1.Climatizacin de una piscina cubiertamediante la combinacin de energasolar trmica, geotermia y caldera de apoyo de biomasa. MEMORIAAutor: Jordi Noguera SebastinDirector: Dr. Miguel Villarrubia LpezConvocatria: Juny-2011.Mster Interuniversitari UB-UPC dEnginyeria en Energia

2. NDICERESUMEN ................................................................................................................................... 5RESUM ........................................................................................................................................ 6ABSTRACT ................................................................................................................................. 71. INTRODUCCIN ................................................................................................................ 8 1.1. Acondicionamiento geotrmico de baja entalpa ................................................... 8 1.2. Acondicionamiento solar trmico ........................................................................... 10 1.3. Bomba de calor ......................................................................................................... 12 1.3.1. Componentes .................................................................................................... 12 1.3.2. Funcionamiento de la bomba de calor .......................................................... 132. OBJETIVOS ...................................................................................................................... 163. NORMATIVA APLICABLE .............................................................................................. 174. CASO DE ESTUDIO Y UBICACIN ............................................................................. 20 4.1. Ubicacin geogrfica................................................................................................ 20 4.2. Descripcin de la instalacin .................................................................................. 20 4.3. Datos climatolgicos: ............................................................................................... 215. CARACTERIZACIN DE LA DEMANDA ENERGTICA .......................................... 24 5.1. Demanda referida al agua de la piscina ............................................................... 24 5.2. Clculo de la deshumidificacin del aire ............................................................... 25 5.3. Prdidas de calor del agua del vaso de la piscina .............................................. 26 5.3.1. prdidas por evaporacin del agua del vaso ............................................... 27 5.3.2. Prdidas por radiacin de calor de las piscinas .......................................... 28 5.3.3. prdidas por conveccin de calor .................................................................. 28 5.3.4. prdidas por transmisin ................................................................................. 29 5.3.5. Prdidas por renovacin del agua del vaso ................................................. 29 5.3.6. Potencia necesaria para la puesta en marcha............................................. 30 5.4. Clculo de calentamiento de ACS ......................................................................... 31 5.5. Acondicionamiento del aire (por el mtodo simplificado) ................................... 32 5.5.1. Prdidas de calor por cerramientos (paredes)............................................. 32 5.5.2. prdidas por ventilacin ................................................................................... 34 5.6. Resumen orientativo de cargas.............................................................................. 35 5.7. Determinacin precisa de la climatizacin para el aire del recinto ................... 38 5.7.1. Clculo del caudal de aire ............................................................................... 38 5.7.2. Humedad especfica de descarga ................................................................. 391 3. 5.7.3.Temperatura de mezcla y de descarga del aire en invierno ...................... 39 5.7.4.Temperatura de mezcla y de descarga del aire en verano........................ 41 5.7.5.Clculo de potencia y energa para el acondicionamiento del aire .......... 42 5.8.Medidas de ahorro energtico ................................................................................ 45 5.8.1.Recuperacin de calor del aire expulsado ................................................... 45 5.8.2.Recuperador con enfriamiento adiabtico .................................................... 506. POSIBLES CONFIGURACIONES ................................................................................. 557. CARACTERIZACIN DE LAS DIFERENTES OPCIONES DE SUMINISTRO ...... 58 7.1.Instalacin solar trmica .......................................................................................... 58 7.1.1.Produccin mediante sistemas solares activos ........................................... 58 7.1.2.Clculo del aporte energtico del agua. ....................................................... 58 7.1.3.Rendimiento de los captadores ...................................................................... 59 7.1.4.Prdidas por orientacin e inclinacin........................................................... 60 7.1.5.Energa aprovechada por el sistema ............................................................. 61 7.1.6.Clculo de la superficie de captacin ............................................................ 61 7.1.7.Radiacin solar global...................................................................................... 62 7.1.8.Criterios generales de diseo ......................................................................... 62 7.1.9.Sistema de control ............................................................................................ 63 7.1.10. Volumen de acumulacin ............................................................................ 63 7.1.11. Sistema de intercambio ............................................................................... 64 7.1.12. Caudal del circuito primario ........................................................................ 64 7.1.13. Dimensionado de la bomba ........................................................................ 64 7.1.14. Clculo de tuberas ...................................................................................... 65 7.2.Instalacin geotrmica ............................................................................................. 67 7.2.1.Circuito de intercambio geotrmico (UGI). ................................................... 69 7.2.2.Bomba de calor ................................................................................................. 73 7.2.3.Sistema de distribucin de calor .................................................................... 74 7.3.Sistema de apoyo ..................................................................................................... 75 7.3.1.Calefaccin elctrica ........................................................................................ 75 7.3.2.Caldera de condensacin de gas natural ..................................................... 76 7.3.3.Caldera de pellets............................................................................................ 76 7.3.4.Caldera de biomasa ......................................................................................... 77 7.3.5.Caldera de residuos ......................................................................................... 788. ESTUDIO ECONMICO ................................................................................................. 792 4. 8.1.Evaluacin de la instalacin solar trmica............................................................ 79 8.2.Evaluacin de la instalacin geotrmica ............................................................... 80 8.3.Evaluacin del sistema se apoyo ........................................................................... 819. ESQUEMA DE LA INSTALACIN................................................................................. 8210. DESCRIPCIN DE LA INSTALACIN SOLAR TRMICA ................................... 83 10.1.Colectores .............................................................................................................. 83 10.2.Acumulador de agua ............................................................................................ 85 10.3.Prdidas por orientacin...................................................................................... 85 10.4.Sistema de intercambio ....................................................................................... 85 10.5.Dimensionado de la bomba ................................................................................ 86 10.6.Clculo de tuberas .............................................................................................. 86 10.6.1. Prdidas por accesorios .............................................................................. 86 10.6.2. Prdidas por tramos rectos ......................................................................... 87 10.6.3. Prdidas por la maquinaria ......................................................................... 8811. DESCRIPCIN DE LA INSTALACIN GEOTRMICA ......................................... 89 11.1.Deshumidificador con recuperacin y enfriamiento adiabtico ..................... 89 11.2.Colectores enterrados.......................................................................................... 90 11.3.Acumulador de calor ............................................................................................ 90 11.4.Sistema de tuberas ............................................................................................. 90 11.4.1. Prdidas por accesorios .............................................................................. 90 11.4.2. Prdidas por tramos rectos ......................................................................... 91 11.4.3. Prdidas por la maquinaria ......................................................................... 91 11.4.4. Otros ............................................................................................................... 91 11.5.Bombas de calor del agua de la piscina ........................................................... 92 11.6.Bombas de calor del agua de ACS.................................................................... 92 11.7.Sistema de control central ................................................................................... 9212. DESCRIPCIN DE LA CALDERA DE APOYO....................................................... 94 12.1.Consumo de combustible estimado................................................................... 9513. EVALUACIN ECONMICA ..................................................................................... 98 13.1.Presupuesto .......................................................................................................... 98 13.2.Viabilidad econmica ........................................................................................... 99 13.3.Estudio comparativo ........................................................................................... 10214. IMPACTO AMBIENTAL ............................................................................................. 103 14.1.Emisiones de CO2.............................................................................................. 103 3 5. 14.1.1.Caldera: ........................................................................................................ 103 14.1.2.Geotermia y solar-trmica ......................................................................... 104 14.1.3.Aprovechamiento geotrmico ................................................................... 10415.CONCLUSIONES ....................................................................................................... 10516.BIBLIOGRAFA ........................................................................................................... 106ANEXOS ..................................................................................................................................... 109 ANEXO 1: Planos ............................................................................................................... 110 ANEXO 2: Diagrama Psicromtrico................................................................................. 117 ANEXO 3: Tabla de Humedades Relativas.................................................................... 119 ANEXO 4: Fichas Tcnicas .............................................................................................. 1224 6. RESUMENEn el presente proyecto se evaluarn las diferentes alternativas a la hora declimatizar una piscina municipal cubierta a 25C el agua de la piscina y 27C y65% humedad el aire del recinto. Se plantean diversos escenarios tcnico-econmicos, partiendo de un mix compuesto por una instalacin geotrmica,una de solar trmica y para cubrir puntas de demanda energtica una calderade gas natural, tras realizar el estudio econmico el mix es 40-40-20%respectivamente.Para poder plantear esas alternativas, en la primera parte del proyecto secalculan las necesidades energticas del recinto (344kW) , tanto del vaso de lapiscina (96kW) como el ACS (137kW) y el aire (111kW para calefaccin delaire del recinto y 25kW en refrigeracin), y caracterizar la demanda energticadel mismo. Para ello, se estudian los recursos solares y geotrmicos de unaubicacin de referencia. La demanda anual de energa asciende a 834MWh.A continuacin se plantea la distribucin de las instalaciones, la dedeshumidificacin con recuperacin de calor y enfriamiento adiabtico conbomba de calor agua-aire, la solar consta de de 341m2 de captadores quecubren 138kW. La geotermia consta de 860m de tubos captadores de 2 consus bombas de calor asociadas. Y por ltimo, una caldera de cscara dealmendra de 160kW, que cubre el 22% de la energa anual y con un volumenen combustible de 15tn.Otro aspecto importante de este proyecto, y escogida la mejor opcin, es laevaluacin econmica del mismo, detallando el presupuesto que asciende a103.790, y se plantean diversos escenarios econmicos demostrando suviabilidad econmica frente a instalaciones con gas natural y elctrica.Por ltimo se realiza el impacto ambiental del mismo ya que se emiten 4tn deCO2 por la combustin de las cscaras de almendra y supone un ahorro de82,5tn al no usar G.N. ni electricidad. Adems el aprovechamiento geotrmicoes de un 75%.5 7. RESUMEn el present projecte savaluaran les diferents alternatives a lhora declimatitzar una piscina municipal coberta a 25 C laigua de la piscina i 27 C i65% humitat laire del recinte. Es plantegen diversos escenaris tcnic-econmics, partint dun mix compost per una instal.laci geotrmica, una desolar trmica i per cobrir puntes de demanda energtica una caldera de gasnatural, desprs de fer lestudi econmic el mix s 40-40-20% respectivament.Per poder plantejar aquestes alternatives, en la primera part del projecte escalculen les necessitats energtiques del recinte (344kW), tant del vas de lapiscina (96kW) com el ACS (137kW) i laire (111kW per a calefacci de lairedel recinte i 25Kw en refrigeraci), i caracteritzar la demanda energtica. Per aaix, sestudien els recursos solars i geotrmics duna ubicaci de referncia.La demanda anual denergia puja a 834MWh.A continuaci es planteja la distribuci de les instal.lacions, la dedeshumidificaci amb recuperaci de calor i refredament adiabtic amb bombade calor aigua-aire, la solar consta de de 341m2 de captadors que cobreixen138kW. La geotrmia consta de 860m de tubs captadors de 2" amb les sevesbombes de calor associades. I finalment, una caldera de closca dametlla de160kW, que cobreix el 22% de lenergia anual i amb un volum en combustiblede 15tn.Un altre aspecte important daquest projecte, i escollida la millor opci, slavaluaci econmica daquest, detallant el pressupost que ascendeix a103.790 , i es plantegen diversos escenaris econmics demostrant la sevaviabilitat econmica enfront de instal.lacions amb gas natural i elctrica.Finalment es realitza limpacte ambiental del mateix ja que semeten 4tn de CO 2per la combusti de les closques dametlla i suposa un estalvi de 82,5 tones alno usar GN ni electricitat.A ms laprofitament geotrmic s dun 75%.6 8. ABSTRACTIn this project will assess the different alternatives at the time of heat an indoormunicipal pool at 25 C water of the pool and 27 C and 65% air humidity of theenclosure. Raised various technical and economic scenarios, based on a mixmade up of a geothermal plant, a solar thermal and energy demand peakscover a natural gas boiler, after conducting the economic study the mix is 40-40-20% respectively .To raise these alternatives, in the first part of the project are estimated energyneeds of the enclosure (344kW), both the glass of the pool (96kW) and the ACS(137kW) and air (111kW heating and room air 25kW refrigeration), andcharacterization of the energy demand. To this end, we study solar andgeothermal resources of a reference location. The annual energy demandamounts to 834MWh.Then there is the distribution of facilities, dehumidification and heat recoverywith adiabatic cooling-water heat pump air, comprises of 341m 2 solar collectorscovering 138kW. Geothermal pipe consists of 860m sensors of 2" with itsassociated heat pumps. And finally, a shell boiler 160kW kernel, which covers22% of the annual energy and a fuel volume of 15tn.Another important aspect of this project and have chosen the best option is theeconomic evaluation itself, detailing the budget amounting to 103,790, andraises various economic scenarios to demonstrate its economic viability versusnatural gas installations and electrical.Finally, we performed the same environmental impact as 4TN CO 2 emitted byburning the shells of almonds and a saving of 82.5 tn by not using N.G. orelectricity. In addition, the geothermal utilization is 75%.7 9. 1. INTRODUCCINEn este proyecto se realiza un estudio tcnico-econmico sobre la climatizacinde una piscina municipal cubierta. Para una piscina cubierta semi-olmpica deuso pblico media de 25 m x 16 m a una temperatura de 27C el consumoenergtico puede ser superior a los 300 MWh al ao, dependiendo del clima dellugar en el que se ubique, segn Ciatesa.Para reducireste uso tan intensivo de energa es preciso incorporartecnologas que, manteniendo las condiciones de confort, no consuman tantaenerga. En este caso, se plantea la posibilidad de incorporar diversastecnologas como son la solar trmica y la geotermia, reservando tan solo eluso de una caldera, para los picos de demanda energtica, como se estudiarposteriormente. 1.1. Acondicionamiento geotrmico de baja entalpaLa energa geotrmica es aquella que se puede obtener mediante elaprovechamiento de calor del interior de la Tierra. Existen diferentes tipos degeotermia, como son, las de baja, media o alta entalpa. En esta ltimas sepuede llegar a obtener electricidad. Este tipo de tecnologa se diferencia devarias energas renovables en que es previsible, disponible en casi cualquierlugar y su aporte energtico es constante.Pero en nuestro caso nos centraremos en la geotermia de baja temperatura.Esta se puede aprovechar de forma discrecional, ya que no precisaencontrarse en un enclave geolgico de gran actividad. El subsuelo posee lacapacidad de mantener una temperatura sensiblemente constante, entre los 10y 20 m de profundidad, a lo largo de todo el ao. A continuacin se representacmo vara la temperatura del subsuelo con la profundidad en diferentespocas del ao, siendo: 8 10. Azul: En invierno, a medida que profundizamos, la temperatura va aumentando hasta alcanzar un valor fijo de 10 C. Roja: En verano ocurre lo contrario; a medida que profundizamos la temperatura descienrde hasta los 10 C. Verde y amarilla: En primavera y otoo las variaciones son menores, llegandose a alcanzar, en profundidad, el mismo valor de 10 CFig 1. Variacin de la temperatura del subsuelo con la profundidad [edicin: girod-geotermia]Los recursos geotrmicos de baja entalpa tienen las siguientes aplicaciones: produccin de agua caliente sanitaria (ACS) en cualquier vivienda, equipamientos, oficina, industria, comercio climatizacin de edificios, industrias y parques agrarios.La captacin se realiza mediante colectores, por los cuales circula un fluidoportador, normalmente agua glicolada que cede o capta calor del subsuelo.Tambin es posible extraer las aguas subterrneas para intercambiar calor.A continuacin expondremos algunas ventajas del empleo de esta tecnologa: No tiene torres de refrigeracin ni aeroventiladores (fan-coils) Necesidades de espacio reducidas Vida superior del equipo y de los sondeos de mnimo de 50 aos Robustez y fiabilidad mecnica Compatible y adicional a otras EERR 9 11. Bajo coste de mantenimiento Bajo coste de operacin Ahorra un hasta un 70% de la energa de calefaccin Ahorra un hasta un 50% de la energa de refrigeracin Trabaja en circuito cerrado evitando un consumo continuado de agua Reduce emisiones de CO2 o de contaminantes Bajo nivel de ruidoAhora expondremos los inconvenientes: Elevado inversin inicial: amortizacin de 5 a 15 aos en funcin de la instalacin Limitacin de la temperatura de uso: 55C - 65C Ocupacin y afeccin del terreno Problemas durante la fase de obras:o Enturbiamiento, espumas y lodoso Escorrentaso Ruidos 1.2. Acondicionamiento solar trmicoDebido a que la temperatura a alcanzar no es muy elevada, la situacingeogrfica y la legislacin vigente, el empleo de la tecnologa de energa solartrmica para piscinas son actualmente muy utilizadas. Los colectores solaressuelen situarse sobre el techo de la piscina y permiten cubrir la demanda debase de la instalacin, especialmente en los meses de ms calor. Se sueleutilizar colectores de polipropileno en los que puede circular el propio agua dela piscina, obteniendo as sistemas directos en los que el agua a calentar es asu vez el fluido de trabajo.Segn datos de IDEA, la climatizacin supone ms de un 60% del consumoenergtico de edificios en Espaa, por tanto el empleo de energas renovablespodr reducir el consumo as como las emisiones de dixido de carbono ycontaminantes derivados de la combustin de combustibles fsiles, como ahoralos NOx entre otros. 10 12. Pero no solo se puede aprovechar para calefaccin sino tambin pararefrigeracin, esta consiste en el aprovechamiento trmico de la radiacin solarpara generar una potencia frigorfica.Existen varias maneras de obtenerrefrigeracin a travs de placas solares trmicas las ms conocidas son las deabsorcin y las de adsorcin.La absorcin se basa en la capacidad que tienen algunas substancias, porejemplo el bromuro de litio, para absorber, en fase lquida, vapores de otrassubstancias como el amonaco y el agua, respectivamente. La tecnologa deadsorcin se basa en reacciones fsico-qumicas entre un refrigerante y unabsorbente, slo que estas trabajan con un adsorbente slido (silicagel) y enlas mquinas de absorcin se utiliza un absorbente lquido.Normalmente se disean sistemas que aprovechan la energa solar paracombinaciones de los diferentes sistemas como refrigeracin solar, ACS,calefaccin agua de la piscina, sacando as mucho ms rendimiento de loscaptadores solares.El aprovechamiento de esta energa para producir climatizacin de veranomediante la mquina de absorcin y calefaccin en invierno, es una de lassoluciones ms simples en cuanto a diseo y que ms se asocia a los objetivosdel proyecto, basta con incorporar un circuito que transporte el agua caliente,proveniente de los captadores o del acumulador, (sin que esta pase por lamquina de absorcin) hasta los dispositivos terminales (fan-coil o sueloradiante por ejemplo).Para cubrir las puntas de demanda de calor que la solar trmica no pueda sercubierta se instala una caldera, tradicionalmente de gas natural. Esta calderaauxiliar puede estar colocada antes o despus del acumulador, si se colocaantes del acumulador dar soporte a la calefaccin y a la refrigeracin,mientras que si se coloca despus del acumulador solo dar soporte a lacalefaccin. 11 13. 1.3. Bomba de calorLos fabricantes de bombas de calor geotrmicas dan los datos de potencias,consumos y COP (rendimiento), con estos datos se ajustar el consumos yrendimientos a partir del ciclo real de funcionamiento.La bomba de calortransporta calor de una zona de baja temperatura a otra con temperaturamayor. Segn el modo de funcionamiento en que se quiera que funcione(calefaccin o refrigeracin). Para este proyecto se entiende por fuente de calorel terreno en invierno y como sumidero la vivienda mientras que en verano esal revs. A continuacin se describen los componentes y el funcionamiento dela bomba de calor.1.3.1. ComponentesEvaporador: El fluido geotermal recibe el calor del foco frio, con este aporteenergtico el fluido evapora llegando a ser vapor saturado. Este aporte de caloral refrigerante se realiza a temperatura y presin constante (de forma ideal).Compresor: Consumiendo electricidad por medio de un motor el fluido aumentasu presin y temperatura procedente del evaporador para adecuar esascondiciones para poder llegar a pasar de gas a lquido en el condensador.Condensador: Manteniendo una temperatura y presin aproximadamenteconstante, mediante una prdida de calor en la condensacin del fluido seconsigue que el refrigerante pase al estado de liquido saturado. Esta prdidade calor cede energa al exterior.Vlvula de expansin: El fluido pierde presin y temperatura en la vlvula deexpansin para volver as a su estado inicial y poder repetir el ciclo de nuevo.Por medio de la vlvula se consigue cambiar el modo de funcionamiento de labomba entre verano e invierno por medio de una vlvula de 4 vas.Otros componentes: Aparte de esos cuatro componentes principales sonnecesarios otros elementos como por ejemplo un depsito de inercia queacumula calor, adems de un vaso de expansin que se utiliza en el circuito de 12 14. calefaccin para absorber el aumento de volumen que se que ocurre alexpandirse el fluido por el calentamiento. Adems tambin hay bombas derecirculacin que permiten el movimiento del fluido por el equipo. Tambin seinstalan diversas vlvulas caudalmetros y manmetros por motivos deseguridad. 1.3.2. Funcionamiento de la bomba de calor Ciclo de calefaccin: 1. El compresor eleva la presin y temperatura del fluido frigorfico. 2. En el condensador, situado en el interior del edificio a calentar, el fluido cede el calor al medio. 3. El fluido en estado lquido y a alta presin y temperatura se expande en la vlvula de expansin reduciendo su presin y temperatura. Se evapora en parte. 4. En el evaporador situado en el exterior, el fluido completa su evaporacin absorbiendo calor del exterior. 5. Retorna al compresor a travs de una vlvula de cuatro vas, iniciando el ciclo de nuevo.Figura 2: Esquema del ciclo de calefaccin. 13 15. Ciclo de refrigeracin: 1. El compresor eleva la presin y temperatura del fluido frigorfico tras pasar por la vlvula de 4 vas. 2. En el condensador, situado en el interior del edificio a calentar, el fluido cede el calor al medio. 3. El fluido en estado lquido y a alta presin y temperatura se expande en la vlvula de expansin reduciendo su presin y temperatura. Se evapora en parte. 4. En el evaporador situado en el exterior, el fluido completa su evaporacin absorbiendo calor del exterior. 5. Retorna al compresor a travs de una vlvula de cuatro vas, iniciando el ciclo de nuevo.Figura 3: Esquema del ciclo de refrigeracin.Para poder calcular la energa involucrada y el rendimiento (COP) es precisoconocer los balances de energa en cada etapa y viendo el ciclo dentro de undiagrama P-h. Estudiaremos el ciclo ideal en primer lugar: Figura 4: Esquema del ciclo ideal en un diagrama P-h. 14 16. Las ecuaciones de cada etapa son: o Trabajo del compresor: o Calor entregado: o Vlvula de expansin: o Calor extrado: o BALANCE:Los calores tanto extrado como absorbido se expresa en kW, la entalpa (h) enkJ/kg y el flujo msico ( ) en kg/s. Por el contrario, el ciclo real se asemeja alsiguiente, donde podemos ver diversas prdidas: Figura 5: Esquema del ciclo real en un diagrama T-s.En estas condiciones reales hay que calcular el rendimiento del compresor: 15 17. 2. OBJETIVOSLos objetivos fundamentales del presente proyecto sern los siguientes:En primer lugar se expondr la normativa aplicable, principalmente desde unpunto de vista energtico. Otro objetivo central ser conocer las necesidadesenergticas de una piscina municipal media, tomando como referencia lasituada en la c/ San Pere 119 de Gav (Barcelona). Dentro de este objetivo secalcularn las cargas trmicas, las necesidades de deshumidificacin, derenovacin de aire, la potencia necesaria a instalar y la demanda anual deenerga.Una vez conocidas estas necesidades energticas, se plantearn las diferentesalternativas tcnicas profundizando en un mix formado por una instalacingeotermia, solar trmica y para cubrir puntas de consumo emplear una caldera.Por tanto, ser preciso conocer los recursos solares y geotrmicos de esaubicacin y plantear diferentes escenarios tcnicos de cubrimiento de lademanda.A partir de ese estudio de recursos se describirn tanto las instalaciones degeotermia como las de solar trmica y de las del combustible para la caldera.Tambin se conocern las bombas bomba de calor, deshumidificador, caldera,etc.Conocidas ya las diversas instalaciones se realizar uno de los pilares delpresente proyecto como es la evaluacin econmica del mismo, detallandodiversos escenarios econmicos y el presupuesto de la opcin situada en elptimo econmico. Tambin se detallarn los beneficios, o no, ambientales deesta instalacin frente a otras.Por ltimo y a parte de los diversos anexos con fichas tcnicas, planos,diversas tablas, etc. se describirn las conclusiones alcanzadas tras realizar elproyecto analizando los diferentes aspectos tcnicos, medio ambientales yeconmicos.16 18. 3. NORMATIVA APLICABLELa normativa aplicable tiene un amplio abanico de legislacin y regulacin yaque abarca desde la relativa a piscinas en Catalunya, la geotermia y la solartrmica.Por tanto, en primer lugar trataremos lo relativo a las piscinas de uso pblico: Decreto 95/2000, de 22 de febrero, por el que se establecen las normas sanitarias aplicables a piscinas de uso pblico. Fichas tcnicas de la Secretaria General dEsports (POC) para piscinas cubiertas (ref. 23). Normas NIDE 3 del Consejo Superior de Deportes, actualmente solo es un manual de recomendacin, ya que estas normas han sido sustituidas por el RITE. Cdigo Tcnico de Edificacin (Real Decreto 314/2006 del 17 de Marzo. CTE). Reglamento de Instalaciones Trmicasen Edificios (Real Decreto 1027/2007 del 20 de Julio. RITE-ITE 10.2):Las principales prescripciones del reglamento RITE se relatan a continuacin: 1. El consumo de energas convencionales para el calentamiento de piscinas est permitido solamente cuando estn situadas en locales cubiertos. 2. La temperatura del agua del vaso ser la que se indica en la tabla que figura a continuacin, segn el uso principal de la piscina. La temperatura del agua se medir en el centro de la piscina y a unos 20 cm por debajo de la lmina de agua. 17 19. Tabla 1: Temperatura del agua de las piscinasUso principalTemperatura del agua (C)pblicorecreo25chapoteo 24enseanza25entrenamiento26 competicin 24privado25-26La tolerancia en el espacio, horizontal y verticalmente, de la temperatura delagua no podr ser mayor que 1 C. Para el control de la temperatura del aguase dispondr una sonda de temperatura en el retorno de agua al cambiador decalor y un termostato de seguridad dotado de rearme manual en la impulsinque enclave el sistema de generacin de calor. La temperatura de tarado deltermostato de seguridad ser, como mximo, 10 C mayor que la temperaturamxima de impulsin. 3. La temperatura seca del aire del local ser entre 2 C y 3C mayor que ladel agua, con un mnimo de 26 C y un mximo de 28C. La humedadrelativa del ambiente se mantendr entre el 55% y el 70%.Para evitar condensaciones sobre las paredes fras del local de la piscinapuede utilizarse el aire exterior. Este aire debe ser calentado antes de serintroducido en el local y el calor del aire expulsado debe ser recuperado por losmedios que el proyectista considere oportunos.Alternativamente, el mantenimiento de la humedad relativa del ambiente dentrode los lmites anteriormente indicados puede lograrse por medio de una bombade calor, enfriando, deshumedeciendo y recalentando el mismo aire delambiente.El uso de energas convencionales para estos fines debe restringirse asuplementar el calor necesario para el aire mnimo de ventilacin y las prdidaspor transmisin.18 20. El uso de recuperadores o bombas de calor no es obligatorio para piscinascubiertas con pileta cuya capacidad sea menor que 80 m 3 o cuya superficie deagua sea menor que 50 m2. 4. El clculo de la potencia trmica necesaria a rgimen para calentar el agua de la piscina se efectuar teniendo en cuenta las siguientes prdidas: por transferencia de vapor de agua al ambiente:o desde la superficie del aguao desde el suelo mojado alrededor de la piscinao desde el cuerpo de las personas mojadas por conveccin de la superficie de agua del vaso. por radiacin de la superficie de agua hacia los cerramientos. por conduccin a travs de las paredes del vaso. por renovacin del agua del vaso.El equipo productor de calor se dimensionar para las condiciones de rgimende funcionamiento. En consecuencia, para la puesta en rgimen de latemperatura del agua al comienzo de la estacin se admitir una duracin devarios das, dependiendo de la temperatura al comienzo del arranque.19 21. 4. CASO DE ESTUDIO Y UBICACINEn este apartado enunciaremos los datos necesarios para hacer un correctodiseo y dimensionado de la piscina municipal, detallando la situacingeogrfica, las dimensiones de los recintos habilitados y de los usos que se lesda. 4.1. Ubicacin geogrficaPara una mayor verosimilitud del presente proyecto se tomar como referenciala piscina municipal Diagonal situada en el municipio de Gav (Barcelona), lascoordenadas exactas son: latitud: 41 18 11,5"N, longitud: 1 59 45,2"E. Figura 6: fotografa area del emplazamiento. 4.2. Descripcin de la instalacinLa instalacin est compuesta por diferentes recintos1, la superficie de lacubierta total es de 1538m2, y el volumen total de 8736m3, a continuacindetallamos cada uno:En el recinto piscinas: Local:o Largo: 40 m.o Ancho: 20m.o Alto: 7m. Vaso piscina principal semi-olmpica: 25 x 16 x 2,5 m.1Para clarificar cada recinto, vase el plano 2, donde se detallan.20 22. o Superficie de la lmina: 400 m2o Volumen de agua: 600 m3 Vaso piscina pequea: 16 x 8 x 1 m.o Superficie de la lmina: 128 m2o Volumen de agua: 128 m3 2 saunas de 3 x 2 x 3 m cada una. 2 jacuzzis de 1,5 x 2 x 1m cada uno.En otro recinto: Sala polivalente de 12 x 10 x 7m.Por ltimo: Recepcin: 18 x 10 x 7 m. 1 vestuario de: 4 x 7 x 3m. 2 vestuarios de: 6 x 7 x 3m. 3 vestuarios de: 8 x 7 x 3m. Salas de mantenimiento, oficinas y pasillos: 26 x 3 x 3 m.El aforo mximo es de 70 baistas. Se tomar este valor para el dimensionado,ya que el gran nmero de socios alcanza en una alguna ocasin esta cifra,aunque la mayor parte del tiempo no se d. 4.3. Datos climatolgicos:En primer lugar es importante conocer las temperaturas medias ambientalesmedias de cada estacin y la mxima, media y mnima del agua en la localidadde la instalacin. Tabla 2: temperatura ambiental media y temperatura del agua. [fuente: Ayuntamiento de Gav]Temperatura media delTemperatura del agua aire(C) (C) Primavera: 15,2 Mnima de febrero: 12,7 Verano: 24Mxima de julio: 25,7 Otoo :18,5Media anual: 18,6Invierno: 11,2 21 23. Tambin ser necesario el nmero de horas de sol al da, y a su vez, las delluvia al da para cada mes: Figura 7: promedio de das de lluvia y horas de sol al da en Gav para cadames. [Fuente y infografa: Ayuntamiento de Gav].La temperatura media del agua es: Figura 8: temperatura media del agua en Gav. [Fuente e infografa:Ayuntamiento de Gav].Los datos de temperatura mnima y mxima del aire, la humedad relativa y lairradiancia diagria global se expone a continuacin:22 24. Tabla 3: Temperaturas media, mximas y mnimas, humedad relativa mediamensual y radiacin global para un ao tipo. [Fuente: Estacin MeteorolgicaAutomtica de Viladecans2. Servei Meteorolgic de Catalunya]. Humedad Irradiacin globalT mnima T mxima T media Mesrelativa diaria (MJ/m2)(C) (C)(C)media (%)Enero6,019,2 15,6 77 7,5Febrero6,919,2 15,4 78 9,0Marzo7,220,6 16,9 6714,1Abril9,723,2 19,1 7119,5Mayo13,325,2 21,6 7319,6Junio 16,631,9 26,1 6925,1Julio 19,631,3 28,6 6925,8Agosto20,632,3 29,0 6721,2Septiembre17,631,0 25,9 6716,1Octubre 13,625,4 21,8 7410,5Noviembre7,321,5 16,6 67 7,8Diciembre5,218,4 13,1 72 5,9ANUAL 12,032,3 20,8 7115,22 Se ha tomado los datos estadsticos de la estacin de Viladecans, puesto que es la ms prxima a lazona de la instalacin, aproximadamente 3 km y se encuentra a una altura similar. 23 25. 5. CARACTERIZACIN DE LA DEMANDA ENERGTICAEn un proyecto de este tipo es preciso tener en cuenta diversos aspectos parapoder climatizar adecuadamente el recinto, por ello tendremos en cuenta tresaspectos a acondicionar trmicamente, en primer lugar el agua de las piscinas,despus el ACS y por ltimo, la climatizacin del aire del recinto. 5.1. Demanda referida al agua de la piscinaEn primer lugar, es necesario tener presente que en el recinto hay una fuerteevaporacin. Como consecuencia de ello la obtencin de unas condiciones deconfort adecuadas evitando condensaciones, que son los dos objetivos de estetipo de instalaciones, para ello se deber analizar los siguientes aspectos: Conseguir la temperatura y humedad ambientales adecuadas. El mantenimiento de la temperatura del agua del vaso de piscina. Garantizar el aire de ventilacin mnimo higinico. Evitar las corrientes de aire en la zona de ocupacin y sobre la lmina 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 humedadambiental seguiremos la normativa aplicable expuesta en el apartado 3 delpresente proyecto. Como los usos de la piscina municipal, son diversos,deportistas en competicin, recreo, infantil, mayores de 65 aos, embarazadas,etc., por ello se tomarn como condiciones de confort las siguientes:Tabla 4: Condiciones de confort.Condiciones de confort Temperatura (C) Temperatura del agua 25 C Temperatura del aire 27 C Humedad relativa 65% 24 26. A continuacin se realizarn todos los clculos necesarios para poder conocerla demanda energtica y poder posteriormente dimensionar los equipos masadecuados:5.2. Clculo de la deshumidificacin del aireLa evaporacin en la lmina de agua ser mayor cuando la ocupacin de lapiscina sea mayor. Adems si la velocidad del aire es grande, tambin sefavorece este fenmeno, al igual que las paredes y baistas mojados. Tambinel calor latente de los baistas y del pblico as como el aire exterior usadopara ventilar ya que puede contener ms humedad que el aire interior.De las diversas ecuaciones aplicables para el clculo de la deshumidificacin,se ha escogido la de Bernier para piscinas cubiertas, ya que contempla la sumade dos trminos:piscina sin agitacin (coeficiente 16)piscina con ocupacin (coeficiente 133n)Donde:Me = masa de agua evaporada (kg/h)S = superficie de piscinas3 (m2): 540 m2We = humedad absoluta del aire saturado a la T del agua (kgagua /kgaire): a25C 0,0200 kgagua /kgaire [tabla 5].Was =humedad absoluta del aire saturado a la T del aire interior (kgagua /kgaire):27C 0,0225 kgagua /kgaire [tabla 5].Ga = grado de saturacin: 65%n = n de nadadores por m2 de superficie de lmina de agua4: 70 ba /540 m2N = n total de ocupantes (espectadores): se tomar como 60 si se considerarel nmero de padres de dos clases de estudiantes.3En la superficie de piscinas se incluye el de los jacuzzis.4Para calcularlo se ha tomado el nmero de baistas como el mximo de la piscina. 25 27. Los valores de las humedades absolutas del aire saturado son:Tabla 5: Humedad absoluta del aire saturado. Humedad absoluta:T C W (Kg AGUA / Kg AIRE) 200,0147 210,0155 220,0165 230,0177 240,0187 250,0200 260,0213 270,0225 280,0240 290,0255 300,0270En nuestro caso, aplicando la ecuacin expuesta anteriormente:Por tanto, es conveniente que la temperatura del agua no sea excesivamentealta y que la temperatura del aire sea siempre mayor que la del agua para quela evaporacin y las condiciones de confort sean las adecuadas. Puesto quecuanto mayor sea la temperatura del agua ser mayor su humedad absoluta enla saturacin y como consecuencia aumentar la cantidad de agua evaporada,en las mismas condiciones del aire ambiente. 5.3. Prdidas de calor del agua del vaso de la piscinaPara poder mantener la temperatura del vaso es preciso conocer las diferentesprdidas de calor provocando el siguiente balance de energa: 26 28. Figura 9: esquema de los aportes de calor y las prdidas en la piscina.QE = prdidas por evaporacin del agua del vasoQR = prdidas por radiacin de calorQC = prdidas por conveccin de calorQT = prdidas por transmisinQRE = prdidas por renovacin del agua del vasoA continuacin se analizan cada uno de estos tipos de prdidas:5.3.1. prdidas por evaporacin del agua del vasoEl agua al evaporarse del vaso de la piscina, absorbe calor enfriamiento elresto del agua y bajando la temperatura del agua del vaso. Por tanto, cuantomayor sea la evaporacin mayor ser el enfriamiento del agua del vaso. Paracalcular las prdidas por evaporacin emplearemos la siguiente ecuacin:Siendo el calor de vaporizacin del agua (para una temperatura de 25Cigual a 677,8 Wh/kg.27 29. 5.3.2. Prdidas por radiacin de calor de las piscinasPara calcular las prdidas que el vaso de la piscina por radiacin se utiliza lafrmula de Stefan-Boltzmann. Estas dependen de la diferencia entre latemperatura media del agua y de los cerramientos los cerramientos y la delagua.Donde: : Constante de Stefan-Boltzmann: 5,67x10-8 W/m2K4 Emisividad del agua: 0,95Tpis: Temperatura del agua: 298KTrec: Temperatura del recinto: 296 KSvas: Superficie de los vasos de las piscinas: 540 m2En nuestro caso:La diferencias de temperaturas son muy prximas, por ello las prdidas porradiacin son relativamente pequeas.5.3.3. prdidas por conveccin de calorLas prdidas por conveccin son tambin pequeas por el mismo motivo queen el caso de las de radiacin. Adems, se da el caso de tener una gananciaen lugar de prdidas ya que la temperatura del recinto es superior a la delagua. Para calcular las prdidas por conveccin utilizamos la siguienteecuacin:Tag: Temperatura del vaso de agua (25C)Ta: Temperatura del aire (27C)Svas: Superficie de los vasos de las piscinas: 540 m2 28 30. Las prdidas por conveccin son: 5.3.4. prdidas por transmisinEstas prdidas dependen de la arquitectura de la piscina y del coeficiente detransmisin trmica del material utilizado. As pues, las prdidas portransmisin son:Donde:Ct: Coeficiente de transmisin de las paredes: 1,50 W/m2C. Para la capa deazulejos y base de hormign.Scerr,vas: Superficie de cerramiento del vaso: 781 m2 Piscina principal= Permetro + suelo: 400 + 205 = 605 m2 P. complementaria=Permetro + suelo: 128 + 48 =176 m2Tag: Temperatura del agua de la piscina (25C)Tpar: Temperatura paredes5: (20,8C)Por tanto, estas prdidas suponen: 5.3.5. Prdidas por renovacin del agua del vasoLa normativa exige la renovacin del agua de la piscina por razones higinicas(5% volumen del vaso al da), esto provoca una gran prdida de calor. Es obvioque el tamao de estas prdidas depende de la temperatura del agua de la redy de la temperatura del agua de la piscina. Teniendo en cuenta que el volumende los vasos es de: V: volumen de las piscinas (m3): 816 + 16252,5 = 1.128 m3.5Dato extrapolado ya que es algo superior a la de la tierra prxima a la superficie.29 31. Se puede calcular el calor cedido por la renovacin del agua mediante lasiguiente frmula:Donde:Vren: [5% volumen vaso]: 11280,05 = 47 : Densidad del agua: 1000 kg/m3Ce: calor especfico del agua: 1,16 Wh / kgCTag: temperatura agua piscina: 25CTred: temperatura mnima del agua de red: 12,7C.Las prdidas por renovacin diaria que hemos obtenido son: 5.3.6. Potencia necesaria para la puesta en marchaPara calcular la potencia de puesta a rgimen debemos de utilizar la frmulasiguiente:Donde:V: volumen de las piscinas (m3): 816 + 16252,5 = 1128 m3. : Densidad del agua: 1000 kg/m3Ce: calor especfico del agua: 1,16 Wh / kgCTag: temperatura agua piscina: 25CTred: temperatura agua red: 12,7C.t: Tiempo de puesta en rgimen (5 das = 120 h). Se toma este tiempo depuesta en rgimen para que la potencia que tenemos que utilizar no requierade equipos auxiliares o de mayor potencia. Adems se considera que antes tansolo se har una vez al ao en el mantenimiento anual.30 32. La potencia por este concepto es de:5.4. Clculo de calentamiento de ACSPara el clculo de las necesidades energticas y de suministro de agua para elagua caliente sanitaria (ACS), se han tomado los valores exigidos por el CTE(Cdigo Tcnico de la Edificacin) en su apartado destinado a definir la calidaddel suministro (DB HS: Salubridad). A continuacin se realiza el clculo a partirde esa norma:Caudal de agua (ACS): lavabo: 0,03 l/s. Inodoro: 0,065 l/s. Ducha: 0,1 l/s.Instalacin6: 2 lavabos. 2 Inodoros. 12 duchas.Temperatura mnima del agua de red: 12,7CTemperatura agua: 40C.La transferencia de calor por tanto ser:6Para este clculo se han tenido en cuenta los coeficientes de utilizacin, puesto que 4 de los 6vestuarios estn reservados a grupos especiales, cuando la piscina tiene uso exclusivo para ellos. 31 33. 5.5. Acondicionamiento del aire (por el mtodo simplificado)A continuacin se calcularan las cargas para el aire mediante un mtodosimplificado. Esto ser til para realizar los clculos psicomtricos de formaprecisa y determinar la demanda para calcular la climatizacin del aire delrecinto. 5.5.1. Prdidas de calor por cerramientos (paredes)La transmisin de calor por las paredes del edificio. Su expresin de clculo seobtiene de la ecuacin de transferencia de calor por conduccin, para el casounidimensional:K: coeficiente de conductividad trmica de la pared (W/m2K)S: Superficie del cerramiento (m2)Tint -Tex: Diferencia de temperatura (K).El coeficiente K est en funcin del material con el que est construida cadapared. En este proyecto, se toman valores tabulados en las diferentesreferencias. Para nuestro caso: fachada N-O:Las principales caractersticas de esta pared son:rea: 170 m2Temperatura interior: 27 C (300K)Temperatura exterior: 5,2 C (278,2K). Consideraremos el caso de mayoresprdidas, por tanto, el de menor T exterior, tomada de la tabla 3.K (conductividad trmica) hormign ligero y lucido: 1,3423 W/m2KPor tanto el calor transferido aplicando la frmula anterior es de: 32 34. fachada N-E:Las principales caractersticas de esta pared son:rea: 350 m2Temperatura interior: 27 C (300K)Temperatura exterior: 5,2 C (278,2K).K (conductividad trmica) vidrio (15%), hormign (85%): 2,323 W/m2K y1,3423 W/m2K, respectivamente.Por tanto el calor transferido aplicando la frmula anterior es de: fachada S-E:Las principales caractersticas de esta pared son:rea: 170 m2Temperatura interior: 27 C (300K)Temperatura exterior: 5,2 C (278,2K). K (conductividad trmica) vidrio (25%),hormign (75%): 2,323 W/m2K y 1,3423 W/m2K, respectivamente.Por tanto el calor transferido aplicando la frmula anterior es de: fachada S-O:Las principales caractersticas de esta pared son:rea: 350 m2 33 35. Temperatura interior: 27 C (300K)Temperatura exterior: 5,2 C (278,2K).K (conductividad trmica) vidrio (50%), hormign (50%): 2,323 W/m2K y1,3423 W/m2K, respectivamente.Por tanto el calor transferido aplicando la frmula anterior es de: cubierta:Las principales caractersticas de esta pared son:rea: 1500 m2Temperatura interior: 27 C (300K)Temperatura exterior: 5,2 C (278,2K). K (conductividad trmica) vidrio (25%),paneles prefabricado aislantes (75%): 2,323 W/m2K y 0,3162 W/m2K,respectivamente.Por tanto el calor transferido aplicando la frmula anterior es de: 5.5.2. prdidas por ventilacinLa ventilacin para asegurar que el aire tiene una calidad aceptable, seencarga de introducir el aire del exterior y retirar parte del aire interior,asegurando una recirculacin y renovacin del aire siempre ser desfavorablepara el clculo de cargas, ya que retira aire en condiciones de confort por aireen otras condiciones ms desfavorables. Se puede calcular esa prdidamediante la siguiente frmula: 34 36. Q: Caudal de aire por persona7: 20,77 m3/hpersona (p).N: Nmero de personas (baistas y espectadores): Tomaremos el valormximo: 130 personas.Text: Temperatura del exterior: 1C. Mxima diferencia de temperatura en unao tipo.Tint: Temperatura del interior la instalacin: 25C : Densidad del aire: 1,2 kg/m3Ce: Calor especfico del aire: 1010J/kgKAplicando la frmula obtenemos unas prdidas por ventilacin de: 5.6. Resumen orientativo de cargasA continuacin resumimos en tablas los valores de potencia, tanto para elinvierno como para el verano. Se han tomado los valores extremos en cadacaso. Adems ser til para dar una idea de los porcentajes de cada carga enel cmputo de la demanda energtica. Cargas en invierno:TABLA 6: cargas orientativas del agua en inviernoCARGASPOTENCIA (W)EvaporacinRadiacinConveccinTransmisinRenovacin7Referencia 4 (ciatesa).35 37. SUBTOTAL AGUA PISCINAS118.490ventilacinCerramiento 1Cerramiento 2Cerramiento 3Cerramiento 4Cerramiento 5SUBTOTAL AIRE (simplificado)90.554SUBTOTAL ACS136.936TOTAL AIRE345.982A continuacin se ensea con una grfica las diversas partidas de potenciapara los meses invernales.Prdidas del agua en invierno (W)Evaporacin 34%RadiacinConveccin 54%Transmisin 6% Renovacin-1%5%Figura 10: cargas orientativas en invierno. Cargas en verano: TABLA 7: cargas orientativas del aguaen veranoCARGASPOTENCIA (W)Evaporacin36 38. RadiacinConveccinTransmisinRenovacinPuesta en marcha8345SUBTOTAL AGUA PISCINAS 90.401ventilacinCerramiento 1-Cerramiento 2-Cerramiento 3-Cerramiento 4-Cerramiento 5-SUBTOTAL AIRE (simplificado) -9.209SUBTOTAL ACS 71.728TOTAL 128.966Tambin los podemos ver de un modo grfico: Prdidas del agua en verano (W) 23% Evaporacin Radiacin 1%1% Conveccin7% Transmisin68%RenovacinFigura 11: cargas orientativas en verano.8Se ha dividido el valor ya que el expuesto en el apartado de clculo es referido a una vez al ao. 37 39. 5.7. Determinacin precisa de la climatizacin para el aire del recintoPor ltimo se debe calcular detalladamente la demanda energtica referida alaire del recinto de la instalacin. Para ello se emplear el mtodo ASHRAE,aceptado por el Ministerio de Industria. 5.7.1. Clculo del caudal de aireEs preciso determinar la temperatura de descarga del aire impulsado paracompensar el enfriamiento provocado por la evaporacin del agua teniendo encuenta las prdidas y ganancias que se producen en la piscina.En este caso es necesario diferenciar los aportes de calor tanto en inviernocomo en verano. Se han empleado las ecuaciones de los apartados anteriorespara calcular dicha diferencia.Es preciso conocer la masa de aire impulsado, siguiendo las exigencias delRITE IT 1.1.4.1.3, para ello realizan los siguientes clculos:Siendo:V: velocidad del aireT: temperatura interior del aire.Adems tenemos estos datos: o temperatura del aire interior de 27C o humedad del 65%, (14,56g/kg). o volumen de vapor ha extraer es de 102,48 kgagua/h. o caudal de aire de circulacin (R): 6 ren/h. o volumen del local (V): 9380m3. o Temperatura exterior invierno: 1C o Humedad relativa invierno: 80%, (3,24g/kg). o Temperatura exterior verano: 35C o Humedad relativa verano: 40%, (10,54g/kg). 38 40. Entonces ya podemos calcular el caudal de aire de circulacin (:Y la masa de aire en circulacin ( :Siendo el volumen especfico del aire a la temperatura del aire.5.7.2. Humedad especfica de descargaA continuacin se calcular la variacin de la humedad relativa, calculada de lasiguiente manera:Entonces la humedad relativa es:5.7.3. Temperatura de mezcla y de descarga del aire en inviernoSe han recalculado cada apartado para las condiciones de veranoobtenindose los siguientes valores: QT, inv = 90.554,89 W = 325.997,6 kJ/h QT, ver = -19342,1 W = -133.787,0 kJ/hCon el dato de carga total en invierno podemos calcular la diferencia deentalpa mediante la siguiente ecuacin:39 41. Entonces la entalpa de descarga es:Siendo: : Entalpa de descarga : Entalpa de la piscinaPara conocer el valor de la entalpa de la piscina, se deduce por un mtodogrfico mediante un psicrograma9, a modo de explicacin indicamos lasiguiente figura:Figura12: psicrograma explicativo del mtodo grfico para deducir las entalpasy la temperatura de descarga.Mediante este mtodo se ha obtenido: : Entalpa de la piscina: 65Por tanto:9Ver anexo 2 donde se observa el psicrograma. 40 42. Sabemos que la humedad en el interior queremos que sea del 65% a latemperatura del aire, por tanto mediante tablas se ha conocido la humedadespecfica: humedad especfica de descarga: W D = W M =gvapor/kgaireEntonces, con estos dos datos se ha podido conocer el valor de la temperaturade mezcla y de descarga para condiciones invernales utilizando el psicrograma: o temperatura de mezcla: TM = 20,2C o temperatura de descarga: TD = 28,1C 5.7.4. Temperatura de mezcla y de descarga del aire en veranoCon los datos anteriores y recalculando los apartados adecuados se hancalculado la temperatura de descarga en verano, teniendo en cuenta las cargasen esta estacin. Adems se debe tener presente que la temperatura exterioren verano se tomarn como la mxima, de 35C y de una humedad de 10,9gvapor/kgaire. Con el dato de carga total en invierno podemos calcular ladiferencia de entalpa mediante la siguiente ecuacin:Entonces repitiendo la tcnica grfica se ha obtenido estos resultados: o : Entalpa de la piscina: o WD = W M: humedad especfica de descarga: 12,56 gvapor/kgaire o : Entalpa de descarga: o temperatura de mezcla: TM = 34,8C. o temperatura de descarga: TD = 31,2C41 43. 5.7.5. Clculo de potencia y energa para el acondicionamiento del airePara el clculo de la potencia se ha empleado la siguiente ecuacin:Y para el clculo de la energa se emplea, siendo t el tiempo en el que se usaesa potencia:A continuacin se exponen los clculos realizados para cada mes del aosiguiendo el procedimiento expuesto anteriormente, hasta alcanzar los valoresestimados de demanda energtica. stos se separarn segn sean de ACS,Agua de piscinas o de aire.42 44. Tabla 8: clculos de demanda de energa para ACS y para el agua de la piscina.Perdidas del CALOR WextCerramientos Ventilacin Calor agua Mesagua piscinaEnerga aguaACS E acs (kJ) (g/kg)exterior (W)(W)piscina (W)piscina (kJ)(kW)(W)Enero 13549.297.2487,74 40.06825.72617.96283.756 30.487.149Febrero 13747.927.8807,63 40.27026.17718.27784.725 29.653.626Marzo 13448.932.0838,20 38.78222.79215.91477.488 28.205.598Abril 13045.645.6009,47 36.72917.82812.44767.004 23.451.456Mayo12043.819.77610,1034.61812.1868.508 55.312 20.133.552Junio 10536.867.60011,1331.6992.031 1.418 35.148 12.301.737Julio 90 32.864.83211,8632.016-3.611-2.52125.8849.421.877Agosto81 28.440.72010,9732.230-4.513-3.15124.5668.598.062Septiembre90 32.864.8329,60 31.7902.482 1.733 36.006 13.106.012Octubre 10035.112.0008,26 34.46111.7358.193 54.388 19.035.953Noviembre 12043.819.7767,91 39.07423.46916.38678.930 28.730.455Diciembre 13045.645.6006,83 42.67631.36821.90195.944 33.580.507ANUAL 137491.192.302 9,14 521.190 13.9919.769 59.929256.736.78443 45. Tabla 9: clculos de demanda de energa para el aire.T de EntalpaT de Caudal H TiempoCALOREnerga aire Mesmezcla descargadescarga msico (kJ/kg) (h) AIRE (kJ/h) (kJ) (C) (kJ/kg)(C)aire (kg/h)Enero22,2 2,08 63,02 28,1 364,0067.563398.622145.098.363Febrero24,1 2,10 63,00 28,7 350,0067.563310.790108.776.478Marzo26,8 1,92 63,18 29,2 364,0067.563162.15159.023.063Abril28,4 1,66 63,44 29,8 350,0067.563 94.58833.105.885Mayo 29,7 1,37 63,73 30,3 364,0067.563 40.53814.755.766Junio32,0 0,87 64,23 31,0 350,0067.563 -67.563 -23.647.061Julio34,8 0,64 64,46 31,8 364,0067.563-202.689 -73.778.829Agosto 33,6 0,61 64,49 31,2 350,0067.563-162.151 -56.752.945Septiembre 29,7 0,89 64,21 30,9 364,0067.563 81.07629.511.532Octubre27,5 1,35 63,75 30,1 350,0067.563175.66461.482.357Noviembre25,3 1,96 63,14 29,6 364,0067.563290.521105.749.655Diciembre23,2 2,38 62,72 28,5 350,0067.563358.084125.329.421Por tanto la demanda anual de potencia y de energa sera de : Calefaccin: 1.912.033,75 kJ/h y 682.832,52 MJ. Refrigeracin: -432. 403 kJ/h y -154.178,83 MJ.44 46. 5.8. Medidas de ahorro energticoEn este apartado se expondrn dos medidas de ahorro energtico asociado alas condiciones de recuperacin de calor del aire expulsado. En primer lugar lamera instalacin de un recuperador de calor, y posteriormente la incorporacinde un humidificador adiabtico para mejorar la eficiencia en verano.5.8.1. Recuperacin de calor del aire expulsadoLa recuperacin del calor del aire expulsado se lleva a cabo para evitar laprdida excesiva de calor debida a la extraccin de aire del interior, tanto siest ms fro como ms caliente que el exterior. El recuperador es unintercambiador de calor en el que el aire extrado cede calor (en invierno) alaire entrante, que lo absorbe. Este intercambio se produce sin que haya mezclaentre ambos aires.Este procedimiento es obligatorio como as se recoge en el RITE IT 1.2.4.5.2.El caudal de aire expulsado est en funcin de las horas de funcionamiento dela piscina, en nuestro caso como el caudal de circulacin es de 15,63 m3/s,como se ha calculado en el apartado anterior, y las horas de funcionamiento de4284h (14h/da, 6 das/semana); por tanto, la eficiencia mnima del recuperadordebe ser del 70% y las prdidas mximas de presin iguales a 240Pa.A continuacin se expone un esquema de funcionamiento del equipo con elrecuperador: Figura 13: Esquema del funcionamiento del recuperador. 45 47. Donde:L: Condiciones del local.S: Condiciones del aire expulsado despus de ceder calor.E: Condiciones del aire exterior.ER: Condiciones del aire exterior despus de absorber calor del recuperador.MR: Condiciones de la mezcla con calor recuperado.R: Recuperador de calor de corrientes cruzadas.VA: Ventilador de admisin.VI: Ventilador de impulsin.CM: Caja de mezcla.Como el ambiente contiene cloro es recomendable emplear tratamientosanticorrosivos para evitar un deterioro anticipado del equipo. En nuestro casoconsideraremos para realizar los clculos energticos un recuperador estticode placas de flujos cruzados ya que no se requieren energa elctrica auxiliar.Para conocer el caudal de aire es preciso diferenciar las masas de aire exteriory en circulacin tanto para invierno como para verano. El caudal mnimo deaire exterior se detalla en el RITE IT 1.1.4.2.4, para la categora de esta piscinaque es IDA 2 (aire de buena calidad); se describe la frmula para calcularlomediante la siguiente frmula:Siendo Sm la superficie del recinto de la piscina, en nuestro caso de 800m2(40m x 20m). Por tanto,Aparte de garantizar el caudal mnimo caudal, vamos a optimizar esacirculacin para conseguir las condiciones ptimas en el interior. Para ello secalculan para invierno y para verano el caudal de aire exterior y recirculado.De los 67.563,03 kg/h, una parte ser aire exterior y otra parte ser aire derecirculacin. Para calcularlo se ha utilizado un mtodo grfico ya que resultams sencillo dar una idea de cmo se ha hecho, este se muestra el siguientediagrama: 46 48. Figura 14: diagrama explicativo del mtodo grfico para deducir el aire exterior y de circulacin.Debemos tener en cuenta los datos de partida, expuestos anteriormente se hanresuelto las siguientes ecuaciones, utilizando el diagrama psicromtrico: m1 + m2 = m3 m1 l1 = m2 l2 o InviernoAire recirculado: m1 = 13.512,61 kg/hAire exterior: m2 = 54.050,42 kg/hm3 = 67.563,03 kg/hl1 = 20mm.l2 = 80mm. o VeranoAire recirculado: m1 = 35.390,16 kg/hAire exterior: m2 = 32.172,87 kg/hm3 = 67.563,03 kg/hl1 = 22mm.l2 = 20mm.Ahora necesitamos conocer la temperatura de mezcla tanto para condicionesde invierno como de verano. Las condiciones de la mezcla con el calor47 49. recuperado (MR), se resuelve como se ha explicado anteriormente, corrigiendolas condiciones del aire exterior.Figura 15: diagrama explicativo del mtodo grfico para deducir el aire exterior y de circulacin.Como ya se conocen las temperaturas del local y exterior, los caudales de aireexterior y de circulacin y las humedades tanto de entrada, entonces, lastemperaturas corregidas de mezcla son: temperaturas mezcla (INVIERNO) de 26,8C. temperaturas mezcla (VERANO) de 33,0C.Ahora ya se puede calcular la potencia real, tras aplicar el efecto delrecuperador y posteriormente la energa recuperada. Las condiciones del airede la mezcla se han recalculado y son ms prximos a las condiciones dedescarga. La potencia calorfica ahora se calcular mediante:Es fcilmente entendible que ser menor que cuando no setena en cuenta el recuperador.48 50. Tabla 10: clculos de demanda de energa para el aire con recuperador de calor.T de T de CaudalTiempo Potencia Energa aire Mes mezcla descarga msico aire(h) (kJ/h) (kJ) (C)(C)(kg/h)Enero26,8028,1 364 67.563 87.83231.970.826Febrero27,9028,7 350 67.563 54.05018.917.648Marzo28,6029,2 364 67.563 40.53814.755.766Abril29,0029,8 350 67.563 54.05018.917.648Mayo 30,9030,3 364 67.563-40.538 -14.755.766Junio32,10 31350 67.563-74.319 -26.011.767Julio33,0031,8 364 67.563-81.076 -29.511.532Agosto 32,6031,2 350 67.563-94.588 -33.105.885Septiembre 31,3030,9 364 67.563-27.025-9.837.177Octubre29,8030,1 350 67.563 20.2697.094.118Noviembre28,6029,6 364 67.563 67.56324.592.943Diciembre27,4028,5 350 67.563 74.31926.011.767Por tanto la demanda anual de potencia y de energa sera de : Calefaccin: 398.621,88 kJ/h y 142.260,72 MJ. Refrigeracin: -317.546,24 kJ/h y -113.222,12 MJ 49 51. El resumen de la potencia demandada se detalla en las siguientes tablas: TABLA 11: resumen de potencia en inviernoPRDIDAS POTENCIA (kW) ENERGA (MWh)Sin recuperador 531,12189,68Recuperacin de calor 110,73 40,31El ahorro es de un 78,75% de energa. De energa representa un ahorro dePara mantener el cumplimiento del 70% de recuperacin respecto al aireextrado, as que en potencia se cumple. TABLA 12: resumen de potencia en veranoPRDIDAS POTENCIA (kW)ENERGA (MWh)Sin recuperador -120,11 -42,83Recuperacin de calor -88,20-30,87El ahorro es de un 30,23% de energa. Para mantener el cumplimiento del 70%de recuperacin respecto al aire extrado, as que se deben tomar msmedidas de ahorro energtico, como se ver en el subapartado siguiente.5.8.2. Recuperador con enfriamiento adiabticoCuando el aire exterior aumenta su humedad, la cantidad de aire exterior quese necesita para mantener la humedad de la piscina aumenta. Por tanto encondiciones muy hmedas, debe trabajar casi con todo aire exterior. Larecuperacin del calor extrado, debido a que la temperatura del aire exterioraumenta reduciendo la efectividad del recuperador a mnimos.Entonces al hacer un enfriamiento adiabtico en el aire de salida, aumentandolas diferencias de temperatura de intercambio de calor con el aire exterior y aselevando la eficiencia del recuperador.En la siguiente figura se observa el equipo con el humectador adiabtico antesdel recuperador en el conducto de salida de aire.50 52. Figura 16: esquema del equipo con recuperador y con humectador adiabtico.Con este sistema se consigue un aumento en la diferencia de temperatura conel aire exterior da un aumento en la eficiencia de recuperacin. Aumentando asu vez el ahorro energtico. Adems el subenfriamiento del aire de salida,puede llegar a alcanzar la temperatura deseada para mantener el local a 27C, sin necesitar refrigeracin mecnica.Para realizar el clculo de la potencia actualizada con este sistema,emplearemos el diagrama psicomtrico como se describe a continuacin. Figura 17: Recuperacin de calor con humectacin adiabtica en verano.Siendo:LL- Evolucin de la humidificacin adiabtica en el humidificador, en el aire deextraccin.LS - Calentamiento del aire extrado en el recuperador.51 53. EE - Subenfriamiento en el aire de entrada (por debajo de la temperatura dellocal) en el recuperador.Se ha considerado que el humectador permite alcanzar una humedad relativade un 92%. Poniendo los datos sobre el diagrama se ha obtenido unatemperatura de entrada de TMR = 32,1 C, para la misma humedad calculadaen el apartado anterior (9,14g/kg). Ahora ya podemos calcular la potencia enverano actualizada con refrigeracin con humectacin adiabtica antes de lasalida del aire: 52 54. Ahora, siguiendo el mismo procedimiento realizado anteriormente, se puede calcular el ahorro de energa:Tabla 13: clculos de demanda de energa para el aire con recuperador de calor y enfriamiento adiabtico.T deT de Caudal msico PotenciaE TOTAL AIRE Mes mezcladescarga Tiempo (h) Energa aire (MJ) aire (kg/h)(kJ/h) (MJ) (C) (C) Enero 26,828,1 364 67.56387.83231.971 153.563 Febrero 27,928,7 350 67.56354.05018.918 153.252 Marzo 28,529,2 364 67.56347.29417.215 143.539 Abril 29,129,8 350 67.56347.29416.553 116.391 Mayo29,930,3 364 67.56327.0259.837 95.924 Junio 31,8 31350 67.563-54.050-18.91868.087 Julio 32,131,8 364 67.563-20.269 -7.37849.665 Agosto31,431,2 350 67.563-13.513 -4.72948.862 Septiembre30,730,9 364 67.56313.5134.919 75.482 Octubre 29,830,1 350 67.56320.2697.094101.442 Noviembre 28,929,6 364 67.56347.29417.215 129.114 Diciembre 27,628,5 350 67.56360.80721.282 159.626En la siguiente tabla se detallan las potencias y energas en verano para comparar los resultados.53 55. TABLA 14: resumen de potencia en veranoPRDIDAS POTENCIA (kW) ENERGA (MWh)Sin recuperador -120,11-42,83Recuperacin de calor-88,20-30,87Con enfriamiento adiabtico-24,40 -8,54El ahorro energtico tras las medidas de ahorro en el deshumidificador suponeun 80,01%, superando el lmite exigido por ley (70%).Adems incluimos un grfico en el que se detallan de forma visual al perfil dedemanda de energa para cada mes del ao.Energa (GJ) 40,00 30,00 20,00 10,00 Energa (GJ)0,00-10,00-20,00 13 57 9 11Figura 16: perfil de demanda de energa para cada mes, tras aplicar lasmedidas de ahorro energtico.A modo de resumen, se detallan las diversas partidas energticas:Tabla 15: resumen de las partidas de potencias nominales y energa anual.Partida Potencia nominal (kW) Energa anual (GJ)ACS136,94 491,19 Agua95,94 2.334,56 Aire invierno 110,73 145,12Aire verano-24,40 -30,74TOTAL343,613.001,61 54 56. Tambin se expondrn datos imprescindibles obtenidos anteriormente parapoder dimensionar los equipos: Tabla 16: resumen datos de caudales nominales.Partida Caudal UnidadACS 1,2l/s Agua2,375m3/hAire 15,63m3/s Humedad102,48 Kgagua/h6. POSIBLES CONFIGURACIONESSon muy diversas las disposiciones que pueden tener los diferentes elementosque conforman la instalacin solar trmica. A continuacin se expondr algunasde ellas. Para poder entender los siguientes esquemas exponemos unapequea leyenda con el significado de los smbolos utilizados:Figura 17: leyenda de los esquemas.En la siguiente figura se observa una configuracin muy utilizada hasta ahora.Esta ya cubre el total de la demanda puesto que cuenta con una caldera deapoyo para las horas punta. Cabe destacar que no incluye aporte geotrmico.55 57. Figura 18: climatizacin mediante paneles solares con apoyo de caldera de gas natural.Desde esta figura ya se integra una bomba de calor geotrmica combinada conla instalacin solar trmica. En el presente proyecto se optar por optimizaralguna de estas distribuciones.Figura 19: climatizacin mediante paneles solares con apoyo de bomba decalor geotrmica.En este caso se incorpora una caldera de condensacin para las horas punta.56 58. Figura 20: climatizacin mediante paneles solares con apoyo de bomba de calor geotrmica y caldera de condensacin.Aqu se incorpora en vez de una caldera una bomba de calor aire-agua. Estaopcin presenta la ventaja de no consumir combustibles, aunque s electricidady se debe dimensionar adecuadamente para asegurar que cubre toda lademanda energtica.Figura 21: climatizacin mediante paneles solares con apoyo de bomba decalor geotrmica y bomba de calor aire-agua.57 59. 7. CARACTERIZACIN DE LAS DIFERENTES OPCIONES DE SUMINISTROEn este apartado se plantearn las diversas soluciones tcnicas para cubrir lademanda energtica de climatizacin de la piscina y el recinto interior. En elpresente proyecto se van a estudiar tres tipos de instalacin, en primer lugar,una instalacin solar trmica, ya que su aportacin es obligada por normativa.La segunda es una instalacin geotrmica y por ltimo una caldera auxiliar paracubrir las puntas de demanda en invierno. Cabe destacar, que en la seleccinde la caldera se estudiarn tanto calderas de gas natural conectadas a la rednacional, como de pellets y similares.Como uno de los objetivos fundamentales de este proyecto es buscar unasolucin lo ms econmicamente rentable, se plantearn a la hora de tomar ladecisin de cobertura de cada tipo de instalacin, diferentes escenarios,tomando como demanda anual la expuesta anteriormente. 7.1. Instalacin solar trmicaActualmente la normativa ya prev la instalacin de este tipo de equipos paraaprovechar la energa solar para cubrir parte de la demanda de ACS. Acontinuacin se expone dicha legislacin.Segn el reglamento de Instalaciones Trmicas en Edificios (RITE), en suinstruccin tcnica ITE-10, donde se exponen las instalaciones especficas deaprovechamiento de energa solar trmica se definen las siguientes normas:7.1.1. Produccin mediante sistemas solares activosLa energa captada por los captadores se almacenar en un depsitoacumulador de agua caliente. Despus de ste se instalar en serie un equipoconvencional de apoyo o auxiliar, para cubrir la energa necesaria para laproduccin de agua caliente.7.1.2. Clculo del aporte energtico del agua.La cantidad de calor necesaria para calentar el ACS se puede calcularmediante la siguiente expresin:Q = V ce t 58 60. Donde:Q: es la cantidad de calor necesaria (kcal), en unidades del S.I.: 860kcal/1kWh.V: volumen diario de consumo (l).: es la densidad del agua (1kg/l).ce: es el calor especifico del agua (1 kcal/kgC).t: es el incremento de temperatura (C), t = Tconsumo-Tred. Tomaremos latemperatura de consumo como los 45C, y la de la red la de la tabla expuestaen el apartado de datos climatolgicos expresados para cada mes.Aplicando la fraccin solar a cubrir por esta instalacin al agua a calentar, nosda una energa de: 7.1.3. Rendimiento de los captadoresDel total de la radiacin incidente en la superficie de los captadores una partese perder por reflexin y absorcin del vidrio de la cubierta. El rendimiento delmismo se calcula con la siguiente expresin:Donde: : Rendimiento en tanto por uno.: Rendimiento ptico del captador, es un valor adimensional proporcionadopor el fabricante.m1, m2: factor de perdidas, lo da el fabricante tras haber testado el panel,(W/m2C).Tm: Temperatura media del captador.Ta: Temperatura ambiental media diurna, durante las horas de sol. 59 61. I: intensidad de la radiacin media durante las horas de sol, en W/m2. Seobtiene de dividir la radiacin global diaria entre el n de horas de sol.A continuacin se exponen las tablas del n de horas de sol y de temperaturasmedias diurnas.Tabla 17: n de horas de sol y temperaturas medias diurnas, para cada mes delao. Fuente: Institud Catal de Meteorologia.MesEne Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov DicT m diurna 11121417 2024 26262420 16 12 (C) Horas sol 7,5 899,5 9,59,59,5 9,5 9 9 8 7 (h) 7.1.4. Prdidas por orientacin e inclinacinLa orientacin e inclinacin del sistema generador y las posibles sombras sobreel mismo sern tales que las prdidas sean inferiores a los lmites de lasiguiente tabla.Tabla 18: prdidas lmite. PRDIDAS LMITE (%)CasoOrientacin e Sombras Total inclinacin general10 1015 superposicin20 1530 integracin40 2050 arquitectnicaEn todos los casos se han de cumplir las tres condiciones: prdidas pororientacin e inclinacin, prdidas por sombreado y prdidas totales inferiores alos lmites estipulados respecto a los valores obtenidos con orientacin einclinacin ptimas y sin sombra alguna.Como se determina en el apartado 3.5 del DB HE-4 del CTE, el clculo de lasprdidas debidas a la orientacin y la inclinacin viene dado por la siguienteexpresin:60 62. Donde: : Inclinacin.: Latitud +10. : Desviacin respecto al sur, positivo hacia el oeste.Las prdidas por sombras no se tendrn presentes puesto que en el caso quenos ocupa no hay obstculos.7.1.5. Energa aprovechada por el sistemaAunque est calculada la energa generada, es preciso tener en cuenta variasprdidas debidas a la parte de ACS que no se aprovecha y ese calor residualse pierde por las paredes del acumulador.Como no existe un clculo exacto, se tiene tabuladas [fuente ICAEN] estasprdidas entre: o Instalaciones muy eficientes: 0,92. o Instalaciones antiguas: 0,80.Entonces la energa del sistema es: Eapro, sist = Egen Cperdidas7.1.6. Clculo de la superficie de captacinLa superficie de captacin para cubrir la demanda anual prevista se realizamediante:Siendo N el n de captadores.Se debe tener presente que como se expuso en la normativa: ningn mes delao la energa producida por la instalacin podr superar el 110 % de lademanda energtica y en no ms de tres meses el 100 %.61 63. 7.1.7. Radiacin solar globalLa radiacin solar global oficial en la zona es la siguiente:Tabla 19: radiacin solar global sobre la superficie vertical (kWh/m2/da).Fuente: Institud Catal de la Energia (ICAEN).La temperatura media del agua y la irradiacin global diaria se expusieron en elapartado de condiciones climatolgicas. 7.1.8. Criterios generales de diseoLos colectores se colocarn en filas paralelas y estar bien alineadas. En cadafila y centre filas se conectarn en paralelo. Como mximo se conectarn enserie 3 colectores, ni ms de 3 filas de colectores conectados en paralelo.La entrada tendr una pendiente ascendente en el sentido del avance del fluidodel 1%.Los colectores se orientarn hacia el sur geogrfico, con desviacionesno mayores que 25 con respecto a dicha orientacin. El ngulo de inclinacinde los colectores sobre un plano horizontal se determinar en funcin de lalatitud geogrfica y del perodo de utilizacin de la instalacin.La separacin entre filas de colectores ser igual o mayor que el valor obtenidomediante la expresin: d=khSiendo:d: la separacin entre filas.h: la altura de colector.62 64. k: un coeficiente cuyo valor se obtiene en la tabla siguiente a partir de lainclinacin de los colectores con respecto a un plano horizontal. Tabla 20: Coeficiente de separacin entre filas de colectores.INCLINACIN () 202530 3540 45 5055COEFICIENTE K1,532 1,638 1,7321,813 1,8791,932 1,97 1,992La distancia entre la primera fila de colectores y los obstculos (de altura a) quepuedan producir sombras sobre las superficies captadoras, por ello debe sermayor que el valor obtenido mediante la expresin: d = 1,732 aLos acumuladoresse dispondrnverticalmente, para favorecerlaestratificacin. El caudal del fluido portador se determinar en funcin de lasuperficie total de colectores instalados. Su valor estar comprendido entro 1,2l/s y 1,6 l/s por cada 100 m de rea de colectores.7.1.9. Sistema de controlEl control de las bombas debe ser de tipo diferencial y debe actuar en funcinde la diferencia entre la temperatura del fluido portador en la salida de labatera de colectores y la del depsito de acumulacin. El sistema de controlactuar y estar ajustado de manera que las bombas no estn en marchacuando la diferencia de temperaturas sea menor que 2C y no estn paradascuando la diferencia sea mayor que 7C. La diferencia de temperaturas entrolos puntos de arranque y de parada de termostato diferencial no ser menorque 2C.Por su parte el Cdigo Tcnico de Edificacin (R.D. 19 de octubre (BOE23/10/2007)), en su documento bsico DB HE - 4, sobre ahorro de energa y lacontribucin solar mnima de agua caliente sanitaria se exponen las siguientesnormas aplicables en este contexto.7.1.10. Volumen de acumulacinLa contribucin solar mnima anual es la fraccin de la demanda energticaanual que es cubierta por la energa solar. Gav est en la zona climtica II,con lo que la cobertura de demanda de agua caliente para una temperatura de63 65. referencia de 60 C de acumulacin, para piscinas cubiertas es del 30% comomnimo.Adems la cobertura de agua caliente sanitaria (ACS) es de 20 l/da porservicio, sea de bao ode ducha en los vestuarios, como recomienda elICAEN. Para la aplicacin de ACS, el rea total de los captadores tendr unvalor tal que se cumpla la condicin:SiendoA: la suma de las reas de los captadores [m];V: el volumen del depsito de acumulacin solar [litros].7.1.11.Sistema de intercambioPara el caso de utilizar un intercambiador independiente, la potencia mnimadel intercambiador P, se determinar para las condiciones de trabajo en lashoras centrales del da suponiendo una radiacin solar de 1000 W/m2 y unrendimiento de la conversin de energa solar a calor del 50 %, cumplindosela condicin:P 500 ASiendoP: potencia mnima del intercambiador [W];A: el rea de captadores [m].Para el caso de intercambiador incorporado al acumulador, la relacin entre lasuperficie til de intercambio y la superficie total de captacin no ser inferior a0,15.7.1.12.Caudal del circuito primarioSe recomienda un caudal de 1 l/min por cada m de captador.7.1.13.Dimensionado de la bombaLa bomba de circulacin ser de un 1 % de la potencia trmica delintercambiador. 64 66. 7.1.14.Clculo de tuberasEl clculo de tuberas se basa en las ecuaciones de Colebrook. Se fija unavelocidad mxima y una pendiente mxima y as ya se puede determinar eldimetro adecuado. Las prdidas de presin se calculan posteriormente. Haytres clculos de prdidas, la de los accesorios, el de las tuberas y la de lamaquinaria.Para simplificar el clculo se agrupar por zonas de igual caudal e igualdimetro como se detalla a continuacin:Zona 1: del circuito de captadores al acumulador.Zona 2: del acumulador al emisor.Zona 3: circuito emisor. Prdidas por accesoriosComo accesorios se entienden derivaciones y codos, para ello se calcularmediante:Donde:hac: Prdida de carga por accesorio (m.c.a.).K: constante de singularidad.V: velocidad del fluido (m/s)g: Aceleracin de la gravedad (m/s2)El coeficiente K se define segn sea el accesorio como:Tabla 21 : Coeficiente de seguridad K para cada accesorio.ACCESORIO K T cerrada0,4 T abierta1 Codo 90 1 Reduccin de seccin 0,565 67. Vlvula abierta 0,2 Vlvula de seguridad 2,5Vlvula de retencin 2 Prdidas por tramos rectosEn este caso se emplea esta ecuacin:Siendo:f: Coeficiente de friccin de Darcy.hc: prdida de carga, en m.Para determinar el coeficiente de friccin de Darcy se emplea el diagrama deMOODY. Para conocerlo es preciso el nmero de Reynolds y la rugosidadrelativa, donde las tuberas de polietileno utilizadas tienen una rugosidadabsoluta de 0,007 mm, mientras que las de cobre la tienen de 0,0015 mm.El factor de friccin representa la relacin entre las fuerzas de inercia y lasfuerzas viscosas en la tubera. Si las primeras son predominantes (Re bajos), elfluido va de forma laminar. Cuando las fuerzas de inercia predominan (Reelevados), el fluido se mueve en rgimen turbulento.Cuando el rgimen es laminar, la rugosidad importa menos pero la influenciade la rugosidad es mayor. El coeficiente de friccin se calcula con la ecuacinde Swamee-Jain: Prdidas por la maquinariastas vienen dadas por el fabricante mediante ensayos normalizados. 66 68. 7.2. Instalacin geotrmicaEn primer lugar es imprescindible caracterizar geolgicamente el terreno de lainstalacin para posteriormente poder evaluar su dimensionado. Por tanto, elemplazamiento se cataloga, segn el Institut Geolgic de Catalunya en 2005,en el catlogo del Baix Llobregat, como Qg, lo cual indica que es pie de montedebido al transporte de material de zonas de ms altitud, como es habitual enzonas de delta de ros, como en este caso.Figura 22: Mapa geolgico para la zona de Gav. Fuente: Institut Geolgic deCatalunya.A continuacin se expone una tabla facilitada por IDAE sobre lasconductividades trmicas para cada tipo de terreno.67 69. Tabla 23: conductividades trmicas para cada tipo de terreno.En edificios prximos se ha catalogado el terreno a unos 100m como de arcillassaturadas de agua (9m del nivel del mar en superficie) con lo cual no ser difcilinstalar los colectores geotrmicos. Adems como se observa en la tabla, laconductividad trmica tpica es de 1,7W/mK y una conductividad trmicavolumtrica de entorno a 2,5MJ/m3K.La eficiencia del sistema geotrmico en el proceso de calefaccin puederepresentar un ahorro aproximado de ms del 75%, mientras que en el procesode refrigeracin representa un ahorro de entorno al 80%. Esta eficiencia puedellegar a ser un 50% mayor que en los sistemas tradicionales de refrigeracincon bombas de calor no geotrmicas. 68 70. La instalacin geotrmica est compuesta fundamentalmente por dos equiposque son: 1. Circuito de intercambio geotrmico (UGI). 2. Bomba de calor.A continuacin detallaremos cada uno de ellos. 7.2.1. Circuito de intercambio geotrmico (UGI).Aunque existen diferentes tipologas de captacin, como son las de contacto deagua superficial o la de pantallas, en nuestro pas se suelen disear las decaptacin vertical u horizontal.La captacin vertical consiste en de una o varias perforaciones en las cuales seintroducen los captadores de energa. La profundidad est comprendida entrelos 50 y los 200 m. Tienen la ventaja de que ocupan poco espacio yproporcionan una gran estabilidad de las temperaturas. Por el contrario, suejecucin es ms cara el sistema horizontal.ste ltimo, consiste en una serie de zanjas en las cuales se colocan loscolectores. Su profundidad est comprendida entre los 0,6 m a 1,5 m aprox. Setrata de un sistema ms econmico que las perforaciones pero presenta elinconveniente que necesita bastante superficie de terreno, el cual no podr serutilizado para plantar rboles o construir estructuras sobre l.Para realizar el dimensionado se emplear la publicacin de ASHRAE(American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers):Comercial / Institucional GSHP Engineering Manual (1995). Debido a laubicacin de la piscina y puesto que no existe superficie libre a su alrededorcomo para instalar una captacin horizontal, se tomar como mejor opcin lacaptacin vertical mediante perforacin. Pero se debe tener presente que elemplazamiento tan solo se encuentra a 9m sobre el nivel del mar, por ello sedeber tener en cuenta a la hora de conocer la capacidad calorfica del terreno.Conocido el tipo de terreno y las necesidades energticas del edificio ,necesitaremos una serie de datos, como son: o la temperatura de confort a climatizar: 40C. o conductividad trmica del terreno: 1,7 W/mK69 71. o conductividad trmica del tubo de polietileno: 0,47W/mK o conductividad trmica del etilenglicol: 0,26 W/mK o conductividad trmica del agua: 0,60 W/mK o conductividad trmica fluido: 0,498 W/mK o la temperatura del subsuelo: 15C (pero cada 100m aumenta entre 1,5 y 3C). o Fluido geotrmico: Tyfocor (mezcla de etilenglicol al 30% (70% agua)). o Calor Especfico a 15 C del etilenglicol: 2,185 kJ/KgK o la potencia de la bomba de calor: la potencia que no podamos extraer del subsuelo. o su COP y su ciclo de trabajo.ASHRAE propone la siguiente ecuacin para conocer la longitud aproximada,posteriormente se realiza unos clculos para dimensionar la longitud de loscolectores con exactitud, para ello, es preciso conocer el coeficiente deconveccin del fluido con el subsuelo.Dnde:L: longitud de sondeo (m)Eextrada : energa extrada del terreno (MJ)Ts: temperatura del terreno (C)Te: temperatura de entrada (C)Para hacerlo se realizar un procedimiento iterativo mediante hoja de clculopara poder conocer los parmetros necesarios para llegar a conocer elcoeficiente de conveccin.En primer lugar se debe calcular el Reynolds, que se recomienda sea mayor a2.300, para que asegure una turbulencia adecuada:Donde:Re: nmero de Reynolds70 72. u: velocidad del fluido (m/s):D: el dimetro interno del tubo (m) : La viscosidad cinemtica (m2/s) a la temperatura media del conducto (Tc), : viscosidad (kg/sm): densidad (kg/m3)Te: T entrada del fluido.Ts: T salida del fluido.La variacin de la temperatura a lo largo del conducto sigue una distribucinlogartmica, mientras que se considera constante la temperatura del subsuelo,as calcularemos la variacin logartmica media de la temperatura ( ):A continuacin exponemos la ecuacin del calor obtenido del terreno:Donde:Q: Potencia calorfica obtenida del terreno.F: coeficiente de correccin en funcin de la forma del intercambiador.UA: inverso de las resistencias trmicas:Siendo: 71 73. r1: Radio interior conducto polietileno (m).r2: Radio exterior conducto polietileno (m).r med: Radio medio conducto polietileno (m).k tubo: Coeficiente conductividad termica polietileno (W/mC).k suelo [W/moC]. Coeficiente conductividad termica subsuelo (W/mC).L: Longitud tubo (m).h: Distancia que separa unos conductos de otros: 5m.hc: Coeficiente conveccin (W/m2C).A continuacin se calcular el Prandtl:Donde:Cp: Calor especfico a presin constante es de 2,185 kJ/KgK.k: Conductividad trmica = 1,7+0,47+0,498 = 3,58 W/mKA travs de la ecuacin de Gnielinski se calcula el nmero de Nusselt y ascalcular el coeficiente de conveccin. Para poder aplicar esta frmula al fluidohan de cumplir las siguientes condiciones:0,5 Pr 2000 y 3000 Re 5106Despus de confirmar esto, ya se puede calcular el Nusselt.Siendo n un coeficiente que vale 0,3 si el fluido se enfra y 0,4 si se calienta.Ahora ya se puede obtener el coeficiente de conveccin:72 74. Conocidos los datos ya podemos ratificar la longitud de los colectores conprecisin. Conociendo la potencia que necesitamos absorber o ceder, sedeterminar la superficie necesaria de contacto y por tanto con las tablas delfabricante de colectores, se determinar el dimetro.Adems conocidos estos datos se puede conocer el caudal msico del fluidogeotrmico, mediante:7.2.2. Bomba de calorEs el fabricante el encargado de proporcionar su rendimiento, y de las diversasbombas de calor se seleccionar la que tenga mayor eficiencia mediante elCOP (coefficient of performance), este de define como:Otro ratio importante es el EER (Energy Efficiency Ratio), que es la relacinentre la capacidad de refrigeracin y la electricidad consumida. Como sudefinicin indica se usa para ver la eficiencia de la bomba de calor en su modode enfriamiento. En el presente proyecto se emplear el concepto de EER quese define de la siguiente manera:Dondees el calor extrado del recinto durante verano, mientras quees elcalor aportado en condiciones calefaccin y W el trabajo elctrico que necesitael compresor (y las bombas de circulacin).Adems se cumple que:COP = EER +1Existen diferentes tipos de bomba de calor en funcin de la fuente de donde seobtenga el calor y fluido que lo distribuya. Entre los diferentes tipos se puedenclasificar en bombas aire-aire, aire-agua, agua-aire y agua-agua. En el caso73 75. que nos ocupa se emplearn bombas mixtas agua-aire y agua-agua. A vecestambin se emplea la terminologa bomba tierra-agua o tierra-aire.Para poder dimensionar correctamente la bomba de calor a instalar es precisorealizar los siguientes clculos. En primer lugar conocer el calor a transportar: Variacin del COPEn funcin de las condiciones de operacin de la bomba el rendimiento (COP)en funcin de la Temperatura del fluido. Esta variacin es muy significativa.Despus de realizar los clculos pertinentes se obtiene una grfica similar aesta:Figura 23: Variacin del COP a diferentes temperaturas del fluido7.2.3. Sistema de distribucin de calorEl sistema de distribucin de calor para el agua de la piscina va a la central dehigienizacin, este no se incluye en el presente proyecto puesto que no estincluido en la climatizacin. Por su parte, el sistema de distribucin del agua deACS no existe porque se distribuye directamente.Por ltimo en la climatizacin del aire est incluida en el deshumidificadormediante fan-coils y van integrados en el equipo.Su funcionamiento sedescribe a continuacin.74 76. Figura 24: diagrama de funcionamiento de un fan-coil.El sistema es simple, est formado por un filtro de aire, un sistema de tuboscalefactores, que corresponden al circuito secundario de la bomba de calor yun ventilador centrfugo que mueve el aire caliente hacia el recinto. En nuestrocaso hay dos, uno para el sistema de calefaccin y otro para el derefrigeracin. 7.3. Sistema de apoyoHay diversas alternativas para cubrir las puntas de demanda. Principalmentediferenciaremos entre dos grandes grupos, los elctricos y los de combustible.Como esos picos son en invierno, solo nos plantearemos la calefaccin. Estase puede conseguir mediante calefaccin elctrica o mediante caldera. En esteltimo equipo puede alimentarse con diversos combustibles, evaluaremos laposibilidad de instalar tanto caldera de gas natural como procedente debiomasa, de pellets o de residuos. 7.3.1. Calefaccin elctricaEste equipo presenta varias ventajas, en primer lugar la comodidad en su uso,puesto que est conectado a red y no precisa de aporte de combustible.Tampoco es necesario realizar obras ni se emiten gases. Adems surendimiento, con equipos avanzados es elevado. Por el contrario, se detallaren el prximo apartado el coste econmico, que por lo general suele resultarms elevado que otras tecnologas. Antiguamente, con la tarifa nocturna (53%ms barata que la diurna) y con el uso de un acumulador de calor, resultabauna alternativa muy atractiva. 75 77. 7.3.2. Caldera de condensacin de gas naturalEste sistema es uno de los ms empleados en este tipo de instalaciones. Elgas natural es ms limpio que el de gasoil y con el sistema de recuperacin delcalor latente mediante el sistema de condensacin resulta una alternativaeficaz. Una vez instalada, puede ser utilizado tanto como calefaccin comopara la produccin de agua caliente si fuera preciso. Adems tiene unaregulacin del calor excelente y no requiere de tanques de combustible,evitando los