Zwembad desinfectie en automatisering

Voor een schoon en algen vrij zwembad is desinfectie en filtering van cruciaal belang. De goedkoopste manier om dat te realiseren is met een natuur vijver. Maar om algen weg te houden, heeft zo’n vijver veel zorg en aandacht nodig. Als de zon even gaat schijnen en de aanwezige planten niet alle voeding uit het water hebben gehaald zal het bad snel groen worden. In “natuur” vijvers wordt daarom vaak toch ook nog een UV lamp of hydrolyse gebruikt en soms zelfs ook nog een beetje chloor.
Als je dan bedenkt dat in zeewater, zout desinfecterend werkt en chloor een bestanddeel is van zout (NaCl), lijkt zout elektrolyse (=SWG= SWcG= SaltWaterChlorineGeneration) waarbij je chloor maakt uit zout, een natuurlijke manier om een zwembad schoon te houden. Omdat het goedkoop is, wordt het ook als de beste optie aanbevolen door het Amerikaanse TroubleFreePool(TFP). Omdat een klein beetje zout gecombineerd met elektrolyse al genoeg blijkt te zijn om voldoende algen werend en desinfecterend te zijn, is het volgens TFP ook niet nodig om daarnaast nog eens te investeren in systemen die nog meer ontsmetten zoals UV, hydrolyse (=AOP= Advanced Oxidation Process) en ionisatie. Met die systemen heb je minder zout nodig. Maar zout is niet schadelijk, niet duur en voor elektrolyse is het benodigde zoutgehalte al 7x lager als zeewater zodat je het ook nauwelijks proeft. Je maakt extra kosten voor nul toegevoegde waarde. Je zou nog kunnen denken dat zout ook goed werkt tegen bevriezing. Maar omdat de concentratie zout maar ca 5g NaCl per liter is, wordt het vriespunt van water, volgens wikipedia, maar een halve graad lager. Maak de skimmers in de winter dus droog door het water te laten zakken en laat de pomp draaien als het vriest.

We kiezen dus voor zout elektrolyse om het bad te reinigen en ontsmetten. Het hele systeem voor een bad van 85m³ (=85000l =22500gallon) bestaat uit de volgende onderdelen:

• Een zand filter.
  Een te klein filter moet je vaak schoon spoelen (backwashen). Dat spoelwater loos je in het riool wat leidt tot veel water verlies. Bij TFP zeggen ze daarom dat je het best het grootst mogelijke nog betaalbare filter kan kopen. Een groot filter geeft ook minder tegendruk. Om verstopping tegen te gaan kun je ook het best niet heel het filter met filter zand vullen, maar het onderste gedeelte met fijn grind (pea gravel/pebbles) vullen.
  
• Een terugspoelklep (backwash valve). Door de klep op het standje terugspoelen te zetten kun je de het filter schoonspoelen. Dit is een handmatige actie die je ook kunt automatiseren met bijvoorbeeld een klep van Besgo of pentair. Alleen het vreemde van deze kleppen is dat ze werken met luchtdruk, waardoor je er ook nog een compressor bij moet kopen. Starway heeft er een 24V full electric/motorized versie van. Een goedkoper alternatief is om 2 automatische drie weg kleppen te monteren.
  
  In het eerste plaatje hieronder staan de 2 kleppen zo dat het water gefilterd wordt. In het tweede plaatje gaat het water andersom(backwashen) door het filter en wordt het zand schoon gespoeld. je moet dan alleen wel de pomp uitzetten voordat je deze kleppen omzet.
• Een pomp. De flowrate van de pomp moet kleiner zijn als de max flowrate van het filter. De pentair TR100 is bvb max 22m³/h. Kies de pomp dus kleiner als die 22 kuub. Om bij dit soort flows, de flowrate door de leidingen te beperken tot ca 3m/s gebruik je leidingen van 63mm. Er wordt vaak gezegd dat het goed is als de pomp in 4 tot 8 uur het hele bad kan verversen. Dus dat wordt dan in ons geval 85000/4=21250l/u=21m³/u. Omdat de pomp zoveel aanstaat is het zaak een zo energiezuinig mogelijke pomp aan te schaffen. Speck BADU levert Variable Speed ECO pompen die nog 1000 toeren kunnen maken met 100Watt stroom.
  
  Stel dat je de Speck Badu Prime Eco VS pomp met deze toeren elke dag 4 uur aan zet, dan kost dat bij een stroomprijs van 0,25€/kWh je 4x350x(100/1000)x0,25=35€ per jaar. Een goedkope pomp van 1000W zou je 350€ per jaar kosten. Voor het filteren, backwashen en het reinigen met de robot gebruikt de pomp verschillende snelheden. Daarvoor hebben de Speck pompen 3 verschillende ingangen. Sommige kunnen ook via RS-485 worden aangestuurd.
• Een zout elektrolyzer. Alleen als de pomp draaid kan, via elektrolyse, chloor afgegeven worden aan het bad. Om het energieverbruik van de pomp zo laag mogelijk te krijgen wil je de pomp zo kort mogelijk laten draaien en heb je een relatief grote elektrolyser nodig om toch nog de benodigde hoeveelheid chloor het zwembad in te krijgen. Volgens TFP is voor een bad dat gebruik maakt van zout elektrolyse een vrij chloor gehalte van 3ppm ideaal. In de winter kun je het zelfs lager houden houden, algen groeien nauwelijks meer als het water onder de 15 graden wordt. Je hoeft dan ook nauwelijks chloor toe te voegen omdat vrij chloor alleen verdwijnt onder invloed van de zon en verontreinigingen. Als het bad schoon is zul je dus ‘s-nachts geen vrij chloor moeten verliezen. Als dat wel zo is, is je bad verontreinigd. Als gevolg van de zon/UV verlies je max 2ppm per dag, die je ‘s-nachts weer aan moet vullen. Met de rekentool van pool school blijkt dat je voor een 85000l bad, een elektrolyser die op 50% draaid, een pomp die 8u/dag draait om 2 ppm chloor te genereren een elektrolyser nodig hebt die minstens 2,25lbs/day(=2,25*454/24=42gram chloor per uur) kan maken. Voor automatising kun je slimme elektrolyse apparaten kopen zoals bvb de astral elite connect of de sugar valley electrolysers. De hele geavanceerde hebben een hele dure chloor sensor waarmee ze het chloor op peil houden. Alternatief kan dat ook met een ORP sensor. Maar met een ORP(redox) meting, meet je niet alleen vrij chloor maar wordt die ORP waarde bvb ook enorm beïnvloedt door de PH waarde en de aanwezige hoeveelheid CYA. Daarom leveren fabrikanten naast deze ORP sensor ook vaak een regeling om de PH op een vaste waarde te houden. Je moet dan nog steeds wel zelf zorgen dat je CYA waarde op een vast (laag) niveau houdt. Als de elektrolyser wat ingangen heeft om de chloor productie te regelen kun je ook met wat trial en error m.b.v een tijdrelais de chloor productie regelen. Dan heb je zelfs geen ORP sensor nodig. De idegis domotic is dan bvb een goede. De DOM42-PH heeft een ORP input om ook de electrolyser uit te kunnen zetten. Ook heeft hij een cover input en flow input. Pas als die niet geactiveerd zijn produceerd deze elektrolyser op hoog niveau, als cover input is geactiveerd gaat hij op een zelf in te stellen lager niveau produceren en als de flow nul wordt gaat hij ook uit.
• Een bodem reiniger kan elektrisch of op waterkracht (hydraulisch) m.b.v. een pomp worden aangedreven. Een reiniger op stroom of accu’s geeft in het algemeen een beter resultaat. Maar omdat accu’s verouderen en stroom en water niet goed samen gaan, heb ik toch gekozen voor een hydraulische reiniger. Alle behandelingen (spoelen, filteren en bodem reinigen) kunnen dan gedaan worden met de pomp. De zodiac baracuda g3 lijkt een hele goeie voor een zwembad met verschillende niveaus. Ook de polaris atlas XT(Zodiac MX10) lijkt goed. Als je een aparte zuigleiding hebt kun je met een elektrische klep de bodem reiniging activeren. De Zodiac zuigt het vuil op en sluit je dus aan op de zuigzijde (suction side cleaner) van de pomp, je hebt ook reinigers die je aan de perszijde (pressure side) van de pomp aansluit. Die schijnen ook heel goed te kunnen werken maar hebben een eigen vuil opvangzak die je af en toe zult moeten legen. Ook hebben die reinigers behoorlijk wat druk (een eigen pomp) nodig.
• Een warmtepomp. De soortelijke warmte van water is 4,2 kJ/kg.C°. Dus om 1 liter water 1 graad Celsius in temperatuur te laten stijgen is er 4,2kJ nodig. Dat komt overeen met 4,2kJ= 4,2kWs= 4,2/3600= 0.00116kWh. Voor een bad van 85 m³ wordt dat dus 85*1000*0,00116=100kWh en als het bad gedurende de nacht 2 graden afkoelt heb je dus 200kWh nodig om hem weer op temperatuur te brengen. Stel dat je de warmtepomp dan 4 uur per dag aanzet, dan heb je dus per uur 200/4=50kW warmte nodig. Met een COP van 10 zou een warmtepomp van 50/10=5kW die hoeveelheid energie kunnen leveren. Om zo’n hoge COP te halen en dus zo goedkoop mogelijk te kunnen stoken zet je de warmtepomp aan gedurende het warmste deel van de dag. Om een groot deel van het jaar van het zwembad gebruik te kunnen maken, gebruiken ze op het net de vuistregel dat je het aantal kuubs delen moet door vier. In ons geval wordt dat dan een 85m³/4=21,25kW warmtepomp. Om het warmteverlies te beperken dek je het zwembad af met een folie om verdamping tegen te gaan. Met zo’n folie voorkom je tot wel 70% van het dagelijks warmteverlies.

Het hele schema wordt dan als volgt:

De Idegis electrolyser (E) met eventuele benodigde sensoren (S) zit na de warmtepomp zodat er geen hoge concentraties chloor door de warmtepomp kunnen gaan. Met hand klep H6 kun je ervoor zorgen dat de electrolyser de minimaal benodigde 8 kuub water per uur krijgt.
De dikke lijnen in de drieweg kleppen geven aan hoe het water stroomt bij normaal filter bedrijf. Als je de drieweg kleppen A, B en C om zet, stroomt het water andersom door het filter wat daardoor schoon wordt gespoeld en verdwijnt het vieze water in het riool. Als je daarna alleen de twee rechter weer in de normale stand zet, implementeer je de rinse stand van een standaard 6-weg terug spoel klep.

Ik heb ervoor gekozen om de automatisering met SmartThings Home Automation te realiseren. Je kunt ook gespecialiseerde zwembad controllers kopen, zoals bvb de pentair controlpro saleo vs, maestro etc. Maar dat is snel behoorlijk prijzig en biedt niet de mate van integratie en flexibiliteit als Home Automation. Met een aantal relais zoals bvb de SonOff 4ch pro kun je dan met wat HA routines het zwembad geheel automatisch reinigen, filteren en verwarmen. Voorwaarde is wel dat alle onderdelen van de installatie met een relais aangestuurd kunnen worden. Eigenlijk hebben alle hierboven genoemde apparaten wel de mogelijkheid om aan/uit gezet te worden m.b.v een relais. De 3-weg kleppen zijn te verkrijgen met diverse bedradings opties.
De CR502 optie:
loopt d.m.v. een veer/condensator automatisch dicht als de spanning wegvalt. Hiermee kun je bvb voorkomen dat de al je zwembad water per ongeluk in het riool wordt geloosd na een stroomstoring. De terugmelding van de kleppen A,B en C kun je dan gebruiken om de pomp aan te zetten.
Om 4 verschillende snelheden te kiezen hebben de Speck BADU pompen 4 inputs. P0 gebruik je om de pomp te stoppen. P1 voor normaal filter bedrijf, P2 voor backwashen en P3 gebruiken we niet niet. Deze inputs moeten potentiaal vrij aangesloten worden wat wil zeggen dat de pomp op die 4 draden (bruin(P1), groen(P2), geel (P3) en rood(P0)) zelf een spanning van 3.3V zet. Als je dan bvb de groene draad met de zwarte verbind, blijkt er zo’n 3mA te gaan lopen en wordt pomp snelheid P1 geactiveerd. De pomp wordt niet uitgezet als je de groene draad weer losmaakt. Je moet dan P0 activeren(even de zwarte met de rode verbinden). P0 heeft wel prioriteit dus als je zowel de groene als de rode met de zwarte draad verbind zal de pomp uitgaan.

Met 5 outputs (S1-S5) kunnen we de 5 onderdelen van de installatie aan/uit zetten(S1=Pomp, S2=Filter richting, S3=Electrolyser, S4=Warmtepomp, S5=Bodem reiniger). Als S2 aan staat gaan we backwashen en als die uit staat is het normaal filter bedrijf.

Je wil een elektrisch schema maken die zo ongevoelig mogelijk is voor fouten in de bediening (S1-S5). Je wil bvb niet de pomp laten draaien als de kleppen nog dicht zijn. In bovenstaand schema zal de pomp direct worden uit gezet (P0) als S1=0, maar ook als de 3 weg kleppen niet volledig open en niet volledig dicht staan. Ook kan de pomp pas aan gaan als de kleppen A B en C volledig open(P1) zijn of volledig dicht(P2). Met S2 wordt het backwashen geactiveerd. Klep A, B en C gaan dan dicht. Klep C (riool) wordt met een kleine vertraging weer open gedaan (Rinse stand). Omdat bij backwashen het water in het riool verdwijnt zou je nog willen voorkomen dat S2 (kleppen A,B en C langdurig dicht) overdreven lang kan worden geactiveerd. Een simpele oplossing is door voor S2 een tijdrelais te gebruiken. Er is geen noodzaak om dit via internet aan te kunnen sturen. Ook voor S5(bodem reiniger) zou je een tijdrelais kunnen gebruiken.