Kuidas töötab voolusüsteem kontravoolus basseinis?

Vastavoolusüsteemi põhifüüsika ja funktsioon

Bernoulli põhimõte ja impulsi tasakaal vastassuunas liikuvas voolus

Vastavoolusüsteemid toimivad Bernoulli põhimõttel. Kui vesi kiireneb läbi need purskkaevud, tekib madalam rõhk, mis imab enda sisse ümbritsevat vett ja teeb ettepoole liikumist võimalikuks. See rõhuerinevus võimaldab ujujatel paigas püsida ilma seda ümber lüüa saamata. Täielik süsteem põhineb ka impulsi tasakaalustamisel. Ujujad tõukuvad vastu voolu ja süsteem reageerib peaaegu kohe, kohandades vooluhulka. Eelmisel aastal avaldatud uuringud ajakirjas „Journal of Fluid Dynamics“ andsid huvitavaid tulemusi. Kui vee kiirus hoiatakse umbes plussmiinus 0,2 meetrit sekundis, väheneb energiatarve umbes 17% võrreldes vanemate süsteemidega, mis ei suutnud kohanduda. Kogu selle säilitamine nõuab siiski väga võimsaid pumpasid. Olümpiaformaadis basseinide puhul on tegemist masinatega, mille võimsus jääb vahemikku 80–120 hobujõudu, et kompenseerida inimeste ujumisel tekitatavat jõudu. Need pumbad peavad kinetilist energiat väga täpselt edastama, et kogu süsteem sujuvalt töötaks.

Laminaarne ja turbulentsvoolu režiimid ning nende mõju ujuja kogemusele

Veevoolu kvaliteet mõjutab oluliselt treeningseansside tulemuslikkust ja sportlaste mugavustunnet. Laminarne vool, mis tähendab sujuvaid paralleelseid voogusid, mis ei vibreeri eriti, pakub ujujatele stabiilset takistust, mida on vaja liikumisstiilide täiustamiseks ja paremate tehnikate arendamiseks. Teisalt põhjustab turbulentsvool mitmesuguseid eelarvamatuid rõhu muutusi. Mõne eelmine aasta Sports Engineering Review'is ilmunud uuringu kohaselt võib see teha treeninguid tegelikult umbes 34% raskemaks, kui nad peaksid olema. Seetõttu on kaasaegsed treeningukeskused alustanud eriliste koonduvate difusorite ja voolu sirgendajate paigaldamist. Need seadmed aitavad säilitada sujuvat tööd, hoides Reynolds’i arvu all 2000, mis on just see piir, kus laminarset tingimust saavutatakse. Ujujad tajuvad ka tegelikku erinevust. Kui turbulents jääb alla 5%, ütleb enamik inimesi, et nad ei väsivad nii palju intensiivsete anaeroobsete seeriate ajal. Kui aga vool muutub liiga kaootiliseks, häirib see normaalset hingamismustrit mõlemal pool ning raskendab tuuma (core) õigeid lihaseid täielikult aktiveerimist.

Põhikomponendid, mis võimaldavad usaldusväärset vastuvoolusüsteemi

Kõrgtõhususega pumbad: vooluhulk, peapõhjus ja energiatõhusus

Pumbad on põhimõtteliselt iga basseini süsteemi eluveri. Kodubasseinide puhul on ujujate kiiruse säilitamiseks – kas nad lihtsalt ujuvad või teevad tiiru – vajalik umbes 100 kuni 200 gallonit vett minutis. Oluline on ka peapõhjus, sest piisava võimsuseta ei suuda vesi läbida korralikult kõiki torusid ja soojusavaledeid ning voolu suund muutub segaseks. Siin tulevad appi muutuva kiirusega pumbad. Need võimaldavad reguleerida vee liikumiskiirust, mis vähendab elektriarveid umbes 70% võrra võrreldes vanade ühekiiruseliste mudelitega. Aeglaselt koguneb see oluliseks summaks, eriti kuna enamik inimesi käivitab oma basseine tegelikult ujumise ajal mitmeid tunde järjest.

Soojusavalede disain: difusori geomeetria ja ujujatele keskendunud voolusuund

Selleks, et kõrgsurveline vesi muuta tõhusaks ja stabiilseks ujujatele, on oluline, kuidas on disainitud purskkaevud. Kui difusor laieneb aeglaselt, muundab see kaootilise turbulentsuse sujuvaks vooluks, mis vähendab neid tüütuid väikesteid vorteksiid, mis kulutavad varustust kiiremini kui tavapäraselt. Enamik süsteeme võimaldab operaatoreil nurga reguleerida umbes pluss- või miinus 15 kraadi ulatuses, nii et vesi tabab umbes seljaosa kõrgust, tagades seeläbi ühtlase takistuse kogu keha pikkusel treeningu ajal. Insenerid kasutavad nende täpsustamiseks keerukaid arvutimudeleid, mida nimetatakse CFD-ks (computational fluid dynamics), et kujundada vee väljumist süsteemist ning kõrvaldada kohad, kus vesi lihtsalt seismab või teatud piirkondades liiga kiiresti välja süüdatakse. Lõpptulemuseks saadakse tunde, mis on palju loomulisem ujumiseks vastu, säilitades suhteliselt püsiva voolukiiruse kogu ujupatareia pikkusel – kiirus muutub algusest lõpuni vähem kui 0,1 meetrit sekundis.

Kontravoolusüsteemide tüübid ja reaalmaailmas mõõdetud toimimise võrdlus

Tänapäevased vastavoolusüsteemid on põhimõtteliselt kahe peamise tüübiga: need, mis paigaldatakse kohe basseini ehitamise ajal, ja need, mida hiljem olemasolevatesse basseinitesse lisatakse. Ühendatud süsteemid tagavad tavaliselt umbes 15–20 protsendi parema voolukindluse, kuna neil on parem hüdrauliline marsruutimine ja tugevam konstruktsioonitoetus. Pärastehituse üksused on algsete paigalduskulude poolest palju odavamad – nende paigaldus maksab uutesse basseinitesse ehitamisest umbes 30–40 protsenti vähem. Uuringud veeliikumise kohta on näidanud, et selliste süsteemidega ehitatud basseinid säilitavad sujuva laminaarse voolu umbes 25 protsenti kauem pikendatud treeningute ajal. Maapinnast kõrgemal asuvate versioonide puhul toimivad nad väga hästi pinnasülgudes taastusravi basseinides, kus mõned kontrollitud turbulentsed voolud aitavad tegelikult lihasretoodit ja õpetavad närve pärast vigastust uuesti töötama. Energiasäästu osas on oluline, millist pumba kasutatakse. Muutuva kiirusega pumbad võivad linnasüsteemides aastas kulutada aastas 200–400 USA dollari võrra vähem kui vanad ühekiiruselised mudelid. Enamik inimesi, kes need süsteemid paigaldavad, satub siiski probleemidesse voolu ühtlasusega. Ainult umbes poolel kõigist pärastehituse süsteemidest õnnestub säilitada vee liikumine jõuallikatest kaugemal kui kaks meetrit kiirustega, mis erinevad vaid ±5 protsenti, kui neisse ei lisata erilisi voolu sirgendavaid funktsioone.

Praktilised kaalutlused vastuvoolusüsteemi paigaldamiseks ja optimeerimiseks

Mõõtude suunised põhinedes basseini mõõtudel ja ettenägematud kasutusviisil (treening vs. taastusravi)

Õige suurusega varustuse valimine tähendab voolu liikumismustrite sobitamist basseini kujuga ja selle eesmärgiga. Võistlusujumise treeningute puhul soovitavad enamik eksperte voolukiirust 1,8–2,2 m/s vahel, mis tavaliselt nõuab vähemalt 15 hj võimsusega pumpasid, et luua piisavalt takistust liikumisvõime arendamiseks ja võistluste ajal täpse tempo säilitamiseks. Taastusravi eesmärkidel kasutamisel muutub olukord märkimisväärselt. Sellistel juhtudel on tavaliselt vaja pehmemaid voolusid kiirusega umbes 0,8–1,2 m/s, mida saab sageli tagada väiksemate 7–10 hj süsteemidega, mida saab vajaduse korral kohandada ilma liigeseid koormamata. Ka basseini sügavus mõjutab seda, kuhu torude avad paigaldada. Üle 1,5 meetri sügavad basseinid vajavad tavaliselt kaldatud difusoreid, et vältida kaoslikke pinnalainetusi ja soovimatuid õhumullikesi. Enne igasuguseid ostuotsuseid tuleb kõik üle kontrollida tootja vooluandmete tabelite põhjal ning arvutada tegelikud basseini ruumala andmed. Liiga väiksed süsteemid põhjustavad frustratsiooni tekitavaid ebakorrapärasusi voolu tugevuses, samas kui liialt suured süsteemid kulutavad liigselt elektrit ja põhjustavad komponentide liialdatud kuluvust.

Hooldus, müra kontroll ja energiasäästu parimad tavapraksid

Regulaarne hooldus aitab süsteemidel pikemalt töötada ja paremini toimida. Kuu tagant tuleb sisendfiltrid puhastada, et need ei ummistuks ja ei vähendaks veavoolu. Iga kolme kuu tagant tuleb kontrollida nõeladifusoreid kaltsiumi- ja biofilmikihiste tekke suhtes. Soovite vaiksemat tööd? Paigaldage pumpad vibratsioonisisaldajatele ja asetage seadmed vähemalt 3 meetri kaugusele basseini äärest, et vähendada müra edastumist seintesse. Muutuva kiirusega pumpad on mängu muutnud energiasäästu osas – need vähendavad võimsustarbimist umbes 30% võrra vanade ühekiiruseliste mudelitega võrreldes. Lisanu, kavandage toimingud kõige madalamat koormust nõudvatele ajaperioodidele ja kasutage basseini kasutamise ajal soojuskaitsukatteid, mis võivad taassoojenduskulusid vähendada poolest kuni kahe kolmandikuni. Ärge unustage kogu torustuse ühendusi hermeetiliselt sulgeda kvaliteetse meretarbe eesmärgil mõeldud epoksiühendusainega. Väikesed õhukestest lekkeid võivad aastas tegelikult kulutada kuni 20 000 liitrit vett, seega teeb see lihtne samm suure erinevuse nii tõhususes kui ka kulutuste vähendamisel.

KKK jaotis

Millisel põhimõttel põhinevad vastavoolusüsteemid?

Vastavoolusüsteemid põhinevad Bernoulli põhimõttel, mis kasutab rõhkude erinevust ujuja asukoha säilitamiseks, kohandades sellele vastavalt veavoolu.

Kuidas erineb laminaarne vool turbulentsest voolust nendes süsteemides?

Laminaarne vool pakub stabiilse takistuse jaoks ideaalseid, ühtlasi paralleelseid voogusid, samas kui turbulentne vool teeb treeningu tundma raskemana põhjustades ebatäpselt prognoositavaid rõhu muutusi.

Mis on kaaks peamist vastavoolusüsteemi tüüpi?

Kaaks peamist tüüpi on integreeritud süsteemid uute basseinide jaoks ning järelinstallimise üksused olemasolevate basseinide jaoks, kus integreeritud süsteemid tagavad parema voolu ühtlasuse.

Kuidas mõjutab pumpade võimsus ja vooluhulk süsteemi toimivust?

Pumpade võimsus ja vooluhulk on kriitilised tegurid, mille nõudmised erinevad treeningu ja taastusravi eesmärkide järgi ning mõjutavad takistust, energiatõhusust ja kulutusi.

Millised hooldustavad suurendavad vastavoolusüsteemide tõhusust?

Süsteemi tõhususe säilitamiseks aitab regulaarne sisselaskefilterite puhastamine, survepiiskurite difusorite kontrollimine kihistumiste suhtes ning vaiksema tööga kaasaaitavate vibroisolatsioonide kasutamine.