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Climatización de piscinas cubiertas

1. INTRODUCCIÓN
El incremento de instalaciones lúdico-deportivas ha hecho que las necesidades de climatización de piscinas cubiertas se hayan incrementado de forma importante en nuestro país en los últimos años. Este tipo de instalaciones, por sus peculiares características, requieren de un estudio específico en las necesidades del recinto y de las posibles soluciones a adoptar. En el presente artículo se enumeran los d istintos factores a tener en cuenta en el calculo de este tipo de instalaciones y se apuntan algunas posibles sistemas a adoptar, recordando que existen múltiples soluciones y que en cada caso, como siempre, sera el proyectista el que decidira la solución mas adecuada a cada problema concreto.

2. OBJETIVOS
En el proyecto de climatización de una piscina cubierta debe tenerse en cuenta que las diferencias fundamentales con respecto a un sistema de climatización de un edificio residencial o comercial son, en primer lugar, que en el recinto hay una fuerte evaporación y, en segundo lugar, que los ocupantes tienen un grado de vestimenta muy bajo. Como consecuencia de ello la obtención de unas condiciones de confort adecuadas y el evitar condensaciones, que son los dos objetivos específicos de este tipo de instalaciones, pasa por: 1. 2. 3. 4. 5. Laconsecución de una temperatura y humedad ambientales adecuadas El mantenimiento de la temperatura del agua del vaso de piscina Garantizar el aire de ventilación mínimo higiénico Evitar las corrientes de aire en la zona de ocupación y sobre la lamina de agua. Evitar que se produzcan condensaciones en los distintos cerramientos como consecuencia de la alta humedad absoluta y relativa del aire ambiente interior.

En cuanto a la temperatura del aire ambiente, la del agua y la humedad ambiental tenemos que en la ITE 10 del RITE se aconsejan los valores de la Tabla 01 (marcados con *), aunque dependiendo del uso de la piscina se puedan adoptar otros valores diferentes reflejados también en dicha tabla, así como los valores que se han considerado como nominales en los ejemplos de calculo del presente artículo

Tabla 01. Condiciones de confort Temperatura del agua Temperatura del aire Humedad relativa 25 ºC 27 ºC 65 %

-


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Temperaturas del agua S/RITE 10.2.1.2 (*) Competición (*) Entrenamiento (*) Enseñanza y recreo (*) Disminuidos físicos Piscina infantil Niños de 3 a 6 años y tercera edad Mujeres embarazadas 24 ºC 26 ºC 25 29 30 32 30 ºC ºC ºC ºC - 32 ºC

Como regla general se ac onseja que la temperatura del aire se sitúe siempre dos o tres grados por encima de la del agua y la humedad relativa en torno al 65%, las razones son en primer lugar elconfort, ya que debemos evitar en lo posible que los bañistas que salen mojados tengan sensación de frío, bien sea por una temperatura ambiente baja o bien por el calor cedido por el cuerpo en el proceso de evaporación del agua de la piel mojada, que es mas rapida cuanto menor sea la humedad del ambiente. En segundo lugar es que, como veremos mas adelante, existe una relación directa entre el agua evaporada de la piscina y las condiciones de temperatura y humedad del aire ambiente.

3. NECESIDADES EN LA CLIMATIZACIÓN DE UNA PISCINA CUBIERTA
Veamos cuales son las necesidades en una piscina cubierta y cómo calcularlas: 1. 2. 3. Necesidades de deshumectación en el aire ambiente como consecuencia de la evaporación de agua. Necesidades para mantener la temperatura del agua del vaso de piscina. Necesidades para mantener la temperatura en el recinto que, en este caso, son las propias de cualquier local que deba ser climatizado, de ahí que su calculo sea idéntico al de este tipo de sistemas de climatización.

3.1. CALCULO DE LAS NECESIDADES DE DESHUMECTACIÓN
La evaporación en la lamina de agua sera tant o mayor cuanto mayor sea la ocupación de la piscina, y en especial el número de bañistas, ya que la mayor interacción entre agua y aire en flujo turbulento que se crea como consecuencia del chapoteo, favorece la evaporación. De la misma forma que una elevada velocidad de aire sobre la lamina favoreceratambién el fenómeno de la evaporación. Por otro lado, las playas mojadas son elementos que aumentan la evaporación de agua así como el agua que los bañistas se llevan sobre la piel al salir del vaso. Existen dos factores mas que suponen un aporte de humedad extra al ambiente y que como tales hay que tener en cuenta a la hora de calcular el incremento de humedad absoluta. Estos factores son la carga latente ( considerada en cualquier calculo de climatización) de los propios bañistas y la del público en general, que en piscinas de competición, por ejemplo, pueden llegar a ser un factor importante si la ocupación de las gradas es elevada. Y por último, el aire exterior de ventilación, que en algunos casos puede tener mas humedad absoluta que el aire ambiente interior, y como consecuencia suponer un aumento en la humedad ambiental, aunque debe decirse que, en la mayoría de los casos, es justo al contrario ayudando a deshumectar por estar este aire exterior mas seco que el interior. Existen multitud de fórmulas para calcular la cantidad de agua evaporada en función de los factores anteriormente mencionados. En este sentido debemos decir que los resultados obtenidos por las diversas fórmulas pueden ser dispares, pero hay que considerar también que las hipótesis de calculo respecto al número y tipo de bañistas (profesionales, personas de tercera edad, niños, etc.) tienen gran importancia en la


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cantidad de agua evaporada y pueden ser mas significativas en cuanto a resultados que la fórmula que escojamos para dicho calculo A continuación se exponen dos de las posibles fórmulas, una de ellas es de las mas usadas (fórmula de Bernier) y la segunda (fórmula de Carreras) que es una de las mas completas al tener en cuenta el número de espectadores y la velocidad del aire sobre la lamina del agua. De cualquier modo, sera en cada caso el proyectista el que debera decidir en función a los condicionantes de cada instalación la fórmula que mas le convenga y se ajuste a sus necesidades. La fórmula de Bernier para piscinas cubiertas contempla la suma de dos términos: piscina sin agitación (coeficiente 16) y piscina con ocupación (coeficiente 133 n).

Me= S •[( 16+ 133n) • ( We – Ga • Wa s) ] + 0,1 • N
Donde:
Me = masa de agua evaporada (kg/h) 2 S = superficie de piscina (m ) We = humedad absoluta del aire saturado a la temperatura del agua (kg ag /kga) Was =humedad absoluta del aire saturado a la temperatura del aire interior (kg ag /kga) Ga = grado de saturación 2 n = nº de nadadores por m de superficie de lamina de agua N = nº total de ocupantes (espectadores)

Y la fórmula de Carreras en la ademas de las variables anteriores se considera la velocidad del aire,

Me = 9 x (We- Wa ) x ( 1+V / 1. 20) x S +0, 42 x n + 0, 08 x N.
Donde :
Me = masa de agua evaporada(kg/h) We = humedad absoluta en saturación a la temperatura del agua de la piscina Wa = humedad absoluta a la temperatura del aire ambiente (kg ag /kga) 2 S = superficie de la lamina de agua (m ) n = nº de bañistas. N = nº de espectadores (kgag /kga)

En ambas expresiones podemos ver que el agua evaporada depende de la diferencia entre humedad absoluta en la saturación a la temperatura del agua y la humedad absoluta del aire ambiente, y por supuesto, del número de bañistas. Por tanto, cuanto mayor sea la temperatura del agua sera mayor su humedad absoluta en la saturación y como consecuencia aumentara la cantidad de agua evaporada, en las mismas condiciones del aire ambiente. Por el contrario, si la temperatura del aire interior, su humedad relativa, o ambas bajan, su humedad absoluta disminuye y, como consecuencia, aumenta la evaporación. Luego es conveniente que la temperatura del agua no sea excesivamente alta y que la temperatura del aire sea siempre mayor que la del agua para que la evaporación y las condiciones de confort sean las adecuadas. Para ver la importancia de la ocupación basta con realizar un ejemplo de una piscina semiolímpica en condiciones nominales de temperatura de agua 25ºC, y aire 27ºC, con un 65% HR. Utilizando los valores de las humedades absolutas del aire húmedo en la saturación de la Tabla 02. Tabla 02. Humedad absoluta del aire saturado T ºC 20 21 22 23 24 W (Kg
AGUA /Kg

AIRE)

0,0147 0,0155 0,0165 0,0177 0,0187


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25 26 27 28 29 30 Y aplicando la fórmula de Bernier en sus dos términos:

0,0200 0,0213 0,0225 0,0240 0,0255 0,0270

El primero de ellos con la superficie de agua en reposo, se tiene una cantidad de masa de agua evaporada de:

Me = 16 x ( 0. 0200 – 0.65 x 0.0225) = 0. 086 Kg agu a / h / m2.
Que para una piscina semiolímpica de 25 x 12.5 m, se tiene

Me = 0. 086 x 312.5 m2 = 26.9 K g / h.
Y el segundo de ellos debido al efecto del número n de bañistas por m de superficie de lamina o lo que es lo mismo, si consideramos ya la superficie de la lamina del agua, al número total de bañistas B:
2

Me = 133 x ( 0.0200 – 0. 65 x 0. 0225) x B. = 0.715 x B. K g ag / h.
Considerando tres casos de ocupación: alta (60 Bañistas), media( 40 Bañistas) y baja ( 20 Bañistas), tenemos que: Me (60 B) = 0,715 x 60 = 42,90 kg/h Me (40 B) = 0,715 x 40 = 28,60 kg/h Me (20 B) = 0,715 x 20 = 14,30 kg/h. Si ademas tenemos en cuenta un número de espectadores o bañistas no activos hasta una ocupación total de 70 personas, y sumando los tres aportes de vapor de agua: lamina en reposo, bañistas y espectadores, tenemos para una piscina semiolímpica las siguientes masas de agua evaporada por hora, y también por unidad de superficie de lamina de agua, son: Me (60 B) = 26,90 + 42,90 + 0,1 x (70-60) = 70,80 kg/h ( 0.227Kg/h/m ) 2 Me (40 B) = 26,90 + 28,60 + 0,1 x (70-40) = 58,50 kg/h ( 0.187 Kg/h/m ) 2 Me (20 B) = 26,90 +14,30 + 0,1 x (70-20) = 46,20 kg/h ( 0.148 Kg/h/m ) 2 Me ( 0 B) = 26.90 = 26,90 kg/h ( 0.086 Kg/h/m ) Como podemos apreciar, el agua evaporada oscila desde 0,086 kg/h por m de lamina de agua en reposo (p. e. 2 cuando el recinto esta cerrado o sin ocupación alguna) hasta 0,227 kg/h por m de lamina de agua en el caso de maxima ocupación. Es decir, casi se triplica la cantidad de agua evaporada.
2 2

3.2. PÉRDIDAS DE CAL OR EN EL AGUA DEL VASO DE PISCINA
En la Figura 01 pueden verse cuales son las pérdidas de calor en el vaso de piscina: 1. 2. 3. 4. Evaporación de agua del vaso (Qe). Radiación de calor por diferencias de temperatura (Qr). Convección de calor entre agua y aire(Qc). Renovación del agua del vaso(Qre).


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5.

Transmisión de calor del agua del vaso ( Qt).
Figura 01. Esquema pérdidas de calor del vaso

R

27ºC 65% HR
S

Q Q
T

E

Q

R

Q

C

25ºC

Q

C

Q

RE

T

Q
Y estas pérdidas dependen de los siguientes factores: 1. 2. 3. 4. 5. Temperatura del agua de la piscina Temperatura del aire ambiente Humedad del aire ambiente Ocupación de la piscina Características constructivas del vaso.

T

A continuación examinaremos cada una de estas pérdidas de calor. 3.2.1.- PÉRDIDAS POR EVAPORACIÓN En elproceso de evaporación del agua del vaso de la piscina se absorbe calor por o que se produce un l enfriamiento del resto del agua que no se evapora, es decir, disminuye la temperatura del agua del vaso. Por tanto, cuanta mas evaporación exista mas se enfriara el agua de la piscina y mayores seran las necesidades que habra que aportar para mantener la temperatura de la misma. Teniendo en cuenta que el calor de vaporización del agua (Cv) a una temperatura de 25ºC es de 676 wh /Kg, las pérdidas de calor por la evaporación del agua, sin considerar el aporte de humedad de los espectadores, es la siguiente en los distintos supuestos de ocupación. Qe (60 B) = Me x Cv = 69,80 kg/h x 676 wh/kg = 47.185 w Qe (40 B) = Me x Cv = 55,50 kg/h x 676 wh/kg = 37.518 w Qe (20 B) = Me x Cv = 41,20 kg/h x 676 wh/kg = 27.852 w Qe ( 0 B) = Me x Cv = 26,90 kg/h x 676 wh/kg = 18.148 w. Referido a unidad de superficie en el caso de ocupación media de 40 bañistas las pérdidas son 120 w/m . 3.2.2.- PÉRDIDAS POR RADIACIÓN Como puede verse en la siguiente fórmula de Stefan Boltzmann las pérdidas por radiación estan en función de la diferencia entre la temperatura media de los cerramientos y la del agua, elevadas ambas a la cuarta potencia y expresadas en grados Kelvin (ºK = ºC + 273)
2


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Q
Donde:

R

= D × E × ( T4

ag

− Tc4)
2

W m2

D = constante destefan-boltzmann = 5,67 x 10-8 w / m ºk4. E = emisividad de la superficie = 0,95 (agua) Tag = temperatura de agua (ºk) Tc = temperatura superficial de los cerramientos (ºk)

En el caso de piscinas cubiertas los cerramientos deben encontrarse a muy pocos grados de temperatura por debajo, dependiendo del tipo de cerramiento y coeficiente de transmisión de calor, de la del aire ambiente, y por tanto a muy poca diferencia con la del agua, así pues estas pérdidas por radiación en piscinas cubiertas se consideran generalmente despreciables. 3.2.3. PÉRDIDAS POR CONVECCIÓN Al igual que las pérdidas por radiación en el caso de piscinas cubiertas las pérdidas por convección (Qc) también se suelen despreciar, ya que al aplicar la fórmula el valor resultante es pequeño, pues la diferencia de temperaturas también lo es.

Q

C

= 0 , 6246 × ( T

ag

− Ta )

4

3

W m2

Y en cualquier caso, cuando el recinto esta a régimen tendríamos una ganancia de calor al ser la temperatura del aire ( Ta= 27ºC) superior a la del agua (Tag=25ºC). 3.2.4. PÉRDIDAS POR RENOVACIÓN En una piscina cubierta, como ya hemos visto, existen pérdidas continuas de agua, desde la evaporada, a la que los propios bañistas sacan del vaso, o la gastada en la limpieza de fondos y filtros. Sin embargo, estas cantidades son muy inferiores al 5% del volumen total del vaso que obligatoriamente por formativa, debido a razones higiénicas sanitarias,debe reponerse diariamente. Esta renovación conlleva que las pérdidas de calor (Qr, en w) por este concepto sean importantes, y en todo caso, dependeran de la temperatura de agua de la red y de la temperatura del agua de la piscina que se pretenda alcanzar. Se puede calcular de la siguiente forma:

Qr=Vr x D x C
Donde:

e

x (T ag – T x)

Vr = volumen de agua de renovación (m3) (5% volumen vaso) D = densidad del agua = 1000 kg/m3 Ce = calor específico del agua = 1,16 (wxh / kgºc) Ta = temperatura agua piscina (ºc) = 25ºc Tx = temperatura agua red (ºc) = 10ºc

Suponiendo un volumen total de agua del vaso de 500 m , y con los datos anteriores tendremos un valor para las pérdidas diarias de calor de 435 kwh, que corresponden a una potencia de enfriamiento de 18.125 w, y si lo 2 referimos a pérdidas por unidad de superficie de lamina de agua el valor sera de 58 w/m .

3


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3.2.5.- PÉRDIDAS POR TRANSMISIÓN Dependeran de las características constructivas del vaso (enterado, visto, etc.) y del coeficiente de transmisión térmica del material empleado. En el caso mas habitual de vaso de hormigón construido dentro del propio sótano del recinto las pérdidas por transmisión (Qt, en w), se calculan con la fórmula:

Q T = C T x S x (T ag – T ex)
Y con las siguientes hipótesis de calculo:
CT = coeficiente de transmisión de muros y solería (1,50 W / mx ºC) 2 S = superficie de cerramiento del vaso (450 m ) Tag = temperatura agua piscina (25ºC) Tex = temperatura exterior al cerramiento (sótano) (15ºC)
2

Con los datos anteriores, son de 6.750 w, y si las referimos a unidad de superficie de lamina de agua seran de 2 21,60 w/m . 3.2.6.- GANANCIAS POR RADIACIÓN SOLAR En este caso se trata de ganancias y por lo tanto no se tienen en cuenta puesto que contribuyen a paliar las necesidades térmicas. Sólo debemos comentar que según la orientación en la que estén los distintos cerramientos, la superficie y el tipo de carpintería y acristalamiento, en media temporada estas ganancias pueden hacer aumentar considerablemente la temperatura ambiente en el recinto, por lo que en estos casos es conveniente prever la instalación de un sistema de free-cooling para disminuir la temperatura interior de manera gratuita, y si la piscina va a ser usada en verano puede que entonces se necesite incluso prever baterías de refrigeración para contrarrestar dichas ganancias térmicas. 3.2.7. RESUMEN PÉRDIDAS DE CALOR EN EL AGUA DEL VASO DE PISCINA. De manera general podemos decir que las pérdidas mas importantes en el vaso de una piscina cubierta son la evaporación y la renovación de agua, pues juntas suelen representar mas del 90% de las pérdidas totales, tal como podemos ver en la Tabla 03. Tabla 03. Resumen pérdidas de calor de agua del vaso. Totales (W) Pérdidas porevaporación (40 P) Pérdidas por radiación Pérdidas por convección Pérdidas por renovación Pérdidas por transmisión Ganancias por radiación solar 37.518 -18.125 6.750 -62.393 W/m
2

% 120 -58 22 -200 60,0 -29,0 11,0 -100,0

A la vista de estos datos, es facil concluir, que desde el punto de vista de ahorro energético, habría que actuar sobre las pérdidas por evaporación, durante las horas de no utilización de la piscina, colocando una manta térmica que cubra la lamina de agua, y recuperar mediante un intercambiador de placas la energía calorífica de 3 los casi 25 m de agua a 25ºC que hay que tirar diariamente. Con estas dos actuaciones se podría ahorrar hasta un tercio de la energía consumida, teniendo en cuenta que mas de ocho diarias casi no habría pérdidas por evaporación y que facilmente podríamos recuperar el 50% de las pérdidas por renovación del agua mediante un intercambiador agua -agua para precalentar el agua de reposición.


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3.2.8. POTENCIA NECESARIA PARA PUESTA A REGIMEN. Cuando haya que llenar el vaso de la piscina completamente con agua de red, la potencia calo rífica necesaria es superior a la de mantenimiento, que es la que hemos calculado anteriormente. Para determinarla tendremos que aplicar la siguiente fórmula.

Q PR =

V × D × CE × (Tag − Tx ) T

y considerando las siguientes hipótesis de calculo:
Qpr V D Ce Tag Tx T =potencia puesta a régimen (w) = volumen de agua de la piscina (500 m3) = densidad del agua (1000 kg / m3) = calor específico del agua (1,16 w x h / kg ºC) = temperatura agua piscina (25ºC) = temperatura llenado red (10ºC) = tiempo de puesta en régimen (48 h).

La potencia necesaria para puesta a régimen es 181.250 w, que es casi el triple que la de mantenimiento ( 62.393 w). Si el tiempo de puesta a régimen lo consideramos en 72 horas, en lugar de 48 h, por ser un periodo también razonable, lógicamente la potencia necesaria sería sólo de 120.833 w. Hay que tener en cuenta que mientras estamos calentando el agua de la piscina también se estan produciendo pérdidas que dependeran fundamentalmente de las condiciones del aire ambiente interior y en función del sistema de climatización elegido, se podría alargar el tiempo de la puesta a régimen previsto inicialmente.

3.3.- NECESIDADES DEL AIRE AMBIENTE
Como ya hemos adelantado, el aporte de vapor de agua al aire ambiente interior aumenta su humedad absoluta y relativa, y en consecuencia también la temperatura de rocío por lo que sí este aire esta en contacto con cerramientos cuya temperatura superficial esté por debajo de la de rocío tendremos condensaciones de agua con los problemas que ello puede acarrear. En las condiciones nominales ambiente que hemos definido de 27ºC y 65% HR la temperatura de rocío es de 19,9ºC, y como resultado en cualquier superficieque se encuentre por debajo de esta temperatura aparecera agua condensada. Por otro lado, hay que mantener controlada la temperatura ambiente al menos dos grados por encima de la temperatura del agua para conseguir las condiciones de confort adecuadas. Las necesidades del aire ambiente, aparte del mantenimiento de su calidad ( renovación y filtrado), son su calentamiento y específicamente su deshumidificación. Ademas hay que tener en cuenta que la distribución del aire de impulsión se realice de la forma mas adecuada para evitar temperaturas superficiales de los cerramientos inferiores al punto de rocío, poniéndose atención especial con las superficies acristaladas que son las mas susceptibles de presentar condensaciones. También hay que evitar corrientes de aire sobre la lamina de agua para no potenciar el fenómeno de la evaporación. Ademas, estas corrientes de aire, que deben evitarse en cualquier tipo de recinto, cobran mas importancia en las piscinas climatizadas, ya que acelerarían la evaporación del agua de la piel mojada de los bañistas, provocando una rapida disminución de su temperatura corporal, y consecuentemente, la molesta sensación de frío. En definitiva, por las razones expuestas anteriormente, el aire caliente y seco hay que impulsarlo sobre los cerramientos exteriores, preferiblemente de abajo a arriba, cuando las características constructivas del recinto


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lo permitan. A modo de ejemplo, se podría instalar un conducto perimetral por el sótano, o en el suelo de la propia playa, para impulsar el aire verticalmente hacia el techo justo al lado de los cerramientos del recinto. Por último, comentar que deben evitarse masas de aire estancado para impedir que se enfríen y condensen, para ello es recomendable asegurar una tasa de recirculación de aire entre 4 y 8 veces el volumen del recinto.

4.- SISTEMAS DE DESHUMIDIFICACIÓN Y CLIMATIZACIÓN
Como ya hemos dicho anteriormente existen multitud de sistemas para acometer la climatización de una piscina cubierta, y en este artículo se exponen algunas de las posibles opciones que se consideran mas interesantes pensando en claves de confort y eficiencia energética.

4.1.- DESHUMIDIFICACIÓN MEDIANTE AIRE EXTERIOR
Si el aire exterior se encuentra a una humedad absoluta menor que el aire interior, situación que se produce con mucha frecuencia en nuestro entorno geografico, puede parecer, en principio, una buena idea extraer aire del recinto y sustituirlo por el aire exterior. En este caso es necesario realizar un tratamiento térmico de dicho aire ya que normalmente se encontrara a temperatura inferior a la del recinto, ademas debera recalentarse para vencer las pérdidas de calor por transmisión de dicho recinto. El caudal de aire a introducir dentro del local dependera de la humedadabsoluta que éste tenga en cada momento y de la cantidad de vapor de agua a eliminar del recinto proveniente de la evaporación del agua del 3 vaso (apartado 3.1). En la siguiente fórmula aparece cómo calcular este caudal de aire exterior (Va, en m /h).

Va =

Me M3 Da •(Wa i -Wa e) h

Donde: Me = cantidad de vapor de agua a evacuar (kg/h) Da = densidad del aire exterior (kg/m3 ) Wai = humedad absoluta del aire interior. 0.0149 kgAGUA/kg AIRE . Para 27ºC y 65% HR Wae = humedad absoluta del aire exterior.

Si hacemos un calculo en distintas condiciones de temperatura y humedad exterior y para una ocupación de 40 personas obtenemos los valores de aire exterior de la Tabla 04, necesario para eliminar la humedad del aire interior a 27ºC y 65% HR, cuya humedad absoluta (Wa) es de 0,0149 Kg ag./Kg aire. Nota sobre la Tabla 04: los valores de temperatura seca (Ts), húmeda ( Th), y sus respectivos valores de frecuencias acumuladas (Fa) y de frecuencias del intervalo correspondiente (Fi), corresponden a Madrid – Barajas, y han sido elaborados a partir de la Publicación realizada por ATECYR centro, con el título “ Datos Trihorarios de Madrid”, siendo datos correspondientes a un periodo de veinte años, por lo que son de alta fiabilidad, y han resultado muy útiles para la elaboración de este artículo.


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Tabla 04. Caudal de aire para deshumectación y potencianecesaria Ts (ºC) -4 0 4 12 20 26 28 32 38 Fa (%) 0,5 4,4 12,7 47,3 76,3 89,2 92,2 97,0 99,9 Fi (%) 0,5 2,4 4,8 9,3 5,9 3,8 3,0 2,1 0,3 Th (ºC) -4,0 -0,4 3,1 9,8 14,9 18,1 18,9 20,6 22,0 Wa 0,0028 0,0035 0,0044 0,0067 0,0086 0,0099 0,0101 0,0107 0,0103 Pe 3 (Kg/m ) 1,305 1,285 1,266 1,225 1,189 1,163 1,155 1,138 1,116 Me (Kg/h) 58,5 58,5 58,5 58,5 58,5 58,5 58,5 58,5 58,5 Q 3 (m /h) P (w)

PP (w) 231 939 1.763 2.856 1.129 132 -109 -449 -142

PPA (w) 231 1.793 4.872 16.354 23.547 24.811 -109 -852 -1.821

3.798 42.786 4.100 39.616 4.531 36.724 6.020 30.807 8.200 19.001 10.704 3.465 11.258 -3.619 13.185 -20.880 12.190 -41.663

Aquí podemos ver que el caudal de aire exterior (Q) a introducir aumenta de manera ostensible cuando tenemos temperaturas y humedades altas, situación bastante común en media temporada, y que puede verse especialmente agravada en zonas mas húmedas que las de Madrid, cuyo clima es seco. El sistema de climatización propuesto en este caso consistiría (Figura 02) en una unidad de tratamiento de aire (climatizador) con un recuperador de calor que permita aprovechar la energía del aire de extracción y traspasarla al aire exterior de forma que se precalienta antes de introducirse en el local. Figura 02.ESQUEMA DESHUMIDIFICACIÓN POR RENOVACIÓN DE AIRE

H AIRE DE EXPULSIÓN

T

AIRE DE RETORNO 27ºC - 66%AR

AIRE RECIRCULACIÓN

AIRE EXTERIOR

AIRE DE IMPULSIÓN 25ºC

Esconveniente incluir un cajón de mezcla free-cooling de forma que se pueda aprovechar en media temporada el aire exterior para controlar la temperatura interior de forma gratuita. La apertura o cierre de dichas compuertas ira controlada en función de la humedad de retorno y de la humedad del aire exterior. El control de temperatura se hace con una batería de agua caliente que es la que trata térmicamente el aire, cuya potencia calorífica tiene que ser la suma de: Pérdidas por los cerramientos. Potencia necesaria para llevar el caudal de aire exterior desde la temperatura exterior hasta la del recinto.

Para controlar esta potencia se instala una valvula de tres vías proporcional que actuara en función a la temperatura de retorno. La producción de calor puede obtenerse de una caldera, bomba de calor aire-agua, o cualquier otro sistema de producción de energía calorífica.


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Este sistema es sencillo de instalar y controlar, sin embargo presenta desventajas como el elevado coste de energía que puede suponer el calentamiento de los grandes caudales de aire exterior que hay que introducir para bajar la humedad interior, el consumo de los ventiladores de la unidad de tratamiento de aire y lo que es mas importante, la dificultad para realizar una correcta distribución de aire cuando se manejan caudales tan dispares como los que aparecen en la Tabla 04, y laimposibilidad, en ocasiones, de mantener la humedad relativa próxima al 65%, porque la humedad absoluta del aire exterior esté cerca o por encima de los 0,0149 Kg ag/Kg aire de humedad absoluta del aire interior. Como también vemos en la tabla 04, la maxima potencia necesaria a instalar en concepto de aportación de aire exterior es de 42.782 w y la potencia media ponderada acumulada (PPA) realizada sobre la base a las frecuenci as de temperaturas es de 24.811 w. Igualmente podemos observar que a partir de 27ºC, como es lógico, es necesario refrigerar si se pretende tener la temperatura controlada todo el año, aspecto que no es muy común en instalaciones de piscinas.

4.2.- DESHUMIDIFICACIÓN MEDIANTE BATERÍA DE FRÍO
Si hacemos pasar el aire del recinto por una batería de frío, ya sea de expansión directa o alimentada con agua fría, el aire experimenta un enfriamiento sensible con disminución de la temperatura, y un enfriamiento latente con pérdida de humedad por haber alcanzado su temperatura de rocío. Una vez que el aire ha perdido la humedad deseada, habra que calentarlo para devolverlo a las condiciones iniciales de temperatura y por último habra que recalentarlo para vencer las pérdidas de calor propias del recinto. En este caso el aire exterior a aportar sera el mínimo higiénico que marque la normativa y que en el caso de 3 una piscina semiolímpica es de 2.700 m /h. 4.2.1.- DESHUMIDIFICACIÓNMEDIANTE BOMBAS DE CALOR PARA PISCINAS (BCP) Existen gran cantidad de equipos, tipo bomba de calor, que se diseñan específicamente para deshumidificación de piscinas cubiertas. Su uso supone una gran simplicidad en la instalación, independientemente que el rendimiento energético del sistema es muy alto ya que se aprovecha toda la energía residual del ciclo frigorífico. Por otro lado, permiten adicionar baterías de apoyo eléctrico o de agua caliente, secciones de free-cooling, varias etapas de filtración, e incluso intercambiadores de placas para puesta a régimen del agua de piscina. El control de todos los elementos esta generalmente integrado en el propio equipo. Debe saberse que estan concebidos como deshumectadores y por lo tanto, su funcionamiento esta controlado por el humidostato en función de la humedad relativa del local, y que la aportación calorífica al local se hara empleando baterías de calentamiento (resistencias eléctricas, caldera, bomba de calor, etc), independientes del ciclo frigorífico. Dicho lo anterior, veamos su principio de funcionamiento. En la Figura 03 aparece el esquema de principio de uno de ellos. Basicamente se hace pasar el aire de retorno por el evaporador del equipo donde se produce la deshumectación.


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Figura 03. ESQUEMA FUNCIONAMIENTO DE UNA BOMBA DE CALOR DESHUMECTADORA

27ºC 66 % 780 m3/h

+ + 27ºC 66 % 2.080 m3/h27ºC 66 % 1.300 m3/h 14ºC 95 % 1.300 m3/h 19 ºC 2.080 m3/h

7.05 l/h

El aire al pasar por e evaporador se enfría y pierde humedad, y a continuación se le hace pasar por el l condensador del circuito frigorífico (evapoarador y condensador estan en serie y físicamente juntos uno a continuación del otro), de forma que toda la potencia calorífica del ciclo frigorífico se recupera sobre el aire frío y seco, que es calentando hasta temperatura similar a la que entró en el evaporador. No obstante como ya hemos dicho, sera necesario contar con una batería de calentamiento integrada dentro del propio equipo. Si el equipo tiene dos circuitos frigoríficos, lo normal es emplear uno de ellos sobre el aire y utilizar otro de los circuitos con intercambiador refrigerante/agua para condensar con el agua del vaso, de tal forma que el calor cedido en la condensación nos sirva para el calentamiento del agua del vaso, y contrarrestar así las pérdidas descritas en el apartado 3.1. En la Tabla 05 aparece un resumen de los datos fundamentales de un equipo con dos circuitos frigoríficos, el primero condensado por aire y el segundo de condensación por agua, cuya potencia se diseña para ajustarla a las pérdidas de calor ya mencionadas del agua del vaso. El equipo por tanto es de dos etapas de deshumectación teniendo prioridad generalmente la primera de ellas, es decir, la condensada por aire. También se cuenta con unabatería de recalentamiento, en este caso alimentada por agua caliente proveniente de otro generador de calor, para compensar las pérdidas de calor del recinto. Tabla 05. Características técnicas BCP Aquair de dos circuitos frigoríficos.


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Modelos Pot. Frig (W) Pot. Absorbida (kW) Agua condens. (l/h) Caudal nominal Presión disponible Pot. bat. Recalentam agua 82-65ºC (w) Potencia condensador de agua (w)

BCP-110 31.600 7 21.7 5.500 15 mm.c.a 61.500 10.000

BCP-140 39.700 8.8 27.3 7.000 15 mm.c.a 71.500 16.900

BCP -180 53.300 12.4 36.1 9.000 15 mm.c.a 90.000 20.700

BCP -230 67.300 15.6 44.6 11.500 15 mm.c.a 105.000 24.900

BCP -265 77.100 18.5 53.4 13.250 15 mm.c.a 129.000 28.200

Dentro de los equipos compactos con mayores prestaciones y funciones a realizar esta la BCP Air Master de tres circuitos frigoríficos, dos condensados por aire, y un tercero condensando por el agua de la piscina. Ademas de la batería de recalentamiento cuenta con las opciones de recuperador de calor para el aire de extracción (no montado en el interior del equipo), free cooling para que en el caso de que la piscina esta abierta en el verano, la temperatura interior sea similar a la del exterior, es decir, se trata de trabajar con todo aire exterior para que no se sobrecaliente el recinto respecto de la temperatura que hay fuera del recinto. Otra de las opciones esincluir el intercambiador de calor de placas de acero inoxidable de puesta a régimen del vaso (necesidades descritas en el apartado 3.1.8) y que en el esquema de la Figura 04 esta representado fuera del equipo. Por otra parte, cabe decir que con este equipo de la serie BCP Air Master se cubren las necesidades de cualquier recinto con varios vasos o de una piscina olímpica, no sólo por la potencia de deshumectación disponible (hasta 126 Kg de agua/ hora), sino por que contando con otro generador de calor (en la Figura 04 con una caldera) se tienen las siguientes prestaciones: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Deshumectación. Renovación de aire. Calentamiento del aire ambiente. Puesta a régimen y calentamiento del agua del vaso Free cooling para utilizar la piscina incluso en verano. Recuperación del calor del aire de extracción.

7. Producción del A.C.S. para las duchas.


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Figura 04.esquema instalación BCP air master 3 circuitos con recuperador de calor y freecooling

En el esquema se puede apreciar que el agua caliente del condensador se puede usar indistintamente para el calentamiento del vaso o para el precalentamiento del agua caliente sanitaria (A.C.S.), que después ha de pasar a un segundo depósito para calentarla hasta 60ºC, y eventualmente hasta 70ºC, para la prevención de la Legionelosis. 4.2.2. DESHUMECTACIÓN CON GRUPOS AGUA-AGUA Y CLIMATIZADORES Coneste sistema el principio de funcionamiento es similar al que hemos visto anteriormente con las BCP, la diferencia es que se utilizan baterías de aire alimentadas por agua provenientes de un grupo frigorífico o planta enfriadora de agua de condensación por agua. En el climatizador (unidad de tratamiento de aire) la batería de agua fría es la encargada de deshum ectar y la batería de agua caliente es la que aporta la potencia calorífica necesaria, que es la suma de las cargas térmicas del recinto mas la potencia sensible de la batería deshumectadora . No hay que pensar que esta sea una carga adicional desde el punto de vista de consumo energético, ya que toda la energía consumida para eliminar la humedad a través del equipo frigorífico se recupera en el condensador del mismo. En la siguiente figura 05 podemos ver el esquema del principio de funcionamiento de este sistema.


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En este esquema se puede apreciar que la recuperación de calor del aire de extracción se hace mediante una batería de agua fría conectada al circuito de agua del evaporador del equipo frigorífico. Hay que hacer notar que la selección del grupo frigorífico se debe hacer en función de la potencia necesaria para la deshumectación mas la potencia de recuperación de calor del aire de extracción. La potencia térmica del condensador sirve como base para el calentamiento del recinto y lacompensación de las pérdidas del agua del vaso, teniéndose que suplir la potencia total necesaria con otro generador de calor (en el esquema A-C, Agua de caldera). Como podemos apreciar, este sistema, aunque es muy eficiente energéticamente, necesita de un generador complementario para la climatización global del sistema. Para tener un sistema totalmente autónomo y con una eficiencia energética muy alta, se puede utilizar una bomba de calor de 4 ciclos y un climatizador definido para las necesidades globales de las necesidades del aire ambiente. El equipo de 4 ciclos tiene los siguientes modos de funcionamiento (ciclos) : • • • • Planta enfriadora condensada por aire. Bomba de calor aire/agua. Bomba de calor agua/agua. Desescarche en el ciclo bomba de calor aire/agua.

En su forma de operación, esta produciéndose agua fría y agua caliente simultaneamente en el ciclo agua/agua, cambiando de ciclo para ajustarse a la demanda que sea necesaria en cada momento. Esta claro que mientras esté funcionado en el ciclo agua/agua la eficiencia energética global, o rendimiento de la recuperación (R.R.), es maxima. R.R. = (Pot. Frío + Pot. Calor)/ Pot. Absorbida = EER + COP = 2 x EER + 1.


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En definitiva el rendimiento de la recuperación es el doble del coeficiente de eficiencia energét ica (EER) mas uno, debido a que se estan aprovechando la producción deagua fría para deshumectar y recuperar el calor de aire de extracción, y el agua caliente para las necesidades caloríficas propias de la piscina cubierta. En el esquema de principio de la Figura 06 podemos ver que se ha prescindido de un segundo generador de calor, por no ser necesario, en cuanto a climatización, pero sí es cierto, que la producción de A. C. S, necesitaría de un aporte calorífico extra para elevar la temperatura del agua a los 70ºC requeridos, como ya se dijo anteriormente.

Con este sistema se cuenta con la ventaja adicional de disponer de agua fría sobrante, ya que normalmente en la climatología de nuestro entorno geografico y en este tipo de aplicación en concreto, es mayor la potencia calorífica que la frigorífica. Este agua fría, que se puede considerar como residual o gratuita, se podría utilizar para refrigerar otras dependencias, despachos u otros locales dentro del edificio que lo precisen. Por último comentar que en estos sistemas de climatización a 4 tubos es muy conveniente el uso de depósitos de inercia en los dos circuitos de agua, y especialmente en esta aplicación, en el lado del agua fría del evaporador.

4.3. EJEMPLO A MODO DE RESUMEN FINAL
Utilizando los datos anteriores de una piscina semiolímpica a climatizar en Madrid vamos a comparar el consumo de energía necesaria deshumectando con aire exterior y con una bomba de calor deshumectadora de dos circuitosfrigoríficos:

Dimensiones de piscina semiolímpica 25x12,5 = 312,5 m2.
• • Condiciones del ambiente interior. 27ºC. 65% HR y humedad absoluta de 0,0149 Kg ag/Kg aire. Temperatura del agua: 25ºC.


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• • •

Necesidades de deshumidificación para una ocupación de 20 personas. 2 2 312,5 m x 0,148 Kg ag/ m /h = 46,20 Kg ag/h. Potencia calorífica media ponderada necesaria PPA (Tabla 04). PPA = 24.811 w. Consumo de energía anual (Ec) suponiendo 3000 h de funcionamiento y con la utilización de un recuperador de calor de una eficiencia nominal de 0,55 y una recuperación media a lo largo del año del 35% de la energía del aire de extracción. Ec = 24,811 Kw x 3000 h x0,65 = 48.381 Kwh/año.

Equipo seleccionado BCP-265 de dos circuitos frigoríficos:
• • • • • • • Potencia de deshumectación = 53,4 Kg ag/h. Potencia calorífica condensador de aire. Potencia condensador de agua. Potencia frigorífica total (Pf). Potencia frigorífica sensible(Pfs). Potencia eléctrica absorbida (Pa) Potencia calorífica total (Pct). = 67,4 Kw. = 28,2 Kw. = 77, 1 Kw. = 41,0 Kw. = 18,5 Kw. = 95,6 Kw.

•

Potencia calorífica útil total.(Pcu) = 54,6 Kw. Se ha descontado 41,0 Kw de Pot. frigorífica sensible.

Ahorro de energía:
• • • • • Saldo neto de potencia recuperada en la BCP. Pr = Pcu – Pa = 54,6 – 18,5 = 36,7 Kw. Eficiencia global de la BCP = (Pcu + Pf -Pfs)/Pa = (54,6+36,1)/18,5 =4,9. Se considera como prestaciones térmicas la potencia calorífica útil Pcu y la potencia frigorífica latente (Pf-Pfs) que es la empleada en deshumectar. Energía ahorrada (Ea) en las 3000 h de uso de las instalaciones de climatización suponiendo un coeficiente de utilización de 0,865 de la BCP ( relación entre Potencia nominal y necesaria). Ea = 36,7 Kw x 3000 h x 0,865 = 95.237 Kwh/año. Con el precio medio de 0,09 € el Kwh, el ahorro anual es de 8.570 € lo que permite la amortización del equipo aproximadamente en tres años.

•

Sirva como aclaración que a la energía consumida Ec= 48.381 Kwh/año para deshumectar con aire exterior hay que sumar la energía necesaria para el calentamiento del recinto. Utilizando la BCP -265, aparte de deshumectar hemos conseguido un ahorro energético de 95.273 Kwh al año (8.570€/año), después de descontar a la potencia calorífica total (Pct) la absorbida por el compresor (Pa), y este hecho se basa en la recuperación de calor en los condensadores de aire y agua.


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Resumiendo, podemos decir que una de las grandes ventajas de climatizar piscinas cubiertas utilizando equipos frigoríficos es el considerable ahorro de energía que proporciona n, ademas de simplificar las instalaciones en cuanto a caudales de aire a mover, y de asegurar las condiciones de confort independientemente de las condiciones exteriores.