- Так или иначе, каждый владелец частного бассейна или иного водоема для купания рано или поздно сталкивается с проблемой достижения и поддержанния комфортной для человека температуры воды. Для достижения нужной "теплоты" существует множество способов, "побыстрее" и "полегче". В разделе Теория мы рассмотрим основные способы и их +/-, а в Практике посмотрим на мою автоматизацию этого процесса с рассмотрением некоторых аспектов. Важно! Все приведенные в материале методы оценки эффективности, рассуждения и рекомендации являются сугубо личным мнением автора и не претендуют на объективность и 100%-ную истинность. Используйте материал как познавательный контекст к вашим исследованиям и иным самостоятельным процессам анализа предметной области.
В целом, все варианты делятся на 2 типа - пассивные и активные.
- Пассивные, как правило, не требуют каких-либо дополнителных действий со стороны человека. В обобщенном случае это - просто установить бассейн в солнечное место и/или накрыть пленкой для уменьшения испарения воды. В частных случаях в пассивные способы можно записать постройку купола над водоемом, например, из прозрачного поликарбоната, что так же уменьшает испарение воды и создает нагретое воздушное простанство вокруг, что так же ускоряет процесс достижения нужной температуры.
- Активные, которые подразумевают постоянные затраты каких-либо сил, например электрической энергии. Например, один из случаев - готовые электрические нагреватели. Циркуляция воды через теплоносители так же относиться к данному разделу.
Предлагаю расмотреть достоинства и недостатки каждого пункта в следующем разделе.
-
Пассивные как правило характеризуются простотой, т.к. не требуют особо сложных или дорогих действий, но не подразумевают особо быстрого течения процесса. В зависимости от места установки, активности солнца и наличия купола/пленки над водой могут приносить разные результаты. Но все же это самая частоиспользуемая по статистике группа способов.
-
Активные, напротив, требуют трудозатрат по возведению и установке дополнительных конструкций, но позволяют значительно ускорить процесс и увидеть заметный эффект. Этот раздел имеет множество специфичных способов, которые следует рассмотреть отдельно:
-
Готовые электрические нагреватели:
-
"+": Самые простые в установке среди активных вариантов. В принципе на этом достоиства заканчиваются.
-
"-": Очень большие затраты энергии. Мне доводилось иметь дело с одним нагревателем, который показал просто ужасные результаты: огромный расход электричества, нагрев всего, только не воды, практически незаметный в общей массе воды результат. Не могу утверждать, что все модели, представленные на рынке, такие же, но лично от себя не рекомендовал бы данный способ к использованию.
-
-
Теплообмен с домашней отопительной/нагревательной системой:
-
"+": В теории производительная система, в большинстве случаев не требует больших трудозатрат по установке.
-
"-": В частных случаях может быть сложна в установке, не подходит для участков, не оборудованных отопительной системой.
-
-
Циркуляция воды через теплообменник:
- "+"" - По моему мнению, самый эффективный, жизнеспособный и гибкий способ. Возможно добиться при небольшом потреблении электро энергии довольно ощутимого эффекта.
- "-" - На просторах интернета находиться множество вариантов реализации, в том числе и околонерабочих, поэтому нужно внимательно относиться к выбору.
Этот способ подразумевает насос, перекачивающий воду бассейна через какой-либо теплообменник, который может, например, концентрировать в ограниченной площади солнечные лучи, или просто пассивно их "ловить". Включает в себя множество вариантов, в частности где теплоноситель нагревается от:
- Сгорающего топлива (дрова, горючие смеси или материалы)
- Солнечных лучей, которые могут быть сконцентрированны в области в некоторых вариантах реализации
- Самодельного электрического нагревателя.
-
- Мы будем использовать способ циркуляции воды через теплообменник, причем реализуем самый простой вариант. Разложим на какой-либо поверхности (например на крыше, получая тепло еще и с раскаленного материала кровли в таком случае) линию водопровода, например трубу или шланг. Оба конца "водопровода" соединяем с бассейном, причем на входе устанавливаем насос, который и будет перекачивать воду. Как итог, при высокой солнечной активности получаем значительную разницу температур входа и выхода (от 4 до 10 градусов в солнечную погоду).
- Если используем обычный шланг, разложенный на металлической крыше, то теперь нам ни в коем случае нельзя оставлять его под солнцем без постоянно циркулирующей жидкости, иначе он попросту расплавиться и как следствие придет в негодность.
- При таком способе важно контролировать разницу температур, иначе при тучах и/или дожде КПД станет отрицательным (выходная вода системы станет холоднее входной). Если не автоматизировать систему датчиками и контроллером, то это придется делать вручную.
- Так же из предыдущего пункта вытакает, что систему рационально отключать при малой разнице температур во имя повышения общего КПД.
Отсюда вытекает рациональное решение - поставить во главу системы микроконтроллер, который будет управлять насосом на основе данных нескольких датчиков температуры.
- Управление через
Telegram - Контроль за системой, основанной на преобразовании солнечной активности в теплоту
- Адаптивное управление позволяет повышать КПД нагрева
- Построение графиков на OpenMonitoring для удаленного отслеживания процесса
- Возможность удаленного обновления прошивки
- Управление релейными модулями, возможность подключения и управления дополнительной нагрузкой
- Хранение важных настроек в энергонезависимой памяти
- Гибкая система настройки параметров управления под конкретный случай и свойства местности
- Разделение на дневную и ночную фазу
- Обработка случаев отсутствия WiFi, а так же подключения к интернету
- ESP32
- Релейные модули (одиночные или совместные), как минимум 1 штука
- DS18b20 (датчики температуры), 3 штуки
- Соединительные провода, рейки и иные средства монтажа, сборки и пайки по усмотрению
Пайку, сборку и монтаж проекта я пожалуй доверю творческому порыву читателя, а опишу лишь общие принципы и некоторые советы.
- Сборка электрической части подразумевает пайку и соединение всех компонентов, который в проекте не особо много, в единую электрическую цепь. Для своего исполнения проекта я развел печатную плату, а электрическая схема проекта выглядит так:
Руководствуюсь этой схемой, довольно просто выполнить ее сборку в своих условиях. Сделать это можно либо разведя печатную плату, либо спаяв все на макетке, либо в конце концов на каком нибудь другом материале, соединяя элементы навесной пайкой (не рекомендуется).
Caution
При монтаже электрической части при риске попадания воды на оборудование следует позаботиться об ее гидроизоляции во имя снижения риска случайного замыкания и/или удара током! В частности можно использовать закрытую клемную коробку или ящик для электрооборудования.
Для насоса, перекачивающего воду так же можно выделить еще один автомат, с помощью которого можно будет в обход системы управления включить насос в нештатных ситуациях, если система по какой-либо причина не сможет управлять им сама (например при отключении ее питания).
- Собрка водяной системы подразумевает проведение линии перекачивания воды. Оба конца должны соединятся с бассейном, а вот основная длина - максимально проходить под солнечными лучами. Например удачным решением будет растянуть длинный шланг или иной водопроводный элемент на крыше, навесе или просто на открытой солнычной площади. Вода, перекачиваемая через систему будет нагреваться благодаря солнечной энергии, постепенно увеличивая температуру всего водоема.
- Если линия водопровода имеет участки с подъемом, хорошем практикой окажется установка обратного клапана на выходе насоса (в начала системы водопровода) для того, чтобы после отключения насоса вода не возвращалась под действием гравитации в обратном напрявлении в водоем, а оставалась в системе. Это поможет ей "впитывать" энергию солнца даже во время остановки насоса и уменьшит риск перегревания материала водопровода, при расположении его на горячих поверхностях (описано выше)