Esquema general del funcionamiento de la Cardiotermia como nueva fuente de energía renovable para los centros deportivos y gimnasios.
Solución clásica sin ventilación en salas de spinning (90% de los casos)
Ingeniero consultor de GM2 Consultores Asociados
Desde el año 1990, el ingeniero José Mª Milián ha diseñado proyectos de climatización con sistemas ‘todo eléctrico’ en edificios de oficinas, museos (por ejemplo CosmoCaixa en Barcelona) u hospitales (Parc Taulí de Sabadell y Nou Hospital Sant Pau de Barcelona, por citar alguno). La mayoría de estos proyectos tienen en común un funcionamiento durante las 24 horas del día, que generan calor interior que debe eliminarse y, a la vez, que precisan de calor para las fachadas frías y calentar el aire de renovación.
El mejor sistema de recuperación de calor es el sistema termodinámico por permitir eficiencias de más del 400% frente a los recuperadores rotativos y de placas, que apenas llegan a eficiencias del 75% con una gran pérdida de presión en los circuitos de aire que generan un consumo eléctrico permanente completamente innecesario. Teniendo en cuenta esto, surge la idea de la recuperación de calor del aire de renovación y aplicarla no solo a este tipo de edificios, sino también, por similitud, a centros deportivos, piscinas cubiertas y gimnasios. El objetivo responde a la necesidad de mantener la calidad del aire en los gimnasios y centros deportivos con el mínimo consumo posible.
Bajo esta idea nace un nuevo sistema de climatización, bautizado como Cardiotermia, que se aplica por primera vez en el Centro Gran Vía del Club Natació Sabadell. Actualmente, son muchos los centros deportivos y gimnasios que disponen de equipos de refrigeración que trabajan durante todo el año enfriando las salas y con niveles de renovación de aire mínimos, que hacen que la calidad de este sea deficiente. Por el contrario, en estas salas la actividad física es muy elevada (600 kcal/h por persona, 700 W/persona) y la disipación de calor se realiza a través de la transpiración, la respiración y la radiación directa a la sala.
La Cardiotermia pretende unificar ambos aspectos mediante el desarrollo de un sistema de recuperación de energía residual generada por los propios usuarios, manteniendo como principal condición la adecuada renovación del aire de las salas. Las soluciones clásicas evacúan el calor de condensación al exterior y necesitan calor para calentar el ACS de las duchas.
Esquema general del funcionamiento de la Cardiotermia como nueva fuente de energía renovable para los centros deportivos y gimnasios.
Solución clásica sin ventilación en salas de spinning (90% de los casos)
Desde siempre, GM2 Consultores Asociados se ha dedicado a garantizar la calidad del aire interior en todas las instalaciones diseñadas. En la mayoría de las instalaciones de los centros deportivos visitados previamente los niveles de CO2 eran muy superiores a los deseados. La norma ASHRAE, de la misma asociación profesional americana, recomienda no pasar de 1.000 ppm de CO2, mientras que el Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE) recomienda un máximo de 1.200 ppm de CO2 en gimnasios (en este momento, con la pandemia, se recomienda un máximo de 850 ppm de CO2).
GM2 estudió las disipaciones de calor de los deportistas en los gimnasios, así como las necesidades de renovación de aire para mantener un ambiente saludable para los usuarios, llegando a la conclusión que son necesarios, como mínimo, 100 m3/h por usuario, tanto en las salas spinning como en las de fitness. Esta circunstancia llevó a precisar de caudales de aire exterior importantes. Por ejemplo:
Evidentemente, se crea la necesidad de evacuar la misma cantidad de aire exterior, pero, en este caso, no interesó recuperar la energía para calentar estas salas sino que la energía recuperada se pudiera utilizar para otros fines.CO2
Funcionamiento del sistema de climatización en una sala de spinning una vez instalado el proyecto de la Cardiotermia.
Las condiciones ideales para la práctica del fitness o del spinning son de 20°C ±1°C de temperatura y 60% ±5% de humedad relativa. El hecho de utilizar grandes cantidades de aire exterior para garantizar la calidad del aire, facilita el uso del freecooling durante casi 3.000 h/año de las 6.000 h/año que están en funcionamiento los gimnasios, representando un ahorro importante de energía eléctrica.
La idea básica de este proyecto es recuperar en invierno la energía en la extracción del aire viciado y, en verano, refrigerar el aire de impulsión. De este modo, siempre se utiliza el circuito de frío (en este caso de un equipo BC Energy Raiser) y, en consecuencia, siempre se tendrá que evacuar calor al exterior o, mejor, a otros usos, como el calentamiento del ACS, pudiendo calentar el agua desde 15°C a 45°C, completamente gratis, gracias al calor residual de condensación. Cabe mencionar que la última revisión del RITE en mayo de 2021 pone en el mismo nivel las energías renovables con las energías residuales.
Básicamente, la solución consiste en un equipo de tratamiento del aire de impulsión, con baterías de frío y calor para el tratamiento del aire de ventilación, y otro equipo de extracción de aire, con batería de frío para la recuperación de energía del aire de extracción. Siempre se funciona con aire exterior sin recirculación para mantener la calidad del aire en las mejores condiciones y con niveles de CO2 muy bajos. La regulación del caudal de aire se realiza con variadores de frecuencia que regulan el caudal del aire de renovación desde el 50% al 100%, en función de la actividad de los usuarios y manteniendo siempre el nivel óptimo de CO2. El sistema se puede programar por horarios o con sondas de presencia, adaptando el consumo a las necesidades reales de la actividad. La recuperación de calor que se obtiene en la batería de frío del equipo de extracción de aire permite calentar el agua de las duchas hasta 45ºC. En verano se recupera el calor generado en el condensador para el enfriamiento del aire de renovación.
El sistema de climatización que GM2 usa en todas las salas de actividades siempre funciona con el 100% de aire exterior, con una tasa mínima de 100 m3/h/persona, y con los niveles de filtraje recomendados por el RITE 2007 para mantener las condiciones de confort y de calidad del aire interior:
Cada sala tiene su propio sistema de climatización y actúa en función de esos tres parámetros:
Todo el sistema está gestionado por el algoritmo ∑az, que facilita los históricos de todos los parámetros para la seguridad de los usuarios y el control del CN Sabadell. El sistema trabaja con un TER ≥ 8 kW/kW, dado que la fuente de calor es el aire de extracción de las salas de actividades, que mantienen temperaturas del aire ambiente entre 20°C y 22°C aproximadamente. Siempre es necesario refrigerar las salas de actividades para mantener la temperatura ideal de 20°C y disipar el calor de condensación.
GM2 recupera esta energía residual para calentar, sin coste alguno para la instalación deportiva, el ACS de las duchas de los mismos usuarios hasta 45°C, dado que el coste energético de la electricidad es exclusivamente para generar el frío necesario para climatizar las salas. En este caso, el proceso de calentamiento funciona a través del uso de bombas de calor agua-agua en régimen casi constante, durante todas las horas de uso de las salas, y con un COP superior o igual a 4. El sistema cumple con los requisitos de la CE y el IDAE, considerando esta energía como renovable. Al mismo tiempo, facilita la transición energética, eliminando las energías fósiles.
Ejemplo del control de la bomba de calor del sistema.
Ejemplo del control de los equipos de climatización en la sala de spinning.
Teniendo en cuenta la energía residual producida por la actividad metabólica de los deportistas, la idea de la Cardiotermia tiene muchas ventajas añadidas: − Es posible adaptarla a todos los gimnasios y clubes deportivos, aspecto que aporta una imagen de RSC y compromiso ambiental hacia los abonados y usuarios, como hace el CN Sabadell publicitando esta innovación. − La eficiencia del sistema es indiscutible, dado que la fuente de calor es constante, la propia generada por los usuarios, sin depender del sol, el viento o la temperatura exterior, consiguiendo reducir más del 15% del consumo en energías fósiles, según datos reales del CN Sabadell. − El uso de los equipos BC Energy Raiser para facilitar la recuperación de calor, en este caso mediante la Cardiotermia, es completamente innovador. − La calidad del aire es inmejorable, al funcionar siempre con el 100% de aire exterior, modulando el caudal en función de la ocupación a través de las sondas de CO2 que controlan el sistema. − Desde el principio de la pandemia de la covid‐19 el sistema ha funcionado correctamente con los requisitos más estrictos de ventilación, sin tener que hacer ninguna modificación. Solamente se ha pasado la consigna de 1.200 ppm a 850 ppm y el sistema sigue manteniendo una calidad de aire interior inmejorable.
Los resultados de ahorro energético obtenidos por el CN
Sabadell tras la aplicación de la Cardiotermia son:
Ejemplo de datos proporcionados por el contador de energía.
La Cardiotermia es un proceso muy simple. Los deportistas generan calor y el sistema lo recupera y lo traspasa a los depósitos previos de ACS de las duchas para dar servicio a los mismos usuarios que han generado el calor. Por tanto, el sistema se basa en la recuperación de la energía residual de las salas de actividades. Estas precisan de una alta ventilación, así como mantener una temperatura ambiente aproximada de 20°C para la mejor actividad de los deportistas.
En consecuencia, la Cardiotermia es, en realidad, una energía renovable que depende de los usuarios de las instalaciones deportivas, independientemente de la temperatura exterior, la radiación solar o del viento. Se trata de un sistema innovador, implementado por primera vez en el CN Sabadell y exportable a todos los clubes deportivos, centros de fitness y gimnasios.
Para más información:
GM2, ha desarrollado un algoritmo ∑az para controlar eficientemente la calidad del aire interior de piscinas cubiertas y gimnasios
