UNIVERSITATEA TEHNICĂ “GHEORGHE ASACHI” IAŞI FACULTATEA DE CONSTRUCŢII ŞI INSTALAŢII MASTER “INSTALAŢII PENTRU CONSTRUCŢII”
INSTALAŢIA DE ALIMENTARE CU APĂ SPORTIV
Îndrumător ştiinţific
PENTRU UN BAZIN
Masterand anul I Micu Cristian Andrei
Prof.dr.ing. Mateescu Th.
Iaşi 2012
EXIGENŢELE CALITATIVE ALE APEI ÎN BAZINELE DE ÎNOT Exigenţele calitative impuse apei din piscine sunt reglementate prin norme sanitare specifice şi se referă la valorile parametrilor fizicochimici şi bacteriologici, în funcţie de destinaţiile bazinelor; parametrii sunt: • fizici: - temperatura: 23...24 °C, pentru bazinele de înot amplasate în aer liber; 25...28 °C, pentru piscine acoperite; - turbiditatea: 1...5° Si normală şi 10° Si maxim admisibilă; - culoare: 2...5 grade culoare normală şi 15 grade culoare maximum admisibilă; - suspensii decantate: 0,5 mg/m3, la 2 h;
• chimici: - concentraţia ionilor de hidrogen, pH: 7,2.. .7,8 la dezinfecţia cu clor; 7,5.. .8,2 la dezinfecţia cu brom; - alcalinitatea (CaC03): 85...88 mg/l; - nitriţi (NO3): max. 0,2 mg/l; - substanţă organică (KMnO): max. 2 mg/l - clor rezidual: max. 0,5 mg/l; - trihalometan: 0...20 ug/l; - potenţial REDOX: 700 mV;
faţă de apa de alimentare;
• parametrii bacteriologici (numărătoare la 37 °C): - număr total de germeni: 300/cm3 la piscine în circuit deschis; 100/cm3 la piscine cu recirculare; - bacili coliformi: max. 50/cm3 la piscine în circuit deschis; max. 20/cm3 la piscine cu recirculare; - streptococi fecali, la 100 ml: max. 5; - Escherichia coli: absent; - stafilococi patogeni: absent.
Schimbarea integrală a volumului de apă din bazine se face ori de câte ori conţinutul total de cloruri depăşeşte concentraţia de 200 mg/l. Alimentarea cu apă a piscinelor private se poate realiza din: - reţeaua publică de distribuţie, care oferă garanţii calitative; - surse naturale locale (ape de suprafaţă, izvoare, pânza freatică etc.) caz în care apa trebuie tratată, dacă este cazul, pentru a corespunde normelor igienico -sanitare. În cazul considerat, alimentarea cu apă este asigurată atât din reţeaua publică cât şi din pănza de apă freatică, fapt ce impune necesitatea tratării apei.
DIMENSIONAREA INSTALAŢIEI DE REÎMPROSPĂTARE
Adancime m
Suprafata m2
Volum m3
Timp de reciculare ore
Temperatura apei
Temp. Interioara
[˚C]
[˚C]
Temp. Subsol ethnic
[˚C] Bazin inot Bazin sarituri
2
1250
2500
4
28
29
15
4.5
375
1687.5
8
28
29
15
Calculul numărului de skimere Pentru piscine sportive cu o suprafa ţă mai mare de 150 m 2 se prevede cate un skimer la 40
m2. Amplasarea acestora se face la distanţe de maximum 3 m Nr. Skimere = A bazin: 40 = 1250 : 40 = 31,4 ~ 32 skimere
de colţul bazinului.
Prize de aspiraţie Pentru asigurarea condiţiilor de recirculare şi de omogenizare a întregului volum de apă, se va prevede în pereţii laterali, prize de aspiraţie imersate, circulare cu diametrul de 50 mm. Poziţionarea acestora se face între skimere, la adâncimea de circa 150 mm sub nivelul liber al apei. Dispozitivele sunt racordate la conductele de recirculare.
Prin intermediul acestor prize, apa este preluată de la partea inferioară a bazinului, asigurând golirea acestuia şi favorizând amestecul masei de apă prin mişcare descendentă, precum şi antrenarea şi evacuarea impurităţilor grosiere sedimentate. Cel puţin 10 % din debitul de recirculare trebuie să fie preluat de la partea inferioară. Prizele de fund se echipează cu dispozitive antivortex şi cu grătare de protecţie. Interspaţiile grătarelor se limitează la maximum 10 mm, iar viteza de acces a apei în priză, la maximum 0,5 m/s. Din considerente de securitate se recomandă ca dimensionarea prizelor de fund să se facă pentru viteze de 0,2 m/s, prevăzându-se, în funcţie de mărimea bazinului şi de bitul de recirculare, 2...4 puncte de preluare, amplasate de preferinţă jos, pe direcţie transversală. Ariile suprafeţelor dispozitivelor de preluare trebuie să fie egale cu 6... 10 ori aria secţiunii transversale a conductei de racordare.
Duze de injecţie Sunt dispozitive fixe sau orientabile prin intermediul cărora se reinjectează apa în bazin. În funcţie de mişcarea apei în bazin, aceste duze pot fi orientate în sus, spre skimere sau rigole, ori în jos, către prizele de fund. Poziţionarea acestor dispozitive se face în pereţii bazinului, la minimum 30 cm sub nivelul liber al apei, pe unul sau două niveluri, în funcţie de adâncime, sau pe radierul bazinului.
Pentru bazinele cu suprafaţă mai mare de 150 m 2 ori cu o lungime mai mare de 20 m sau lăţime peste 10 m, amplasarea duzelor de injecţie peri -metral, se va face la intervale de 5,0 m. Recircularea apei în bazine se poate face şi prin inermediul unor dispozitive speciale, de tip ornamental, integrate în mod corespunzător. Dispozitive (echipamente) pentru spălarea bazinelor de înot În perioadele de neutilizare, materiile în suspensie sedimentează pe fundul bazinului. Pentru a evita reantrenarea lor în apă, este necesar ca între două utilizări succesive să se procedeze la spălarea bazinului şi îndepărtarea depunerilor, folosind aspiratoare speciale, care funcţionează
cu apă din piscină. În lungul pereţilor se prevăd prize speciale la care se branşează racordurile elastice ale aspiratoarelor. Aceste prize sunt legate printr-o conductă perimetrală la aspiraţia unei pompe fixe echipată cu pre-filtru. În mod obişnuit grupul de pompare pentru spălare trebuie să fie distinct de cel utilizat pentru recircularea apei.
Pentru spălarea bazinelor se mai pot folosi agregate mobile de tip monobloc, echipate cu pompă şi prefiltru la care se branşează direct racordurile flexibile ale aspiratorului, sau aspiratoare de piscină cu pompe submersibile, care refulează apa î n afara bazinului printr-o conductă autoflotantă ori o recirculă în bazin după o prealabilă filtrare printr -un cartuş filtrant integrat în aspirator.
Debitul de recirculare a apei se deter mină în funcţie de nivelul de solicitare a bazinului de înot, exprimat prin: - frecvenţa maximă instantanee de ocupare, reprezentând numărul maxim de utilizatori ce se pot
găsi simultan în bazin (piscină); - frecvenţa maximă zilnică, reprezentând numărul total de persoane care frecventează piscina zilnic. Pentru bazinele de înot destinate competiţiilor sportive, debitul de
în care: - F este suprafaţa oglinzii de apă [m2];
recirculare este:
- f s - suprafaţa specifică normată [m 2h/pers.], având valori recomandate în tabel; - It - încărcarea specifică a instalaţiei de tratare a apei [pers./m 3]; se recomandă It = 0,5 pers./m 3.
Bazin pentru sarituri Qr =qr *F = 0.5 * 375 = 187.5 mc/h Bazin de inot Qr =F/f s*b = 1250/3.5*0.5 = 714.28mc/h
Debitul de calcul pentru dimensionarea conductelor de preluare a apei de la dispozitivele de
evacuare gravitaţională (jgheaburi, deversoare, rigole, skimere) se determină cu relaţia: Q=n*Qr +Qv+Qi [m3/h] unde: - Qr este debitul total de apă recirculată [m 3/h]; - n - fracţiunea preluată prin dispozitivele de suprafaţă = 0,7 - Qv - debitul evacuat prin disiparea valurilor [m 3/h]; - Qi - debitul de apă dislocat de utilizatori [m 3/h]
Debitul de apă evacuată prin valuri se calculează cu relaţia: Qv=F*h*z [m3/h] în care: - F este suprafaţa oglinzii de apă [m 2]; - h = 0,045 m - înălţimea medie a valului; - z = 1,0 h -1 - pentru peretele vertical al bazinului
Debitul de apă dizlocat de înotători se determină cu relaţia:
Qi=N*vs [m3/h] în care: - N reprezintă numărul înotătorilor existenţi în bazin timp de 1 oră [pers./h]; - vs = 0,075 m3/pers. - volumul specific dizlocat. Bazin sarituri Q = n*Qr +Qv+Vi n=70% Qv=F*h*z = 375*0.045*1 = 16.87m 3/h Vi=N*v = 30*0.075 = 2.25m 3/h Q=0.7*187.5+16.87+2.25 = 150.37m 3/h Bazin inot Q = n*Qr +Qv+Vi
n=70% Qv=F*h*z = 1250*0.045*1 = 56.25m 3/h Vi=N*v = 50*0.075 = 3.75m 3/h Q=0.7*714.28+56.25+3.75 = 559.99 m 3/h
DIMENSIONARE REZERVOR TAMPON
Racordarea reţelei de colectare la instalaţia de tratare se face prin intermediul unui rezervor tampon al cărui volum trebuie să fie de circa 10% din tebitul total de recirculare şi se calculează cu formula: Vt = 0.005*Q+1/16*Qad [m3] Q = debit evacuare pe la partea superioara Qad = debit de adaos pentru improspatarea apei *0.05mc/utilizator *3 m3/mp oglinda de apa Bazin sarituri
F = 375mp →Qad = 1125mc
Vt = 0.005*150.37+1/16*1125 = 71.06 m 3 Bazin inot F = 1250mp → Qad = 3750 m3 Vt = 0.005*559.99 +1/16*3750 = 237.17 m3 CALCULUL INSTALA ŢIEI DE TRATARE A APEI Principiul de funcţionare a instalaţiei de tratare
Apa poluată este evacuată din bazin printr -o conductă, o parte fiind eliminată la canalizare, iar restul (cea mai mare parte) recirculată în instalaţia de tratare, fiind trecută mai întâi printr -un prefiltru numit şi filtru de păr sau filtru grosier. Apa prefiltrată, amestecată cu apă proaspătă într -un rezervor de acumulare pentru completarea debitului necesar în instalaţie, este preluată cu o pompă şi refulată într -un filtru închis sub presiune prevăzut cu un aparat pentru reglarea vitezei de filtrare . Pentru flocularea suspensiilor coloidale şi deci creşterea eficienţei procesului de filtrare, se introduce în apă, înainte de intrarea în filtru, o substanţă coagulantă. Apa filtrată este parţial (sau total) încălzită într -un schimbător de căldură folosind agent termic primar apă caldă din sistemul de încălzire sau apă fierbinte. Când sunt condiţiile climatice favorabile, apa poate fi încălzită într un schimbător de căldură racordat la un circuit solar. Pompa din circuitul solar este acţionată automat în funcţie de temperaturile apei din acest circuit, respectiv a apei din circuitul bazinului de înot. După încălzire şi înainte de intrarea apei în bazin, se introduce în apă o cantitate determinată de clor, cu o pompă dozatoare. Pentru corectarea pH -ului apei se introduce un reactiv chimic, de asemenea, cu o pompă dozatoare. Procesul de tratare chimică a apei este controlat cu un sistem de pH-metru şi redox-metru, racordate la un tablou central de comandă a pompelor dozatoare.
Circulaţia apei în bazin şi între acesta şi instalaţiile de tratare prezintă o importanţă deosebită pentru alimentarea locală cu apă tratată în funcţie de caracteristicile constructive şi funcţionale ale bazinului. Soluţionarea adecvată a sistemului de circulaţie asigură, în egală măsură, difuzia uniformă a dezinfectantului în întreaga masă de apă, precum şi preluarea rapidă şi eficientă a poluanţilor, evitând formarea zonelor stagnante favorabile proliferării germenilor patogeni.
1 - bazin de înot; 2 - prefiltru (filtru de păr); 3 - rezervor de acumulare (de compensare a debitului); 4 - pompă; 5 filtru sub presiune; 6 - rezervor cu coagulant pentru flocularea suspensiilor; 7 - rezervor cu soluţia de clor; 8 - rezervor cu reactiv chimic pentru corectarea pH-ului apei; 9 - pompă dozatoare; 10 - schimbător de căldură cu agent termic apă caldă sau fierbinte; 11 - panou solar; 12 - pompă în circuit solar; 13 - schimbător de căldură cu agent termic solar; 14 conductă pentru intro ducerea apei în bazin; 15 - conductă pentru evacuarea ape i din bazinul de înot; 16 - conductă pentru apă recirculată; 17 - robinet cu ventil acţionat de motor electric pentru evacuarea apei la canalizare; 18 conductă pentru apă proaspătă (de adaos); 19 - nivostat; 20 - aparat pentru reglarea automată a nivelul ui în rezervorul de compensare a debitului; 21 - robinet cu ventil acţionat de motor electric la comanda nivostatului (la nivel minim); 22 - hupă (semnalizarea acustică) la nivel maxim da alarmă; 23 - aparat pentru reglarea vitezei de filtrare a apei; 24 termostat; 25 - robinet cu 3 căi acţionat de motor electric; 26 - termostat solar; 27 - aparat pentru acţionarea automată a pompei din circuitul solar; 28 - aparat pentru acţionarea automată a pompelor dozatoare; 29 - traductor de debit, pH şi buclă de măsurare redox; 30 - robinet cu ventil de reţinere.
Durata recomandată a ciclului de filtrare a întregului volum de apă din bazin este de 6...8 h. Ţinând seama de reducerea în timp a capacităţii de filtrare, ca urmare a proceselor de colmatare, debitul de dimensionare a filtrelor Q F se majorează cu 10...20 % Qf =Qr [m3/h]
unde: - Qr este debitul recirculat [m3/h] - V b - volumul de apă din bazin [m 3/h] - T- durata ciclului de filtrare [h] Bazin sarituri Qfiltru = 1.15*1687.5/8 = 242.5 [mc/h]
Bazin înot Qfiltru = 1.15*2500/4 = 718.75[mc/h]
Calculul hidraulic pentru alegerea filtrelor constă în determinară suprafeţei totale de filtrare Sf [m2], necesară, cu relaţia:
în care: - Qf este debitul de apă care traversează filtrele [m 3/s]; - wf - viteza medie de filtrare a apei [m/s], ale cărei valori Bazin sarituri Afiltru = 242.5/50 = 4.85 mp Bazin înot Afiltru = 718.75/50 = 14.37 mp
depind de tipul filtrului respectiv.
DIMENSIONARE DEVERSOR a) Calculul lamei deversate Qdev = 2/3*μ*Ld*2g1/2*h3/2 =m*Ld*2g1/2*h3/2 μ - coeficient de debit = 0.62-0.64 Ld – lungime deversor = 3-5 [m] g – acceleratie gravitationala = 9.81 [m/s 2] h – inaltimea lamei deversate [m] m – coeficient de debit = 0.3 – 0.55 m = m0 *σ*ε*K σ – coeficient de innecare = 1 ε – coeficient de contractie laterala = 1 K – coeficient de oblicitate deversor = 1 mo= m = 2/3*μ = 0.415 Bazin înot Qdev = 31.249 mc/h Bazin sarituri Qdev = 16.406 mc/h b) Calculul volumului jgheabului V j = m*R 2/3*I1/2 R - raza hidraulica = A/P A – aria sectiunii P – perimetru udat r = b/2 = 0.15 m h’ = 0.7 – r = 0.55 m A = π*r 2/4+h’*0.3 = 0.785*0.15 2*+0.55*0.3 = 0.182 m 2
P = π*r+2*0.3+2*0.55 = 2.171 m R = 0.0838 m I – panta hidraulica 2‰ V j = 0.00355 m3 = 3.5 l
DIMENSIONAREA SCHIMBĂTORULUI DE CĂLDURĂ 1. Necesarul de caldura ala apei de ados Qad = p*Qrec*cp*ρ*(θbazin-θar) p = 70% c p = 4,019 J/kgK
ρ = 996.26 kg/mc θ bazin = 29˚C θar = 10˚C
Bazin sarituri Qad = 0.7*187.5*4.019*996.26*19 = 9984897.54 J/h = 2773.58 J/s = 2.77 KW Bazin înot Qad = 0.7*714.28*4.019*996.26*19 = 10.56 KW 2. Necesarul de caldura al apei datorat pierderilor prin conductie Qcond = A*K*(θbazin - θme) A – suprafata totala a peretilor si radierului bazinului in contact cu apa K – coeficient global de transfer termic θme – temperatura medie exterioara in contact cu bazinul
K = 1/(1/α1+d/λ+1/α2) α1 = 1100 kcal/mpK *1.164 = 1280.4 W/mpK (interior) α2 = 1.5 kcal/mpK *1.164 = 1.746 W/mpK (exterior ST) α2 = 1kcal/mpK *1.164 = 1.164 W/mpK(exterior pamant) K = 0.476 W/mpK Bazin sarituri Qcond = A*K*(θ bazin – θme) = 735*0.476*14 = 4898, 04 KW Bazin înot Qcond = A*K*( θ bazin – θme) = 1550*0.476*14 = 10329,2 KW 3. Necesarul de caldura al apei datorat pierderilor prin evaporare Qev = Gvap*r [kcal/h] θ bazin = 29˚C → r = 2.435*10 6 J/kg = 2.435*10 6 *238.8*10 -6 = 581.47 kcal/kg Gvap = c*S*(ps-pv)*760/B [kg/h] c = 0.229+0.0574*v v = viteze vantului la suprafata oglinzii = 0.3 – 0.6 c = 0.229+0.0574*0.4 = 0.0458 ps – presiunea de saturatie a vaporilor la temperatura apei din bazin 1 mbar = 0.75006 mmHg ps = 37.78 mbar = 28.33 mmHg pv – presiunea partiala a vaporilor de apa din aer φ = 60% → pv = 18mbar = 13.5 mmH
Bazin sarituri Qev = Gvap*r Gvap = c*S*(ps-pv)*760/B B = 750mmHg Gvap = 0.0458*375*(28.33 – 13.5)*760/750 = 258.1 kg/h Qev = 258.1*581.47 = 150077.4 kcal/h = 0.0485 KW Bazin înot Qev = Gvap*r Gvap = c*S*(ps-pv)*760/B Gvap = 0.0458*1250*(28.33 – 13.5)*760/750 = 860.33 kg/h Qev = 860.33*581.47 = 0.161 KW 4. Necesarul de caldura al apei datorat pierderilor prin radiatie Qrad = qr*S S = suprafata oglinzii de apa qr = cantitatea specifica de caldura cedata prin radiatie qr = αr *φ*S*(1-r)*(θ1-θ2) [kcal/m2h] αr – coeficient de transfer prin radiatie = 8.5*1.164 = 9.89 W/m 2K φ = 0.25 – coeficient care se determina in functie de inaltimea plafonului r = 0.15 – coeficient care de determina in functie de temperatura radianta Bazin sarituri qr = 9.89*0.25*375*(1-0.15)*(29-28) = 788.1 kcal/mph = 0.25 W/mps Qrad = 0.25*375 = 95.55 W = 0.0955 KW Bazin înot qr = 9.89*0.25*1250*(1-0.15)*(29-28) = 2627 kcal/mph = 0.849 W/mps Qrad = 0.849*1250 = 1061.75 W = 1.061 KW
5. Necesarul total de caldura Qtot = 1.1-1.2(Qad+Qcond+Qev+Qrad) Bazin sarituri Qtot = 1.2 * (2.77 +4.89804 +0.0485 +0.0955) = 9.374 KW Bazin înot Qtot = 1.2 * (10.56 +10.3292 +0.161 +1.061) = 26.533 KW
