DESHUMECTACIÓN CON BOMBA DE CALOR Y RECUPERACIÓN DE CALOR EN GIMNASIOS Y PISCINAS. Miguel Miguel Zamora Zamora García

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1 DESHUMECTACIÓN CON BOMBA DE CALOR Y RECUPERACIÓN DE CALOR EN GIMNASIOS Y PISCINAS Miguel Miguel Zamora Zamora García

2 ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN 2. SISTEMAS DE RECUPERACIÓN DE CALOR EN GIMNASIOS Y PISCINAS 3. CONDICIONES GENERALES DE CÁLCULO Y DISEÑO DE PEQUEÑAS PISCINAS EN GIMNASIOS 4. CASO DE ESTUDIO. SPA DE UN GIMNASIO

3 INTRODUCCIÓN Particularidades del diseño climático de Gimnasios: Altas tasas de ocupación Elevadas cargas latentes (alta sudoración) Mayores concentraciones efluentes orgánicos Mayores concentraciones de efluentes inorgánicos (cloro y desinfectantes) Alta tasa de ventilación (renovación de aire) Alta demanda de agua caliente sanitaria (ACS) Especial atención a la recuperación de calor del aire de ventilación 3

4 SISTEMAS DE RECUPERACIÓN DE CALOR EN GIMNASIOS Y PISCINAS Recuperación activa del aire de extracción en equipos aire-aire: 4

5 SISTEMAS DE RECUPERACIÓN DE CALOR EN GIMNASIOS Y PISCINAS Recuperación de calor para producción de ACS Los gimnasios son locales con elevadas cargas internas, por lo que la demanda térmica mayoritaria a lo largo del año es la de refrigeración. El calor de condensación de los circuitos frigoríficos se expulsa por lo tanto al ambiente. Estas instalaciones presentan una considerable demanda de ACS para sus vestuarios y duchas. 5

6 SISTEMAS DE RECUPERACIÓN DE CALOR EN GIMNASIOS Y PISCINAS Recuperación de calor para producción de ACS Una solución para producir ACS con alta eficiencia es la instalación de intercambiadores de recuperación de gases calientesen la descarga del compresor, antes del condensador. El intercambiador de gases calientes sólo se instala sobre los circuitos frigoríficos principales. La potencia recuperable es el 20% de la potencia frigorífica total. 6

7 SISTEMAS DE RECUPERACIÓN DE CALOR EN GIMNASIOS Y PISCINAS Bomba de calor de piscinas. Equipo de deshumectación. Funcionamiento Recuperación del calor de condensación 7

8 SISTEMAS DE RECUPERACIÓN DE CALOR EN GIMNASIOS Y PISCINAS Bomba de calor de piscinas. Recuperación de calor del aire de ventilación. Solución convencional: recuperación pasiva Recuperador pasivo 8

9 SISTEMAS DE RECUPERACIÓN DE CALOR EN GIMNASIOS Y PISCINAS Bomba de calor de piscinas. Recuperación de calor del aire de ventilación. Solución mediante recuperación activa Circuito de recuperación activa 9

10 SISTEMAS DE RECUPERACIÓN DE CALOR EN GIMNASIOS Y PISCINAS Bomba de calor de piscinas. Recuperación de calor del aire de ventilación. Solución mediante recuperación activa 10

11 Circuito frigorífico de recuperación activa reversible Ventiladores Plug-Fan Refrigerante R-410A SISTEMAS DE RECUPERACIÓN DE CALOR EN GIMNASIOS Y PISCINAS Bomba de calor de piscinas. Recuperación de calor del aire de ventilación. Solución mediante recuperación activa Control CIATpool patentado 11

12 CONDICIONES GENERALES DE CÁLCULO Y DISEÑO DE PEQUEÑAS PISCINAS EN GIMNASIOS Particularidades de los Spas de Gimnasios: Evaporación de la lámina de agua del vaso de la piscina con temperaturas del agua del vaso más altas (=>30ºC) y piscinas de menor tamaño pero con menor agitación de los bañistas Pueden contener efectos de agua que aumente la evaporación (chorros de agua) Reducida superficie de playa Menor evaporación del agua que sacan los bañistas al salir del vaso que en piscinas deportivas o de juego Ubicación habitual en sótanos y o sin ventanales al exterior para preservar la intimidad, por lo que no se tiene en cuenta la radiación 12

13 CONDICIONES GENERALES DE CÁLCULO Y DISEÑO EJEMPLO. Cálculo del caudal másico de agua evaporada de la piscina: Ecuación de Bernier corregida: M e = S [ n 0,2] (W - W ) ξ + ag ai 0,1 N M e : caudal másico de agua evaporada [kg/s] S: superficie de la lámina de agua de la piscina [m 2 ] n: número de bañistas por m 2 de superficie de lámina de agua W ag : humedad absoluta del aire saturado a la temperatura del agua de la piscina[kg ag /kg as ] W ai : humedad absoluta del aire a la temperatura seca del aire ambiente interior [kg ab /kg as ] ξ : coeficiente de mayoración por los artificios terapéuticos como chorros y cascadas N : número total de ocupantes del recinto 13

14 CASO DE ESTUDIO. SPA DE UN GIMNASIO EJEMPLO. Cálculo del caudal másico de agua evaporada de la piscina: Ecuación de Bernier corregida: M e = S [ n 0,2] (W - W ) ξ + ag ai 0,1 N M e = 30 [ ,167 0,2] (0, ,01782) 2,3 + 0,1 5 = 17,07 kg/h Localidad: Madrid (altura sobre el nivel del mar 667 m) Superficie local: 100 m 2 Altura: 2,7 m Superficie vaso: 30 m 2 Ocupación prevista: 5 personas (n=0,167 pers/m 2 ) Temperatura seca de diseño del aire: 29 ºC Humedad relativa de diseño del aire: 65% Humedad absoluta del aire: W ai = 0,01782 kg ag /kg as Temperatura del agua: 30 ºC Humedad del aire saturado a la temperatura del agua: W ag = 0,02957 kg ag /kg as Coeficiente de mayoración por efectos: ξ = 130% (chorros bajo agua y un hongo) 14

15 CASO DE ESTUDIO. SPA DE UN GIMNASIO Caudal de aire mínimo de ventilación: Q min 3 = S 2,5 (dm /s) / m 2 Q min = 30 2,5 (dm 3 /s) / m 2 = 75 dm 3 /s = 270m 3 /h Deshumectación producida por el aire exterior: Analizando los datos de la base climática la humedad del aire exterior más desfavorableenelhorariodeaperturade08:00a22:00(cierre enagosto)es: W ext =0,008857kg ag /kg as, Text=22,6ºC, ρ=1,087kg/m 3 Humedadabsolutadelairedepiscina:W ai =0,01782kg ag /kg as La deshumectación producida por el aire exterior es: M ext = Qmin (W ai - W ext ) ρ M ext = 270 (0, ,008857) 1,087 = 2.63 kg/h 15

16 CASO DE ESTUDIO. SPA DE UN GIMNASIO Caudal másico de agua evaporada de la piscina: M e = 17,07 kg/h Deshumectación producida por el aire exterior: M ext = 2,63 kg/h Deshumectación a realizar por la BCP: M des = 14,44 kg/h 3 Caudal de aire mínimo de ventilación: Q min = 270m /h 16

17 Preselección: CASO DE ESTUDIO. SPA DE UN GIMNASIO Como número índice una relación de caudal de aire a masa de agua deshumectadade 300 m 3 /kg BCP de m 3 /h OPCIÓN 1 Si Q vent 3 Qmin=835 m 3 /h M ext =8,14 kg/h de agua M des = 17,07 8,14 = 8,93 kg/h Aplicando el ratio medio de 300 m 3 /kg BCP de m 3 /h de caudal El volumen del local es 270 m 3. Opción 1: Tasa de recirculaciones horas de 16 Opción 2: Tasa de recirculaciones horas de 10 La tasa de recirculaciones hora normalmente empleado en la climatización de piscinas deportivas está entorno a 8. En ninguno de los dos supuestos considerados, es necesario recuperar energía del aire de extracción al no superarse el valor mínimo exigido en el RITE. 17

18 CASO DE ESTUDIO. SPA DE UN GIMNASIO Simulación energética. Cálculo de la demanda térmica: Horario de apertura de 8h a 22h y cierre en agosto. La ocupación máxima es de 5 personas 1 Perfil de ocupación semanal % ocupación hora La variable de control es la humedad del local. El factor de utilización se calcula con la carga latente y la potencia latente del equipo. El resto de energía calorífica necesaria tanto en aire como en agua es suministrada a partir de un apoyo mediante caldera. 18

19 CASO DE ESTUDIO. SPA DE UN GIMNASIO Demanda energética del vaso de la piscina: Hipótesis: Temperatura de los cerramientos es de 25 ºC La renovación de agua del vaso es del 5% Coeficiente de transmisión de 1 W/m/ºC de las paredes de la piscina Temperatura del sótano a 15 ºC con el que colindan con la piscina Ecuación de Bernier corregida para cálculo de evaporación Demanda (kw) Demanda térmica. Agua del vaso. Semana 1 de enero. Mes Tª agua red Ene 6 Feb 7 Mar 9 Abr 11 May 12 Jun 13 Jul 14 Ago 13 Sep Hora Oct 11 Nov 9 Dic 6 QTOTAL (kw) Qevap (kw) Qrad (kw) Qconv (kw) Qren (kw) Qcond (kw) Un valor negativo indica pérdidas de calor. 19

20 Demanda energética en el aire: CASO DE ESTUDIO. SPA DE UN GIMNASIO Hipótesis: La radiación solar no se considera por ser sótano sin ventanas. Coeficiente de transmisión de suelo y paredes de 0,5 W/m 2 /ºC Temperatura del terreno colindante de 15 ºC. Ganancia sensible de 60 W por persona. La iluminación es de 10 W/m 2, siendo de 100 m 2 la superficie del local. Se consideran las ganancias sensibles debidas a la ventilación. Demanda (kw) Demanda térmica anual en el aire (incluye el efecto de la ventilación considerada) Hora Sensible Latente Una demanda sensible negativa indica la necesidad de proporcionar calefacción al aire. Una demanda latente positiva indica la necesidad de secar el aire. Demanda energética de deshumectación: kwh Demanda energética de calentamiento: kwh 20

21 CASO DE ESTUDIO. SPA DE UN GIMNASIO Comparación entre alternativas: Dos opciones: el empleo de un equipo con capacidad de deshumectación para combatir todas las cargas latentes y el de un equipo de tamaño inferior pero con una mayor cantidad de aire exterior. RESULTADOS GLOBALES BCP 50 BCP 80 Emisiones CO2 (kgco2) Coste del consumo energético (Euros) RESULTADOS RELATIVOS AL AGUA DE LA PISCINA BCP 50 BCP 80 Potencia pico de la caldera (kw) Consumo eléctrico bomba de circulación de agua de caldera (kw.h) Consumo combustible para calentamiento del agua (kw.h) Emisiones CO2 (kgco2) Coste del consumo energético (Euros) Energía calorífica recuperada por la deshumectadora (kw.h) Energía calorífica procedente de la caldera (kw.h) RESULTADOS RELATIVOS AL AIRE DE LA PISCINA BCP 50 BCP 80 Consumo eléctrico de ventiladores (kw.h) Consumo eléctrico de compresores (kw.h) Consumo eléctrico (kw.h) Consumo combustible para calentamiento del aire (kw.h) Emisiones CO2 (kgco2) Coste del consumo energético (Euros) Energía sensible aportada por la caldera (kw.h) Energía sensible recuperada por la deshumectadora (kw.h) Energía latente de secado aportada por aire exterior (kw.h) Energía latente de secado aportada por la deshumectadora (kw.h)

22 CASO DE ESTUDIO. SPA DE UN GIMNASIO Comparación entre alternativas: Procedencia de la energía sensible aportada al aire kw.h BCP 50 BCP 80 Energía sensible aportada por la caldera (kw.h) Energía sensible recuperada por la deshumectadora (kw.h) 22

23 CASO DE ESTUDIO. SPA DE UN GIMNASIO Comparación entre alternativas: Comparativa de consumo anual kw.h Consumo combustible para calentamiento del agua (kw.h) Consumo eléctrico bomba de circulación de agua de caldera (kw.h) Consumo combustible para calentamiento del aire (kw.h) Consumo eléctrico de compresores (kw.h) Consumo eléctrico de ventiladores (kw.h) BCP 50 BCP 80 23

24 CASO DE ESTUDIO. SPA DE UN GIMNASIO Comparación entre alternativas: Conclusiones: La comparación muestra como el sistema que emplea la deshumectadora de mayor tamaño es el que genera un 22 % de menor impacto ambiental Amortización en poco más de 2 años Habría que incluir los costes adicionales de un sistema de transporte y difusión de aire imprescindibles para las elevadas recirculaciones hora No es necesario emplear una batería de apoyo de agua caliente para calentar el aire en el caso del equipo mayor debido a la potencia del condensador. 24

25 DESHUMECTACIÓN CON BOMBA DE CALOR Y RECUPERACIÓN DE CALOR EN GIMNASIOS Y PISCINAS Miguel Zamora García