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El nuevo Coliseo: climatización y eficiencia en el innovador sistema de césped retráctil del Estadio del futuro

Juan Manuel Rodríguez González. Senior Project Manager, Sener. Sustainability and HVAC

27/10/2023

Integrar un césped retráctil enterrado en un estadio de fútbol, es mucho más que una innovadora estrategia de explotación de un gran espacio, hasta el momento dedicado casi exclusivamente a programar partidos de fútbol y algún que otro concierto. Es la prueba del éxito de una visión holística de un reto y de su solución por medio de la estrecha unión de equipos técnicos de múltiples disciplinas, la incorporación de tecnologías espaciales en un ámbito muy “terrenal” y la integración de la más innovadora ingeniería en agronomía, mecánica, iluminación, comunicación y climatización.

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Césped retráctil enterrado

Desde la Antigua Roma, con su majestuoso Coliseo Romano a los Estadios de la Antigua Grecia, estos recintos se han caracterizado por albergar múltiples y muy distintos eventos con un objetivo principalmente lúdico para el disfrute de los usuarios, pero también con intereses muy diversos creando entornos que facilitaban el comercio y las reuniones en diversos ámbitos.

Para lograr este propósito, debían generarse ambientes y espacios multifuncionales y de gran flexibilidad, origen de la concepción y tendencia actual de este tipo de edificaciones.

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La disruptiva idea, patentada por Sener, de integrar un césped retráctil enterrado en un estadio de fútbol, es mucho más que una innovadora estrategia de explotación de un gran espacio, hasta el momento dedicado casi exclusivamente a programar partidos de fútbol y algún que otro concierto. Es mucho más que reinventar un edificio, icono de muchas ciudades y compartirlo con todo aquel que quiera acercarse a disfrutarlo, ofreciendo múltiples ofertas de ocio, restauración, comercios e infinitas posibilidades de actos lúdicos. Es mucho más que una máquina de generar dinero que hará del club, un club con independencia económica lo suficientemente fuerte como para ser autónomo a los resultados deportivos. Será mucho más que una extraordinaria fuente de ingresos que garantiza una posición de privilegio ante los fichajes estrella, frente a los clubes actualmente más poderosos. Es mucho más que un hermoso Coliseo que podrá albergar impensables eventos sin preocuparse de la conservación del césped. Es mucho más que un golpe de efecto en el mundo del deporte en césped.

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Es, para nosotros, ingenieros y arquitectos, la prueba del éxito de una visión holística de un reto y de su solución por medio de la estrecha unión de equipos técnicos de múltiples disciplinas, la incorporación de tecnologías espaciales en un ámbito muy “terrenal” y la integración de la más innovadora ingeniería en agronomía, mecánica, iluminación, comunicación y climatización.

Es, la solución al reto principal planteado que subyace en este tipo de grandes obras: Crear un volumen enterrado con extremo control de todos los parámetros ambientales que garantice el óptimo crecimiento del césped y su mantenimiento.

Será, un gran “laboratorio” donde experimentar, con el máximo control y garantías, para obtener el mejor césped posible para el juego, independientemente de las condiciones climáticas y agentes externos. Un gran laboratorio con posibilidad de experimentar novedosos métodos de cuidado del césped, en definitiva, un “laboratorio” para innovar y revolucionar el mundo de los grandes estadios con césped.

Es, el cambio radical de concepto. Es, el Estadio de Fútbol Inverso.

Hasta el momento, los estadios de futbol ocultaban o eliminaban y volvía a incorporar el césped para los eventos programados. Ahora el césped solo verá el exterior cuando se celebre un partido de futbol (una vez cada dos semanas en Liga, partidos de Champions u otros).

El diseño

El objetivo de la invención es crear un ambiente artificial que mejore el natural, sobre el que actualmente crece el césped. Este ambiente artificial debe, entre otros, eliminar las variables climáticas, por otra parte incontrolables en el exterior, acortar los tiempos de crecimiento, optimizar la uniformidad visual, obtener un césped óptimo para la práctica del fútbol y todo ello en un marco de máxima eficiencia energética y sostenibilidad.

La edificación necesaria para llevar acabo este objetivo necesita de un conjunto de actuaciones civiles y arquitectónicas dentro del estadio que posibiliten incluir múltiples sistemas y mecanismos que permiten retirar el terreno de juego de césped natural, en secciones longitudinales o bandejas. Desplazarlas a una cámara enterrada donde se apilarán con las alturas adecuadas para efectuar el correcto mantenimiento por personal cualificado y maquinaria.

El desplazamiento de las Bandejas longitudinales transportables en las que se divide el terreno de juego, libera el espacio central para ser utilizado en múltiples eventos.

Por lo tanto, el diseño integral debe afrontar la solución para las dos posiciones posibles del terreno de juego;

  • modo-evento (Bandejas almacenadas dentro del Hipogeo) y,
  • modo-partido (Bandejas situadas sobre la losa conformando el terreno de juego)
El modo genérico de distribución de estructuras en un Hipogeo, las podemos resumir en:
Esquema. Movimiento de bandejas de Modo-PartidoModo-Evento
Esquema. Movimiento de bandejas de Modo-Partido<->Modo-Evento
En la situación de Bandejas para posición-evento:

Además de la generación del ambiente artificial óptimo, los sistemas se diseñan para optimizar los recursos de mantenimiento en material, personal, equipos y reducir los consumos energéticos y de agua. Para lo cual, una de las premisas para conseguirlo es mantener las instalaciones y el césped continuamente monitorizado y controlado.

Los sistemas HVAC serán los encargados de generar ese ambiente artificial interior en cada uno de los volúmenes generados entre las bandejas y en las áreas de servicio asociadas, controlando especialmente los siguientes parámetros:

  • Temperatura ambiente.
  • Humedad relativa.
  •  Velocidad residual del aire en la zona del césped.
  • Concentración de CO2.
  • Renovaciones de aire para el tratamiento del césped.
  • Ventilación adecuada para el correcto desarrollo de la actividad humana (mantenimiento).
  • Temperatura del suelo bajo el sistema radiante en bandejas de césped.

Consideraciones para el cálculo de las instalaciones en un foso

Para el volumen del Foso, el cálculo de los parámetros relacionados para el dimensionamiento de sus instalaciones tiene numerosos puntos críticos diferenciales con respecto a instalaciones convencionales y que caracterizan este singular diseño. Así, podemos decir que:

  • Las instalaciones y los espacios necesarios para crear artificialmente las condiciones ambientales óptimas se desligan radicalmente de las condiciones climáticas exteriores, que unido a la necesaria innovación agronómica para minimizar el caudal de aire de ventilación requerido. son dos de los puntos importantes que facilita la independencia del clima exterior e incrementa la eficiencia del sistema.
  • Especial atención merece el necesario y minucioso estudio de las fases de crecimiento del césped para conocer los tiempos de fotosíntesis con sus necesidades de ventilación, termohigrometría, iluminación, CO2, agua y fertilizantes. Así como los tiempos de respiración y sus necesidades de oxígeno.
Y sin perder de vista los tiempos de evaporación y transpiración en los que influyen de forma determinante las velocidades residuales del aire a nivel de la hoja.
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Este estudio pormenorizado del comportamiento del césped en crecimiento nos proporciona la información necesaria para identificar los límites y parámetros de control, establecer sus influencias en el comportamiento del césped y poder dimensionar correctamente las instalaciones.
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De esta forma reconocemos que:

  • La tasa de respiración del césped disminuye con la disminución de temperatura y aumenta cuando las temperaturas son elevadas, hasta un posible deterioro.
  • Una hoja seca de césped tiene una tasa de respiración menor que una hoja hidratada.
  • Cuando la iluminación se incrementa, se incrementa la apertura estomática, aumentando la presión de vapor y la velocidad de transpiración.
  • La pérdida de agua es mucho más lenta cuando el aire ambiental se encuentra saturado. A medida que la humedad relativa del aire disminuye, aumenta la transpiración.
  • Cuando las velocidades residuales aumentan, aumenta el arrastre de vapor de agua de la superficie de la hoja y su transpiración, si el aire ambiente es seco.
  • A medida que decrece la humedad del suelo, la tasa de transpiración disminuye.

El conocimiento cualitativo de estos efectos y su cuantificación, son parte fundamental de la base del cálculo de cargas para el dimensionamiento de instalaciones.

El resto se encuentra relacionada con el conocimiento de:

  • La programación anual de partidos y eventos
  • El tiempo de acción de los mecanismos para extraer las bandejas al exterior, que determina el tiempo de adaptación del césped a las condiciones exteriores, evitando el estrés térmico.
  • El tiempo de acción de los mecanismos para introducir las bandejas en el interior del foso, que determina el tiempo de adaptación del césped al ambiente artificial.
  • El tiempo necesario para el crecimiento y la recuperación del césped tras un partido.
  • Los tiempos de reparación, siembra y corte.
  • La frecuencia y tiempo de irrigación y fertilización.
  • La frecuencia y tiempo de la iluminación y tratamiento ultravioleta.
  • El tiempo de tratamiento con suelo radiante, aireación u otro tratamiento para el control de humedad del sustrato.

Todos estos datos conforman una matriz de escenarios que nos llevará a la evaluación del peor de los escenarios posibles, que definirán capacidades necesarias de frío, calor, humectación, CO2, caudales de ventilación y en general, el dimensionamiento de instalaciones.

Pero no debemos olvidar una realidad. Es el hecho de que, aunque se incorporen tecnologías de Inteligencia Artificial-Big Data que faciliten enormemente la predicción de posibles cambios en el mantenimiento, estamos tratando con un organismo vivo, capaz de sufrir alteraciones provocadas por enfermedades o errores humanos. Esto es una variable que también debe cuantificarse y que por tanto, es evidente pensar en lo fundamental que es para este tipo de explotaciones la flexibilidad de todas las instalaciones, la sensórica, la rapidez de respuesta, fiabilidad, robustez y redundancias de sus equipos, incluidas en un minucioso estudio RAMS (Reliability, Availability, Maintainability and Safety).

Las instalaciones

La clave de una correcta elección del sistema y dimensionamiento pasa por el conocimiento de todas las operaciones necesarias que garantizan el óptimo crecimiento del césped y labores especiales de mantenimiento en el Foso.

La necesidad de efectuar operaciones de mantenimiento tanto en el interior como en el exterior, obliga a diseñar instalaciones con gran flexibilidad de conexión de las bandejas móviles con las instalaciones fijas del terreno de juego y las de cada nivel en el interior del Foso.

Las instalaciones necesarias más importantes pueden resumirse como:

1. Instalaciones Mecánicas y Automatismos de elevación

“Sistema para convertir de manera reversible estadios en infraestructuras multifuncionales mediante la retirada y guardado del terreno de juego en un foso (6), donde ese terreno de juego comprende: un conjunto de bandejas (1) de longitud total, igual a la del terreno de juego en dirección longitudinal del foso (6), desplazables, autoportantes y con las capas de terreno, riego y césped; un conjunto de carros de transporte (2) para izado y traslado de cada bandeja (1) desde su posición en el terreno de juego hasta el foso (6); un conjunto de celosías retráctiles (5), desplegables sobre el foso (6) para la entrada sobre su vertical de cada bandeja (1); un sistema elevador (8) dentro del foso para mover cada bandeja hasta su posición final, de guardado, o en el campo de juego; y un sistema de guardado (7) para ubicar cada bandeja en una posición fija y estable bajo una Grada fija (10) a través de una posible grada abatible (9), en caso de que el foso necesite invadir esa zona.”

“El número de bandejas que configuran el terreno de juego no es muy numeroso. Se estima entre 5 y 8, si las bandejas se configuran en la dirección longitudinal del terreno de juego, siendo entonces cada bandeja de hasta 144 m de longitud por entre 12 y 9 m de anchura”.

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2. Instalaciones HVAC para el tratamiento del ambiente interior para los volúmenes generados entre bandejas de césped.

El sistema más adecuado y eficiente asociado a los requerimientos de este tipo de proyectos será el formado por:

  • Generación térmica agua-agua, aire-agua o geotermia. Dependiendo del espació disponible y las características del terreno.
  • Distribución de agua a cuatro tubos con redundancia (100%) hasta UTAs.
  • Unidades de tratamiento de aire de características especiales para ambientes con alta humedad y concentración de partículas.
  • Unidades de control VAV con sensores especiales preparados para ambientes de alta concentración de partículas
  • Impulsores de aire de alta inducción con control y gestión para volúmenes de aire y temperatura variable.
El sistema de distribución térmica deberá caracterizarse por la impulsión en ambos extremos del hipogeo, conectados y controlados por unidades VAV para garantizar el funcionamiento degradado del sistema y proporcionar un control absoluto de los parámetros variables demandados en cada estado de crecimiento y mantenimiento. Con especial estudio del control ambiental en la salida y entrada de las bandejas en el hipogeo eliminando el efecto de “Estrés Térmico” del césped.

De forma general, las bandejas de césped se tratarán con UTAs independientes por nivel para un circuito en semianillo que podrá funcionar de forma autónoma del resto del sistema. Generando a su vez zonas independientes por nivel y en los niveles, garantizando el correcto funcionamiento degradado del sistema y manteniendo las condiciones adecuadas de crecimiento.

Uno de los puntos críticos del sistema es la correcta distribución del aire en el volumen entre bandejas. Distribución que debe cumplir con los perfiles de temperatura y velocidades residuales a la altura del césped establecidos en los diferentes escenarios que pueden darse de crecimiento y tratamiento. El sistema de impulsión y distribución que garantizará el cumplimiento de los requerimientos debido a las características físicas del espacio será el formado por toberas de alta inducción enfrentadas en un circuito de control especial necesario para obtener flexibilidad en caudal de aire variable y temperatura variable de impulsión

Los múltiples escenarios con los que nos podemos encontrar en un foso genérico se caracterizan con simulaciones CFD que facilitan la selección, dimensionamiento y ubicación óptima de los elementos. Aquí podemos ver una posible distribución para el perfil del foso.

En ellos se aprecia la correcta distribución de temperaturas y velocidades residuales a la altura del césped.
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3. Instalaciones para el tratamiento del sustrato.

Idear un césped retráctil también incluye la necesidad de diseñar las instalaciones, en el volumen donde se aloja el sustrato de cada bandeja donde se encuentra la zona de enraizamiento. La opción más efectiva para controlar el drenaje, la evaporación, las temperaturas y humedad del subsuelo, es la incorporación de tuberías de calefacción/refrigeración y/o ventilación para un correcto enraizamiento, transpiración y respiración de la raíz tanto en modo partido como evento.

4. Instalaciones para el tratamiento con CO2

Uno de los procesos más importantes que se producen en este tipo de instalaciones es la fotosíntesis de la planta. Y uno de los requerimientos principales para el correcto crecimiento, es el suministro y control del nivel de CO2 en el ambiente (entre 800-1000 ppm) cuando la iluminación se encuentra activada. Para lo que se dota al Foso de depósitos de CO2 conectados a la red de ventilación y distribución térmica.

5. Instalaciones de iluminación

La solución se completa equipando al foso con luz de trabajo y luz de crecimiento.

Las luces de trabajo permitirán un acceso y entorno de trabajo seguro en las bandejas para las personas cumpliendo con los niveles de uniformidad y Luxes.

Punto esencial para el crecimiento es el diseño y control de la iluminación. La luz artificial debe suplir los espectros naturales del sol e incluso optimizar los porcentajes (rojo intenso, azul, verde, rojo lejano) para adaptarlos al crecimiento “Ad hoc” de las nuevas necesidades y actividades de cualquier estadio.

Las luminarias para el cultivo tendrán el objetivo de crear el ambiente lumínico propicio para el crecimiento, recuperar el césped tras un partido y obtener un color homogéneo antes de un encuentro.

La elección de luminarias LED de alto rendimiento disminuirá la disipación térmica y elevará la eficiencia general del sistema.

Los numerosos escenarios de iluminación hacen que la flexibilidad y el control lumínico sea esencial. Escenario de iluminación que debe estar enclavado al control de HVAC.

6. Instalaciones para el sistema de riego y fertilización

El riego interior de las bandejas se soluciona con la incorporación de cerchas con aspersores. El mismo circuito de riego, dependiendo del tipo de proyecto, podrá ser utilizado para introducir los nutrientes necesarios, mezclados, dosificados y controlados.

7. Sistema de Control

El Sistema de control es el sistema clave para conseguir el objetivo de crecimiento y mantenimiento optimo anticipando posibles problemas o enfermedades.

El volumen del Foso estará compuesto por tantas zonas de control como Número de bandejas y áreas por bandeja, para garantizar la flexibilidad del sistema de forma que cada UTA incluirá su propio elemento de control que gestionará todos los parámetros ambientales de su zona a tratar.

Nuevo Santiago Bernabeu

Un claro ejemplo de éxito es la adaptación de la patente al futurista y espectacular estadio del Real Madrid, donde el plan de negocio y explotación del nuevo Estadio se verá exponencialmente mejorado gracias a esta nueva tecnología en el tratamiento del césped y a las oportunidades que ofrece.

Conclusiones

Extraer el césped del Foso para que el día “D” a la hora “H” podamos disfrutar de un buen partido de fútbol es la idea disruptiva, es decir, una concepción de explotación inversa de un estadio de futbol que conlleva la exigencia de adaptar e innovar en las tecnologías y sistemas convencionales de crecimiento de césped.

Mejorar el efecto natural que el sol, el aire y la lluvia genera en el crecimiento de un organismo vivo, es el verdadero reto.

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