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Deshumidificadoras autónomas HRC

HRC – Climatizadores deshumidificadores autónomos de alta eficiencia para piscinas cubiertas

Los acondicionadores Borealis HRC son bombas de calor autónomas diseñadas para su uso como climatizadores deshumidificadores para piscinas cubiertas.

Se trata de equipos compuestos por un grupo frigorífico bomba de calor acoplado a una unidad de tratamiento de aire con recuperación de energía de tipo estático y alta eficiencia. La sección de tratamiento de aire está dotada de un sistema regenerativo del circuito de recuperadores y baterías. Los equipos HRC incluyen un completo sistema de control programable y personalizable por el usuario, con comunicación Modbus e IP.

Categoría: Deshumidificadoras para piscinas cubiertas

Descripción

PARA QUÉ SIRVEN LOS EQUIPOS HRC

Los autónomos HRC son equipos destinados al acondicionamiento térmico, higrométrico y sanitario del aire de los recintos de piscinas cubiertas.
Los equipos HRC se caracterizan por ser autónomos en todo el proceso de deshumidificación y calentamiento del recinto de la piscina cubierta, y no requieren de grupos térmicos u otras bombas de calor auxiliares o de apoyo para realizar su cometido.

Las unidades HRC son capaces de realizar su función de deshumidificación por medio de tres sistemas diferentes y complementarios:

a) frigorífica por medio de su evaporador; b) por intercambio térmico en los recuperadores, y c) por medio de reemplazo con aire exterior. La cooperación de los tres sistemas proporciona una elevada capacidad de secado con un consumo mínimo.

Además, y tan importante como lo anterior, es de destacar que la disposición de los elementos internos de la HRC está ideada para que el rendimiento sea el máximo posible, ya que evaporador funciona principalmente con calor latente.
Son máquinas diseñadas alrededor de la eficiencia térmica: la consecución del máximo rendimiento con la mínima energía consumida. También se han diseñado para ser duraderas y para que el mantenimiento sea sencillo y económico.

NECESIDAD DE UN NUEVO ENFOQUE MÁS EFICIENTE DE LA DESHUMECTACIÓN DE PISCINAS CUBIERTAS

La piscina cubierta, un inmueble de consumo especialmente elevado

Como saben muy bien los explotadores de piscinas cubiertas, el coste de la energía en este tipo de instalaciones es muy elevado. Las necesidades energéticas anuales de una piscina cubierta municipal típica, por ejemplo, ronda el millón de kilovatios-hora, es decir, equivale al gasto energético de 100 viviendas típicas.

Al contrario de lo que pueda parecer a primera vista, la partida de coste más importante en estos establecimientos es la de calentamiento del aire, y no la de calentamiento de agua o la deshumidificación. Es lógico: un recinto amplio, normalmente con gran superficie acristalada y a una temperatura de 28 a 30°C presenta unas pérdidas invernales muy elevadas.

Por otro lado, el progresivo abandono de los sistemas de calefacción por combustión en favor de los basados en bombas de calor es imparable. La electricidad, ya sea generada por medio de las tecnologías actuales (centrales térmicas, nucleares o energías renovables) o futuras (centrales de fusión, hidrógeno) está llamada a ser la única energía del futuro en el ámbito de la climatización.

La aproximación de Borealis al problema de la climatización de piscinas cubiertas siempre ha sido la de la consecución de la mayor eficiencia global posible. Borealis fue precursora en nuestro país de la incorporación de los sistemas frigoríficos regenerativos en las bombas de calor deshumidificadoras, consiguiendo ahorros superiores al 35% con respecto a la tecnología anterior. De la misma manera, el sistema de deshumidificación gratuita por medio de inyección de aire exterior ha estado presente en las gamas de Borealis desde hace décadas.

Ahora, Borealis da un paso más en el ámbito de la eficiencia energética lanzando la gama HRC de deshumidificadoras autónomas en las que la eficiencia se extiende al ámbito del grupo frigorífico al haber integrado una bomba de calor destinada al calentamiento del recinto de la piscina y a la deshumidificación activa. De este modo, los equipos HRC se han diseñado como máquinas autónomas de alta eficiencia especializadas en la climatización de piscinas cubiertas, y presentan las siguientes características principales:

Bomba de calor integrada, que proporciona la energía térmica para la climatización del recinto de la piscina.
Una sección de tratamiento de aire fabricada de acuerdo con los criterios de la norma UNE-EN 1886, es decir, con los mismos parámetros que los climatizadores.
Sistema de deshumidificación pasiva por medio de secado gratuito, pero también sección de deshumidificación activa realizada por un evaporador, accionado por la bomba de calor integrada.
Recuperador de calor aire-aire de alto rendimiento (superior a 73% cumpliendo la ErP 2018) que no solamente recupera energía del aire de extracción con rendimientos muy elevados, sino que tiene un papel activo en la deshumidificación, como se describe más adelante.
Una disposición de los elementos del sistema que optimiza el rendimiento del equipo, maximizando el funcionamiento en modo de calor latente de la batería frigorífica.
Un circuito de ventilación que permite conducir los caudales de impulsión, retorno, recirculación y exterior de forma óptima en cada situación (recirculación total, parcial, apertura total…)
Un sistema de control perfectamente integrado encargado de mantener el equilibrio de las diferentes funciones del equipo en cada condición climática y en cada punto de funcionamiento.

QUE ELEMENTOS COMPONE UNA UNIDAD HRC

Las unidades HRC, como todos los equipos fabricados por Borealis, son personalizables con los elementos que
precise el cliente, siempre y cuando sea técnicamente posible instalarlos. Algunas otras posibilidades no descritas
anteriormente son:

Construcción en módulos en lugar de compacta.
Caudal del circuito interior y presión disponible diferente al estándar.
Tensión diferente a la estándar.
Integración en sistemas de control diferentes al estándar.
Etc.

SISTEMAS DE CONTROL

Las unidades HRC equipan de serie un control iPro, programado directamente por Borealis para esta aplicación específica.

El iPro es un hardware fabricado por el grupo Emerson con control proporcional y comunicación IP y MODBUS integradas. Incorpora un servidor web con una página en la que se puede visualizar y modificar los parámetros de funcionamiento de la máquina directamente. Se puede conectar directamente al router del edificio sin más coste que el cable de conexión y llevar a cabo la monitorización desde cualquier ordenador o dispositivo móvil (teléfono, tableta, etc.)

El software es de diseño e implementación propia de Borealis, lo que nos permite tener un control total del proceso y poder llevar a cabo mejoras y actualizaciones de forma continua, ágilmente. Además, incluye un registro de parámetros de funcionamiento útil para diagnosticar posibles averías.

La electrónica controla:

La temperatura y humedad interiores del recinto.
El funcionamiento del grupo frigorífico.
El flujo de aire exterior mínimo y el utilizado para la deshumidificación por reemplazo con aire exterior por medio de lecturas de humedad absoluta.
Las prioridades de funcionamiento aire exterior – secado por baterías – secado por flujo cruzado en recuperadores.
El control de caudal constante de los ventiladores, variándolo en función del ensuciamiento de los filtros con alarma de filtros sucios programable.
Bypass del recuperador para free-cooling.
Calendario y horario de funcionamiento.
Modos de funcionamiento personalizables por el cliente.
Etc.

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Desde Borealis podemos ofrecerte una amplia gama de soluciones y equipos para la climatización de piscinas y su ahorro de energía

MODOS DE FUNCIONAMIENTO PRINCIPALES

RECIRCULACIÓN CON DESHUMIDIFICACIÓN

En modo de recirculación la condensación de agua se produce tanto en la batería fría como en el recuperador aire-aire debido al intercambio entre el aire caliente y húmedo procedente de la piscina con el aire frío procedente de la propia batería.

Este modo de funcionamiento solo se podría dar con la piscina desocupada, como, por ejemplo, durante la noche, ya que con el recinto ocupado siempre habrá un aporte de aire exterior.

Además, es en el modo en el que proporcionamos la capacidad de secado en condiciones de catálogo, y permite compararlo con las deshumidificadoras convencionales.

DESHUMIDIFICACIÓN CON MEZCLA, ÉPOCA INVERNAL

En modo de mezcla se produce condensación de agua en el recuperador aire-aire, como en el caso de la recirculación, pero además se toma una cierta cantidad de aire exterior que, durante la mayor parte del año, aporta capacidad de secado debido a que la humedad absoluta del aire exterior suele ser inferior a la del interior del recinto.

Las compuertas regulan la cantidad de aire exterior que permite secar adecuadamente el recinto por medio de su apertura proporcional. El porcentaje de aire exterior puede llegar a ser del 100%, dependiendo de la humedad absoluta y la entalpía en interior y exterior, pero siempre se intenta de reducirla al mínimo para ahorrar el máximo de energía de calentamiento.

Además, siempre habrá un caudal mínimo de aire exterior para asegurar la calidad del ambiente interior. Este caudal mínimo puede ser un fijo pre programado, o bien estar determinado por una sonda de CO.

Durante el periodo invernal no suele ser necesario que la batería evaporadora participe en el secado, pues la humedad específica exterior es baja y un caudal parcial de mezcla suele ser suficiente para secar.

100% AIRE EXTERIOR

Este modo de funcionamiento supone un intercambio de aire con el exterior del 100%. Puede suceder que el control electrónico decida que la combinación del modo mezcla descrito anteriormente es menos eficiente que tomar 100% aire exterior, en cuyo caso se activa este modo. También podría darse cuando hay una orden de la sonda de calidad de aire (opcional) indicando una excesiva concentración de CO2 en el ambiente.

Muchos fabricantes proporcionan la capacidad de catálogo en este modo de funcionamiento, con un porcentaje más o menos alto de aire exterior en unas condiciones de temperatura y humedad determinadas por el fabricante o por normas, como la alemana VDI 2089.

El concurso de la batería enfriadora podrá darse o no, dependiendo de las condiciones de humedad en la corriente de impulsión y en el ambiente de la sala de la piscina.

DESHUMIDIFICACIÓN CON MEZCLA, ÉPOCA CÁLIDA

Este modo de funcionamiento se puede dar cuando la humedad específica exterior es elevada. Entonces, el caudal de aire exterior, en lugar de ayudar a deshumidificar, perjudica el proceso, de modo que se trata de reducirlo al mínimo fijado por programación o por la sonda de CO2.

Las necesidades de deshumidificación en este caso se cubrirían con el concurso de la batería de refrigeración, que está situada de modo que pueda tomar aire de la salida de los recuperadores (sistema regenerativo) para maximizar el rendimiento del secado, pero también de la entrada de aire exterior con el fin de secar también esta parte del aire del proceso.

El paso por el recuperador aire-aire restituye el calor cedido por el aire de retorno.

REFRIGERACIÓN CON DESHUMIDIFCACIÓN

Este modo de funcionamiento es de serie en los equipos Borealis HRC. El objetivo es reducir la temperatura excesiva que se pueden dar en algunos recintos de piscinas durante el verano.

La función de refrigeración por defecto recirculará el aire del recinto, salvo el caudal mínimo de renovación. De ese modo, el equilibrio entre deshumidificación y potencia frigorífica neta interior es óptimo. Deshumidificar por medio de aire exterior en verano es posible, dependiendo del clima, pero en esos casos normalmente se conseguirá menos potencia frigorífica neta.

CALEFACCIÓN CON APORTE DE AIRE EXTERIOR

Función de calefacción en la que la máquina entrará cuando se haya cumplido el punto de consigna de humedad y haya necesidad de calor en el recinto. La máquina proporcionará potencia calorífica y realizará la renovación de aire programada por el cliente, o indicada por la sonda de calidad de aire, en caso de equiparla.

Este modo también puede seleccionarse manualmente.

RECIRCULACIÓN MODO CALOR

Modo de funcionamiento adecuado para el mantenimiento de la temperatura en momentos en que la piscina está desocupada y tampoco requiere de aporte de aire exterior ni de funcionamiento de la batería de frío para la deshumidificación.

MODO DE ALTO CAUDAL (OPCIONAL)

A veces la configuración del recinto de la piscina requiere un caudal mayor que el proporcionado de serie por la HRC seleccionada. En estos casos, es posible aumentar el caudal de impulsión y retorno con un by-pass opcional entre ambos.

El funcionamiento es prácticamente el mismo que el de los casos anteriores, con la diferencia de que se incrementa el caudal interior por medio de ventiladores de mayor potencia y el by-pass impulsión – retorno. De este modo, se puede tener un caudal superior en el recinto con el fin de asegurar una tasa de aire (movimientos / hora) adecuada, sin tener que instalar un sistema de secado más potente.

TECNOLOGÍAS UTILIZADAS POR LAS HRC

Ejemplos de configuraciones usuales de equipos AB

DESHUMIDIFICACIÓN POR FLUJO CRUZADO

Además de su funcionamiento como recuperadores de energía, los intercambiadores aire-aire que equipa la unidad HRC tienen dos funciones adicionales: la de reducir la necesidad de potencia frigorífica sensible a la entrada de la batería fría, lo que se describe más adelante, y la capacidad de deshumectación por flujo de aire cruzado.

Es bien conocido que el cruce de dos flujos de aire en el intercambiador produce condensación de agua si la temperatura de cualquiera de ellos desciende por debajo de su punto de rocío. De hecho, es necesario prever esta circunstancia cuando se instala intercambiadores en, por ejemplo, una UTA, y disponer una bandeja de condensados bajo ellos.

Cuanto mayor sea la diferencia de temperatura entre los flujos de aire y mayor sea la eficiencia del recuperador, mayor será el secado producido.

Las HRC aprovechan esta circunstancia para incrementar su rendimiento. Recuperadores y batería fría están dispuestos de forma que el cruce de caudales de aire se lleva a cabo entre el aire de la piscina y el aire que sale de la batería fría, es decir, el más frío de la máquina. De este modo, la deshumectación producida se incrementa en los intercambiadores.

REDUCCIÓN DE LA NECESIDAD DE POTENCIA FRIGORÍFICA SENSIBLE PARA EL SECADO FRIGORÍFICO

Las deshumidificadoras convencionales utilizan solamente el evaporador del grupo frigorífico para reducir la temperatura del aire de retorno y provocar la condensación de agua y el consiguiente secado del aire.

El punto de rocío del aire a 28 °C y 65% de humedad relativa es 20,8 °C y su humedad específica, 15,5 g/kg, y a partir de ese punto se ha de reducir la temperatura del aire hasta que consigamos la condensación deseada.

La potencia requerida para llevar la temperatura el aire de retorno hasta el punto de rocío, en el caso de una máquina deshumidificadora convencional, la ha de proporcionar el evaporador y, por tanto, los compresores, consumiendo energía.

Sin embargo, el intercambio aire-aire descrito en el punto anterior tiene como segunda consecuencia que el aire que entra a la batería fría ya esté en el punto de rocío e incluso por debajo, con lo que simplemente el cruce de flujos en los intercambiadores reduce la temperatura desde los 28 °C hasta los 20,8 °C, casi sin consumo de energía.

Solo esta potencia sensible supone 1,2 x 0,28 x (28 – 20,8) ≈ 2,42 kW térmicos por cada metro cúbico de aire, es decir 48,4 kW en el caso de una HRC-200 con 20.000 m3/h de aire comparada con un equipo convencional. El ahorro anual en 5.000 horas de funcionamiento a 0,20 €/kWh sería de más de 16.000 euros.

RECUPERADORES DE MUY ALTA EFICIENCIA

Los recuperadores estáticos aire-aire que equipan las unidades HRC están dimensionados para el 100% del caudal y con una eficiencia mínima del 73% en seco y en condiciones ErP 2018. Sin embargo, el proceso de secado que tiene lugar en el propio intercambiador supone trabajo útil y energía ahorrada, por lo que el rendimiento real del intercambiador es el total (seco más húmedo), que supera el 85% en condiciones estándar.

Además del uso de los recuperadores como complemento a la deshumidificación en la corriente de aire procedente de la piscina ya descrito, estos intercambiadores tienen la segunda y muy importante función de restituir el calor tomado del aire de retorno al aire de mezcla, así como de precalentar el aire de ventilación tomado del exterior.

SECADO CON APOYO DEL AIRE EXTERIOR

Una mezcla de aire interior / exterior impulsada al recinto de la piscina es capaz de absorber una parte de masa de agua que se genera en su interior, siempre que la humedad específica del aire impulsado sea inferior a la del recinto en un valor que depende del caudal de aire y de la humedad específica del ambiente. Incluso, puede llegar a absorber toda la masa de agua generada si el caudal es suficiente y la humedad específica exterior es suficientemente baja.

Podemos afirmar que prácticamente en toda España es posible deshumidificar total o parcialmente con aire exterior durante más del 90% de las 8.760 horas de un año.

Es evidente que la introducción de aire exterior puede tener un efecto negativo en la temperatura de aire de los recintos durante el periodo frío. Por ello, el uso de este sistema ha de estar basado en la incorporación de un sistema de recuperación de calor de alta eficiencia, además del concurso de un sistema de control encargado de regular la introducción de aire exterior en función del menor coste energético.

Las unidades HRC utilizan el aire exterior como medio deshidratante principal en los momentos en que su humedad específica es inferior a la del ambiente de la piscina, inyectándolo a través de su recuperador aire-aire de alta eficiencia, de forma que el menor gasto en deshumidificación compensa las mínimas pérdidas de calor del aire expulsado. El sistema de control digital incorporado realiza esta función automáticamente, variando proporcionalmente el caudal aportado en función de las condiciones exteriores.

En este gráfico se ha representado el estado del aire en cada una de las 8.760 horas anuales en las condiciones climáticas de referencia para el CTE de la zona B4 (Alicante, Huelva, Córdoba, Sevilla…). Como se puede apreciar, en estas zonas, que son de las más húmedas de España, la deshumidificación por medio de aire exterior es posible total o parcialmente durante todo el año.