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Capítulo 2. S3GET-SS

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Trabajo Fin de Máster

Máster en Sistemas de Energía Térmica

S3GET-SS

José Sánchez Ramos

2. S3GET-SS

2.1. CARACTERIZACIÓN

Los subsistemas secundarios tienen como objetivo calcular las necesidades de los

locales y la energía a aportar a los mismos para combatir idealmente la carga sensible.

Se consideran subsistema secundario aquellos dispositivos encargados de:

- Tratar el aire (calentamiento, enfriamiento, humidificación, deshumidificación)

- Transporte del aire (conductos)

- Difusión del aire (rejillas y difusores)

- Ventilación (tomas de aire exterior y de expulsión)

- Purificación (filtros)

Los subsistemas secundarios se denominan, a veces, "sistemas de aire", equipos del

"lado del aire" o simplemente, "sistemas" por lo que en este manual se hace referencia a

ellos usando cualquiera de estos términos.

En este análisis simplificado no se tienen en cuenta los circuitos ni de agua ni de

refrigerante, puesto que la comunicación entre el secundario, y el subsistema primario

se hace a partir de sus consumos (lazos energéticos). Así como, todos los equipos

autónomos, en los que se enfría aire mediante la expansión directa de un refrigerante, se

definen y clasifican desde el lado del aire.

Para completar la caracterización de un sub-sistema secundario en CE3 es necesario

definir las capacidades opcionales de cada uno de los tipos existentes. Entre ellas cabe

destacar:

Enfriamiento gratuito

Entre las técnicas de recuperación de energía del lado del aire se encuentra el

enfriamiento gratuito, a veces conocido como "free-cooling" cuando lo que se pretende

es usar el aire exterior para refrigerar; o bien enfriamiento gratuito por agua de torre,

cuando con este agua se consigue enfriar agua (en sistema todo agua) o aire (en sistemas

mixtos). Se une al free-cooling el tipo de control que se elija (por temperaturas o por

entalpía).

Recuperación de energía del aire de expulsión

CE3 permite recuperar parte de la energía del aire de expulsión para precalentar la

corriente de aire exterior en invierno y pre-enfriarla en verano. Es necesario especificar

su efectividad, y el tipo: estático o dinámico, ya que si es dinámico se le asocia un

consumo eléctrico.


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S3GET-SS


Pre-enfriamiento del aire primario

Consiste en aplicar un enfriamiento evaporativo al aire primario a introducir en el

edificio. Este enfriamiento puede ser directo (aumenta la humedad del aire) o indirecto

(a través de un intercambiador, por lo que no aumenta su humedad); y tiene asociado un

consumo.

Control de la unidad

En CE3, para la mayoría de los sistemas, es necesario especificar los horarios de

disponibilidad de frío y calor, así como las temperaturas y humedades mínimas y

máximas de impulsión.

Para los sistemas centrales es necesario especificar cómo se controla la temperatura a la

salida de las secciones de refrigeración y calefacción de la UTA. Los valores permitidos

son:

- Temperatura constante

La temperatura de impulsión se mantiene constante durante todo el periodo de

funcionamiento, variando en cada momento el caudal de aire a impulsar.

- Caudal constante

Se variará la temperatura de impulsión para combatir de manera íntegra la carga

sensible de la zona o zonas alimentadas (en el caso del multizona, al sistema se le pasará

la suma de las cargas de todas las zonas).

- Por zona de control

Eligiendo la zona de control en un sistema multizona, se calcula en cada intervalo de

tiempo la temperatura a la que se debería impulsar la corriente de aire para combatir la

carga en la misma.


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2.2.CLASIFICACIÓN

La clasificación tendrá en cuenta: la aplicabilidad de la herramienta a sistemas

existentes y la variada terminología empleada en el sector de la climatización.

Los sistemas se clasifican según los siguientes criterios:

Según el fluido que llega a los locales:

- Todo aire: solo llega aire

- Todo agua: solo llega agua

- Todo refrigerante: solo llega refrigerante

- Mixtos: Agua-aire ó refrigerante-aire

Según la fuente energética para tratar el aire:

- Hidrónicos: el aire intercambia calor con agua. Esta agua procede de los

sistemas primarios.

- Autónomos: el intercambio se realiza con refrigerante.

Se enfría el aire por la expansión directa de un refrigerante utilizando

baterías de expansión directa. El sistema primario viene integrado en los

mismos. Pueden suministrar calefacción a los locales si se definen como

bomba de calor.

- Efecto Joule: el aire es calentado a partir de resistencias eléctricas.

- Enfriamiento evaporativo: se enfría el aire mediante evaporación de agua.

Según la capacidad de climatización:

- Unizona: la unidad climatiza una única zona.

- Multizona: varias zonas reciben tratamiento de una misma unidad.

Según el caudal de aire que trata la unidad:

- Caudal constante: se fija el caudal de aire que impulsa la máquina.

- Caudal variable: se varía el caudal de aire que impulsa la máquina.

La definición y clasificación en CE3 de los diferentes sistemas es la siguiente:

Todo aire - Climatizadora:

Caudal constante Caudal variable

Climatizadora de aire primario Sólo ventilación

Solo calefacción Recalentamiento terminal


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Enfriamiento evaporativo Doble conducto

TIPO DE SISTEMA CLIMATIZACIÓN LOCALIZACIÓN

Caudal constante Agua fría y caliente Multizona \ Unizona

Caudal variable Agua fría y caliente Multizona \ Unizona

Climatizadora de aire primario Agua fría y caliente Multizona \ Unizona

Sólo ventilación Solo ventilación Multizona \ Unizona

Solo calefacción Joule o Agua Caliente Multizona \ Unizona

Recalentamiento terminal Joule o Agua Caliente Unizona

Enfriamiento evaporativo Enfriamiento evaporativo

y/o Joule o Agua Caliente Multizona \ Unizona

Doble conducto Agua fría y caliente Multizona \ Unizona

Todo refrigerante/mixtos refrigerante-aire - Autónomo:

Caudal constante de aire

Caudal variable de aire

BdC lazo cerrado


Aut. de caudal constante aire Autónomo Multizona \ Unizona

Aut. de caudal variable aire Autónomo Multizona \ Unizona

Aut. BdC (circuito cerrado) Autónomo Multizona \ Unizona

Todo agua

Fan-coil

Radiador de agua

Radiador eléctrico

Suelo emisor

Hilo emisor


Fan-coil Agua fría y caliente Unizona

Radiador de agua Agua fría y caliente Unizona

Suelo radiante Agua fría y caliente Unizona

Hilo radiante Joule Unizona

Radiador eléctrico Joule Unizona


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2.3.SIMULACIÓN

2.3.1. HIPÓTESIS

Los sistemas se relacionan a partir de lazos energéticos, así cada secundario recibe la

carga de la zona que climatiza y los sistemas multizona reciben como carga la suma de

las cargas sensibles en cada intervalo de tiempo de la simulación, salvo en el caso de

control por zona determinada.

El caudal de aire exterior/primario que cada máquina trata, es el definido por el usuario

para cada zona del edificio, que a su vez el propio programa internamente relaciona a

cada unidad.

Se emplean las curvas de CALENER para establecer la variación de algunas variables

con respecto a sus parámetros:

- Bombas. Variación del consumo con el caudal

- Ventilación. Variación del consumo con el caudal en dos casos: caudal

variable sin/con variador de frecuencia

- Variación de la potencia térmica de autónomos con las condiciones

exteriores.

- Variación del consumo de autónomos por carga parcial.

La cuantificación de las pérdidas se hace a través de % que el usuario puede manipular,

es decir, se establece un % de pérdidas en conductos como aumento de la carga sensible

de la zona y % en tuberías como aumento de la potencia demandada del secundario al

primario.

La simplificación de los ventiladores da lugar a dos comentarios: si el motor está en

mitad de la corriente de aire se dice que toda la potencia eléctrica que consume se disipa

en forma de calor; y el funcionamiento en modo ventilación se hace siempre que la

carga sensible de la zona es nula y la máquina está operativa.

En el caso de existencia de recuperador de energía del aire de expulsión y de que se

aplique free-cooling, se hace un by-pass del recuperador. A su vez, el recuperador

dinámico tiene un consumo constante y fijado por el usuario.

En cuanto al módulo de frío, existen dos valores por defecto: el factor de by-pass que

toma un valor de 0.3 en batería de frío, de ahí que solo se requiera un parámetro a

introducir por el usuario (potencia total de la unidad) para definirla; y en el módulo

evaporativo cuando se instala directo e indirecto, primero actúa el directo.

Los sistemas consumidores de electricidad, en el caso de exceder su capacidad, se

contabiliza que consumen el máximo de su capacidad, pero se informará de no haber

satisfecho su función.


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Las unidades de tratamiento de aire primario, funcionarán a caudal constante con

temperatura de impulsión constante en cada uno de los dos regímenes.

Las climatizadoras de doble conducto son consideradas de caudal constante, lo que

varía es el caudal que se enfría y el que se calienta.

Es importante destacar el criterio de reparto de los consumos de energía en los sistemas

secundarios según el régimen de funcionamiento (calefacción o refrigeración):

1. Si la unidad responde a un horario de funcionamiento, este fija el reparto.

2. Según el signo de la carga sensible a combatir por la unidad (+

refrigeración \ – calefacción).

3. En el caso de que la carga sensible que recibe como entrada sea nula, y la

máquina tenga funcionamiento en modo solo ventilación, recibiendo

además como entrada activa que se combate carga de refrigeración y

calefacción, el reparto de consumos se hace al 50% para cada régimen.

2.3.2. PARÁMETROS

Los parámetros de la instalación definen las características del secundario así como su

instalación. Según la unidad elegida, se tendrá unos posibles modos de funcionamiento,

y la necesidad de definir unos u otros parámetros. Se presentan agrupados según la sub-

unidad específica de la máquina a la que afecta su definición. Así como, su definición:

valor por defecto o valor a fijar por el usuario.

En primer lugar se comentan todos los parámetros asociados a los sistemas secundarios,

y posteriormente la definición de las unidades.

El sistema puede ser unizona o multizona, eso lo fijará el usuario cuando determine las

relaciones en el paso previo.

2.3.2.1.PARÁMETROS DE ENTRADA AL SIMULADOR

Todos los secundarios simulados tienen en común las entradas que reciben para ejecutar

la simulación, las cuales son:

1 Carga sensible W

2 Carga latente W

3 Temperatura seca local ºC

4 Humedad absoluta local Kg agua / Kg a.s.

5 Temperatura seca aire primario ºC


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6 Humedad absoluta aire primario Kg agua / Kg a.s.

8 Da calefacción Binario

9 Da refrigeración Binario

10 Caudal de infiltración Kg/s

11 Caudal de ventilación Kg/s

- Las cargas que recibe (1 y 2) son las referidas a la/s zona/s que reciben

tratamiento de la unidad.

- La temperatura seca del local la fija el usuario.

- La humedad absoluta del local se deja oscilar libremente, siendo su evolución

calculada en cada paso de tiempo a través del balance entre la carga latente

combatida por el sistema y la del local. Cuando el sistema que alimenta a la zona

es un multizona, el caudal de aire que le llega a la zona puede venir fijado por el

usuario (existencia de un tratamiento terminal), o calcularse de manera

aproximada admitiendo que en un sistema multizona la cantidad de aire que le

llega a la zona está ponderada por el tamaño de la misma.

- Da calefacción y/o refrigeración, le indica a la máquina que a las zonas a las que

le llega aire tienen cargas de calefacción (-) y/o refrigeración (+).

2.3.2.2.MOVIMIENTO DE AIRE

Ventilación

- Caudal de ventilación m3/h

- Funcionamiento en modo ventilación, cuando las cargas del local sean nulas,

solo ventilará.

Ventiladores

- Posición del ventilador en la instalación: impulsión, retorno o ambos.

- Caudal nominal m3/h.

- Factor de consumo específico W/(m3/h), se facilitará como valor por defecto 0.8.

El cálculo de la potencia consumida por el ventilador en cuestión, será fruto del

producto de este parámetro por el caudal circulante.

- Posición del motor. Dentro o fuera de la corriente, para tener en cuenta el

calentamiento debido al mismo suponiendo que toda la potencia eléctrica

consumida se disipa en la corriente de aire si el motor está dentro de la misma.

- Se ofrecerá al usuario la posibilidad de no recircular aire en la máquina, de

manera que toda la impulsión será aire primario.

- Se aplican las curvas de CALENER para modificar el consumo eléctrico al

variar el caudal. La curva POT-VENT Q en el caso de que sea una regulación

sin variador de frecuencia, y la curva REND-ELEC-FCP en caso contrario.


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2.3.2.3.MOVIMIENTO DE AGUA

Bombas

- Factor de transporte W/(L/h). Por defecto 0.4. Un valor asociado a la red

de refrigeración y otro a la de calefacción. Puede valer cero si no hay

bomba asociada al secundario.

- Corrección de este consumo a través de la curva de parcialidad de

CALENER (POT-BB_CAUDAL). El caudal nominal será el

especificado en la batería correspondiente.

Parámetros Definición Rango valor por

defecto Valor por

defecto

1 Factor de transporte agua de

refrigeración 0 - 100 W/(L/h) 0.4

2 Factor de transporte agua de

calefacción 0 - 100 W/(L/h) 0.4

* Datos imprescindibles a introducir por usuario

** Lo fija el tipo de unidad elegida

2.3.2.4.SISTEMAS HIDRÓNICOS

- Batería de frío y calor.

- Tipo de Fan-coil, 2 tubos o 4 tubos.


defecto Valor por

defecto

1 Existe batería de agua fría 1 Existe 0 No existe **

2 Capacidad total de la batería

de frío 1 - 10000 kW *

3 Caudal de agua nominal de la

batería frío 1 -10000 L/h 15


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4 Tipo de regulación de la

batería frío

0 - Válvula de tres

vías 1 - Válvula de

dos vías

1 - Válvula de

dos vías

5 Existe batería de agua caliente 1 Existe 0 No existe **

6 Capacidad total de la batería

de calor 1 - 10000 kW **

7 Caudal de agua nominal de la

batería calor 1 -10000 L/h 15

8 Tipo de regulación de la

batería calor

0 - Válvula de tres

vías 1 - Válvula de dos

vías

1 - Válvula de

dos vías

9 Tipo de Fan-Coil

0 – 2 tubos

1 – 4 tubos 0 – 2 tubos



2.3.2.5.AUTÓNOMOS

- Se define por el usuario la potencia total.

- Consumo kW eléctrico nominal; distinguiendo si tiene en cuenta el

consumo de ventiladores para anular los factores de transporte asociados.

- Se aplican las siguientes curvas de CALENER (fcp: factor de carga

parcial):

Utilidad Nombre curva

Capacidad total de refrigeración con la

temperatura (interior – exterior)

CapTotRef_T-

EQ_ED_AireAire_SF-

Defecto

Capacidad sensible de refrigeración con la


CapSenRef_T-

EQ_ED_AireAire_SF-

Defecto

Consumo eléctrico de refrigeración con la temperatura

ConRef_T-

EQ_ED_AireAire_SF-

Defecto


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Corrector de la capacidad total de refrigeración con el fcp

CapTotRef_FCP-

EQ_ED_AireAire_SF-

Defecto

Corrector del consumo eléctrico de refrigeración con el fcp

ConRef_FCP-

EQ_ED_AireAire_SF-

Defecto

Capacidad total de calefacción con la


CapCAL_T-

EQ_ED_AireAire_BDC-

Defecto

Consumo eléctrico de calefacción con la temperatura

ConCAL_T-

EQ_ED_AireAire_BDC-

Defecto

Corrector del consumo eléctrico de calefacción con el fcp

ConCAL_FCP-

EQ_ED_AireAire_BDC-

Defecto


defecto Valor por

defecto

1 Sistema autónomo de frío 1 - Sí 0 - No **

2 Capacidad total del autónomo

de frío 1 - 10000 kW *

3 Consumo eléctrico autónomo

de frío 0 - 10000 KW *

4 Sistema autónomo BdC 1 - Sí 0 - No **

5 Capacidad total BdC 0 - 10000 KW *

6 Consumo eléctrico BdC 0 - 10000 KW *

7

Consumo de ventiladores

asociado al consumo de la

unidad

1 – Sí 0- No 0 - No




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2.3.2.6.PÉRDIDAS CONDUCTOS Y TUBERÍAS

La siguiente tabla muestra la elección del % de pérdidas según sea la longitud y

aislamiento.

Tabla % pérdidas

Conductos / tuberías

Longitud Nivel

Aislante %

Corto Alto 1

Medio 2

Bajo 3

Largo Alto 3

Medio 4

Bajo 5

Muy largo Alto 5

Medio 6

Bajo 7

- Las pérdidas en el caso de conductos se tomarán como un % de la carga

sensible del local según la tabla.

- En el caso de tuberías (Agua-refrigerante), el % será el de la tabla, que

será referido a la potencia necesaria en la batería correspondiente, y

supondrá un aumento de la demanda al primario. Este valor será

diferente en los circuitos de refrigeración y calefacción.

- Por defecto ambos valores valen 4% (longitud larga y nivel medio de

aislamiento)


defecto Valor por

defecto

1 Pérdidas tuberías de agua en

refrigeración 0 - 100 % 4

2 Pérdidas tuberías de agua en

calefacción 0 - 100 % 4

3 Pérdidas conductos de aire 0 - 100 % 4




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2.3.2.7.CONTROL DEL SISTEMA

Los niveles de control del sistema son:

- Control de caudal. Caudal CTE o VBLE. Si es variable se especificará la

temperatura de impulsión en modo calefacción y en refrigeración

(control por temperatura constante).

- Control de la temperatura de impulsión para cada régimen de

funcionamiento.

- En multizona, posible control de una zona determinada.

- Control de las condiciones críticas de impulsión. Temperatura mínima y

máxima, humedad mínima y máxima de impulsión.

- Horario de funcionamiento de la climatizadora de aire primario, en forma

de hora del año de inicio de cada régimen.


defecto Valor por

defecto

1 Sistema de caudal de aire

variable 1 - Sí 0 - No **

2 Temperatura impulsión en

calefacción 0 - 100 ºC 30ºC

3 Temperatura impulsión en

refrigeración 0 - 100 ºC 15ºC

4 Control de zona determinada

en multizona

1 - Existe control de

una de las zonas 0 -

No existe

0 - No existe

5 Control de la impulsión 1 - Existe 0 - No

existe 0 - No existe

6 Temperatura mínima del aire

de impulsión 0 - 100 ºC 12ºC

7 Temperatura máxima del aire

de impulsión 0 - 100 ºC 50ºC


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8 Humedad relativa mínima del

aire de impulsión 0 - 100 % 10%

9 Humedad relativa máxima del

aire de impulsión 0 - 100 % 80%

10 Hora del año de inicio del

modo calefacción 0 - 8760 7300


modo refrigeración para CAP 0 - 8760 5100


modo calefacción para CAP 0 - 8760 7300



2.3.2.8.AHORRO DE ENERGÍA

Enfriamiento gratuito por aire exterior: el usuario especifica si se aplica

esta medida, y el tipo de control (por entalpía o por temperaturas). La

simulación considera que funcionará cuando la zona demande carga de

refrigeración, y sea aplicable.

Recuperador de energía del aire de expulsión: el usuario especifica si

existe esta utilidad y su eficiencia. La simulación no lo hará funcionar

siempre que el freecooling por aire exterior exista y se aplique.

Pre-enfriamiento evaporativo del aire primario: se elige el tipo de

evaporativo (directo/indirecto) y el consumo. El programa internamente

suprime el recuperador en el caso de que ambas medidas sean activadas y

aplicables.


defecto Valor por

defecto

1 Enfriamiento gratuito –

Freecooling por aire exterior 1 - Sí 0 - No *


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2 Tipo de control del

Freecooling

1 -Por entalpía

0 - Por temperatura

0 - Por

temperatura

3 Enfriamiento gratuito con

agua de torre 1 - Sí 0 - No *

4 Recuperación de energía del

aire de expulsión

1 - Existe 0 - No

existe *

5 Eficiencia del recuperador 0 - 100 % 70%

6 Tipo de recuperador de calor

aire de expulsión

1 -Estático 0 -

Dinámico 1 - Estático

7 Consumo eléctrico

recuperador dinámico 0 - 1000 KW *

8 Pre-enfriamiento evaporativo

del aire primario

0 - No se aplica

1 - Aplica 0 - No se aplica

9 Eficiencia del pre-

enfriamiento evaporativo 0 - 100 % 60%

10 Consumo del pre-

enfriamiento evaporativo 0 - 100 W/(m3/h) 0.3

11 Tipo de pre-enfriamiento

evaporativo

1 - Directo 2 -

Indirecto 1 - Directo




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2.3.2.9.EFECTO JOULE

Posibilidad de dar calefacción por efecto joule.


defecto Valor por

defecto

1 Existe fuente de calor por

efecto Joule 1 Sí 0 No **

2 Potencia máxima del efecto

joule kW *



2.3.2.10. ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO

El aire se refrigera por enfriamiento evaporativo, sea directo, indirecto o ambos.


defecto Valor por

defecto

1 Enfriamiento evaporativo

0 - No existe 1 -

Existe y es directo 2 -

Es indirecto 3 -Ambos

**

2 Factor de consumo directo 0 - 100 W/(m3/h) 0.3

3 Fracción de aire de impulsión

tratada en el directo 0 - 100 100

4 Eficiencia del enfriamiento

evaporativo directo 1 - Sí 0 - No **

5 Factor de consumo indirecto 0 - 100 W/(m3/h) 0.3

6 Fracción de aire de impulsión

tratada (indirecto) 0 - 100 100


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7 Eficiencia del enfriamiento

evaporativo indirecto 1 – Sí 0- No 0 - No

8 Tipo de corriente secundaria

1 - Aire exterior 0 -

Aire de expulsión

1 - Aire

exterior



2.3.3. MODELO DE SIMULACIÓN

En este apartado se resume el algoritmo matemático implementado en la simulación de

cada una de las funciones/elementos que componen los sistemas secundarios.

Para hacer una explicación sugerente de este modelo se recurre a la descripción de los

pasos involucrados y necesarios para el desarrollo de la simulación de las diferentes

unidades.

A. Cálculo de las condiciones de impulsión:

- Lectura de la carga sensible (QSEN (W), positiva en refrigeración y

negativa en calefacción); temperatura seca (TLOC) y humedad absoluta

(LOC) del local; temperatura seca (TEXT) y humedad absoluta (EXT) del

aire exterior/primario (puede venir pre-tratado).

- Las pérdidas en los conductos de aire se tienen en cuenta como un

aumento de la carga sensible.

- El pre-enfriamiento evaporativo del aire primario, transforma las

condiciones del aire exterior leídas con anterioridad, y cuantifica el

consumo eléctrico y el ahorro de energía que supone su aplicación.

Además se evita el paso de este aire pre-tratado por el recuperador.

A la salida de esta aplicación se tiene:

La temperatura húmeda del aire exterior, y la eficiencia del

sistema evaporativo.

Si el evaporativo es directo, conlleva un aumento de humedad:

El calor específico del aire húmedo, constante y de valor 1005 J/Kg

K, y la entalpía de vaporización del agua 2.300.000 J/Kg.


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El consumo eléctrico PWe de la aplicación se obtiene al multiplicar el

factor de consumo Fp.e. W/(m3/h de aire tratado) por el caudal de aire

exterior:

- Temperatura y caudal de impulsión, existen los siguiente casos:

- Unidad de caudal constante de impulsión , la

temperatura de impulsión sería:

- Unidad a caudal variable de impulsión, la temperatura impulsión

queda fijada como parámetro, y el caudal resulta:

Este caudal queda limitado al mínimo de ventilación.

- Unidad multizona con control de una zona determinada. Caudal

de impulsión a esa zona calculado a partir de los datos del

usuario, y si no es posible, ponderado por el área de la zona; por

lo que la temperatura necesaria de impulsión se calcula con la

carga de esa zona y este caudal.

B. Ventiladores:

- Consumo eléctrico de ventiladores PWe calculado a partir del Fc

potencia específica W/(m3/h), caudal impulsado y curvas de CALENER,

para dos casos:

- Funcionamiento a carga parcial de ventilador sin variador de

frecuencia:

Siendo Q el caudal impulsado por el ventilador (m3/h); y

el factor corrector del consumo, resultado de

aplicar la curva de CALENER (POT-VENT Q) con el grado de

parcialidad (Q/QNOM). Si funciona en régimen nominal, el factor

corrector vale la unidad.

- Funcionamiento a carga parcial del ventilador con variador de

frecuencia:

Similar al caso anterior pero la curva de CALENER (REND-

ELEC-FCP) ofrece un nuevo valor del factor corrector

del consumo.


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- Calentamiento del aire a su paso por ventilador si el motor se sitúa

dentro de la corriente de aire, toda la potencia eléctrica consumida por el

ventilador se disipa en forma de calor al aire:

Siendo M el caudal de aire por el ventilador Kg/s

C. Enfriamiento gratuito por aire exterior:

- Cuando exista demanda de refrigeración (carga sensible a combatir por la

máquina positiva) esta medida es aplicable. Se debe elegir el tipo de control:

por temperatura o por entalpía. El criterio de decisión es que cuando la

temperatura o entalpía del aire exterior sea menor que la del aire de la zona

(de retorno), se aumenta el caudal de aire exterior por la máquina.

- Pueden suceder varios casos: 1er

caso, en el que la temperatura exterior sea

mayor que la de impulsión solicitada por la máquina, por lo que todo el

caudal de aire de impulsión pasa a ser de aire exterior; 2º caso, en el que la

temperatura exterior sea menor que la de impulsión, por lo que se mezclará

parte del aire exterior con aire del retorno (siempre cumpliendo el mínimo de

ventilación). Este proceso de mezcla hasta una temperatura se resuelve

mediante el teorema del valor medio.

- El ahorro de energía que supone esta medida viene caracterizado por el

aumento del caudal de aire exterior y su menor temperatura con respecto al

aire recirculado:

D. Enfriamiento gratuito por agua de torre:

- El criterio de aplicabilidad es el siguiente: se puede conseguir ahorro

energético empleado el agua de la torre de refrigeración como fluido

refrigerante, siempre que se pueda conseguir la misma a una temperatura

inferior a 15ºC. Es por tanto, cuando las condiciones exteriores (temperatura

húmeda) permitan que el agua se sitúe a esas temperaturas.

- El ahorro energético se obtiene de evaluar el caudal de agua en la torre a una

temperatura menor de 15ºC (salto entre la temperatura), y la temperatura del

agua en la torre se entiende que alcanza el equilibrio térmico con el aire

exterior y se coloca a bulbo húmedo:


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E. Recuperador de energía de aire de expulsión:

- Es aplicable en los dos regímenes, tanto calefacción como refrigeración,

siempre y cuando el free-cooling no sea aplicable. Tiene un consumo

asociado (constante) cuando es del tipo dinámico y se aplique.

- Consiste en la simplificación de un intercambiador aire-aire (aire exterior –

aire expulsión de la zona), que esta caracterizado por la eficiencia fijada

por el usuario:

siendo

F. Enfriamiento evaporativo:

- Existen dos tipos: directo o indirecto. Pueden aparecer por separado o

combinados (primero actuaría el indirecto, y la corriente de salida se haría

pasar por el indirecto).

- En primer lugar se fija el aire a tratar por el sistema a través de un parámetro

introducido por el usuario, y siempre como mínimo el caudal de aire de

ventilación.

- Directo:

Fijada la eficiencia del intercambio y las propiedades de la corriente

de entrada se obtiene:

Con la temperatura seca y temperatura húmeda del

aire a la entrada de la unidad.

Se evalúa el consumo del sistema a partir de la potencia específica

suministrada como parámetro y el caudal de aire tratado; y la

temperatura de impulsión requerida, para en el caso de tener

capacidad ajustarse a la misma regulando el caudal de agua a

inyectar.

Si la fracción de aire tratada no es el 100%, a la salida del mismo se

mezcla con el resto de caudal de impulsión.

- Indirecto:

El cambio con el caso anterior, es que ahora no se vaporiza agua en la

corriente principal, sino en una secundaria. Esa corriente se satura y

es la que fija la temperatura de bulbo húmedo (máximo enfriamiento

posible), para después hacerla pasar por un intercambiador aire-aire

en el que se enfría la corriente principal (% tratado de la misma). Así:

Pero no hay cambio de humedad al ser directo:

El funcionamiento de la unidad es similar al caso anterior, con los

cambios mencionados.


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G. Unidad de refrigeración:

- Es la unidad encargada de enfriar la corriente de aire de impulsión.

- Como parámetros se tienen la corriente de aire antes de la batería de agua

fría o evaporador y la temperatura de impulsión requerida.

- Se fija el factor de by-pass a 0.3, y se calcula la temperatura de ADP:

: temperatura de impulsión requerida

: temperatura seca de la corriente antes de su paso por la unidad.

- El punto de ADP queda fijado por su temperatura debido a que es un estado

de aire saturado, por lo que se conoce la humedad del mismo.

- El enfriamiento puede ser solo sensible o sensible – latente. Solo es sensible

cuando la humedad del aire a la entrada de la unidad sea menor o igual a la

del punto ADP ( ; en cambio, conlleva una

condensación de agua siempre que la humedad del aire de entrada sea mayor

que la del punto ADP, lo que resultaría una humedad de salida:

- La potencia demandada en el secundario de frío es la suma de la carga

sensible y latente en la unidad, aumentada por el % de pérdidas en tuberías

H. Unidad de calefacción:

- Calentar el aire hasta una temperatura dada. Los parámetros y ecuaciones

son similares al caso anterior, salvo que ahora no hay cambio de humedad en

ninguno de los casos, es un calentamiento sensible.

I. Bombeo:

- En los hidrónicos, el usuario informa si tiene bomba asociada al sub-sistema

secundario. En el que caso que sea así, se fija un caudal de agua nominal de

circulación por la batería, y con este caudal y su potencia nominal, se

establece la variación de la potencia específica Pe (W/(L/h)) que consume la

bomba a partir de la curva de CALENER POT-BB_CAUDAL. Esta

corrección es función de la relación entre el caudal que mueve la bomba y el

caudal nominal de la misma, es decir, del grado de parcialidad de la potencia

de la batería cuando se regula con una válvula de dos vías (variando el

caudal), ya que si es tres vías la regulación se hace elevando la temperatura

de entrada en batería mediante recirculación del agua de salida (el usuario

elige el tipo de válvula de su batería).


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J. Autónomo:

- El tratamiento energético en cuanto a la refrigeración y calefacción es

idéntico, la diferencia se asocia al tratamiento de los consumos eléctricos

asociados y la aplicación de las curvas de CALENER.

- El usuario aporta el consumo de la máquina en condiciones nominales,

incluyendo o no el de ventiladores (incluirlo significa anular la potencia

específica asociada al bloque de ventilación).

2.4.CATÁLOGO

En este punto se exponen los modos de funcionamiento y las características de las

unidades existentes en el programa.

2.4.1. CLIMATIZADORA

Se entiende por climatizadora, un sistema centralizado que utiliza, en la mayoría de los

casos, agua como fluido caloportador, para intercambiar de forma indirecta con el aire.

Se engloban con esta nomenclatura, sistemas de calefacción por efecto Joule y

enfriamiento evaporativo. La ventilación es a través de la misma. Un esquema

simplificado de esta unidad podría ser:

Figura 2. 1: Esquema simplificado de una climatizadora

A la vista del esquema superior, se ofrece una descripción del funcionamiento de la

misma:

Zonificación – Unizona si climatiza a una sola zona; y multizona cuando varias zonas

reciben tratamiento de la unidad.


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Ventilación – Se eligen como parámetros los caudales de aire primario, aire recirculado

y aire de impulsión que mueve la unidad, así como la posición de ventiladores.

Refrigeración – A través de una batería de frío, combinado o no con un enfriamiento

evaporativo, o con este último únicamente.

Calefacción – Batería de calor o resistencia eléctrica.

Ahorro de energía – Recuperación de energía de aire de extracción, enfriamiento

gratuito por aire exterior o por agua de torre y pre-enfriamiento evaporativo del aire

primario.

Control – Tipo de regulación: caudal variable o constante, temperatura de impulsión,

control de zona. Control de impulsión: temperaturas y humedades mínimas y máximas

aceptables.

Otras consideraciones – Se tiene en cuenta: la posibilidad de tener una bomba asociada

al secundario, las pérdidas por conductos y tuberías, el sobrecalentamiento debido a

ventiladores y pérdidas de rendimiento en equipos por funcionamiento a carga parcial

(curvas de CALENER).

Se comentan las particularizaciones hechas al modo de funcionamiento convencional,

con el fin de obtener ciertas unidades presentes en las instalaciones:

2.4.1.1.CAUDAL CONSTANTE

La climatizadora funciona con caudal de impulsión constante, variando la temperatura

del aire a la salida de la misma para combatir la carga (de la/s zona/s climatizadas o

controladas).

2.4.1.2.CAUDAL VARIABLE

Se varía el caudal de aire de impulsión, pudiendo tener fijadas las temperaturas de

impulsión (modo calefacción y refrigeración), o siendo resultado del control de una de

las zonas.

2.4.1.3.SÓLO VENTILACIÓN

Son aquellos sistemas que sólo ventilan y/o extraen aire de los locales por lo que no

necesitan producción de frío ni de calor. No son capaces de suministrar calefacción ni

refrigeración. El único consumo de estos sistemas se debe a los ventiladores de

impulsión y extracción.


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2.4.1.4.MÓDULO ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO

Ofrece frío por enfriamiento evaporativo únicamente, además de ventilación. Se

simplifica la necesidad de acoplar otra unidad que ofrezca calefacción, ofreciendo la

posibilidad de establecer una fuente de calor independiente en esta unidad. Un esquema

simplificado de lo comentado es:

Figura 2. 2: Esquema simplificado de un módulo de enfriamiento evaporativo con calefactor

2.4.1.5. SOLO CALEFACCIÓN

Cuando sólo es capaz de aportar calor (batería de calor o efecto Joule) a los locales sin

poseer capacidad alguna de suministrar refrigeración.

2.4.1.6.RECALENTAMIENTO FINAL

Es una particularización de una climatizadora de forma más crítica, dando lugar a un

tratamiento final solo de calefacción. Esta unidad solo puede aparecer acoplada a

sistemas multizona. Se muestra un esquema simplificado:

Figura 2. 2: Esquema simplificado de una climatizadora


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2.4.1.7.CLIMATIZADORA DE AIRE PRIMARIO

Esta climatizadora responde al modelo comentado anteriormente, a diferencia, de que el

usuario establece un horario de funcionamiento para calefacción y refrigeración, fijando

la temperatura de impulsión de estos sistemas.

2.4.1.8.CLIMATIZADORA DOBLE CONDUCTO

Bajo esta nomenclatura se considera un caso particular de climatizadora en el que la

unidad produce aire frío y caliente simultáneamente. El caudal de aire que se

enfría/calienta se determina para que las condiciones del aire de impulsión (tras la

mezcla de las dos corriente) satisfagan la carga sensible a combatir por la unidad; por lo

que es variable el caudal que circula por cada sub-sistema (frío-calor). Resto de

consideraciones similares a la climatizadora convencional.

Figura 2. 3: Esquema simplificado de una climatizadora de doble conducto

2.4.2. AUTÓNOMO

Sistemas en los que hay un intercambio directo aire – refrigerante. La refrigeración/

calefacción se realiza por el cambio de fase del refrigerante. Se engloban sistemas:

compactos y divididos Split/ multi-split; y de descarga directa e indirecta.

Como muestra el esquema simplificado inferior, la unidad puede trabajar en modo solo

frío o como bomba de calor; así puede ofrecer el resto de servicios de la climatizadora

antes comentada. Teniendo como particularizaciones: unizona/multizona y caudal

constante/variable. Además en todos los autónomos modelados se permite que el

usuario elija entre condensación por aire o por agua.


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Figura 2. 4: Esquema simplificado de un sistema autónomo

2.4.2.1.CAUDAL CONSTANTE

El sistema autónomo funciona con caudal de impulsión constante, variando la

temperatura del aire a la salida de la misma para combatir la carga (de la zona/s

climatizadas o controladas).

2.4.2.2.CAUDAL VARIABLE

Se varía el caudal de aire de impulsión, pudiendo tener fijadas las temperaturas de

impulsión (modo calefacción y refrigeración), o siendo resultado del control de una de

las zonas.

2.4.2.3.BdC CIRCUITO CERRADO

Este sistema permite integrar su unidad exterior a un circuito de agua (condensador en

refrigeración o evaporador en calefacción), de tal manera que el calor residual lo cede a

ese circuito, pudiendo recuperarse. El usuario puede activar este modo de

funcionamiento, o simplemente instalar un sistema BdC.


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2.4.3. TODO AGUA

2.4.3.1.FAN-COIL

Figura 2. 5: Esquema simplificado de un

termoventilador

Esta unidad puede ser a dos tubos

o a cuatro tubos, pudiendo dar frío

o calor. Posibilidad de tener

asociado un sistema de bombeo y

un ventilador.

2.4.3.2.HILO RADIANTE

Figura 2. 6: Esquema simplificado de un hilo radiante

Funcionamiento en modo calefacción por

efecto joule; este calentamiento se disipa en

radiación y convección.

2.4.3.3.SUELO RADIANTE

Figura 2. 7: Esquema simplificado de un suelo radiante

Similar al anterior pero con agua caliente


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2.4.3.4.RADIADOR

Figura 2. 8: Esquema simplificado de un sistema autónomo

Ambos radiadores funcionan en modo calefacción

solamente. El calor a la zona se aporta tanto por

radiación como por convección.

2.4.4. RESUMEN DE SISTEMAS DE CLIMATIZACIÓN

Uds. Mixtas - Todo Aire VENTILACIÓN REFRIGERACIÓN CALEFACCIÓN

CLIMATIZADORA AIRE PRIMARIO X X X

CLIMATIZADORA X X X

CAUDAL CTE X X X

CAUDAL VBLE X X X

SOLO VENTILACIÓN X

SOLO CALEFACCIÓN X X

RECALENTAMIENTO FINAL

X

MOD. ENF. EVAPORATIVO X X *

CLIMATIZADORA DOBLE CONDUCTO X X X

AUTÓNOMO X X X

CAUDAL CTE X X X

CAUDAL VBLE X X X

BDC LAZO CERRADO X X X

* Existe la posibilidad de acoplarle un sub-sistema de calefacción.

Uds Todo agua VENTILACIÓN REFRIGERACIÓN CALEFACCIÓN

FAN-COIL

X X

RADIADOR DE AGUA

X

SUELO RADIANTE

X

HILO RADIANTE

X

RADIADOR ELÉCTRICO

X


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2.4.5. DEMANDA DE AGUA CALIENTE SANITARIA

La demanda de ACS debida a cocina, cuartos de baño, aseos… se define como un

secundario a través de los siguientes parámetros:

Parámetros

1 Demanda de ACS (l/día)

2 Fracción horaria de la demanda (de un día tipo)

3 Temperatura de producción de ACS (ºC)

4 Temperatura de red para cada uno de los meses del año (ºC)

Valor por defecto

Temperatura de referencia 60 (ºC)

capítulo 0. presentación -...

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