05 ciat deshumectacion con bomba de calor y recuperacion de calor

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

4

SISTEMAS DE RECUPERACIÓN DE CALOR EN GIMNASIOS Y PISCINAS

Recuperación activa del aire de extracción en equipos aire-aire:


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


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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Bomba de calor de piscinas. Equipo de deshumectación. Funcionamiento

Recuperación del calor de condensación


Bomba de calor de piscinas. Recuperación de calor del aire de ventilación. Solución convencional: recuperación pasiva

8

Recuperador pasivo


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Bomba de calor de piscinas. Recuperación de calor del aire de ventilación. Solución mediante recuperación activa

Circuito de recuperación activa

10



11

� Circuito frigorífico de recuperación activa reversible

� Ventiladores Plug-Fan

� Refrigerante R-410A

� Control CIATpool patentado



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 =⋅⋅=


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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 =


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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.


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


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)


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


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.


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)

22



23

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)



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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

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