Deshumectación del aire y eficiencia energética piscinas cubiertas

Deshumectación del aire y eficiencia energética en piscinas cubiertas

El tratamiento del aire para el control de calidad, temperatura y humedad relativa en una piscina cubierta es imprescindible para el confort de sus usuarios.

En esta publicación se describen las técnicas para el acondicionamiento del aire, y algunas recomendaciones de ahorro energético en este tipo de instalaciones.

Situación en España

Son más de 2.800 las piscinas cubiertas en España, según un informe publicado por el Ministerio de Sanidad en 2015 (sin contar las de Andalucía, Comunidad Valenciana y Cataluña), en su mayoría de uso público.

Es un sector con altas exigencias sanitarias en el control de la calidad del aire y del agua, y con fuerte demanda energética.

El consumo energético específico depende de la zona climática, entre otros factores como ocupación y el uso. Un valor de referencia a considerar es de 500 kWh/m² para una piscina de tamaño medio, considerando un uso polivalente, y unos 215 días de apertura al año.

Requisitos y condiciones de diseño

No se registra ninguna norma española que aglutine todas las especificaciones y reglas de cálculo que deben tener las piscinas cubiertas. La única referencia es alemana (VDI 2089 2010) por lo que, a continuación, se desglosan por apartado las especificaciones de cada normativa.

Bienestar térmico:

En el RITE vigente, se especifican los siguientes requisitos básicos de diseño para estas instalaciones:

  • Temperatura agua pileta: 24 – 30 ºC dependiendo del uso con la excepción de 36ºC para usos terapéuticos
  • Humedad relativa < 65%
  • Temperatura seca aire: entre 1 y 2 ºC más alta que la del agua del vaso, hasta un máximo de 30ºC.

Calidad aire interior:

Por su parte, la normativa que se adjunta (anexo II) regula las mismas condiciones técnico sanitarias que debe tener el aire y el agua en las piscinas.  Estos espacios están clasificados como tipo IDA 2 que establece una buena calidad del aire de ventilación.

  • Caudal aire exterior de ventilación: mínimo de 2,5 dm³/s por cada m² de superficie de vaso y playa.
  • La concentración de CO2 en el aire del recinto de los vasos cubiertos no superará más de 500 m_{g}/m^{3} del CO2 del aire exterior.
  • El local debe estar en depresión de 20 a 40 Pa.

Eficiencia energética:

Adicionalmente, el CTE en sus apartados de contribución solar mínima HE4 y de salubridad HS3  definen:

  • Necesario un sistema de recuperación del aire extraído con una eficiencia mínima del 50% (según tipo) y con una pérdida de presión máxima de 260 Pa.
  • Deben instalarse barreras térmicas contra las pérdidas de calor por evaporación durante el cierre de la piscina.
  • Deberá tener integrado un sistema para el control de la humedad del local.
  • La distribución de su sistema de clima será independiente al resto de instalaciones.

Finalmente, la tasa diaria de renovación de agua del vaso es del 5%, si bien, este valor dependerá de las regulaciones autonómicas o de situaciones excepcionales como restricciones.

Caso práctico

Se propone un ejemplo de dimensionamiento para una piscina cubierta de 250 m² de vaso, ubicada en Las Palmas de Gran Canaria.

En la siguiente imagen se muestra el diagrama conceptual que resumen la secuencia de pasos a realizar para el desarrollo del ejemplo práctico y las diferentes variables de diseño:

Esquema de cálculo

Condiciones ambientales

Para un cálculo conservador, se seleccionan las variables más adversas de la zona climática según los registros de los últimos años.

Se acompaña, la tabla de frecuencias horarias con la distribución de temperaturas en la zona:

Dimensionamiento piscinas cubiertas

Por tanto, a efectos del diseño se considera una temperatura del aire exterior de 22 ºC. También, de cara a simplificar los cálculos, se considera una temperatura media para el agua de red de 17 ºC, según las recomendaciones de diseño para ACS del IDAE.

Cálculos justificativos y principales resultados

Caudal de ventilación de aire

Las bases de cálculo son la renovación de aire, el mantenimiento de los índices de humedad y la temperatura del local.

Según las condiciones de ventilación que fija normativa, el caudal de aire de la piscina será el resultante de multiplicar el factor de ventilación de 2,5 dm³/s, por un factor de seguriad y por la superficie total (vaso y playa).

Q_{_{a}}= 2,5 dm^{^{3}}/s \cdot 1,12\cdot 400 m^{2}\cdot (\frac{3.600s/h}{1.000dm^{3}/m^{3}})= 4.032 m^{3}/h

Caudal de agua evaporada

Es complicado cuantificar la cantidad de agua que se evapora en la superficie del vaso por la diferencia de presión de vapor resultante del gradiente térmico entre el agua y el aire.

Se recomienda el empleo de la fórmula de Bernier que contempla tanto la contribución a la evaporación derivada del número de ocupantes, como a la agitación del agua de los bañistas:

Me = S\cdot [\left ( 16+133\cdot n \right )\cdot \left ( W_{e} -G_{h}\cdot W_{as}\right )]+0,1\cdot N

Me=250 m^{2}\cdot [(16+133\cdot 0,14)\cdot (0,0201-0,6\cdot 0,0227)+0,1\cdot 25]= 34,45kg/h

En donde:

M_{e}: flujo másico de agua evaporada (kg/h). S: superficie de la lámina de agua (m²). W_{_{e}} : humedad absoluta del aire saturado a la temperatura del agua del vaso (kg_{ag}/kg_{a}). W_{_{as}} : humedad absoluta del aire saturado a la temperatura del aire interior de la piscina (kg_{ag}/kg_{a}). G_{h} : el grado de humedad de la piscina, n: número de bañistas por m² de vaso y N: la ocupación total de espectadores.

Por tanto, el caudal de aire de ventilación para conseguir eliminar esta humedad de la evaporación del vaso es de 4.850 m³/h.

Demanda de calor para mantenimiento de la temperatura del vaso

Las bases de cálculo son la renovación de agua del vaso (5%) y la temperatura del agua en función de su uso.

Balance pérdidas piscina cubierta

El balance energético aplicado al contorno del vaso es función de las diferentes pérdidas de calor según se representa en la imagen superior:

P_{_{T}}=P_{_{E}}+P_{_{R}}+P_{_{C}}+P_{_{RV}}+P_{_{K}}

Tipo de transferencia / pérdidasQ (W/m2)Q (kW)% total
Evaporación311,532,481%
Renovación de agua48513%
Transmisión del vason/a1,133%
Convecciónn/a0,662%
Radiación solar5,670,591%
TOTAL365,1339,82

Póngase en contacto con el administrador del blog, en caso de desee que se le facilite el modelo de cálculo empleado con las fórmulas.

Dimensionamiento equipo de deshumectación

En este otro artículo del blog se describen las técnicas y procesos de acondicionamiento del aire mediante equipos denominados Unidades de Tratamiento de Aire.

El Reglamento RITE especifica diseñar el funcionamiento de los equipos para unas 6.000h de apertura anuales para este tipo de instalaciones. En la práctica, la piscina está abierta unas 3.000 h anuales.

Cálculo demanda de climatización del local

Recuperación del calor y enfriamiento adiabático con aporte de bomba de calor.

Puesta a régimen

Se considera que una vez al año se vacía la piscina para labores de limpieza y mantenimiento, preferiblemente en el mes de agosto. La energía necesaria para volver a llenar y calentar el agua es de 6MWh.

La potencia de la(s) caldera(s) y suministro solar ACS debe ser de 120 kW, para poder finalizar la puesta en servicio en un plazo máximo de 48 horas.

Recomendaciones de Ahorro y Eficiencia Energética

Es muy importante en estos casos, hacer un uso racional del agua reduciendo su consumo mediante los medios y soluciones técnicas necesarias. Para más información acerca de este punto consultar el siguiente artículo.

Aislamiento y envolvente en buen estado

Las cubiertas, fachadas y cerramientos tendrán aislamiento térmico y se evitarán las condensaciones y puentes térmicos, se observará el cumplimiento de la vigente Norma de condiciones térmicas de los edificios.

Bomba de Calor

Una gran ventaja de la bomba de calor es que la energía aportada se considera renovable con lo que ayuda al cumplimiento de la contribución mínima que estipula el CTE.

Por otro lado, su reversibilidad a la hora de generar calor y frío permiten mejores valores eficiencia energética para climas que no sean extremos como es el caso del ejemplo.

Recuperación de calor

Del aire

Por normativa RITE, todas las UTA con un caudal de ventilación de más de 1.800 m³/h deben incorporar un recuperador de calor con un nivel de eficiencia tabulado en función del caudal de aire extraído. En el ejemplo expuesto anteriormente, la eficiencia mínima de recuperación debe ser de 50% con una pérdida de carga máxima de 180 Pa.

Además, el reglamento menciona la necesidad de instalar, sobre el aire de extracción, un dispositivo de enfriamiento adiabático (más información en este artículo). El enfriamiento adiabático reduce la temperatura seca del aire expulsado a costa de su incremento de humedad. Esta medida puede llegar a ahorrar hasta el 80% de la potencia frigorífica de la instalación de ventilación.

¿Recuperador entálpico o de placas?

Siempre que no exista riesgo de contaminación del aire exterior, por ejemplo por olores, se recomienda el recuperador entálpico. En caso contrario, el intercambiador de placas es la opción recomentada.

De las aguas grises

Este tipo de instalaciones requieren de una reposición diaria del 5% del volumen de agua del vaso., sin contar con las aguas grises de vestuarios.

En ocasiones es viable instalar un intercambiador de agua (recuperador) que recupere el calor residual para precalentar el agua de reposición de la red antes de calentarla a la temperatura de diseño.

Uso del free cooling

Este tipo de ventilación se debe aplicar siempre que las condiciones exteriores sean inferiores a las interiores o de consigna. Además, siempre que el local por carga interna y/o radiación solar requiera debe demanda de refrigeración. De esta forma con el free cooling se conseguirá, al menos parcialmente, una contribución de frigorías “gratis” con el aire exterior impulsado mediante la UTA.

Ahorro, eficiencia mediante Energías Renovables

Se tendrá en cuenta en el diseño un consumo energético eficiente y limitado, así como la utilización de energías renovables (solar, eólica, biomasa, geotérmica, etc.).

Es altamente recomendable la instalación de colectores solares para acumulación de agua caliente sanitaria, agua caliente para los vasos, agua caliente para calefacción por suelo radiante en playas de los vasos de piscina y en vestuarios. Además, mejora la calificación energética del edificio el uso de calderas por biomasa, o bombas de calor geotérmica en aquellos casos en los que sea viable.

 

 

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