Energianalys och bestämning av nyckeltal hos badanläggningar

Transkript

1 Energianalys och bestämning av nyckeltal hos badanläggningar Erik Persson Civilingenjörsprogrammet i Energiteknik vid Umeå Universitets Tekniska högskola ((EN.))

2 Sammanfattning Syftet med arbetet har varit att genomföra energianalyser, bestämma nyckeltal för energianvändning samt att komma med förslag på ändrade systemlösningar för befintliga badanläggningar. Energianalyserna tar upp beräkningsmetoder för att bestämma erforderlig energianvändning uppdelat på processerna avdunstning, processvatten, transmission och luftbehandling samt metoder för att bestämma elenergianvändningen hos värmepumpar, fläktar och annan elektronisk utrustning. Nyckeltalen baseras på genomförda energianalyser, besökarantal och lokalernas totala golvarea vilket ger en bild av effektiviteten hos respektive anläggning. Utifrån energianalyserna har förslag på ändrade systemlösningar och andra energibesparande åtgärder tagits fram. De studerade anläggningarna är IKSU spa, Bjurholms simhall och Umeå simhall vilka bestämdes ha följande nyckeltal: IKSU spa 0,2 MWh/m 2 och 41,6 kwh/badande Bjurholms simhall 1,0 MWh/m 2 och 61,3 kwh/badande Umeå simhall 0,5 MWh/m 2 och 22,2 kwh/badande Detta tyder på att IKSU spa har den mest effektiva energianvändningen i förhållande till den totala lokalytan medan Umeå simhall har det högsta antalet badande per år. Förklaringarna ligger i att Bjurholms och Umeås simhallar är omoderna tack vare sin ålder medan IKSU spa är nyare men med färre besökare. IKSU spa är till skillnad från de övriga anläggningarna dessutom avsedd för relax vilket betyder att flera energikrävande processer ingår i anläggningen bland annat i form av tre varma källor. Gemensamt för dessa anläggningar är dess problem att upprätthålla kraven på tillåten kloraminhalt i badvattnet vilket gör att extra avblödning utöver teoretiskt lämplig mängd tillämpas. Detta medför att en större vattenvolym än nödvändigt måste tillsättas och värmas. Problemet kan åtgärdas med installation av UV-ljus behandling eller med ozontillsats vilken oxiderar organiska föreningar så att inget bundet klor i form av kloraminer bildas. Slutligen bör möjligheten att täcka poolerna undersökas i syfte att reducera avdunstningen. II

3 Abstract The purpose of this study has been analysis of the energy consumption, constructing ratios for energy usage and to propose changes in system solutions for existing swimming facilities. The energy analysis handles calculation methods for determination of required amount of energy divided in evaporation, process water, transmission and air treatment and methods for calculation of electric energy consumption in heat pumps, fans and other electronic equipment. Ratios of energy usage are based on performed energy analysis, amount of visitors and the total area of the separate facilities, which provides good information of the individual effectiveness. Based on performed analysis some different propositions regarding changes in system solutions and other minor changes have been constructed. The studied facilities are IKSU spa, Bjurholms bath and Umeå bath was found to have the following energy ratios: IKSU spa 0,2 MWh/m 2 and 41,6 kwh/bathing person Bjurholms bath 1,0 MWh/m 2 and 61,3 kwh/bathing person Umeå bath 0,5 MWh/m 2 and 22,2 kwh/bathing person This leads to the conclusions that IKSU spa has the most energy effective facility in terms of energy usage per indoor area whilst Umeå bath has got the highest amount of visitors per year. The explanations are that Bjurholms- and Umeå baths are old buildings whilst IKSU spa is rather new but with less number of visitors. Furthermore is IKSU spa a facility built for relax which means that there are more processes with high energy need like their three hot pools. All of these swimming facilities have common problems upholding the demands regarding amount of chloramines in the water due to insufficient water treatment, which causes an extra amount of water to be replaced. This could easily be fixed by installing either UV-treatment equipment or ozone additive, which oxidizes organic compounds leaving no chloramines. Finally the possibility of pool coverage should be taken into consideration. III

4 Innehållsförteckning 1. IN LEDNING BAKGRUND Energidirektivet FÖRUTSÄTTNINGAR SYFTE MÅL TEORI LUFTBEHANDLING Fläktar Värmeväxlare VATTENCIRKULATION OCH UPPVÄRMNING Vattencirkulation Pumpar Värmeväxlare Värmepumpar Vattenuppvärmning VATTENBEHANDLING Filtrering Klorering ph-reglering Bundet klor UV-ljus Aktivt kol Ozon Flockning Spädning TRANSMISSION Konvektionsförluster Termisk resistans och värmemotstånd Geografiska betingelser FUKT OCH AVDUNSTNING Specifik och relativ luftfuktighet Avdunstning Erforderligt uteluftflöde Ångbildningsvärme ENERGIANALYSER OCH NYCKELTAL NYCKELTAL ENERGISTUDIER VID IKSU SPA ANLÄGGNINGEN TEMPERATURER LUFTBEHANDLING FLÄKTAR VÄRMEVÄXLARE OCH VÄRMEPUMP TRANSMISSION AVDUNSTNING VATTENSYSTEMET TOTAL VATTENOMSÄTTNING VATTENUPPVÄRMNING RESULTAT OCH ENERGIFÖRDELNING Åtgärdsförslag Besparingar...31 IV

5 5. ENERGISTUDIER VID BJURHOLMS BADANLÄGGNING ANLÄGGNINGEN TEMPERATURER LUFTBEHANDLING FLÄKTAR VÄRMEVÄXLARE OCH VÄRMEPUMP TRANSMISSION AVDUNSTNING VATTENSYSTEMET TOTAL VATTENOMSÄTTNING VATTENUPPVÄRMNING RESULTAT OCH ENERGIFÖRDELNING Åtgärdsförslag Besparingar ENERGISTUDIER VID UMEÅ SIMHALL ANLÄGGNINGEN TEMPERATURER LUFTBEHANDLING FLÄKTAR VÄRMEVÄXLARE OCH VÄRMEPUMP TRANSMISSION AVDUNSTNING VATTENSYSTEMET TOTAL VATTENOMSÄTTNING VATTENUPPVÄRMNING RESULTAT OCH ENERGIFÖRDELNING Åtgärdsförslag Besparingar DISKUSSION SLUTSATSER...47 REFERENSER...48 APPENDIX...50 V

6 1. Inledning 1.1 Bakgrund I umeåområdet finns idag ett flertal badanläggningar, byggda på 60- och 70- talet, som drivs och sköts av kommunen, men på senare år har driften av dessa anläggningar successivt lagts ut på entreprenad till privata företag. Detta innebär att kommunen fortfarande äger byggnaderna, men att man hyr ut lokalerna till företag. Dessa företag betalar en s.k. kallhyra 1, vilket innebär att de själva får stå för kostnader som gäller uppvärmning och elanvändning. Med dagens ökande elpris och det faktum att tekniken gått framåt sedan anläggningarna anlades, vill nu de privata företagen undersöka olika möjligheter för att minska driftskostnaderna. Förutom stigande elpris är det under år 2006 möjligt att ansöka om konverteringsbidrag 2 rörande fastigheters uppvärmningssystem på maximalt 30 % av investeringskostnaden [2:1], [2:2]. Vidare kommer i sommar ett EU-direktiv rörande byggnaders energiprestanda att träda i kraft i Sverige, vilket skall öka medvetenheten om hur energieffektiva byggnader är utifrån sina verksamheter Energidirektivet Inom energisektorn tänker nog de flesta när de hör hållbar utveckling på att minska energibehovet i form av effektivisering, minska farliga utsläpp, hitta alternativa energiformer osv. Det EU vill med sitt energidirektiv är att minska energianvändningen men också reducera utsläppen av klimatstörande gaser 3. Ett av kraven i deklarationen är att vid ny- eller ombyggnation av byggnader ska ett minimikrav i form av energiprestanda sättas. Vidare ska energicertifiering och regelbundna kontroller av byggnader tillämpas. [2:3] Den totala energiimporten till EU är i dagens läge 50 % av den totala användningen och man räknar med att den siffran kommer att stiga till 70 % inom de närmsta åren om ingenting görs. För att förhindra detta krävs reducerad energianvändning inom unionen. [2:4] Byggnader av olika slag i Europa står för 40 % av energianvändningen och 30 % av växthusgasutsläppen. För Sverige står bostäder, service m.m. för en energianvändning ungefär motsvarande ett medelland i Europa. Figur 1. Sveriges totalenergianvändning (Bild: Statens Energimyndighet [3:1]) 1 Kallhyra, villkor i hyreskontrakt där hyresgästen står för uppvärmningskostnaden. 2 Konverteringsbidrag kan sökas hos länsstyrelsen och avser bidrag för ändrat uppvärmningssystem från olja eller direktverkande el till fjärrvärme, berg-, sjö-, eller jordvärmepump eller biobränsle. 3 Gaser vilka ofta nämns som växthusgaser där koldioxid, (CO 2 ), är den mest omtalade medan andra gaser som metan, (CH 4 ), freoner och lustgas också klassas som klimatstörande gaser. 1

7 1.2 Förutsättningar De förutsättningar som gäller under detta arbete är framför allt en god kontakt med ägare och driftspersonal vid de olika anläggningarna, tillgång till mätutrustning samt dokumenterad energistatistik för respektive badhus. 1.3 Syfte Efter att ha satt sig in i hur de aktuella anläggningarna är utformade, hur de tillförs och använder energi ska dessa kunna klassas med hjälp av nyckeltal. Nyckeltal skall bestämmas för varje enskild anläggning genom att studera energiåtgången och jämföra denna med antalet besökare och lokalens totala yta. Med hjälp av detta klassningssystem kommer det vara relativt enkelt att skapa sig en grund för hur mycket energi en enskild badanläggning bör konsumera. Vidare ska anläggningarna studeras och jämföras i hopp om att hitta gemensamma faktorer som kan bidra till den specifika konsumtionen. Med dessa faktorer som utgångspunkt i det fortsatta arbetet gäller det att hitta alternativa systemlösningar för att minska energiförbrukningen. Förslag på åtgärder ska tas fram i form av en åtgärdsplan där ekonomiska aspekter likväl som huruvida åtgärderna är genomförbara eller inte ska beaktas. De ekonomiska aspekterna behandlar dock inte installationskostnader specifikt utan ser till besparingar vid eventuellt ändrade systemlösningar. 1.4 Mål Med hjälp av driftdata, el- och fjärrvärmefakturor samt egna mätningar ska varje enskild anläggning bedömas. Denna bedömning ska grunda sig på nyckeltal som beskriver hur energieffektiv en anläggning är. Utifrån framtagna nyckeltal skall djupare studier genomföras i de anläggningar som har höga energikostnader med syftet att i dessa minska energiförbrukningen och således reducera driftskostnaderna. Dessa studier skall slutligen resultera i förslag på ändrade systemlösningar hos befintliga anläggningar men också vara till hjälp vid nyproduktion. Visar det sig att reningsprocessen vid någon eller några anläggningar bidrar till ökad energianvändning skall detta, i mån av tid, utredas och kommenteras i form av förslag till ändrad systemlösning. 2

8 2. Teori För att beskriva hur en badanläggning fungerar utan att gå in på alla detaljer kan sägas att det krävs tre olika huvudsystem: först måste man ha någon typ av vattenrening, vidare krävs luftbehandling samt någon form av luft- och vattenuppvärmning. Jag kommer att gå djupare in på dessa olika delområden var för sig i kommande avsnitt. 2.1 Luftbehandling Luften i ett badhus är tämligen fuktig i jämförelse med andra lokaler, med krav på ca 55 % relativ fuktighet 1, fordras god isolering och tåligt byggnadsmaterial. Med hög luftfuktighet följer att värmeövergången ökar i ex. värmeväxlare och värmepumpar. Detta gör att energin hos den fuktiga frånluften kan återvinnas med gott resultat genom installation av värmeväxlare i frånluftsystemet. Förutom dessa åtgärder kan också värmeväxlare kombineras med värmepumpar för att ytterligare effektivisera energiåtervinningen. För badanläggningar krävs ett ventilationssystem med både till- och frånluftssystem, (FT), då dessa kräver ett stort ventilationsflöde. Tilluften måste i detta fall filtreras, värmas och distribueras i lokalen. Dessutom finns krav på återvinning, enligt Boverkets byggregler (BBR) [2:5], vilket gör att dessa system behöver kompletteras med värmeväxlare med uppgiften att ta tillvara på den energi som frånluften 2 har för att värma den inkommande utomhusluften. Denna typ av ventilationssystem är vanliga i badanläggningar och kallas för FTX-system. Vidare kan som sagt en värmepump installeras för att bättre ta tillvara på energiinnehållet i avluften 3 och använda denna till att värma tilluften 4 och badvattnet. Dessa system, (FVP), är mycket energieffektiva men en nackdel är den relativt höga investeringskostnaden. De värmeförluster som uppkommer i samband ventilationen varierar alltså beroende på typ av ventilationsaggregat. För att beräkna hur stora värmeförluster som uppkommer i samband med att varm luft tas ut ur en lokal används följande ekvation: där ( T T ) ( ) P = q ρ c 1 η [W] (1) v v p inne ute P v = ventilationsförlusten [W] q v = volymsflödet [m 3 /s] ρ = luftens densitet [kg/m 3 ] c p = luftens specifika värmekapaciteten [kj/kg o C] T = inomhustemperaturen [ o C] inne 1 Mått på luftfuktighet (se avsnitt 2.5) 2 Luft som tas ut ur en lokal för att ev. värmeväxlas 3 Efter ev. värmeväxling av frånluften är luften avluft 4 Färdigbehandlad luft som tillsätts en lokal 3

9 T ute = utomhustemperaturen [ o C] η = verkningsgraden för värmeåtervinning [-] Det årliga energibehovet för att värma erforderlig luftmängd enligt ovan bestäms av: Energibehov år = P drifttiden [Wh] (2) v där drifttiden = årligt antal timmar med värmebehov [h] Fläktar Fläktar används dagligen och i stort sett i alla möjliga miljöer. Kraven på fläktar i badanläggningar är ungefär samma som de för pumpar, vilket är att de ska vara tysta och stryktåliga. För att beräkna verkningsgraden hos en fläkt används samband som tar hänsyn till tryckändring, luftflöde samt tillförd elektrisk effekt, enligt följande: där q fläkt Pfläkt η tot = (3) P 1000 el q fläkt = volymsflödet [m 3 /s] P fläkt = tryckändring över fläkten [KPa] P el = eleffekten [kw] För att specificera effektiviteten på luftbehandlingssystemet används något som kallas för den specifika fläkteleffekten, SFP (Specific Fan Power), som avser den sammanlagda fläkteleffekten för tillufts- och frånluftssystemets fläktar vid ett dimensionerande luftflöde som är lika med totalluftflödet genom byggnaden. ( P P ) SFP, nät, frånluft + nät tilluft v = [W/(m q 3 /s)] (4) största SFPv -värdet anger således vilken elektrisk effekt en fläkt kräver för att transportera en m 3 luft per sekund och är normalt mellan 1- och 3 W/m 3 /s för större fläktar. Om strömmätningar görs när en fläkt är i drift kan detta värde användas för att beräkna effekten som tillförs motorn. Beräkningarna skiljer sig något beroende på om en fläkt är kopplad för 1- respektive 3 faser. 4

10 För 3-fas anslutna fläktar använder man sig av följande samband: P = 3 U I cosϕ [W] (5) där U = nätspänningen [Volt] I = den uppmätta strömmen mellan ledare och nolledare vid symmetrisk belastning. [Ampere] cos ϕ = effektfaktorn 1. [-] För att beräkna tillförd effekt till en motor med 1 fas används: P = U I [W] (6) För 3-fas och 1-fas räknar man normalt med spänningar på 400 resp. 230 volt. Denna metod för att beräkna tillförd effekt kan även appliceras för pumpar och annan elektronisk utrustning Värmeväxlare När det gäller att värmeväxla luft till luft krävs speciella värmeväxlare med stora ytareor för att kompensera för den låga värmeövergångskoefficienten som gaser har i jämförelse med vätskor. För att få en uppfattning om hur stor skillnad det är mellan en vatten-vatten värmeväxlare och en gas-gas värmeväxlare kan nämnas att värmeövergångskoefficienterna för dessa är W/m 2 o C respektive W/m 2 o C. Det är alltså detta låga värde hos gas-gas växlare som det kompenseras för genom att öka den värmeöverförande arean. För att beräkna den värmeöverföringseffekt som en viss värmeväxlare har använder man sig av: = m c C T T [kw] (7) och där ( ) Q pc c, out c, in ( T T ) [kw] (8) Q = m h Cph h, in h, out index c och h står för cold respektive hot fluid c, mh = massflöden [kg/s] m C, C = specifika värmekapaciteter, [kj/kg o pc ph C] 1 Mått på fasförskjutning mellan ström och spänning till följd av inkopplade laster 5

11 T c out Th, out T c in Th, in,, = utloppstemperaturer [ o C],, = inloppstemperaturer [ o C] Dessa formler används i teorin och tar inte hänsyn till verkningsgraden hos värmeväxlare utan förutsätter att den energi som den ena fluiden avger upptas av den andra. Dividera värmeeffekten för den kalla fluiden med effekten från den varma vilket ger verkningsgraden hos växlaren. Ett vanligt sätt att ange en verkningsgrad är att uttrycka den sk temperaturverkningsgraden, dvs: T T till ute η = (9) från T T ute där T till = tilluftstemperaturen [ o C] T = frånluftstemperaturen [ o C] från T = utomhusluftens temperatur [ o C] ute 2.2 Vattencirkulation och uppvärmning Badvattnet i bassänger kräver ständig cirkulation för att kunna hålla renings- och kemikaliebehandlingsprocesserna under kontroll. Av denna anledning krävs stora energimängder bara för att cirkulera vattnet. För uppvärmning i badanläggningar används oftast fjärrvärme som värmekälla, vilken används till olika delar av uppvärmningen. I nyare badanläggningar har man vanligen golvvärmeslingor för att värma badlokaler. Den energi som går åt till att värma golvet i en badanläggning är inte alltför stor eftersom temperaturen i luften och vattnet gör att behovet av golvvärme är begränsat Vattencirkulation En badanläggnings vattencirkulationssystem kan variera från fall till fall men det finns ändå ett antal komponenter som måste ingå i en anläggning för korrekt funktion. Först och främst krävs en värmekälla som skall växla värme mot badvattnet via en värmeväxlare. Vidare krävs också pumpar för att cirkulera vatten genom växlare och filter. En principskiss över en badanläggnings bassängdel och dess vattencirkulationssystem illustreras i figur 2. 6

12 Figur 2. Exempel på hur en badanläggnings vattensystem kan se ut. Vattnet som tas ur poolen kommer dels från botten av bassängen men också från ett s.k. bräddavlopp där skvalpvatten rinner ut och passerar ett grovfilter (1). Vidare pumpas vattnet genom filtret (2) samtidigt som en termostat (3) ger information om vattnets temperatur till värmekällans cirkulationspump (4). Här värmeväxlas (5) då värmekällans varma medium mot badvattnet med ett flöde som ska ge rätt temperatur på vattnet ut till bassängen igen (6). (Bild: Pahlén, Swimmingpoolutrustning [3:2]) För att vattenkvalitén i en badanläggning ska kunna uppfylla vissa ställda krav krävs att badbelastningen inte är för stor. Vid beräkning av det maximala antalet badande en anläggning kan klara måste man ta hänsyn till de filter och den rening som är installerad samt den dimensionerade cirkulationstiden. Beroende på bassängtyp måste också omsättningen av vatten genom filtren uppgå till ett visst antal per dygn. För att kunna bestämma det maximala antalet badande som en viss bassäng klarar av per dygn använder man sig av ett samband baserat på tabellerade riktvärden för olika filter och flödet genom filtren per timme, enligt: [8] Antalet badande per dygn = Q B T (10) där Q = filterflöde [m 3 /h] B = badbelastning för aktuellt filter och rening, enligt tabell 1 T = cirkulationstid i timmar som får räknas enligt tabell Pumpar För att beräkna arbetet som en pump uträttar genom att höja vattentrycket använder man sig av följande ekvation: [1:1] där w = v ( P ) 1 [J/kg] (11) pump, ut 1 2 P 7

13 P 1 och P 2 är tryck före resp. efter pumpen, v är den specifika volymen innan pumpen, 1 [Pa] [m 3 /kg] Vidare bör sägas att skillnaden i potentiell energi spelar roll, men är höjdskillnaden av mindre betydelse eller om pumpen arbetar i ett slutet trycksatt system kan denna uteslutas i beräkningarna. Vill man bestämma den effekt som pumpen levererar använder man sig av följande tillägg till ekvation (11): pump, ut = wpump, ut mvatten [W] (12) W där vatten = massflödet av vattnet som bestäms av mvatten = ρ V [kg/s] m där ρ = vattnets densitet och [kg/m 3 ] V = volymsflödet av vatten i systemet [m 3 /s] Här gäller att tänka på verkningsgraden hos pumpen för att inte riskera att underskatta pumpens energibehov. Man använder sig av metoden att dividera den uträknade pumpeffekten med dess verkningsgrad för att hitta den verkligt tillförda effekten. [1:1] W pump, in W pump, ut = [W] (13) η Detta kommer således att resultera i det verkliga värdet på tillförd effekt om potentiella energiskillnader ej tas med i beräkningarna. Vid närmare granskning av ekvation sambanden ovan ser vi att detta egentligen är volymsflödet multiplicerat med tryckskillnaden dividerat med verkningsgraden. där W pump V P, in = [W] (14) η q är volymsflödet [m 3 /s] 8

14 I en badanläggning finns många olika pumpar med varierande storlek och arbetsuppgifter. De pumpar som är av intresse vid energiberäkningar kan sägas vara de som används till att cirkulera vatten genom pooler och de pumpar som används i ventilationsaggregatens shuntgrupper. Flera andra pumpar används i samband med tillsats av flockningsmedel och klor men dessa är relativt små och går inte kontinuerligt utan är bara till för att tillsätta kemikalier periodvis vilket gör att dessa normalt inte tas med i energiberäkningar Värmeväxlare För att värma vattnet i en badanläggning krävs en värmeväxling mellan en värmekällas medium och badvattnet. Denna värmekälla kan utgöras av allt från en oljeeldad panna eller eluppvärmning till fjärrvärme eller komplement i form av solenergi. Det vanligaste sättet att värma badvatten på är att värmeväxla detta mot fjärrvärme. De olika typer av växlare som används till detta ändamål är antingen av typ tub-, figur 3, eller plattvärmeväxlare, figur 4. Figur 3. Skiss över plattvärmeväxlare vilka har hög verkningsgrad och kan enkelt rengöras. Figur 4. Skiss över tubvärmeväxlare med lägre verkningsgrad än tubvärmeväxlare. Med tanke på hur mycket vatten som skall värmas är det naturligtvis av allra största vikt att verkningsgraden men också livslängden är tillfredsställande. Beroende på feldosering och om vattnet har en hög hårdhetsgrad kan det lätt uppstå kalkavlagringar i värmeväxlare vilket kräver rengöring. Denna rengöring är relativt enkel vad gäller plattvärmeväxlaren men när det kommer till tubvärmeväxlaren måste denna oftast bytas ut. Nackdelen med plattvärmeväxlaren är att den är mycket dyrare än tubvärmeväxlaren men man ska ha i åtanke att komponenter som pumpar och värmeväxlare utgör en så liten del i den totala anläggningskostnaden att det är lika bra att investera i plattvärmeväxlare då dessa har mycket lång livslängd. [1:2] För effektberäkningar och verkningsgradsberäkningar används ekvation (7), (8) och (9) Värmepumpar Att använda sig av värmepumpar i badanläggningar kan spara mycket energi då värme som annars skulle gå ut ur anläggningen tas till vara och används till uppvärmning. 9

15 Installation av värmepump i ett ventilationsaggregat innebär att energin som finns i avluften, (efter ev. värmeväxling), används till att förånga mediet i värmepumpkretsen. Vidare kyls detta mot tilluften in till lokalen i den omfattning som krävs för att sedan kondensera mot ex. inkommande badvatten och på så vis värma även detta. I vissa fall används också glykolkretsar kopplade mellan frånlufts- och tilluftskanalen, via batterier 1, i uppgift att ta tillvara på energi ur frånluften för att överföra denna till tilluften. Värmeväxlare Frånluft Uteluft Sim- Hall Tilluft Avluft Kompressor T1 T2 Badvatten Figur 5. Principskiss över ventilationsaggregat med värmeåtervinning i form av värmeväxlare och värmepump. Värme som återstår efter värmeväxling mellan frånluft och tilluft används för att förånga mediet i värmepumpkretsen. Detta kyls mot tilluften i den mån denna behöver värmas, för att sedan kondensera i en värmeväxlare kopplad mot det cirkulerande badvattnet. Värmepumpar kan också installeras i ventilationsaggregat där ingen värmeväxling finns men detta är dock inte så vanligt. Anledningen är att det finns möjlighet att installera värmepump och utnyttja denna även vid kallare luft, alltså efter värmeväxlare, men framför allt för att avfukta simhallsluften. Effektiviteten hos en värmepump beskrivs i termer av Coefficient Of Performance, som talar om hur stort förhållandet är mellan avgiven värme och tillförd eleffekt. Ett högt COPvärde, enligt ekvation (X), betyder att värmepumpen arbetar effektivt.[1:1] 1 Frånlufts- och tilluftsbatterier vilka är värmeväxlare av typ vätska-gas eller gas-gas. 10

16 COP HP H = (15) W Q net, in där COP HP coefficient of performance heat pump Q H värmeeffekt [W] W net, in tillförd eleffekt [W] Vattenuppvärmning För att värma inkommande spädvattnet krävs mycket energi eftersom det ofta rör sig om stora vattenmängder och kallvattentemperaturer under 10 o C. Med hjälp av värmeväxlare kan rätt temperatur fås på vattnet ut till bassängen. För att beräkna den överförda värmeeffekten till vattnet, [1:1], används ekvation (16) nedan: Q = mc p ( T 2 T 1 ) [kw] (16) där m = massflödet av vatten [kg/s] C = specifika värmekapaciteten [kj/kg o C] p T 1 = spädvattnets inkommande temperatur [ o C] T = spädvattnets utgående temperatur [ o C] 2 När vatten tillsätts för att kompensera för avtappning och avdunstning krävs en stor mängd värmeenergi då vattenmängderna i samband med badanläggningar är relativt stora. För att minska den mängd vatten som måste värmas är det klokt att avdunstningen hålls på en så låg nivå som möjligt eftersom det inte bara måste värmas nytt vatten utan att det cirkulerande badvattnet också kyls av på grund av förångning. 2.3 Vattenbehandling När det gäller vattenrening i badhus, swimmingpooler, friluftsbad, hotellpooler eller terapibad skall badvattnet uppfylla fyra kriterier för att kunna klassas som godkänt badvatten [1:2]. Dessa kriterier är att vattnet: skall se inbjudande ut inte ska sprida vattenburna sjukdomar bland de badande inte skall ge irritation i ögon eller slemhinnor skall ha en lämplig badtemperatur 11

17 Vidare finns riktlinjer för halter av kemiska föroreningar, aktivt klor, surhets- och grumlighetsgrad, temperaturer och sikt enligt Svenska naturvårdsverket. [1:2]. För att följa dessa kriterier krävs ett avancerat cirkulationssystem där vattnet renas och får en tillsats av steriliserande kemikalier Filtrering Grundkravet för ett badvattenfilter är att det ska kunna filtrera bort huvudparten av alla partiklar och på så sätt se till att det filtrerade vattnet får en tillräckligt låg grumlighet. Förutom detta ska filtret kunna avlägsna mycket små partiklar och lösta organiska föroreningar. Dessutom vill man ha ett filter som klarar av att beflockas, vilket innebär att ett flockningsmedel 1 tillsätts innan filtret för att flocka samman föroreningar som då uppnår tillräcklig storlek för att fastna i filtret. Det finns särskilda krav som en filteranläggning skall uppfylla för att kunna användas som ett badvattenfilter: Det filtrerade vattnet ska ha låg och jämn grumlighet Filterkonstruktionen ska ha lång livslängd och vara driftsäker. Filtret ska kunna tåla enstaka överbelastning Filtret ska kunna beflockas, vara lättskött samt lätt att spola rent Hantering av filtermaterial ska vara godkänt ur arbetsmiljösynpunkt Filter för användning i badanläggningar är uppdelade i två huvudgrupper, öppna och slutna tryckfilter. Det finns olika sorters filter där den egentliga skillnaden ligger i filtermediet och de vanligaste filtren är sandfilter och diatomitfilter. Förutom dessa finns också mineralullsfilter, tuff-filter, flermediefilter, patronfilter och påsfilter. Vid större anläggningar använder man sig av flera parallellkopplade filter istället för ett stort vilket gör att anläggningen kan vara driftsatt även vid filterbyte eller backspolning. [1:3] Den filterhastighet, alltså måttet på hastigheten med vilken vattnet passerar filtret, kan bestämmas genom att man dividerar vattnets omsättning i kubikmeter per timme med filtrets yta i kvadratmeter. Det tål att nämnas att dessa filter inte är de enda i en anläggning utan att det alltid finns s.k. förfilter som är till för att fånga upp de största fasta partiklarna innan de kommer in i pumpen och kan göra skada. Dessa är helt avgörande i en utomhusbassäng eftersom att där är ofta mycket mera skräp av olika slag. Beroende på vilken typ av filter samt vilken systemlösning som används varierar energianvändningen. Detta beroende på hur ofta ett filter behöver backspolas, om de kan backspolas samt om vattencirkulationen i anläggningen måste stoppas vid eventuell backspolning. 1 Vanligen aluminiumsulfat eller polyaluminiumklorider, som reagerar med vattnets lösta salter och bildar olösliga aluminiumhydroxider. Dessa flockar samman och adsorberar bl.a. löst organisk substans. (se 2.3.8) 12

18 2.3.2 Klorering Vid desinficering av badvatten används klor ( Cl 2 ), (vanligtvis används klorgas, natriumhypoklorit eller kalciumhypoklorit) och någon form av ph-reglerande medel (vanligen soda, saltsyra eller kolsyra). [1:4] Klor dödar mikroorganismer genom att inaktivera viktiga enzymer. Dessutom krävs relativt kort kontakttid för att uppnå den önskade effekten vilket gör klor till ett bra desinfektionsmedel. Reaktionsformeln för klorgas ser ut som följer: vatten+ klorgas underklorsyra + saltsyra : H O + Cl2 HOCl + HCl 2 och för natriumhypoklorit: vatten+ natriumhypoklorit underklorsyra + natriumhydroxid : H O + NaClO HOCl + NaOH 2 När kloret hamnar i vattnet bildar det underklorsyra ( ) HOCl och hypoklorit ( OCl ), vilka utgör det aktivt fria kloret. Förhållandet mellan dessa två molekyler är starkt ph- beroende, där högre ph ger mycket snabbt större andel hypoklorit då underklorsyra bildar hypoklorit och vätejoner. HOCl OCl + H + + Det som avgör ph-värdet hos en substans är dess andel fria H joner i förhållande till andelen OH joner. Vid ph-värdet 7.0 som är neutralt, alltså varken surt eller basiskt är detta + förhållande 1:1. Om andelen H joner nu ökar kommer ph att sjunka och vi får då en sur substans. [1:4] Underklorsyra är till skillnad från hypoklorit snabbverkande, närmare bestämt 80 till 100 gånger snabbare, vilket gör att HOCl renar betydligt bättre än OCl. Vid ett ph-värde på 7.0 är 75 % av det fria kloret HOCl. Vid ph 7.5 är förhållandet HOCl ungefär 50 OCl 50. Vid ph 8.0 är endast 20 % av det fria kloret HOCl. Det som anses vara ett lämpligt ph-värde för badvatten ligger mellan 7.2 och 7.6. Anledningen till att ph-värdet inte hålls på 7.0 är att halten fritt obundet aktivt klor vill hållas högt utan att riskera hud- och ögonirritation, som kan uppkomma vid Ph nära 7.0. Dessutom kan utrustning skadas i form av korrosion [1:4]. Har man däremot ett för högt ph-värde kan detta göra att man får kalkutfällningar på ledningar och bassäng. Figur (6) nedan visar hur förhållandet mellan HOCl och OCl varierar med ph. 13

19 Figur 6. Här syns hur förhållandet mellan HOCl och OCl varierar beroende på ph-värdet. (Bild: Trans Instruments[3:3]) Det fria kloret reagerar med organiska ämnen som finns i badvattnet (ex. svett, urin, kosmetika, hårspray m.m.) och bildar kloraminer vilka är betydligt sämre bakteriedödare än underklorsyra. Förutom detta har kloraminerna en del andra negativa egenskaper som klorlukt i badanläggningar och de kan dessutom ge upphov till ögonsveda och hudirritation. För att uppnå en god reningseffekt vid klorering av badvatten vill man ha ett förhållande mellan underklorsyran och det bundna kloret på 10:1. [1:4] Om detta förhållande inte uppnås av någon anledning inte kan uppnås kommer vattnet behöva extra rening eller avblödas med ett högre flöde. Detta resulterar i att mera vatten måste värmas för att täcka upp den ökade andelen avblödat vatten ph-reglering För att reglera ph-värdet i badvatten finns flera olika tillvägagångssätt. Om man använder sig av klorgas vid sin desinficering sänker man ph-värdet vilket gör att man måste använda sig av ett ph-höjande medel som ex. soda. Använder man istället kalciumhypoklorit eller natriumhypoklorit, vilka höjer ph-värdet krävs HCl. Det vanligast förekommande ph-sänkade ämne som används idag är koldioxid som höjer vattnets alkalinitet, vilket egentligen är vattnets förmåga att motstå snabba ph förändringar. Använder man sig av klor som desinfektionsmedel är det en stor fördel att reglera Ph med koldioxid eftersom att kloret kräver ett stabilt ph för att fungera optimalt. Vad gäller klorhaltsregleringen mäter man ph samt det fria och bundna kloret. Med hjälp av dessa mätningar kan då klorhalten i badvattnet regleras för att uppnå god reningseffekt och hålla nere halten bundet aktivt klor. en tillsats av ett ph-sänkade medel ex. koldioxid ( ) 2 CO eller saltsyra ( ) 14

20 2.3.4 Bundet klor För att hålla nere halten av bundet klor i badvattnet kan man rent teoretiskt avblöda vattnet och späda med nytt vatten, men detta är dock oftast inte en lönsam metod då mera vatten måste tillföras och värmas. Det finns däremot bättre och mera lönsamma metoder där de vanligaste är att använda sig av UV-ljus, aktivt kol eller ozon. [2:5] UV-ljus För att minska halten av det bundna kloret i form av skadliga kloraminer kan man belysa vattnet, efter filtrering, med ultraviolett ljus vilket gör att klortillsatsen kan reduceras utan en ökning av bakterier i badvattnet. Dessutom minskas kloraminhalten med mer än 50 % genom nedbrytning och den minskade halten tillsatt klor. UV-ljus system. Figur 7. Principskiss över (Bild: Lenntech [3:4]) Aktivt kol Aktiva kolfilter används för att i huvudsak reducera de organiska föreningar som bildats men också till att avozonisera vattnet innan det förs ut i bassängen vid ozondesinfektion. Vid reducering av de organiska föreningarna ex. kloraminer, adsorberar kolet föroreningarna vilket betyder att dessa dras mot kolets yta och fastnar Ozon De föroreningar som finns kvar efter filtrering och kemisk oxidation med klor måste naturligtvis avlägsnas och detta kan då göras med hjälp av ozon ( O 3 ) som oxiderar de sista organiska föreningarna. Ozonet har så stark oxiderande effekt att det inte bildas något bundet klor i form av kloraminer. Det ozon som blir över efter oxidation tas bort i filter med aktivt kol. En stor fördel med ozonet i dessa sammanhang är att det sönderfaller till syre vid desinfektion och oxidation. 15