/Tag

In den Sommermonaten liefert die Sonne in Deutschland

täglich ca. 5kWh pro m² = 208Wm²/h

klarer blauer

Himmel

Sonne bricht

durch

Sonne als weiße

Scheibe

trüber

Wintertag

Wärmetechnische Grundlagen :

1 l Öl entspricht etwa 10 kW Primärenergie

( 8 kW effektive Heizenergie )

1 m³ Wasser benötigt man 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.

Ergebnis:

Ein 50 m³ Becken benötigt ca. 60 kW Heizleistung um es um 1°C zu erwärmen.

Heizölverbrauch ca. 60kW/8KW = 7,5l Öl

Wärmezugewinn durch Sonneneinstrahlung

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

Qgew. = 5kwh/m² Tag * 32m² = 160kwh/Tag

Daraus ergib sich für ein Schwimmbad mit einer Fläche von 32m², Sonne bricht durch (3kwh/m²) folgende Berechnung:

Qgew. = 3kwh/m²/Tag * 32m² = 96khw/m²/Tag

Wärmezugewinn ca. 1,8 Grad

Wärmezugewinn ca. 3 Grad

Wärmeverluste nach Lage des Schwimmbades ohne Abdeckung

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

Teils geschützte Lage Wind 2m/s 433W/m² (Wärmeverluste)

Freie Lage Wind 4m/s 749W/m² (Wärmeverluste)

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

= 26,30 Öl

Qverl. = 433Wm/² * 32m² * 12h = 332kWh

= 41,57 Öl

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

= 71,90l 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

Geschützte Lage 1 m/s = 274W/m² (Wärmeverluste)

Teils geschützte Lage 2m/s 433W/m² (Wärmeverluste)

Freie Lage 4m/s 749W/m² (Wärmeverluste)

Qverl. = 274Wm/² * **20% * 24h = 42,08kwh

= 5,26 Öl

Qverl. = 433Wm/² * **20% * 24h = 66,50kWh

= 8,31 Öl

Qverl. = 749Wm/² * **20% * 24h = 115,04KWh

= 14,38l Öl

bei 24 Grad C Beckenwasser mittlerer Temperatur von Mai -September von 15,8 Grad C und 73%

Luftfeuchte nach Recknagel/Sprenger **20% der Wasseroberfläche

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

210,43 kW

26,04 l 42,06 kW

5,36 l

332,54 kW

51,46 l

66,5 kW

8,31 l

575,23 kW

71,90 l

115,04 kW

14,38 L

Wärmebilanzübersicht

Angaben in

kW und L

Solar Absorber

EPDM:

In den unterschiedlichsten Lieferformen erhältlich. Als Röhrchen oder Plattensystemen, fertig montiert oder als Bausatz.

Vorteil:

Sehr flexible dimensionierbar, somit kann die Dachfläche optimal ausgenutzt werden. Die Profile sind durch den Werkstoff EPDM weich und damit frostsicher.

Nachteil:

EPDM ist nicht chemikalienbeständig dadurch können sich aus dem Material Partikel lösen. Ein nachträgliches Wechseln einzelner Bahnen ist bei den meisten Systemen nur schwer zu realisieren.

Absorber Material

Plattenkollektoren:

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

Vorteil:

Preiswerte Kollektoren in verschiedenen Plattengrößen erhältlich. Hohe Chemikalienbeständigkeit.

Nachteil:

Nur bestimmte Größen erhältlich. Und Frostgefahr, bei 0°C. Dadurch sind diese Systeme für Flachdächer eher nicht geeignet.

Absorber Material

TPE:

TPE ist ein thermolastischer Elastomer. Ein Kunststoff mit gummiähnlichen Eigenschaften.

Vorteil:

Sehr flexible dimensionierbar, somit kann die Dachfläche

optimal ausgenutzt werden. TPE ist wesentlich beständiger

gegen Chemikalien wie EPDM. Sammelrohre sind ebenfalls

aus diesem Material gefertigt, dadurch entsteht eine erhöhte

Frostsicherheit. Das nachträgliche Auswechseln einzelner

Bahnen ist einfach und mühelos möglich.

Material

Nachteil:

Relativ teureres Material, die Montage ist oft sehr aufwendig.

Querschnitte Absorber Profile

Profile und Montage von Solar Absorber

Als „grobe“ Faustformel gilt:

Becken ohne Abdeckung 100% Schwimmbadoberfläche in m² = Kollektorfläche in m²

Becken mit Abdeckung 60-70% Schwimmbadoberfläche in m² = Kollektorfläche in m² Freibad

Der Wärmebedarf für eine Schwimmbadwasser-Erwärmung im Freibad hängt stark von den Nutzungsgewohnheiten ab.

Die überschlägige Ermittlung des Wärmebedarfs ist abhängig von 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.

Berechnungsgrundlage für Solar Absorber

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 im Winter die Anlage entleert werden.

Hinweise

Durchschnittliche Wassertemperaturen mit und ohne Solar Absorber

Wassertemperatur in ° C

10°

15°

20°

25°

30°

Temperaturverlauf mit Solarheizung

Temperaturverlauf ohne Solarheizung

Größe der Solaranlage 70%

der Beckenoberfläche

Mai Juni Juli August September

Wirkungsgradkennlinie

Schema Solaranlagen:

Manueller Betrieb

Wetterlage bewölkt

Kugelhähne zum und vom

Absorber geschlossen.

Kugelhahn direkt zum

Schwimmbad auf.

Manueller Betrieb

Wetterlage sonnig

Kugelhähne zum und vom

Absorber auf. Kugelhahn

direkt zum Schwimmbad zu.

Automatischer Betrieb

Wetterlage bewölkt

Kugelhähne stromlos und

geschlossen. Wasser geht direkt

ins Becken

Schema Solaranlagen:

Automatischer Betrieb

Wetterlage sonnig

Kugelhahn hat Spannung und

öffnet Wasser geht über die

Absorber in das Becken

Automatischer Betrieb

Wetterlage bewölkt

Filterpumpe stromlos

Wasser fließt direkt ins Becken

Schema Solaranlagen:

Automatischer Betrieb

Wetterlage sonnig

Filterpumpe hat Spannung

Wasser fließt über die Absorber

in das Becken

Wärmepumpen

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.

Funktionsprinzip der Wärmepumpe

Der COP-Wert (Coefficient Of Performance) definiert das Verhältnis von

abgegebener Wärmeleistung (kW) zu aufgenommener (elektrischer)

Antriebsleistung unter Prüfbedingungen (das heißt beim bestimmten

Temperaturverhältnissen und zu festgelegten Zeitpunkten). Der COP-

Wert wird zum Beispiel bei Elektrowärmepumpen angegeben.

COP Wert

Beispiel:

Elektrische Aufnahme 1,5kW

Abgegebene Wärmeleistung 4,5kw

COP - Wert 3

Installationsbeispiel für

Wärmepumpe

Auslegung Wärmepumpe

Schwimmbadmaße 8,00 x 4,00 x 1,5m

Volumen 43,2m³

Wärmeverlust ca. 2 Grad pro Tag

Mit Abdeckung

Laufzeit 10 h

Faustformel 1,2kw um 1m³ um 1 Grad zu erhöhen

Leistung Wärmepumpe =Volumen x Wärmeverlust / Laufzeit

Leistung Wärmepumpe = 43,2 x 2 / 10 = 8,64KW

Wahl der Wärmepumpe 9kw

Leistungsbereiche mit ohne Abdeckung

Es lohnt sich, auf Wärme schnell zu reagieren Warmwasser Wärmetauscher

37

Elektrische und Warmwasser Wärmetauscher

Glattrohrwärmetauscher QWT, SWT

38

Elektrische und Warmwasser Wärmetauscher

Supercharged (Kreuzdrahlprofil) QWT, SWT

39

Elektrische und Warmwasser Wärmetauscher

Rippenrohrwärmetauscher KsWt

40

Elektrische und Warmwasser Wärmetauscher

Plattenwärmetauscher TSE, TSC

41

Elektrische und Warmwasser Wärmetauscher

Elektrische Wärmetauscher EWT

42

Elektrische und Warmwasser Wärmetauscher

Glattrohrwärmetausche GWT

Vorlauftemperaturen Wärmetauscher Ein entscheidender Aspekt ist zu der Vorlauftemperatur

den richtigen Wärmetauscher zu wählen

Vorlauftemperaturen zwischen 70 -80 C °

Rohrwendel Wärmetauscher Serie QWT

Hausheizung fossile Brennstoffe

Vorlauftemperaturen zwischen 50 – 60 C °

Rohrwendel Wärmetauscher Serie SWT

Brennwerttechnik, Niedertemperaturheizung

Vorlauftemperaturen 50 C ° und niedriger

Plattenwärmetauscher TSC

Luft-, Wasser- und Solewärmepumpe

Vorlauftemperaturen zwischen 60-70C °

Rippenrohr Wärmetauscher Serie KstW

Hausheizung fossile Brennstoffe

Flächenvergleich Wärmetauscher

Wärmetauscher Serie QWT 100 – 40KW Vorlauf 70 C °

Fläche = 0,176m²

Wärmetauscher Serie SWT 100- 40KW Vorlauf 50 C°

Fläche = 0,705m²

Wärmetauscher Serie KstW 100- 47KW Vorlauf 60 C°

Fläche = 0,502m²

Wärmetauscher Serie TSC 510 P27 HH Vorlauf 40 C°

Fläche = 1,2m²

Welches Material für welches Wasser Chloridbeständigkeit

Wärmetauscher Material V4A 1.4571 Standard

< Chlorid 500mg/l

pH Wert 6,8 – 8,2

freies Cl < 1,3mg/l

Wärmetauscher Titan

< Chlorid 21000mg/l = 3,5% Salzgehalt (Nordsee)

pH Wert 6,8 – 8,2

Freies cl unbegrenzt

Wärmetauscher Material Aloy 59

< Chloridwert 5000mg/l

pH Wert 6,8 – 8,2

freies cl < 1,2mg/l

Chloridrechner

Wärmeverluste durch Verkalkung

Plattenwärmetauscher können auf Dauer Verkalkung

(Kapillare)

Eine 1mm starke Kalkschicht mindert die Wärmeübertragung um 10%

Bei geschraubten Plattenwärmetauscher, kann man diesen in alle Einzelteile zerlegen, reinigen, Dichtungssatz erneuern und wieder montieren.

Gründe können zu hoher pH Wert, zu hoher Carbonathärte (Kalkausfällung)

Wird verursacht durch: Hydrogencarbonate des Calciums & Magnesiums

Dem kann man entgegenwirken, in den Plattenwärmetauscher rechtzeitig reinigt.

Wärmeverluste durch Verkalkung

Rohrwendelwärmetauscher sind verkalkungsfrei.

Durch glatte Oberfläche der Wendel im Primärkreis (Heizungswasser)

Durch hohe Geschwindigkeit im Sekundärkreis der (Badewasser)

Verschmutzung nicht möglich, da der Wärmetauscher nach dem Filter verbaut ist

Volumenströme z.B. QWT 100- 40, Primär 2,0m³/h Sekundär 10,0m³/h

Volumenströme z.B. PWT 35KW, Primär 1,52m³/h Sekundär 1,51m³/h

Schwimmbad

Filteranlage

Wärmetauscher

Dreiwegeventil

Kaltwassere

Warmwassere

Nachheizung

Elektrode

Steuerung

Warmwasser

Pumpe

Wasserspeicher

Schema Brauchwasser mit Schwimmbad

Durchflussprinzip von QWT, SWT

Leistungskurven QWT100 20 – 104KW

Leistungskurven SWT100 20 – 52KW

Leistungskurven WTI100 20 – 104KW

Installationsbeispiel QWT & SWT unterhalb der

Wasserlinie

Installationsbeispiel QWT & SWT oberhalb der Wasserlinie

Installationsbeispiel EWT Elektrowärmetauscher unterhalb der Wasserlinie

Installationsbeispiel EWT Elektrowärmetauscher oberhalb der Wasserlinie

Leistungskorrekturkurve

Leistungsberechnungen für Wärmetauscher

Die Leistung des Wärmetauschers zur Erwärmung von Schwimmbadwasser richtet sich nach der

vorhandenen Heizleistung in Verbindung mit der Heizmitteltemperatur der gewünschten

Beckenwasser-Temperatur 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.

Becken 4,00 x 8,00 x1,35m = 43,2 m³ - Heizung von 12 auf 28 Grad in 36h

Die Heizleistung des Wärmetauschers errechnet sich nach folgender Formel:

QS = V · C (tB – tK) + Zu (ZU = 32m² * 433W/m² = 13,85kW

Za

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

QS = 43,2 · 1,163 (28 – 12) + 13,85kW = 36,17kW

36 Berechnungsprogramm

Leistungsberechnungen für Wärmetauscher

Daten Leistungsberechnungen Wärmetauscher

Leistungskurven GWT 300 – 510KW

Behncke GmbH

Michael-Haslbeckstr. 14

D – 85640 Putzbrunn/München