Análisis energético de una piscina climatizada asistida con energías renovables, mediante su modelado dinámico, para una mejor integración de la energía solar térmica y la biomasa

Abstract

Las piscinas cubiertas climatizadas constituyen equipamientos deportivos con una muy elevada demanda energética. Sin embargo, el conocimiento existente hasta el momento sobre sus necesidades energéticas no ofrece una información lo suficientemente fiable para llevar a cabo el correcto diseño de sus instalaciones térmicas. Este trabajo se basa en la necesidad de un conocimiento más profundo de los mecanismos que generan esta demanda para conseguir predecirla de una manera más ajustada a la realidad y poder mejorar la eficiencia de sus instalaciones térmicas. El objetivo de este trabajo es definir y validar un nuevo modelo desarrollado específicamente para caracterizar con la suficiente precisión el comportamiento energético dinámico del vaso de una piscina climatizada. El trabajo también contiene un análisis más profundo de las variables que mayor influencia tienen sobre la demanda energética, así como la propuesta de un modelo de control predictivo que mejoraría la integración de dos fuentes de energía renovables como son la solar térmica y la biomasa. Para ello, se han desarrollado las siguientes tareas: • Análisis del marco regulatorio regional, nacional e internacional. • Análisis del estado del arte para la estimación de cargas térmicas en el vaso de una piscina climatizada. • Definición de un modelo de simulación dinámica del comportamiento del vaso de una piscina climatizada. • Validación del modelo de simulación, para lo que se han instrumentado completamente las instalaciones de la piscina municipal de Archena y se han utilizado datos de consumo recogidos de otras cuatro piscinas del municipio de Murcia. • Estudio de sensibilidad para conocer la importancia de los parámetros clave de funcionamiento en el consumo energético global de la piscina. • Propuesta de control predictivo con el fin de reducir el consumo de la caldera mediante un mejor aprovechamiento de la energía solar térmica. Los trabajos de simulación dinámica se han llevado a cabo utilizando el programa de simulación de estados transitorios TRNSYS (versión 17). Para la validación del modelo se ha sensorizado completamente una piscina real, de piscina municipal de Archena, en la Región de Murcia. Esto ha sido posible gracias al convenio de colaboración suscrito entre el Ayuntamiento de Archena y la Universidad Politécnica de Cartagena a tal fin. El modelo, una vez validado, demuestra la utilidad de las herramientas de simulación dinámica para el análisis y mejora de instalaciones térmicas complejas. Dicho modelo supone un método preciso para la estimación de la demanda térmica del vaso de una piscina climatizada con un error relativo global frente al caso real del -1,77%, estando en todo momento por debajo del 10%. Finalmente, gracias al modelo se han podido detectar ciertas ineficiencias en el comportamiento energético de piscinas climatizadas que dispongan de instalaciones térmicas basadas en solar más caldera (eventualmente de biomasa). Con el fin de mejorar la eficiencia energética a través de una mejor integración de ambas fuentes, se ha desarrollado un modelo de control predictivo pasado en la tecnología Early Swich-Off (ESO) o aparado anticipado de la caldera. El nuevo control propuesto se ha podido ajustar y probar de igual forma mediante la simulación dinámica del vaso de la piscina. Los resultados ofrecen una reducción de la demanda del vaso del 18,76% utilizando un 42,64% menos de combustible, en comparación con la utilización de un control PID convencional. En consecuencia, las soluciones propuestas en este trabajo suponen un avance en el conocimiento que permitiría mejorar la eficiencia energética de estas instalaciones tan consumidoras de energía, reduciendo el riesgo económico y financiero derivado de su explotación. http://repositorio.bib.upct.es/dspace/