05 Ciat Deshumectacion Con Bomba de Calor y Recuperacion de Calor
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DESHUMECTACIÓN CON BOMBA DE CALOR Y RECUPERACIÓN DE CALOR
EN GIMNASIOS Y PISCINAS
Miguel ZamoraMiguel Zamora García
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
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
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SISTEMAS DE RECUPERACIÓN DE CALOR EN GIMNASIOS Y PISCINAS
Recuperación activa del aire de extracción en equipos aire-aire:
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.
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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 calientes en 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.
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SISTEMAS DE RECUPERACIÓN DE CALOR EN GIMNASIOS Y PISCINAS
Bomba de calor de piscinas. Equipo de deshumectación. Funcionamiento
Recuperación del calor de condensación
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
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Recuperador pasivo
SISTEMAS DE RECUPERACIÓN DE CALOR EN GIMNASIOS Y PISCINAS
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Bomba de calor de piscinas. Recuperación de calor del aire de ventilación. Solución mediante recuperación activa
Circuito de recuperación activa
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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
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� Circuito frigorífico de recuperación activa reversible
� Ventiladores Plug-Fan
� Refrigerante R-410A
� Control CIATpool patentado
Bomba de calor de piscinas. Recuperación de calor del aire de ventilación. Solución mediante recuperación activa
SISTEMAS DE RECUPERACIÓN DE CALOR EN GIMNASIOS Y PISCINAS
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
CONDICIONES GENERALES DE CÁLCULO Y DISEÑODE PEQUEÑAS PISCINAS EN GIMNASIOS
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Me: caudal másico de agua evaporada [kg/s]
S: superficie de la lámina de agua de la piscina [m2]
n: número de bañistas por m2 de superficie de lámina de agua
Wag: humedad absoluta del aire saturado a la temperatura del agua de la piscina[kgag/kgas]
Wai: humedad absoluta del aire a la temperatura seca del aire ambiente interior [kgab/kgas]
ξ : coeficiente de mayoración por los artificios terapéuticos como chorros y cascadas
N : número total de ocupantes del recinto
CONDICIONES GENERALES DE CÁLCULO Y DISEÑO
N 0,1 ) W- (W 0,2] n 133 [16 S M aiage ⋅+⋅⋅⋅⋅+⋅= ξ
Ecuación de Bernier corregida:
EJEMPLO. Cálculo del caudal másico de agua evaporada de la piscina:
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CASO DE ESTUDIO. SPA DE UN GIMNASIO
N 0,1 ) W- (W 0,2] n 133 [16 S M aiage ⋅+⋅⋅⋅⋅+⋅= ξ
Ecuación de Bernier corregida:
Localidad: Madrid (altura sobre el nivel del mar 667 m)Superficie local: 100 m2
Altura: 2,7 mSuperficie vaso: 30 m2
Ocupación prevista: 5 personas (n=0,167 pers/m2)Temperatura seca de diseño del aire: 29 ºCHumedad relativa de diseño del aire: 65%Humedad absoluta del aire: Wai = 0,01782 kgag/kgas
Temperatura del agua: 30 ºCHumedad del aire saturado a la temperatura del agua: Wag = 0,02957 kgag/kgas
Coeficiente de mayoración por efectos: ξ = 130% (chorros bajo agua y un hongo)
EJEMPLO. Cálculo del caudal másico de agua evaporada de la piscina:
kg/h 17,075 0,1 ,32 0,01782) - (0,02957 0,2] 0,167 133 [16 30 Me =⋅+⋅⋅⋅⋅+⋅=
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Caudal de aire mínimo de ventilación:
m / /s)(dm 2,5 S minQ 23⋅=
/h 270m/sdm 75m / /s)(dm 2,5 30 minQ 3323 ==⋅=
Deshumectación producida por el aire exterior:
Analizando los datos de la base climática la humedad del aire exterior másdesfavorable en el horario de apertura de 08:00 a 22:00 (cierre en Agosto) es :
Wext = 0,008857 kgag/kgas, Text = 22,6 ºC, ρ = 1,087 kg/m3
Humedad absoluta del aire de piscina: Wai = 0,01782 kgag/kgas
La deshumectación producida por el aire exterior es:
ρ ) W- (W Qmin M extaiext ⋅⋅=
kg/h 2.631,087 0,008857) -(0,01782 270Mext =⋅⋅=
CASO DE ESTUDIO. SPA DE UN GIMNASIO
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Caudal de aire mínimo de ventilación: /h 270m minQ 3=
Deshumectación producida por el aire exterior: kg/h 2,63Mext =
Deshumectación a realizar por la BCP:
Caudal másico de agua evaporada de la piscina:
kg/h 17,07Me =
kg/h 44,41Mdes =
CASO DE ESTUDIO. SPA DE UN GIMNASIO
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Como número índice una relación de caudal de aire a masa de agua deshumectada de 300 m3/kg → BCP de 4.350 m3/h OPCIÓN 1
El volumen del local es 270 m3.
La tasa de recirculaciones hora normalmente empleado en la climatización de piscinas deportivas está entorno a 8.
Si Qvent ≈3·Qmin=835 m3/hMext= 8,14 kg/h de aguaMdes= 17,07 – 8,14 = 8,93 kg/h Aplicando el ratio medio de 300 m3/kg → BCP de 2.700 m3/h de caudal
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.
CASO DE ESTUDIO. SPA DE UN GIMNASIO
Opción 1: Tasa de recirculaciones horas de 16
Opción 2: Tasa de recirculaciones horas de 10
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Preselección:
18
Perfil de ocupación semanal
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1 25 49 73 97 121 145hora
% o
cupa
ción
Horario de apertura de 8h a 22h y cierre en agosto. La ocupación máxima es de 5 personas
CASO DE ESTUDIO. SPA DE UN GIMNASIO
Simulación energética. Cálculo de la demanda térmica:
La variable de control es la humedad del local.
El resto de energía calorífica necesaria tanto en aire como en agua es suministrada a partir de un apoyo mediante caldera .
El factor de utilización se calcula con la carga latente y la potencia latente del equipo.
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Demanda térmica. Agua del vaso. Semana 1 de enero.
-20
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
Hora
Dem
anda
(kW
)
QTOTAL (kW) Qevap (kW) Qrad (kW) Qconv (kW) Qren (kW) Qcond (kW)
CASO DE ESTUDIO. SPA DE UN GIMNASIO
Demanda energética del vaso de la piscina:
MesTª
agua red
Ene 6
Feb 7
Mar 9
Abr 11
May 12
Jun 13
Jul 14
Ago 13
Sep 12
Oct 11
Nov 9
Dic 6
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
Un valor negativo indica pérdidas de calor.
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Demanda térmica anual en el aire (incluye el efecto de la ventilación considerada)
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
1
Hora
Dem
anda
(kW
)
Sensible Latente
Hipótesis:• La radiación solar no se considera por ser sótano sin ventanas.• Coeficiente de transmisión de suelo y paredes de 0,5 W/m2/ºC• Temperatura del terreno colindante de 15 ºC. • Ganancia sensible de 60 W por persona.• La iluminación es de 10 W/m2, siendo de 100 m2 la superficie del local. • Se consideran las ganancias sensibles debidas a la ventilación.
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: 28.300 kWhDemanda energética de calentamiento: 4.700 kWh
CASO DE ESTUDIO. SPA DE UN GIMNASIO
Demanda energética en el aire:
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RESULTADOS GLOBALES BCP 50 BCP 80
Emisiones CO2 (kgCO2) 22164 17194Coste del consumo energético (Euros) 7103 5555
RESULTADOS RELATIVOS AL AGUA DE LA PISCINA BCP 50 BCP 80
Potencia pico de la caldera (kW) 18 18Consumo eléctrico bomba de circulación de agua de caldera (kW.h) 1870 1870Consumo combustible para calentamiento del agua (kW.h) 73827 25323Emisiones CO2 (kgCO2) 15809 5914Coste del consumo energético (Euros) 5042 1889
Energía calorífica recuperada por la deshumectadora (kW.h) 10934 54589Energía calorífica procedente de la caldera (kW.h) 66445 22790
RESULTADOS RELATIVOS AL AIRE DE LA PISCINABCP 50 BCP 80
Consumo eléctrico de ventiladores (kW.h) 4676 7482Consumo eléctrico de compresores (kW.h) 9548 20718Consumo eléctrico (kW.h) 14224 28200Consumo combustible para calentamiento del aire (kW.h) 3260 0Emisiones CO2 (kgCO2) 6355 11280Coste del consumo energético (Euros) 2061 3666
Energía sensible aportada por la caldera (kW.h) 2934 0Energía sensible recuperada por la deshumectadora (kW.h) 13416 5137Energía latente de secado aportada por aire exterior (kW.h) 36279 11731Energía latente de secado aportada por la deshumectadora (kW.h) 15001 39559
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.
CASO DE ESTUDIO. SPA DE UN GIMNASIO
Comparación entre alternativas:
Procedencia de la energía sensible aportada al aire
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
BCP 50 BCP 80
kW.h
Energía sensible aportada por la caldera (kW.h) Energía sensible recuperada por la deshumectadora (kW.h)
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CASO DE ESTUDIO. SPA DE UN GIMNASIO
Comparación entre alternativas:
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Comparativa de consumo anual
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
90000
100000
BCP 50 BCP 80
kW.h
Consumo combustible para calentamientodel agua (kW.h) Consumo eléctrico bomba de circulaciónde agua de caldera (kW.h) Consumo combustible para calentamientodel aire (kW.h) Consumo eléctrico de compresores(kW.h) Consumo eléctrico de ventiladores (kW.h)
CASO DE ESTUDIO. SPA DE UN GIMNASIO
Comparación entre alternativas:
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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.
Miguel Zamora García
DESHUMECTACIÓN CON BOMBA DE CALOR Y RECUPERACIÓN DE CALOR
EN GIMNASIOS Y PISCINAS