Comparacin de alternativas para el acondicionamiento en edificios en base al consumo elctricoPg. 1 Resumen Lossistemasdecalefaccin,ventilacinyacondicionamientodeairerepresentanun consumodeenergaimportanteyencrecimiento.Poreso,esrecomendableestudiar detenidamente estos sistemas y buscar la alternativa ptima para cada instalacin. Enelpresenteproyectoseexplicarndiferentestecnologasutilizadasenlossistemasde calefaccin,ventilacinyacondicionamientodeaire,diferenciandoentresistemasde ventilacin y renovacin de aire, sistemas de generacin de fro, sistemas de generacin de calor,sistemascombinadosderefrigeracinycalefaccinysistemasdeunidades terminales que transmiten finalmente las condiciones de confort requeridas a los diferentes emplazamientos del edificio. Asimismo,seexpondrcmorealizarlaestimacindelacargatrmicadeunrecintoyla seleccindelequipodeacondicionamientodeaireadecuado.Seindicarcomohacerel estudio del recinto identificando las caractersticas del local, las fuentes de carga trmica y la situacindelequipoylosservicios.Adems,semostrarcmodefinirlascondicionesde proyectoexterioreseinterioresparaconfortteniendoencuentalanormativarelativaal CdigoTcnicodelaEdificacinylanormativarelativaaldiseo,instalaciny funcionamientodeinstalacionesdeconforttrmicodelReglamentodeInstalaciones Trmicas de los Edificios. SedesarrollarunaherramientadeclculoutilizandoMacrosdelprogramaMicrosoft Excel, a partir del modelo de clculo de cargas trmicas mencionado anteriormente,que har una estimacin de las cargas trmicas y del caudal de aire necesario para el equipo de acondicionamiento de aire teniendo en cuenta unas hiptesis iniciales y asumiendo algunas simplificaciones.Delmismomodo,seindicarnalgunasrecomendacionesdelequipode acondicionamiento de aire a seleccionar. Porltimo,seestudiarunejemploprcticodeaplicacinusandoelprogramadiseado paraexplicarelfuncionamientodeste.Endichoejemplosecompararndosrecintos sometidosalasmismascondicionesinicialesperoconsiderandoqueunodeellosest formadoporunanicasalaconjuntamientrasqueelotrorecintoposeeunadistribucin diferenciada de las salas que conforman el recinto. Comparacin de alternativas para el acondicionamiento en edificios en base al consumo elctricoPg. 3 Sumario RESUMEN___________________________________________________ 1 SUMARIO ____________________________________________________ 3 1.INTRODUCCIN__________________________________________ 7 1.1.Objetivos del proyecto .................................................................................... 7 1.2.Alcance del proyecto ...................................................................................... 8 2.SISTEMAS DE ACONDICIONAMIENTO DE ESPACIOS CERRADOS9 2.1.Sistemas de renovacin de aire y unidades de tratamiento de aire (UTA) .... 9 2.2.Elementos generadores de fro .................................................................... 10 2.2.1.Ciclo frigorfico por compresin mecnica de vapor ........................................ 11 2.2.2.Ciclo frigorfico por absorcin .......................................................................... 13 2.2.3.Refrigeracin solar .......................................................................................... 15 2.2.4.Torres de refrigeracin de agua ...................................................................... 17 2.3.Elementos generadores de calor ................................................................. 20 2.3.1.Calderas.......................................................................................................... 20 2.3.2.Energa solar trmica ...................................................................................... 23 2.4.Modos de calefaccin y refrigeracin combinados ...................................... 25 2.4.1.Bomba de calor ............................................................................................... 25 2.4.2.Geotermia ....................................................................................................... 26 2.5.Sistemas de unidades terminales ................................................................ 27 2.5.1.Sistema todo aire ............................................................................................ 27 2.5.2.Sistema todo agua .......................................................................................... 28 2.5.3.Sistema aire-agua ........................................................................................... 30 2.5.4.Sistemas de expansin directa ....................................................................... 32 3.ESTIMACIN DE LA CARGA TRMICA DE UN LOCAL __________ 35 3.1.Estudio del local. Caractersticas del local y fuentes de carga trmica ........ 35 3.2.Situacin del equipo y servicios ................................................................... 36 3.3.Condiciones de proyecto .............................................................................. 37 3.3.1.Normativa relativa al CTE (Cdigo Tcnico de la Edificacin) ........................ 38 3.3.2.Normativa relativaal diseo,instalaciny funcionamiento deinstalacionesde conforttrmicodelRITE(ReglamentodeInstalacionesTrmicasdelos Edificios) ......................................................................................................... 39 3.3.3.Condiciones exteriores de proyecto ................................................................ 40 3.3.4.Condiciones interiores de proyecto para confort ............................................. 42 3.4.Estimacin de la carga de acondicionamiento del recinto ........................... 42 Pg. 4Memoria 3.4.1.Cargas exteriores ............................................................................................. 42 3.4.2.Cargas internas ................................................................................................ 43 3.4.3.Diferencia entre el clculo de las cargas de refrigeracin y la de calefaccin .. 44 3.5.Seleccin del equipo .................................................................................... 45 4.MODELODECLCULODECARGASTRMICASYSELECCIN DEL EQUIPO DE ACONDICIONAMIENTO DE AIRE _____________ 47 4.1.Introduccin ................................................................................................. 47 4.2.Simplificaciones previas ............................................................................... 48 4.3.Ganancias por insolacin a travs de las ventanas de la fachada .............. 49 4.4.Transmisin de potencia trmica a travs de la fachada ............................. 50 4.5.Transmisindepotenciatrmicaatravsdeparedesinteriores,techoy suelo ............................................................................................................ 52 4.6.Ganancias trmicas generadas en el interior .............................................. 53 4.7.Ganancias totales por transmisin y cargas internas .................................. 54 4.8.Clculo del aire de renovacin y de impulsin ............................................. 56 4.9.Potencia trmica del equipo de acondicionamiento de aire ......................... 57 4.10.Seleccin del equipo de acondicionamiento de aire .................................... 61 5.EJEMPLO PRCTICO DE APLICACIN______________________ 63 5.1.Introduccin ................................................................................................. 63 5.2.Condiciones iniciales ................................................................................... 63 5.3.Clculodenecesidadestrmicasyseleccindelequipode acondicionamientodeairedelejemploprcticodeaplicacinparael escenario 1 .................................................................................................. 65 5.4.Clculodenecesidadestrmicasyseleccindelequipode acondicionamientodeairedelejemploprcticodeaplicacinparael escenario 2 .................................................................................................. 67 5.5.Comparacin entre los escenarios 1 y 2 ...................................................... 71 CONCLUSIONES _____________________________________________ 73 Trabajos futuros..................................................................................................... 73 EVALUACIN DEL IMPACTO AMBIENTAL ________________________ 75 PRESUPUESTO DEL PROYECTO _______________________________ 77 BIBLIOGRAFA_______________________________________________ 79 Comparacin de alternativas para el acondicionamiento en edificios en base al consumo elctricoPg. 5 ANEXOS ____________________________________________________ 81 A.Anexo A ........................................................................................................ 81 B.Anexo B ........................................................................................................ 85 Comparacin de alternativas para el acondicionamiento en edificios en base al consumo elctricoPg. 7 1.Introduccin Lossistemasdecalefaccin,ventilacinyacondicionamientodeairesonunos consumidoresdeenergaimportantesyenaumento.Elconsumodelosedificiossupone entre el 20% y el 40% del consumo de energa finalen los pases desarrollados [1]. Dichos sistemas representanaproximadamenteel50% delconsumoenergticoenlosedificios,y porlotanto,suponeentreel10%yel20%delconsumodeenergafinalenlospases desarrollados. A pesar del gasto de energa significativo que representan, hay una carencia deunmarcocoherenteyhomogneoparadirigirdemaneraeficientelaspolticas energticasydeinvestigacin,principalmentedebidoalacomplejidadyvariedadde sistemas de calefaccin, ventilacin y acondicionamiento de aire pero tambin por la falta de rigor en el clculo energtico [2]. Elproyectosecentraenestudiardistintastecnologasparalossistemasdecalefaccin, ventilacinyacondicionamientodeaire,yenelestudiodelconforttrmicodeseado entendidocomoserviciofinalparalosocupantesdeespaciosacondicionados.Hayun amplioabanicodetecnologasparaaclimatarrecintosdebidoalavariabilidaddelas condiciones exteriores, las caractersticas de la estancia y la actividad que se realice en el mismo. Por otra parte, los clculos de demandas trmicas deben cumplir el Cdigo Tcnico delaEdificacin(CTE)ylanormativarelativaaldiseo,instalacinyfuncionamientode instalaciones de confort trmico del Reglamento de Instalaciones Trmicas de los Edificios (RITE). Actualmente,existenenelmercadoprogramasinformticosquepuedenrealizarlos clculos de demanda trmica pero requieren una parametrizacin exhaustiva de los edificios y son complicados de usar. Algunos de estos programas informticos son de uso obligado paraobtenerlacertificacindeeficienciaenergticaparaedificiosdenuevaconstruccin segn se recoge en el RITE. Sin embargo, se carece de programas de clculo para hacer una estimacin de las necesidades trmicas que se generan en un edificio de una manera rpida, sencilla e intuitiva. Del mismo modo, se carece de un programa capaz de identificar algunosequiposdeacondicionamientodeairequecumplancondichasnecesidades trmicas dando una idea del equipo que podra ser utilizado para ese edificio. 1.1.Objetivos del proyecto Elobjetivoprincipaldelproyectoconsisteenlacomparacindealternativasparael acondicionamiento de edificios en base al consumo elctrico. El consumo elctrico se estima a partir de la relacin entre las cargas trmicas de los edificios y los rendimientos trmicos de los equipos utilizados para cubrir dichas cargas. Pg. 8Memoria Para alcanzar este propsito, se definen los siguientes objetivos especficos: -Descripcindelossistemasdeacondicionamientoenedificios.Esnecesario conocerlatecnologamsutilizadaenlossistemasdeacondicionamientode edificios para poder valorar cual se ajusta ms a nuestras necesidades. -Criteriosparalaevaluacindelasnecesidadesdeacondicionamientodelairey demandaelctrica.Sedebendefinirculessonloscriteriosutilizadosparala evaluacindelasnecesidadestrmicasylaeleccindelequipode acondicionamiento de aire para justificar los valores obtenidos y cumplir la legislacin vigente. -Desarrollo de un mtodo para la estimacin del consumo elctrico y comparacin de alternativas.Sedesarrollar unaherramientade clculo que simplifiquey facilitela estimacin de las necesidades trmicas de un recinto y que identifique los sistemas de acondicionamiento de aire que cumplan dichas necesidades para posteriormente estimar el consumo elctrico. 1.2.Alcance del proyecto Lastecnologasdelossistemasdecalefaccin,ventilacinyacondicionamientodeairea estudiarsonlasmscomunes,representativasyconsolidadasenelmbitodela climatizacin.Sinembargo,tambinseestudiarnalgunossistemasmscomplejosyde aplicacin ms restrictiva. Seproponeunametodologadeclculodelasnecesidadestrmicasdeunrecintoen edificiosdeoficinasoviviendasdeacuerdoalanormativavigente.Lapotenciaelctrica consumidadependerdelademandatrmicaydelrendimientotrmicodelequipo seleccionado. Lastablasdevaloresutilizadasenlaherramientadeclculoslosonvlidaspara localidadescercanasalalatitudde40delhemisferionorte,enconcretolosdatosde temperaturayhumedadhansidotomadossloparaelreametropolitanadeBarcelona. Debido a las condiciones climticas de Barcelona, las mayores cargas trmicas se darn en los meses de verano y, por lo tanto, slo se realizarn los clculos de necesidades trmicas para los meses comprendidos entre abril y agosto. Losequiposdeacondicionamientodeaireseleccionadosenlaherramientadeclculose restringirn a bombas de calor capaces de generar tanto fro como calor. No se ha tenido en cuentaelrestodetecnologasaplicablesalacalefaccin,ventilacinyacondicionamiento de aire. Comparacin de alternativas para el acondicionamiento en edificios en base al consumo elctricoPg. 9 2.Sistemasdeacondicionamientodeespacios cerrados Laclimatizacindeunedificioconsisteenunprocesomedianteelcualsehaceun tratamiento de las condiciones ambientales interiores de cada departamento o dependencia quetenga.Enesteprocesosetrataycontrolademanerasimultnealatemperatura,la humedad, la limpieza y la distribucin del aire, con el objetivo de dar el confort, bienestar e higiene necesarios para las personas que lo utilizan. Lamayoradesistemasdeacondicionamientodeairesuelentenerlossiguientes elementos: -Unidaddetratamientodeaire(UTA).Esunaunidadenlaquesehaceel tratamientodelairequeesnecesariosuministrarallocaloedificio.Puedetratarse solamentedelairederenovacin,obienstemezcladoconelairerecirculadoy enfriado o calentado para la climatizacin. -Elementos generadores o productores de fro y/o calor. Son los que generan o extraen la energa trmica necesaria para acondicionar el edificio. -Emisoresounidadesterminales(UT).stosrecibenlosfluidosprimariosdela central de tratamiento y se usan para transmitir las condiciones trmicas requeridas alosdiferentesestanciasdeledificio.Garantizanquelavelocidaddelaireseala correcta y son los responsables del nivel sonoro que produce la instalacin de clima. -Elementosintermedios.Sirvendeuninentrelacentralproductoradeenerga trmicayloselementosterminales.Sontodaslascanalizaciones(conductosy caeras) y accesorios (cajas de ventilacin, compuertas, bombas, vlvulas, etc.). -Equipos de control, regulacin y seguridad. Garantizan que el funcionamiento de lainstalacinseaelcorrectoparaconseguirelconfortexigidoylaseguridad necesaria. 2.1.Sistemasderenovacindeaireyunidadesde tratamiento de aire (UTA) Lossistemasderenovacindeaireseencargandegarantizarlacalidaddelaireenel interiordeledificioparalarespiracinyparaevitaroloresoconcentracionesdegases emitidos por el mobiliario o las personas entre otros factores. Pg. 10Memoria Para mejorar el comportamiento energtico del edificio es importante que tenga una buena estanqueidad, evitando que haya muchas infiltraciones de aire no tratado. Sin embargo, esta estanqueidad provoca la necesidad de tener sistemas de renovacin de aire para que el aire no sea muy viciado o incluso nocivo. Lossistemasmecnicosderenovacindeaireproducenunadepresinconstanteenel edificio a travs de un extractor, que suele ser un ventilador axial o centrfugo, expulsando aselairedelinteriordeledificiodeformacontroladayalmismotiemposeencargade introducir aire no viciado y tratado para conseguir las condiciones deseadas en el interior. Figura 2.1. Funcionamiento de una unidad de tratamiento de aire. La mayora de sistemas de climatizacin actuales incorporan una unidad de tratamiento de aire(verFigura2.1)queseencargadeproporcionarairederenovacindelexterior, medianteunventilador,paradespustratarloyconseguirqueestalatemperaturay humedad deseada, as como controlar la concentracin de microorganismos. Generalmente, estossistemasderenovacindeairesuelentenerunsistemaderecuperacindecalor intercambiandocalorofroentreelaireaexpulsaryelairenuevo.Tambinsuelenestar gobernadosporsistemasdecontrolqueregulanlosdistintosmecanismosdelsistemade renovacin de aire en funcin de los sensores del edificio y de los algoritmos de control que tenga programado para optimizar su funcionamiento. 2.2.Elementos generadores de fro Paraexplicaralgunosdelosmodos de refrigeracinenlos sistemasdeclimatizacinms comunes se pueden clasificar en cuatro categoras distintas: ciclo frigorfico por compresin Comparacin de alternativas para el acondicionamiento en edificios en base al consumo elctricoPg. 11 mecnica, ciclo frigorfico por absorcin, refrigeracin solar y torres de refrigeracin. Muchos de estos modos de refrigeracin simplemente se encargan de conseguir que un fluido, que normalmente es agua o un refrigerante (freones tales como los R-11, R-12, R-22, R-134a o R-502entreotros[3]),tengaunatemperaturamsbajaqueladeseadaparalasalaa climatizar,paraluegousarunaunidadterminal(ounidadenfriadora)detalladasenel apartado 2.5. 2.2.1.Ciclo frigorfico por compresin mecnica de vapor steeselmodomsdifundidoyutilizadoenlaproduccindefroenlasaplicacionesde condicionamiento de aire, est compuesto por un circuito cerrado en el que circula un lquido refrigerantequenormalmenteesunfren.Estosrefrigerantessuelenserlquidosmuy voltilesquecambiandefaselquidaavaporabajatemperaturaapresinatmosfricay actan como transportadores de calor ya que el calor que se extrae de un sitio es llevado a otroparadisiparlo.Loscuatroelementosmecnicosbsicosquecomponenelciclopor compresin son: -Evaporador:Intercambiadordecalorenelqueelrefrigerantepasadeestado lquido a estado vapor debido a la absorcin de calor del local o edificio a refrigerar. -Compresor: Dispositivo que comprime el gas refrigerante para aumentar su presin y temperatura. -Condensador:Intercambiadordecalorenelqueelrefrigerantepasadeestado vapor a estado lquido disipando el calor absorbido en el evaporador y el generado como consecuencia del trabajo de compresin. -Vlvuladeexpansintermostticaorestrictor:Componentequegenerauna bajada de temperatura y presin en el lquido refrigerante. Larepresentacingrficadeesteciclo,quepuedeservirparahacerclculos,sehace normalmente con grficos presin-entalpia del refrigerante utilizado.Enunciclobsicoderefrigeracinporcompresindevapor,elrefrigeranteentraal compresorcomovaporligeramenterecalentadoysecomprimehastalapresindel condensador.Latemperaturadelrefrigeranteaumentaduranteelprocesodecompresin, hastaunvalorbastantesuperioraldelatemperaturadelmediocircundante.Despusel refrigeranteentraenelcondensadorcomovaporsobrecalentadoysalecomolquido saturado,comoresultadodelrechazodecalorhacialosalrededores.Acontinuacin,el refrigerante en estado lquido se estrangula hasta la presin del evaporador al pasarlo por una vlvula de expansin o por un tubo capilar. La temperatura del refrigerante desciende pordebajodelatemperaturadelespaciorefrigeradoduranteelproceso.Elrefrigerante Pg. 12Memoria entra al evaporador como vapor hmedo y se evapora por completo absorbiendo calor del espaciorefrigerado.Elrefrigerantesalecomovaporrecalentadoyvuelveaentraral compresor, completando el ciclo. Figura 2.2. Funcionamiento de un sistema de refrigeracin por compresin. EnlaFigura2.2sepuedeverunarepresentacindelciclobsicoderefrigeracinpor compresin de vapor, aunque hay muchas otras modificaciones y ampliaciones tales como lossistemasderefrigeracinencascada,porcompresinenmltiplesetapasociclos booster [4], para conseguir mayor eficiencia.Asimismo,las unidades enfriadoras deestos sistemassepuedenclasificar segnel fluido de intercambio trmico utilizado en el evaporador y en el condensador: -Las unidades aire-aire utilizan aire exterior para la condensacin y producen aire fro. -Las unidades aire-agua utilizan aire exterior para la condensacin y producen agua fra. -Lasunidadesagua-aire utilizanaguaparalacondensacinyproducenaire fro.El agua para la condensacin puede venir de una torre de refrigeracin, agua fretica o superficial (ro, lago o mar). -Lasunidadesagua-aguautilizanaguaparalacondensacincomoenelcaso anterior y producen agua fra. -Lasunidadesgeotrmicas(tierra-aguaotierra-aire)hacenlacondensacinconel subsuelo y producen agua o aire fro. Por otro lado, destacar que hay varios tipos de compresores para este tipo deenfriadoras. Losmsdestacadossonlosalternativosodepistn(hermticos,semi-hermticoso abiertos), rotativos, scroll, de tornillo y centrfugos. Comparacin de alternativas para el acondicionamiento en edificios en base al consumo elctricoPg. 13 2.2.2.Ciclo frigorfico por absorcin Elciclodeabsorcinsigueprincipalmenteel mismoesquema queelciclodecompresin, pero sustituye la compresin del lquido refrigerante por un proceso de absorcin en el que senecesitaunaaportacindeenergatrmicaparacerrarelcicloyregenerarlos componentes. Esta aportacin de energa trmica puede venir de cualquier fuente que sea capazdeproducirlaenerganecesaria,yporlotanto,sepodrusarenergaresidualde procesosindustrialesquepermitenreducirdemanerasustanciallaenergaprimaria necesaria para producir fro. Lasunidadesderefrigeracinporelprincipiodeabsorcinseaplicannormalmentepara grandes instalaciones con elevadas necesidades de fro. Los diferentes pasos que sigue el ciclo de absorcin de efecto simple (o de una sola etapa), ver Figura 2.3, utilizando como refrigerante agua y bromuro de litio (BrLi) como absorbente, son los siguientes: -Enunrecipientecerrado(evaporador)sedisminuyelapresinhasta aproximadamente866,59Pa,yseintroduceaguapulverizadasobrelostubospor loscualescirculaelaguaquesepretendeenfriarparaclimatizareledificio (intercambiador).Debidoalabajapresin,elaguaintroducidaseevaporaa5C, absorbiendo calor del agua que circula por el intercambiador, por el cambio de fase delquidoavapor.Esteprocesosedetendracuandoelrecipientesellenarade vapor de agua. -En una segunda fase se introduce una solucin concentrada de sal de bromuro de litioqueabsorbeelvapordeaguaquesehaevaporado.Enestetanque,llamado absorbedor, hay una mezcla de agua y bromuro de litio que es necesario regenerar. -La solucin de bromuro de litio, diluida con agua, pierde su capacidad de absorber ms agua, lo cual conlleva a una aportacin continua de una solucin concentrada deBrLialtanqueabsorbedor.Lasolucindiluidaesbombeadahaciaotrotanque llamadogenerador,quesecalientahastahacerlahervir,parasepararelaguadel BrLiyasvolveratenerotravezlasolucinconcentradadebromurodelitio,que vuelve al absorberdor. -El vapor refrigerante, separado de la solucin diluida, se enfra en un tanque aparte (condensador) hasta que pasa a fase lquida para despus volverlo a introducir en el evaporador por medio de los pulverizadores, reiniciando as el ciclo. Deestemodo,elaguaderefrigeracin(seutilizansiempretorresderefrigeracin)enel condensadorenfraelvaporrefrigeranteylocondensa,pasandoelaguaafaselquida, Pg. 14Memoria mientrasqueenelabsorbedorsecogeelcalorcedidoporelvaporrefrigerantealser absorbido por la solucin de bromuro de litio. Para aumentar la eficiencia del ciclo se coloca un intercambiador de calor entre la solucin diluida de agua y de bromuro de litio que sale del absorbedor y la solucin concentrada de agua y de bromuro de litio que sale del generador. De esta forma, se consigue precalentar la solucin diluida y no necesitaremos tanto aporte de calor externo en el generador. Figura 2.3. Funcionamiento de un sistema de refrigeracin por absorcin. Porotraparte,lareaccinqumicaqueprovocaelbromurodelitioproduceuncalor adicionalqueesnecesariodisiparenelprocesodeabsorcindeaguaconlatorrede refrigeracin. ste es el ciclo frigorfico de absorcin de efecto simple pero hay otras variaciones como el ciclo de efecto doble o de dos etapas [5] con el que se consiguen rendimientos superiores a costa de una mayor inversin.En general, los ciclos frigorficos de absorcin tienen un nivel bajo de ruido y vibracin. Su mantenimientoesmenorqueeldeunamquinafrigorficaporcompresindevapor.Sin Comparacin de alternativas para el acondicionamiento en edificios en base al consumo elctricoPg. 15 embargo,estosciclostienenunrendimientobajoy,porlotanto,slosonaconsejables cuando se dispone de una fuente de calor residual. 2.2.3.Refrigeracin solar Latecnologamscomnenlosprocesosderefrigeracinpordesecacinyevaporacin (sistemas RDE) se basa en la aplicacin de ruedas desecantes que incorporan gel de slice o cloruro de litio como material de absorcin. Los procesos bsicos que se realizan en estos ciclos son (ver Figura 2.4): -Elairedelaentradavienedelexteriorypasaporlaruedadesecantequegira lentamente. El material adsorbente del rotor adsorbe el agua de la corriente de aire, reduciendosuhumedadyaumentandolatemperatura(2-3),enunproceso prcticamente adiabtico. -Elsuministrodeaireentrantepasaporelintercambiadorderecuperacintrmica parasersometidoaunenfriamientopreviomedianteunprocesoderefrigeracin indirectaporevaporacinenlacorrientedeaireviciado,yrealizaunintercambio trmico con la corriente de aire viciado que sale de la habitacin (3-4). -Segnlascondicionesdetemperaturayhumedaddelairedeentradaquesean necesariasparasuperarlacargaderefrigeracin(sensibleylatente)dela habitacin, se reduce la temperatura de la corriente de aire mediante un proceso de refrigeracindirectaporevaporacinenelhumectador,conunincremento simultaneodelahumedad(4-5).Hayquetenerencuentaqueelintercambiador conectado al subsistema solar slo funciona con suministro de calor. -Elaireviciadodelahabitacinsehumectahastalasaturacin,conelfinde maximizarelpotencialderefrigeracinindirectadelacorrientedeairedeentrada con el intercambiador de recuperacin trmica (6-7). -Elvapordeaireviciadosesometeaunprocesodecalentamientoprevioenel intercambiador de recuperacin trmica con la corriente de aire de entrada (7-8). -El calor necesario para la regeneracin de la rueda desecante se obtiene mediante un convector conectado a una fuente calorfica. En este caso la fuente calorfica es un sistema solar trmico ayudado de una caldera como fuente auxiliar (8-9). -Finalmente,la corriente deairederegeneracin pasa porla ruedadesecantepara evaporarelaguaquecontieneypermitirqueseproduzcaelprocesode deshumectacin continuo (9-10). Pg. 16Memoria EnlasaplicacionesdesistemasRDEconunahumedadatmosfricaalta,elciclode refrigeracinpordesecacindescritoanteriormentenoconsigue reducirsuficientementela cargalatente.Enestoscasos,esnecesarioponerunserpentnderefrigeracin(entrelos puntos4-5)conectadoaunrefrigerador(decompresinotrmico)paraproducirelfro necesarioquenosepuedeconseguirporelprocesoderefrigeracinpordesecaciny evaporacin. Figura 2.4. Funcionamiento de una unidad de refrigeracin solar RDE. Hay otros sistemas de refrigeracin solar ya sea por absorcin o adsorcin en el mercado pero bsicamente todos se basan en procesos que permiten transferencias trmicas de una fuente de baja temperatura a una fuente de alta temperatura. Este proceso se puede hacer gracias a una fuente de calor de un nivel ms alto de temperatura como en los procesos de refrigeracin solar o los ciclos frigorficos por absorcin, o bien elctricamente como en los ciclos frigorficos por compresin mecnica de vapor.Comparacin de alternativas para el acondicionamiento en edificios en base al consumo elctricoPg. 17 2.2.4.Torres de refrigeracin de agua Elfuncionamientodelastorresderefrigeracindeagua(verfigura2.5),sebasaenel enfriamiento evaporativo, es decir, por la absorcin de calor al evaporarse el agua. Una torre de refrigeracin es un intercambiador de calor, en el que no hay pared entre los dos fluidos (aguayaire)queseintercambiancalor.Adiferenciadelosintercambiadoresclsicosde calor en los que la transferencia de calor se produce por conduccin y conveccin, en una torrederefrigeracindeagua,elparmetrofundamentalqueintervieneeslapresinde vapor. La diferencia de presiones de vapor de estos dos fluidos promueve el paso de lquido a vapor. La temperatura lmite a la que se puede enfriar el agua conestas torres es la del termmetro hmedo del aire que entra en la torre. Las torres de refrigeracin suelen estar compuestas al menos por los siguientes elementos: -Envolvente: Forma el cuerpo exterior de la torre y la piscina de recogida de agua. Se suelen construir de hormign, metlicas o plsticas. -Piscina: Lugar en el que se acumula el agua que cae del sistema de distribucin de agua y de donde se recoge el agua de recirculacin.-Rellenodeintercambiotrmico:Medioque favoreceymejoraelcontactontimo del agua y el aire. Hay dos maneras de mejorar este contacto: oMantener las gotas de agua el mximo de tiempo posible en contacto con el aire. Este relleno es conocido como de goteo (splash). oDistribucindellquidoengrandessuperficiesparahaceraumentarel contacto. Este relleno es conocido como laminar (film). -Sistema de circulacin de aire: La circulacin del aire se puede conseguir por: oTiro natural: Producido por la variacin de la densidad del aire. Slo se usa para torres de grandes dimensiones. oTiromecnico(oforzado):Lacorrientedeaireestforzadamedianteun ventilador que puede ser axial o centrfugo. -Sistema de distribucin de agua: El agua a refrigerar se ha de repartir de manera uniforme sobre el relleno. Se suelen usar los siguientes sistemas de distribucin: oCanales o bandejas por gravedad: Basados en canales abiertos con ranuras laterales por donde sobresale el agua. Es un sistema de muy baja eficacia y se usa bsicamente en torres de tiro natural. Pg. 18Memoria oBoquillas: Es el sistema ms utilizado por su elevada eficacia. Normalmente estn formados por un colector central con unos brazos laterales en los que hay insertadas boquillas de tipo centrfugo. -Separador de gotas: Se utilizan para evitar el arrastre del agua en la corriente de aire.Sondispositivosformadosporlminasparalelascondiversospliegues.Se colocan de manera que obliguen al aire a chocar contra sus caras. La eficacia de un buen separador de gotas suele estar entre el 99,90% y el 99,95%. Figura 2.5. Esquema de torres de refrigeracin. En muchas ocasiones se instalan condensadores dentro de la torre de refrigeracin, estos se llaman condensadores evaporativos (ver Figura 2.6). El condensador est situado en el interior de la torre de refrigeracin, de manera que las filas de serpentines por las que circula el refrigerante estn situadas perpendicularmente a las corrientes de aire y agua propias de la torre de refrigeracin. El agua atomizada se evapora y se enfra sobre los serpentines del condensador y provoca que el gas refrigerante se condense. Este tipo de condensadores se utilizan cuando es difcil Comparacin de alternativas para el acondicionamiento en edificios en base al consumo elctricoPg. 19 obteneragua.Elaguaseutilizadentrodeuncircuitocerradoyunapequeapartese evapora.Elconsumodeaguasuponeaproximadamenteun5%delconsumodeun condensador enfriado por agua. Figura 2.6. Esquema de un condensador evaporativo. Por ltimo destacar un tipo especial de torres de refrigeracin llamadas Dry Coolers. stas se basan en la circulacin de un fluido caloportador a travs del serpentn de la batera de unintercambiadordecalordeunaunidadrefrigeradaporaire.Estesistemafuncionaen secoatemperaturasambientesbajas(20C-21C).Silatemperaturadelaguaenfriada aumenta,entonceslavelocidaddelosventiladoresseincrementaautomticamenteen funcin de la carga de fro que se ha de dar. Si la carga contina aumentando y se necesita todava ms enfriamiento, entonces se activa el sistema de pulverizacin adiabtico. Estesistemaadiferenciadeotrossistemasadiabticos,proyectaaguaatomizadaa contracorriente en el flujo de aire entrante y no sobre la batera. Este mtodo permite evitar eltransportedehumedadylaformacindecaluotrosdepsitosenlasuperficiedelos intercambiadores. Adems no es necesario hacerle ningn tratamiento al agua antes de la pulverizacinytampocoesnecesarialautilizacinderecubrimientosdemateriales especiales en las aletas de las bateras. Lapulverizacinsloseactivasiesrealmentenecesaria,hechoquereducemuchoel consumo de agua comparado con otros sistemas de bateras hmedas. Pg. 20Memoria 2.3.Elementos generadores de calor Para conseguir las condiciones de confort necesarias dentro de un local o edificio durante el invierno,seutilizandiferentesgeneradoresdecalorysistemasdecalefaccin.La generacin de calor, se puede hacer por cualquiera de los equipos siguientes: -Caldera: Funciona habitualmente con gas natural o gas propano. Sin embargo, en el mercadotodavaquedancalderasquefuncionanconcombustiblesfsilescomoel carbn,gasoilofueloil.Tambinseestextendiendoelusodebiomasacomo combustible,yaseaenformaderestosdeproduccinagrariaodeforma industrializada como los pellets. -Calefaccin solar trmica: De limitado uso, pero que, seleccionando el sistema de calefaccin adecuado, es perfectamente vlido y de inmejorable rendimiento y coste de funcionamiento. Se basa en el aprovechamiento de la energa de la luz solar para calentar elementos caloportadores que a su vez calentarn la estancia. -Bomba de calor: Con este sistema se puede conseguir calor en invierno y fro en verano gracias a la vlvula de cuatro vas que permite invertir el ciclo trmico usado enlasmquinasderefrigeracinporcompresindevapor.Estosdispositivos obtienentemperaturasinferioresalasqueseobtienenconlascalderas,perosu rendimiento puede ser muy superior. Como se explica en el apartado 2.4.1. Todosestoselementosgeneradorestransmitenelcaloraunfluidocaloportadorofluido trmico, el cual se transporta a las diferentes unidades terminales dentro del edificio, donde stos transmitenel calor del fluido al local. En calefaccin, a estas unidades terminales se lassuelellamar emisoresdecalor,los msutilizados son:los radiadores,los sistemasde suelo, pared o techo radiante y los aerotermos. Tambinhayinstalacionesde calefaccin en queel fluidocaloportadoreselaire.Eneste casosetrataelaireen unaUTA,dndolelatemperatura correspondienteparadistribuirlo por todo el edificio. Es importante tener en cuenta que los sistemas por radiacin como los radiadoresolossistemasradiantesdanmayorsensacindeconfortquelossistemas convectivoscomolosaerotermosdebidoaqueenlosprimeroslavelocidaddelairees prcticamente nula. 2.3.1.Calderas Una caldera es un equipo destinado a transmitir calor a un fluido, que normalmente es agua. El calor se obtiene como consecuencia de la combustin de un combustible que podr ser slido, lquido o gas. Las partes principales que componen una caldera son: Comparacin de alternativas para el acondicionamiento en edificios en base al consumo elctricoPg. 21 -Quemador:Conjuntodemecanismosquepermitenmezclarelcombustibleyel comburenteparaproducirunareaccindecombustincondeterminadas caractersticas. -Cmaradecombustin:Espaciodondeserealizalacombustiny,porlotanto, donde se genera el calor que se ha de transmitir al fluido a calentar. -Pasodehumos:Conductospordondepasanloshumosdelacombustinyque actan como intercambiador para transmitir el calor al agua. -Chimenea: Conducto por donde se evacuan los humos de la combustin al exterior. Hay varios tipos de calderas, estas se pueden dividir segn diferentes criterios: -Segn el tipo de combustin: oDe cmara a sobrepresin (con quemador con fuelle). oDecmaraendepresinenlaqueelaireseaportaporeltirodela chimenea. Es el caso de las calderas de combustin de slidos y calderas de gas atmosfricas. -Segn la posicin relativa de los tubos: oAcuotubulares.Elaguavaporelinteriordelostubosylosgasesde combustin estn en el exterior de stos. oPirotubulares. Los gases de combustin van por el interior de los tubos y el agua por el exterior de stos.Loscuatrotiposprincipalesdecalderasactualesmsusadosenelcampodela climatizacin son: -Calderas estndar o convencionales. Estas calderas se definen como aquellas en quelatemperaturadeserviciopuedeestarlimitadaporsudiseoconcondiciones defuncionamientodetemperaturamnimaderetornode55Cytemperaturasde impulsin de 70C a 90C. Estas calderas trabajan a una temperatura ms elevada quelanecesariaparaevitarlacondensacincidaqueseproducesielvaporde aguaproducidodurantelacombustinsecondesayhumedecelasuperficiede intercambiotrmicodelcuerpodelacaldera,ademsdeotrosproductosdela combustin que pueden ser corrosivos.Pg. 22Memoria -Calderasdebajatemperatura.Estascalderassedefinencomoaquellasque puedenfuncionarcontinuamenteconunatemperaturadelaguadealimentacin entre35Cy40Cyque,endeterminadascondiciones,puedeproducir condensacindelvapordeaguaquecontienenlosgasesdecombustinsin deteriorarse. Estas calderas disponen de elementos constructivos para evitar que se produzcan condensaciones cidas en el interior. Una de estas soluciones es utilizar superficies de intercambio de pared mltiple con cmaras de aire, as conseguimos aumentar la resistencia trmica, de manera que con bajas temperaturas del agua de caldera la temperatura de la superficie del lado de los gases de combustin estar porencimadelpuntoderocodelvapordeaguaydifcilmentehabrn condensaciones.Deestemodo,estascalderastienenlaposibilidaddeadaptarla temperaturadefuncionamientosegnlademandacalorficaonecesidadesreales, pudindose adaptar as a la curva caracterstica de calefaccin de un edificio. -Calderasdecondensacin.Estascalderassedefinencomoaquellasqueestn diseadasparacondensarpermanentementeunaparteimportantedelvaporde aguacontenidoenlosgasesprocedentesdelacombustin.Enestascalderasse usaunintercambiadordecalorenloshumosdelacombustinparareducirla temperatura de stos por debajo de la temperatura de roco y as aprovechar el calor latente del cambio de fase del vapor de agua de estos humos cmo se muestra en la Figura2.7.Deestemodo,podemoscalentarelaguadealimentacinconel intercambiadorantesdecalentarloconlacombustinyasrequerirmenoraporte trmico en la combustin. Para este tipo de calderas es muy importante la superficie deintercambiotrmicoyaquedebeserespecialmenteresistentealacorrosin. Adems,enestascalderasserealizalacombustinconunelevadocontenidode CO2 con quemadores presurizados con el fin de disminuir el punto de roco. Son las quemayoresrendimientosobtienenalpoderabsorbertantocalordelosgasesde combustin. -Calderasdebiomasa.Estascalderassonbsicamentemuyparecidasalas calderas convencionales que queman gas o gasoil, aunque tambin existen algunas calderasdebiomasadecondensacin.Sepuedenregularsegnlademandade calor,perosuprincipalventajaesquelabiomasausadaparalacombustinno participa en el cmputo de emisiones de gases invernadero ya que son producto de un ciclo relativamente corto del crecimiento de un rbol y la cantidad de dixido de carbonoliberadoenlacombustinnoesmayorquelaqueseliberarapor descomposicin natural. Comparacin de alternativas para el acondicionamiento en edificios en base al consumo elctricoPg. 23 Figura 2.7. Caldera de condensacin. 2.3.2.Energa solar trmica Laexplotacindelaenergasolarhaceposibleproducircalorabajastemperaturas(por debajode100C)paracubrirnecesidadesenergticascomoelaguacalienteola calefaccin sin necesidad de alcanzar altas temperaturas como en las calderas. La tecnologa que se usa son los captadores solares, los cuales absorben eficazmente la luz solargraciasalabsorbedor.Elabsorbedoreselelementoencargadodeconvertirla radiacinsolarencalor(stepuedeserdedistintosmaterialesperodebeserdecolor negro),ydetransferirsuenergatrmicaalaguaquecirculaporelcaptador.Elaguade estecircuitocerradocirculaentreelcaptadoryelacumuladordonde,medianteun intercambiador, cede el calor al agua de distribucin.Los sistemas de apoyo como calderas, bombas de calor o calor residual de otros procesos permite un suministro de agua caliente asegurado durante todo el ao, tambin en periodos sin radiacin solar suficiente. Pg. 24Memoria Los principales componentes de una instalacin de energa solar trmica son: -Captadores.Generalmente,debenorientarseloscaptadorestrmicosdemanera quesefavorezcalacaptacinenpocasdefro.Loscaptadoresdebenestar orientados hacia el ecuador y con una inclinacin ligeramente superior a la latitud del emplazamiento (aunque esto es slo una recomendacin ya que puede ser variable dentrodeunoslmites).Lastipologasprincipalessondos:captadoresplanoso tubos de vaco (ver Figura 2.8). oCaptadores planos. Los principales componentes de un captador plano son unacarcasatrmicamenteaisladaconuncierredevidriofrontalpara producirunefectoinvernaderodentrodelcaptadoryunabsorbedorsolar interiorquesueleserdeunmaterialmetlicocomoelcobre,elacerooel aluminio. Con este absorbedor se intenta minimizar la emisividad para captar la mxima energa solar. El cierre de vidrio debe ser sellado para minimizar el intercambiotrmicoentreelabsorbedoryelaireexterior,ascomopara asegurar que no pueda entrar suciedad, insectos o humedad en el captador. Su ventaja principal es su bajo coste respecto a los tubos de vaco. oTubosdevaco.Conjuntodetuboscilndricosdevidriopirex,dondese encapsulaelabsorbedorsolarysehaceelvacoparaminimizarlas transferenciasdecalorporconveccinentreelabsorbedoryelvidrio;el conjuntodetubosseuneaundistribuidorparaformarelcaptador.Su ventajaprincipalsonlasaltastemperaturasdelfluidocaloportadorque generan,inclusoenclimatologasmsfras,quesetraduceenuna generacinenergticaalrededordeun40%superiorqueloscaptadores planos. Son indicados para climatologas fras y para aplicaciones donde es conveniente obtener temperaturas altas. -Circuito primario. Contiene un fluido de trabajo (mezcla de agua y anticongelante) que circula entre los captadores y el intercambiador. -Acumulador de agua caliente.Depsito de forma cilndrica aislado trmicamente, donde se calienta y se mantiene caliente el agua de distribucin o consumo. -Vasodeexpansin.Pequeodepsitoapresinquecompensalasdilataciones trmicas del fluido en el circuito primario. -Sistemas de control. Sistemas de seguridad e informacin para el usuario: regulan la temperatura del agua caliente segn las necesidades o voluntades del usuario, en funcindelacualseactivaosedesactivaelfuncionamientodelainstalacin.Se Comparacin de alternativas para el acondicionamiento en edificios en base al consumo elctricoPg. 25 debenincluirvlvulasdeseguridadypurgadoresdeaireconelfindeevitar sobrepresiones que puedan reventar algn punto del circuito hidrulico. -Sistema auxiliar. Apoyo para cubrir las necesidades de calor en periodos de poca radiacin solar.Adaptadoalas fuentesdeenergadisponibles (gasnatural, gasoil, electricidad, etc.) y con un sistema de control para asegurar la prioridad de la energa solar. -Circuito de distribucin. Es el encargado de distribuir el calor generado a la sala o dedistribuirelaguacalientenecesaria.Puedetenervariasconfiguraciones dependiendo de la tipologa de distribucin. Figura 2.8. Captador solar trmico plano y tubos de vaco. 2.4.Modos de calefaccin y refrigeracin combinados El uso de sistemas de climatizacin capaces de generar calefaccin y refrigeracin, segn cul sea la necesidad trmica, con el mismo equipo suele ser comn debido al ahorro que suponetenerunanicainstalacinparaambassituaciones.Acontinuacinsedescriben dos de los sistemas ms utilizados. 2.4.1.Bomba de calor Labombadecalorfuncionasegnelciclofrigorficodescritoenelapartado2.2.1conla nicadiferenciaqueesreversible,deformaquelabateraointercambiadorquefunciona durante el verano como evaporador, pasa a funcionar como condensador en invierno, y por lo tanto, en vez de refrigerar el local, lo calienta. Estasunidadessonprcticamenteigualesquelasunidadesdefroperoincluyenun componente ms, la vlvula de 4 vas, o vlvula reversible, que permite la inversin del ciclo tal y como se muestra en la Figura 2.9. Pg. 26Memoria Tambin tiene que tener otra vlvula de expansin, y el evaporador y el condensador deben estar dimensionados para ajustarse a la carga trmica ms desfavorable, verano o invierno. Lavlvuladecuatrovascontrolaladireccindelcaudalderefrigerante.Dosconexiones son fijas: la descarga del compresor y la que va a la aspiracin del compresor. Los otros dos puertosvanaloscorrespondientesintercambiadores(evaporadorocondensador).La posicin de la vlvula de cuatro vas se controla mediante una vlvula solenoide. Figura 2.9. Esquema de una bomba de calor funcionando para producir fro. 2.4.2.Geotermia Los recursos de energa geotrmica a poca profundidad son aquellos que se encuentran a menos de 400 metros de profundidad. En los primeros 10-15 metros de la corteza terrestre, la temperatura de la tierra est influenciada directamente por la energa solar y vara segn lasestacionesdelao.Sinembargo,apartirdeestaprofundidadlatemperaturaes constante a lo largo del ao, ms caliente que el aire durante el invierno y ms fra durante el verano, y aumenta unos 3C por cada 100 metros de profundidad debido al flujo continuo de calor de la Tierra hacia el espacio. Hay diversos sistemas de captacin de energa geotrmica, pero todos tienen como funcin serunafuentedebajatemperaturaenveranoydealtatemperaturaeninviernopara intercambiar calor con el suelo con ayuda de una bomba de calor geotrmica. En verano el calor del edificio ser transmitido al lquido caloportador con un intercambiador y a travs de las tuberas disipado al suelo que est a menor temperatura; asimismo, en invierno el calor delsuelosertransmitidoallquidocaloportadorytransportadoporlastuberashastael intercambiador que ceder dicho calor al edificio. Comparacin de alternativas para el acondicionamiento en edificios en base al consumo elctricoPg. 27 2.5.Sistemas de unidades terminalesEstossistemassehacenservirparatransmitirfinalmentelascondicionestrmicas requeridasalosdiferentesemplazamientosdeledificio.Lossistemasdeunidades terminales se pueden clasificar segn el fluido de transporte de la energa. 2.5.1.Sistema todo aire Enunsistematodoaire,comoelmostradoenlaFigura2.10,seutilizauncaudaldeaire tratado para conseguir las condiciones de confort del local. Las unidades terminales de este sistema son unidades de difusin: difusores y rejillas, as como, en ciertos casos, unidades de control de la cantidad de aire a suministrar, como las compuertas. La unidad central es el climatizador donde tiene lugar el tratamiento del aire. Estossistemasasuvezsepuedendividirsegnelcontrolquesehagaparaobtenerlas condiciones deseadas en el local a climatizar: control de temperatura y control de volumen de aire. Por lo tanto, tenemos cuatro posibilidades: -Volumen de aire y temperatura constantes. -Volumen de aire constante y temperatura variable. -Volumen de aire variable y temperatura constante. -Volumen aire y temperatura variables. Lavariacindelvolumendeairesehacemediantecajasreguladorasdecaudaldeaire, instaladasantesdelosdifusoresdesalidadeairedecadasalaolocalcondicionado.En funcin de la temperatura de sala respecto a la temperatura de consigna se da paso a ms o menos caudal de aire. Lavariacindelatemperaturaserealizaregulandoelcaudaldeaguaquepasaporla batera de agua del climatizador. Al variar este caudal se baja o se sube la temperatura del airealasalidadelaunidaddetratamientodeaire,segnelrgimendefuncionamiento. Tambin se puede actuar directamente sobre la unidad generadora de fro o calor para que d mso menos temperaturadesalidadelagua.Pero esto no seacostumbraa hacerya quelasenfriadorasestndiseadasparaobtenertemperaturasdelaguade7C,y normalmentenoestnpreparadasparavariarlascondicionesdelciclofrigorfico.La variacin de temperatura del agua enfriada vendra dada variando el caudal de refrigerante mediante la vlvula de expansin termosttica. Pg. 28Memoria Figura 2.10. Sistema de unidad terminal todo aire Las ms utilizadas de las cuatro configuraciones presentadas son: -Volumen de aire constante y temperatura variable. -Volumen de aire variable ytemperatura constante. La configuracin de aire y temperatura constante no permiten satisfacer las exigencias del confortlocalylaconfiguracindevolumendeaireytemperaturavariablesesinnecesaria por ser redundante y de elevado coste econmico. 2.5.2.Sistema todo agua Enunsistematodoagua,comoelmostradoenlaFigura2.11,seusaaguacomofluido caloportador,elcualtransfieresuenergaalasunidadesterminales.Lasunidades generadorassonenfriadoras,calderas,bombasdecalor,etc.Lossistemastodoagua utilizancomounidadesterminalesdiferentestiposdeaerotermos,loscualessepueden conectar con uno o dos circuitos de agua, segn la instalacin sea a dos o cuatro tubos. En Comparacin de alternativas para el acondicionamiento en edificios en base al consumo elctricoPg. 29 rgimendecalor,lasunidadesterminalespuedenserradiadoresconvencionaleso superficies radiantes (techo, suelo o pared). La ventilacinse obtiene por aperturas practicadas a travs de paredes, y por exfiltracin e infiltracindelpropiolocaloedificio.Portanto,lossistemastodoaguasecaracterizan porquenohayaportacindeairetratado,demaneraqueestossistemasnodisponende unidadescentralesdetratamientodeaireoclimatizadores.Tambinsonconocidoscomo sistemas hidrnicos. Debidoaquelanormativaactualobligaarealizarunaventilacinforzada,encasode implantarunsistematodoagua,laventilacindeberealizasedemaneraindependientey paralela. Dentro de estos sistemas tenemos los siguientes: -Sistemas de aerotermos a dos tubos. -Sistemas de aerotermos a cuatro tubos. -Sistemas de radiadores (calefaccin). -Sistemas de suelo o techo radiante. Figura 2.11. Sistema de unidad terminal todo agua. EnlaFigura2.12semuestraelesquemadeunaerotermo(fan-coil)queesunaunidad formada por un ventilador (fan) y un serpentn (coil) por el cual circula agua fra o caliente. De este modo se hace recircular el aire de la habitacin, hacindolo pasar por el fan-coil que localientaoenfraconvectivamenteconelserpentn.Lossistemasdeaerotermosados Pg. 30Memoria tubos estn pensados para dar solamente fro o calor segn sea la temporada de verano o invierno.Lossistemasdecuatrotubospermitendarsimultneamentecaloryfro,y disponen, por lo tanto, de dos circuitos separados, uno de agua caliente y otro de agua fra. Ambos sistemas permiten una zonificacin del edificio a climatizar. Pueden hacer un control por zona, ubicando aerotermos dimensionados para cada zona y colocando vlvulas de tres vasparaaerotermosparaconseguirregularlatemperaturaocantidaddeaguaquepasa por ellos. Tantolosradiadorescomoelsuelo,paredotechoradiantesonsistemasquebasansu funcionamientoencalentarlaestanciaprincipalmenteporradiacin(80%)ynopor conveccin (20%). Este tipo de sistemas dan una sensacin de confort mucho mayor a la de unainstalacinconvectiva.Estasinstalacionespermitenuncontrolzonificadomediante vlvulas termostticas. Figura 2.12. Esquema de un aerotermo o fan-coil. 2.5.3.Sistema aire-agua En los sistemas aire-agua (ver Figura 2.13), se utilizan simultneamente caudales de agua y de aire. El aire se aporta para ventilar el edificio (aportacin de aire primario para garantizar la calidad del aire interior). El agua es el fluido utilizado para conseguir las condiciones de conforttrmicasrequeridasenellocal.Dadoquelossistemasaire-aguacombinanla Comparacin de alternativas para el acondicionamiento en edificios en base al consumo elctricoPg. 31 utilizacindedosfluidosprimariosparahacerlaaportacintrmica,ademsdelasdos unidadesocentralesde caloryfro,esnecesarioquehayadosequiposintermediospara hacerlaconexinconlasunidades terminales: unared de tuberasdeaguayuna redde conductos para la distribucin del aire. Los sistemas aire-agua ms comunes son: -Sistemas de induccin. -Sistemas de aerotermos (fan-coil) con aire suplementario. -Sistemas de superficies radiantes con aire suplementario. Figura 2.13. Sistema de unidad terminal aire-agua. En la Figura 2.14. se muestra el esquema de un sistema de induccin cuyo funcionamiento consiste en hacer una aportacin de aire primario, que es totalmente de renovacin (todo del exterior), a travs de pequeos inyectores de aireo de toveras a alta velocidad. Esto crea una baja presin y provoca el efecto de induccin, el cual aspira el aire del local, forzando su paso a travs de oberturas en la parte lateral del inductor. El aire aspirado por induccin se enfra/calienta al pasar a travs de la batera de agua fra o caliente. El aire del local (aire secundario) y el aire primario se mezclan y salen a travs de la rejilla de la parte superior de la unidad. Pg. 32Memoria Los sistemas de aerotermos con aire suplementario tienen el mismo funcionamiento que los aerotermos usados en los sistemas todo agua pero en este caso se introduce aire exterior que se acondiciona en una UTA y se transporta al local de manera independiente a travs deconductosdeairedeventilacin.Enalgunoscasos,losaerotermosdisponendeuna entradadeaireprimario,enesoscasoselaireexteriorseintroducedirectamentealos aerotermos. Los sistemas de superficies radiantes con aire suplementario consisten en la instalacin de unareddetuberasdeaguaporelsuelo,paredotechodeloslocalesaclimatizar,para obtener una temperatura radiante de superficie que sea adecuada para la climatizacin del local.Enparalelo,senecesitaunaaportacinconstantedeaireparaventilary,segnla climatologa,deshumectareledificioacondicionado.Elairederenovacinsetrataenuna unidaddetratamientodeaireantesdeserimpulsadohaciaeltecho,laparedoelsuelo radiante para que genere mayor efecto de conveccin entre la superficie radiante y el aire. Figura 2.14. Esquema de un sistema de induccin. 2.5.4.Sistemas de expansin directa Enunsistemadeexpansindirectaseutilizaunfluidorefrigerante(fren)comofluido caloportador para transferir la energa al local a acondicionar. En el local a acondicionar se ubicanlasunidadesinteriores,quefuncionancomoevaporadorenelciclodefroocomo condensadorenelciclodecalor.Lasunidadesexteriorescontienenelcompresoryel Comparacin de alternativas para el acondicionamiento en edificios en base al consumo elctricoPg. 33 condensadorenciclodefrooelevaporadorenciclodecalor.Estossistemastienenun rendimiento ms alto que los anteriores, ya que la transferencia de calor se hace una nica vez entre el refrigerante y el aire, mientras que en los anteriores hay un primer intercambio enlaunidadenfriadoraocalderaparaobteneraguafraocalienteydespusentreesta aguafraocalienteconelairedellocal.Lossistemasdeexpansindirectaobvianla necesidaddeenviaraireoaguadesdeunsistemacentralacadazonadeunedificio. Simplificanelsistemareduciendoconductosytuberas.Sepuedenclasificarcuatrotipos principales: -Sistemasconunidadescompactas:unidadesdecubierta(roof-top),unidadesde ventana (through the wall) y compactas (packaged). Estos aparatos disponen en su interiordetodosloselementosdelcircuitofrigorfico:compresor,condensador, sistema de expansin, evaporador, ventiladores, termostato y elementos de control. Son equipos de alto nivel sonoro. -Sistemaspartidos:Split.Lossistemaspartidosestnformadospordoselementos separados:unaunidadinterior(normalmenteelevaporador)yunaunidadexterior (condensadora). El compresor est en la unidad exterior, juntamente con el sistema de expansin y los elementos de control de seguridad. La unidad interior incluye la bateraevaporadoraconelcorrespondienteventiladoryeltermostato.Hayvarios tiposdemodelosysepuedenencontrartantoenlasmodalidadesdeslo refrigeracincomodebombadecalor.Algunasincorporanresistenciaselctricas como apoyo de la bomba de calor o para calefaccin. -Sistemas partidos: Multi-split. Estos sistemas son una extensin de los sistemas Split y consisten en que cada unidad condensadora exterior tiene la capacidad de asistir a varias unidades evaporadoras o unidades interiores. Con el fin de poder comandar y alimentardesdeunacondensadoravariasevaporadorasyadaptarsealas demandasfrigorficasdecadaunadelasunidadesinteriores,lasunidades exteriores incorporan diferentes soluciones tecnolgicas: oMs de un circuito con ms de un compresor. Esta es una tecnologa simple y fiable. Cada unidad condensadora dispone en su interior de un circuito con compresor, condensador, expansin y control para cada unidad interior a la que se quiere conectar. oPorbypassdegascaliente.Sedisponedeunavlvulaparacontrolarla capacidaddelcompresor.Cuandolademandadelasunidadesinteriores disminuye, la vlvula se abre y deja pasar refrigerante de la descarga de la aspiracin, aportando as menos refrigerante a las unidades interiores. Pg. 34Memoria -SistemasVRV.Estossistemassoncapacesdevariarlacantidaddefluido refrigerantequesesuministraacadaunadelasunidadesinterioresdeuna instalacin,conunanicalneadelquidoyunadegasparadarcaloryfro.El sistemadecontroldecapacidaddeloscompresoressehacemedianteelsistema conocidocomercialmentecomoinverter,queescapazdesuministrarunatensin elctrica de frecuencia variable, variando as las revoluciones del compresor segn sea la demanda trmica de las unidades interiores. La aplicacin ms usual de estos sistemas es para trabajar como bomba de calor, en que se dispone de dos tubos de refrigerante. Tambin hay aplicaciones de slo fro. Comparacin de alternativas para el acondicionamiento en edificios en base al consumo elctricoPg. 35 3.Estimacin de la carga trmica de un local Lafuncinprincipaldelacondicionamientodeaireesmantener,dentrodeunespacio determinado, condiciones de confort y sanitarias (conservacin de la salud y prevencin de enfermedades),obienlasnecesariasparalaconservacindeunproductooparaun procesodefabricacin.Paraconseguirlodebeinstalarseunequipoacondicionadorde capacidad adecuada y mantener su control durante todo el ao. La potencia delequipo se determina de acuerdo con las exigencias instantneas de la mxima carga real o efectiva; el tipodecontroldependerdelascondicionesquedebenmantenersedurantelascargas mximas y parciales. Lagananciaoprdidadecaloreslacantidadinstantneadecalorqueentraosaledel espacio a acondicionar. Mientras que la carga real o efectiva es, por definicin, la cantidad instantnea de calor aadida o eliminada por el equipo. La ganancia instantnea y la carga realraravezsernigualesdebidoalainerciatrmicaoefectodealmacenamientoo acumulacin de calor en las estructuras del edificio que rodean el espacio acondicionado. 3.1.Estudiodellocal.Caractersticasdellocalyfuentesde carga trmica Paraunaestimacinrealistadelascargasderefrigeracinydecalefaccinesrequisito fundamentalelestudiorigurosodelascomponentesdecargaenelespacioquevaaser acondicionado. Deben considerarse los siguientes aspectos fsicos: -Orientacin del edificio y situacin del local a acondicionar con respecto a: oPuntos cardinales: efectos de sol y viento. oEstructuras permanentes prximas: efectos de sombra. oSuperficies reflectantes: agua, arena, lugares de estacionamiento, etc. -Destino del local: oficina, hospital, local de ventas, fbrica, taller de montaje, etc. -Dimensin del local o locales: largo, ancho y alto. -Altura de techo: de suelo a suelo, de suelo a techo, espacio entre el cielo raso y las vigas. -Columnas y vigas: tamao, profundidad y cartelas y riostras angulares. Pg. 36Memoria -Estructura de los cerramientos y materiales utilizados. -Condiciones del entorno: edificios o estructuras vecinos, condiciones trmicas de los espacios o recintos colindantes, cerramientos enterrados, etc. -Ventanas:dimensionesysituacin,marcosdemaderaometal,cristalsimpleo mltiple, tipo de persiana, dimensiones de los salientes de las ventanas, etc. -Puertas: situacin, tipo, dimensiones y frecuencia de empleo. -Escaleras y huecos verticales. -Ocupantes:nmero,tiempodeocupacin,naturalezadesuactividad,alguna concentracin especial. -Alumbrado: potencia en la hora punta. Tipo: incandescente, fluorescente, directo o indirecto. -Motores: situacin, potencia nominal y rgimen de trabajo. -Equipos y utensilios diversos: ordenadores, cafeteras, impresoras, cocinas, etc. -Ventilacinnecesaria:segnlafuncindelrecintoydelniveldebienestar deseado, respetando las condiciones mnimas exigidas por la normativa vigente. -Almacenamiento trmico: comprende el horario de funcionamiento del sistema con especificacindelascondicionespuntaexteriores,variacinadmisiblede temperatura en el recinto durante el da, etc. -Funcionamientocontinuoointermitente:sielsistemadebefuncionarcadada laborable durante la temporada de refrigeracin o solamente en ocasiones. 3.2.Situacin del equipo y servicios El anlisis del local debe incluir tambin la informacin que permita seleccionar la situacin del equipo y planificar los sistemas de distribucin de aire y agua. Deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos: -Espaciosdisponibles:situacindeloshuecosdeescalera,deascensor,huecos enconductos,etc.Yespaciosparaunidadesdeventilacin,mquinasde refrigeracin, torres de enfriamiento, bombas y servicios. Comparacin de alternativas para el acondicionamiento en edificios en base al consumo elctricoPg. 37 -Posiblesobstrucciones:situacindelasconduccioneselctricas,tuberaso interferencias en general que puedan estar situadas en el trazado de los conductos. -Situacin de los tabiques y cortafuegos. -Situacin de las entradas de aire exterior: en relacin con la calle, otros edificios, direccin del viento, suciedad y desvo de contaminadores nocivos. -Suministrodeenergaelctrica:situacin,capacidad,limitacionesdecorriente, tensin, etc. -Suministrodeagua:situacin,dimensionesdetuberas,capacidad,presin, temperatura mxima. -Caractersticas arquitectnicas del local: para seleccionar las salidas de aire que se va a impulsar. -Equipo y conductos de aire existentes: para su posible empleo. -Desages: situacin y capacidad, disposicin de la red de drenaje. -Soleras,forjadosdelasplantasyforjadosdecubierta:parasabersipueden soportar el peso de la maquinaria o deben reforzarse. -Requisitosdecondicionessonorasycontroldevibraciones:relacinentrela situacin de los aparatos de refrigeracin y ventilacin y las zonas crticas. -Accesibilidaddelequipoallugardelmontaje:ascensores,escaleras,puertas, acceso desde la calle. -Reglamentacin local y nacional. 3.3.Condiciones de proyecto Deben establecerse unas condiciones exteriores e interiores de proyecto en funcin de las cuales se puede realizar la estimacin de la carga trmica de recintos en funcin de su uso y ubicacin.Lascondicionesdeproyectoexterioreslaseligeelproyectistadeforma razonable, las interiores las fija el RITE (Reglamento de Instalaciones Trmicas en Edificios) basndose en las instrucciones del CTE (Cdigo Tcnico de la Edificacin). Las condiciones de proyecto establecidas determinan el contenido entlpico del aire, tanto del interior como delexterior,yafectandirectamentealacapacidaddelequipodeacondicionamiento, ejerciendosuinfluencia sobrelatransmisinde calora travs dela estructuraexternadel edificio y la diferencia entre la entalpa del aire interior y del exterior. Pg. 38Memoria 3.3.1.Normativa relativa al CTE (Cdigo Tcnico de la Edificacin) ElCdigoTcnicodelaEdificacin(CTE)eselmarconormativoqueestablecelas exigenciasquedebencumplirlosedificiosenrelacinconlosrequisitosbsicosde seguridadyhabitabilidadestablecidosenlaLey38/1999de5denoviembre,deLeyde Ordenacin de la Edificacin (LOE). El CTE est dividido en dos partes: -Enlaprimerasedetallantodaslasexigenciasenmateriadeseguridadyde habitabilidad que son preceptivas a la hora de construir un edificio, segn la Ley de OrdenacindelaEdificacin.Laprimeraparte estsubdivididaa suvezenvarias secciones referidas cada una de ellas a las distintas reas que deben regularse. En el mbito de la seguridad nos encontramos las disposiciones referidas a la seguridad estructural, la seguridad en caso de incendios y la seguridad de utilizacin. Mientras, enelreadehabitabilidadestnincluidoslosrequisitosrelacionadosconla salubridad, la proteccin frente al ruido y el ahorro de energa. -LasegundasecomponedelosDocumentosBsicos(DB),quesontextosde carctertcnicoqueseencargandetrasladaralterrenoprcticolasexigencias detalladasenlaprimerapartedelCTE.Cadaunodelosdocumentosincluyelos lmites y la cuantificacin de las exigencias bsicas y una relacin de procedimientos que permiten cumplir los requisitos. Los Documentos Bsicos son los siguientes: oDBSE:Seguridadestructural.Estcompuestoasuvezdecinco documentos:DB SE-AE: Acciones en la edificacin DB SE-A: Estructuras de acero DB SE-F: Estructuras de fbrica DB SE-M: Estructuras de madera DB SE-C: CimentacionesoDB SI: Seguridad en caso de incendio oDB SU: Seguridad de utilizacin oDB HS: Salubridad oDB HE: Ahorro de energa Comparacin de alternativas para el acondicionamiento en edificios en base al consumo elctricoPg. 39 oDB HR: Proteccin frente al ruido. ElCTEpretendedarrespuestaalademandadelasociedadencuantoalamejoradela calidad de la edificacin a la vez que persigue mejorar la proteccin del usuario y fomentar eldesarrollosostenible.ElCTEseaplicaaedificiosdenuevaconstruccin,aobrasde ampliacin,modificacin,reformaorehabilitacinyadeterminadasconstrucciones protegidas desde el punto de vista ambiental, histrico o artstico. ApartirdelDocumentoBsicoDBHEreferentealahorrodeenergadelCTEyla Directiva2002/91/CEaprobadaporelParlamentoEuropeoyelConsejodelaUnin Europea,quehacereferenciaalaeficienciaenergticadeedificios,sehadesarrolladoel ReglamentodeInstalacionesTrmicasdelosEdificios(RITE)queseexplicarenel apartado 3.3.2. 3.3.2.Normativarelativaaldiseo,instalacinyfuncionamientode instalacionesdeconforttrmicodelRITE(ReglamentodeInstalaciones Trmicas de los Edificios) El Reglamento de Instalaciones Trmicas en los Edificios (RITE), establece las condiciones que deben cumplir las instalaciones destinadas a atender la demanda de bienestar trmico e higiene a travs de las instalaciones de calefaccin, climatizacin y agua caliente sanitaria, para conseguir un uso racional de la energa. El Consejo de Ministros del 20 de julio de 2007 aprueba un nuevo texto revisado del RITE que deroga el anterior. Se trata del Real Decreto 1027/2007. Con posterioridad se public unacorreccindeerrores.ElRealDecretohasidoelaboradoconjuntamenteporel Ministerio de Industria, Turismo y Comercio y el Ministerio de Vivienda. Las mayores exigencias en eficiencia energtica que establece el RITE, se concretan en: -Mayor rendimiento energtico en los equipos de generacin de calor y fro, as como los destinados al movimiento y transporte de fluidos. -Mejor aislamiento en los equipos y conducciones de los fluidos trmicos. -Mejor regulacin y control para mantener las condiciones de diseo previstas en los locales climatizados. -Utilizacindeenergasrenovablesdisponibles,enespeciallaenergasolaryla biomasa. Pg. 40Memoria -Incorporacin de subsistemas de recuperacin de energa y el aprovechamiento de energas residuales. -Sistemasobligatoriosdecontabilizacindeconsumosenelcasodeinstalaciones colectivas. -Desaparicin gradual de combustibles slidos ms contaminantes. -Desaparicin gradual de equipos generadores menos eficientes. Este Real Decreto tiene el carcter de reglamentacin bsica del Estado. Para su aplicacin sedeberdesarrollarporlasComunidadesAutnomaslareglamentacincomplementaria correspondiente.EstoquieredecirquelasComunidadesAutnomaspodrnintroducir requisitos adicionales sobre las mismas materias cuando se trate de instalaciones radicadas en su territorio. 3.3.3.Condiciones exteriores de proyecto LascondicionesexterioresdefinidasporelInstitutoparalaDiversificacinyAhorrodela Energa[6]sonlatemperaturaseca,latemperaturahmeda,laaltitud,lavelocidaddel viento,laoscilacinmediadiaria(OMD)ylosgradosda(GD)(parainvierno).A continuacin se darn las siguientes definiciones: -Gradoda:Eslasuma dediferenciasdetemperaturaentreunatemperaturabase dada (15 C) y la temperatura media exterior de un da a lo largo de un periodo de tiempo definido. -Oscilacinmediadiaria:Esladiferenciaentrelatemperaturamediadelas temperaturasmximasylatemperaturamediadelastemperaturasmnimasenel periodo de verano. -Temperaturaseca:Eslatemperaturaindicadaporuntermmetrocuyoelemento sensible est protegido de la radiacin. -Temperaturahmeda:Eslatemperaturaindicadaporuntermmetrocuyo elemento sensible se mantiene humedecido. -Temperatura operativa: Es una temperatura media ponderada entre la temperatura ambiente y la temperatura de radiacin. Aproximadamente puede tomarse la media aritmtica. -Altitud: Es la cota de una localidad sobre el nivel del mar. Comparacin de alternativas para el acondicionamiento en edificios en base al consumo elctricoPg. 41 -Velocidaddelviento:Velocidadmediaescalardelvientodominanteenuna direccin definida, a lo largo del ao. Unposibleprocedimientoparaestablecerlascondicionesexterioresdeproyectoes determinar las temperaturas en base a distintos niveles percentiles. El nivel percentil indica eltantoporcientodehorasdurantelosmesesdelperiodoconsideradoenlosquelas temperaturasindicadassonsuperioresoigualesalasmximasdiariassegnregistro documentado. 3.3.3.1.Condiciones exteriores de proyecto en verano Las temperaturas secas y hmedas a considerar sern las correspondientes a los siguientes niveles: -Nivel percentil del 1% para hospitales, clnicas, salas de ordenadores y cualquier otro espacio que el diseador crea necesario tener este grado de cobertura. -Nivel percentil del 2,5% para edificios de especial consideracin. -Nivel percentil del 5% como norma general. Ser necesario elegir para los clculos relacionados con la radiacin solar una hora solar de proyecto. En funcin de la hora solar elegida habr que tener en cuenta las variaciones de la temperatura exterior. No se incluyen los datos relativos a la altitud y viento. 3.3.3.2.Condiciones exteriores de proyecto en invierno LanormaUNE100-001estableceloscriteriosdeaplicacindelascondicionesexteriores paraelclculodelascargastrmicasmximaseninvierno,lastemperaturassecasa considerar sern las correspondientes a los siguientes niveles: -Nivel percentil del 99% para hospitales, clnicas, residencias de ancianos, centros de clculo y cualquier otro espacio que se considere necesario que tenga este grado de cobertura. -Nivelpercentildel97,5%paratodotipodeedificiosyespaciosnomencionados anteriormente. Las condiciones normales de proyecto en invierno son las que se recomiendan para todas las instalaciones de confort y calefaccin industrial. La temperatura seca exterior podr ser inferior a la indicada algunas veces durante el ao, generalmente en las primeras horas de la maana. Pg. 42Memoria 3.3.4.Condiciones interiores de proyecto para confort Estascondiciones sonunatemperaturaoperativacomprendidaentre23 Cy25Cyuna humedadrelativacomprendidaentreel45%yel60%enverano.Yunatemperatura operativacomprendidaentre21Cy23Cyunahumedadrelativacomprendidaentreel 40% y el 50% en invierno. En ambos casos se deber tener en cuenta que la velocidad del aire sea menor que: -Con difusin del aire por mezcla: oc = 0,01*T - 0,07 -Con difusin del aire por desplazamiento: oc = 0,01*T - 0,1 siendo: c : la velocidad mxima del aire (en m/s). T: la temperatura. 3.4.Estimacin de la carga de acondicionamiento del recinto Laestimacindelacargaderefrigeracinocalefaccinesnecesariaparapoder dimensionarcorrectamentelainstalacin:potenciadelosequipos,conductosdeaire, tuberas de agua, sistema de control, etc. Para ello deben escogerse unas condiciones interiores y exteriores de clculo, que vienen determinadasporelreglamentodecalefaccinyrefrigeracinqueesdeobligado cumplimiento. Debern tenerse en cuenta todas las cargas, tanto interiores como exteriores, rgimendefuncionamientodelasinstalacionesyutilizacindelrecintoquedebe climatizarse. El sistema de climatizacin debe disearse de forma tal que, para un da y una hora de mxima carga, sea capaz de mantener las condiciones de bienestar deseadas. 3.4.1.Cargas exteriores Las cargas exteriores consisten en: -Radiacinsolarqueentraatravsdecerramientostransparentes.Deben considerarse: la radiacin incidente, factores de amortiguacin debidos a persianas o cortinas y calidad del vidrio y sombras proyectadas por elementos exteriores. Comparacin de alternativas para el acondicionamiento en edificios en base al consumo elctricoPg. 43 -Radiacin solar sobre cerramientos opacos. El calor penetra en la pared debido a la radiacin solar, provocando un almacenamiento de calor en la pared y un retraso en la llegada de la demanda de calor en el interior, esto hace que la demanda real nocoincidaconlainstantneacalculadaapartirdelascondicionesexteriorese interiores. -Temperaturadelaireexterior.Unatemperaturadelexteriormsaltaqueladel interior hace que el calor fluya a travs de las ventanas, tabiques y suelos. -Presin del vapor de agua. El vapor de agua pasa a travs de la mayora de los materiales utilizados en la construccin de paredes y forjados, y su flujo depende de la diferencia de su presin parcial a ambos lados de la pared y circulaen el sentido de mayor a menor presin. -Viento que sopla contra una pared del edificio. El viento hace que el aire exterior seinfiltreatravsdelasrendijasdepuertasyventanas.Debidoaquelas condicionesdetemperaturayhumedaddelaireexteriornocoincidenconlasdel interior,estainfiltracinsetraduceencargatrmicaquepuedesersensibley/o latente. -Aireexteriornecesarioparalaventilacin.Generalmente,senecesitaaire exteriorpararenovarpartedelaireinteriorafindemantenerlascondicionesde salubridad y bienestar. Como en el caso de las infiltraciones, esta sustitucin de aire interior por exterior, impone una carga que puede ser muy importante y que deber tenerse en cuenta. 3.4.2.Cargas internas Lacargainternaesoriginadaporelementosquegenerancalorenelinteriordelespacio acondicionadoydependedesuaplicacin,poresohabrqueaplicaratodaslascargas internas el correspondiente factor de utilizacin. Las fuentes de calor internas son: -Personas.Elcuerpohumanogeneracalorensuinteriorylocedeporradiacin, conveccinyevaporacindesdesusuperficie,yporconveccinyevaporacina travs del sistema respiratorio. La cantidad de calor generado y disipado depende de la temperatura ambiente y del grado de actividad de la persona. -Iluminacin. Los elementos de iluminacin convierten la energa elctrica en calor y en luz. Pg. 44Memoria -Utensiliosyherramientas.Losrestaurantes,hospitales,laboratoriosy determinadosestablecimientostienenaparatoselctricos,degasodevaporque desprenden calor que contribuyen a la carga trmica interior. -Aparatoselectrnicosyequiposinformticos.Estosdispositivosdisipancalor durantesufuncionamiento,debenconsultarselosdatosdefbricaparavalorarsu disipacin de calor. Si no se conoce, una opcin prudente es aceptar que es igual a la potencia elctrica consumida multiplicada por un factor de utilizacin. -Motoreselctricos.Losmotoreselctricosconstituyenunacargamuyimportante en las instalaciones industriales, por lo que debe hacerse un cuidadoso anlisis que tenga en cuenta: potencia, horas de funcionamiento y carga parcial. -Tuberasdeconduccindefluidos.Poralgunosrecintosclimatizadospueden pasar conducciones a temperatura distinta de la del aire ambiente, en consecuencia cedern o captarn calor en funcin de la diferencia del salto trmico entre la tubera y el aire, y del estado de reposo o movimiento del mismo. -Diversasfuentesdecalor.Puedenexistirotrasfuentesdecalorydehumedad dentrodelespacioacondicionado,comoporejemplo:escapesdevaporde mquinasdelavaryplanchar,ventiladoresybombasdelpropiosistemade acondicionamientodeaireyotros,quetambindeberntenerseencuentaenel clculo riguroso de la carga sensible y latente. 3.4.3.Diferenciaentreelclculodelascargasderefrigeracinylade calefaccin Para el clculo de la carga de refrigeracin de un recinto, deben tenerse en cuenta todas las cargasdebidasafuentesinterioresyexteriores,diferenciandoclaramentelascargas sensible, latente y total, ya que la eleccin del equipo frigorfico depende de la carga total y de la relacin entre las cargas sensible y latente. Sin embargo, en el clculo de la carga de calefaccin, en la mayora de casos, solamente suele tenerse en cuenta las cargas de calor sensible debidas a fuentes exteriores debido a varias razones: -Cargas interiores. En la mayora de los casos, el aporte de calor debido a fuentes interiores,esmuchomenorquelademandadecalefaccindelrecintoyelno contabilizarlo slo implica un ligero sobredimensionado de la potencia del generador de calor. Comparacin de alternativas para el acondicionamiento en edificios en base al consumo elctricoPg. 45 -Carga sensible. Debido a que la humedad absoluta del aire exterior, en temporada de calefaccin, es mucho menor que la del aire interior, con lo cual la renovacin de aire interior por exterior implica prdida neta de vapor de agua. Generalmente, esta prdidaescompensada porla ganancia dehumedaddebidaa fuentesinterioresy puede despreciarse. -Potenciadelgeneradordecalor.Elrendimientodeunacalderadependedesu cargaparcialperoenmenorgradoqueeldeunamquinafrigorfica.Adems,el costeunitariodeinstalacin(euros/kW)deunacaldera,esmenorqueeldeuna mquina frigorfica. Por ambas razones, sobredimensionar ligeramente una caldera no comporta un coste aadido excesivo y, por otro lado, asegura que ser capaz de cubrir la demanda de calefaccin en condiciones muy extremas. -Inerciatrmicadecerramientosyforjados.Debidoaqueladiferenciade temperatura atmosfrica y de bienestar puede ser considerable. Si un edificio no se utiliza,latemperaturamediadesuscerramientosyforjadosesprximaala temperatura media atmosfrica diaria; en cambio, cuando se utiliza, su temperatura aumentahastanivelesmsprximosalatemperaturadebienestar.Cuandoun edificio est sometido a un rgimen de trabajo intermitente, deben tenerse en cuenta los datos climticos y el rgimen de intermitencia para garantizar el aporte de calor extra necesario durante el perodo de puesta en marcha de la instalacin. 3.5.Seleccin del equipo Despusdehacerlaevaluacindelacarga,debeelegirseelequipocuyacapacidadsea suficienteparaneutralizarestacarga.Elaireimpulsadohaciaelespacioacondicionado debe tener las condiciones necesarias para satisfacer las cargas de calor sensible y latente quehansidoestimadas.Ademsdebendeterminarseloscriteriosparalaseleccindel equipo de acondicionamiento, como la cantidad de aire o el punto de roco del equipo, entre otros, a travs del empleo del diagrama psicromtrico. Comparacin de alternativas para el acondicionamiento en edificios en base al consumo elctricoPg. 47 4.Modelodeclculodecargastrmicasy seleccindelequipodeacondicionamientode aire Paraelclculodelascargastrmicasdeunrecintodeformaexhaustiva,esnecesario seguir los pasos descritos en el apartado 3. Sin embargo, para ste estudio se harn varias simplificaciones para facilitar los clculos. Losprocedimientosdeclculodecargastrmicas,tablasdevaloresycoeficientesde correccin que se explican en este apartado se basan en el mtodo descrito por el Manual de aire acondicionado de la compaa Carrier [7]. Esquema 4.1. Etapas del clculo de cargas trmicas y seleccin del equipo. 4.1.Introduccin Para conocer la carga trmica total de nuestro recinto se debe calcular tanto la carga latente como la carga sensible como se coment en el apartado 3. El calor sensible del recinto es Pg. 48Memoria debidoalasgananciasporinsolacinatravsdelasventanasdelafachada,ala transmisin de potencia trmica a travs de la fachada, las paredes internas, el techo y el suelo,ala generacin decalorinterno del recintoyalaventilacin.Sin embargo,elcalor latentesloesdebidoalageneracindecalorinternodelrecintoyalaventilacin(ver Esquema 4.1). Por lo tanto, para calcular el calor sensible y el calor latente se debe estudiar por separado cada uno de los trminos que los componen. 4.2.Simplificaciones previas stas simplificaciones son de carcter restrictivo atendiendo al hecho que ste proyecto no pretende satisfacer los clculos de cargas trmicas de cualquier localidad y cualquier tipo de material constructivo, sino que pretende ser un ejemplo de cmo hacer una estimacin de las cargas trmicas, y posteriormente de cmo seleccionar un equipo de acondicionamiento de aire adecuado. Las simplificaciones a considerar son las siguientes: -LalocalidaddeestudiosiempreserBarcelonatomandolosdatosdelaestacin meteorolgica del Prat [6]. As, las condiciones climticas exteriores de proyecto en inviernosernde2,7Cdetemperaturasecay9,1gradosdeoscilacinmedia diaria. Y las condiciones en verano sern de 31 C de temperatura seca, 25,5 C de temperatura hmeda y 9,2 grados de oscilacin media diaria. -Dadalalocalizacinde Barcelona,seusarnlastablascorrespondientesa40de latitudnorte(verAnexoA),paraelclculodelasgananciasporinsolacindelas superficies de vidrio. Esta latitud sera vlida para cualquier localidad de la Pennsula Ibrica. -Debidoalas condicionesclimticasdeBarcelona,lasmayores cargastrmicasse darnenlosmesesdeverano.Porlotanto,sloserealizarnlosclculosde necesidadestrmicasparalosmesescomprendidosentreabrilyagostoyaqueel sistemadecondicionamientodeairesedimensionaenfuncindelcasoms desfavorable. -Losclculosdelascargastrmicasserealizarnencondicionesestacionariasdel recintoaestudiar,debidoaquepararegmenestransitorioseldimensionadodel sistema de acondicionamiento de aire no sera vlido ni fiable. Comparacin de alternativas para el acondicionamiento en edificios en base al consumo elctricoPg. 49 -El nmero mximo de fachadas con diferentes orientaciones del recinto a estudiar es decuatro.Yseconsiderarquenohayedificiosuobstculosqueimpidanla radiacin solar directa a las fachadas. -Lascondicionesdelairedelinteriordelrecintosonde24Cy55%dehumedad relativa que corresponden a unas condiciones de confort ptimas. -Los clculos realizados son para el caso ms desfavorable para dicha localizacin, para conocer los valores de caudales de aire para pocas con distintas condiciones exterioresesnecesarioinstalarunhigrmetroyuntermmetroqueregularnla velocidadderotacindelosventiladoresafindeproporcionarsiemprela temperatura y la humedad deseada en el interior del recinto. 4.3.Gananciasporinsolacinatravsdelasventanasdela fachadaLasgananciasporinsolacinatravsdelasventanasslogenerancalorsensible.Al calcularestasganancias(verEcuacin4.1)esnecesarioconocerlaorientacindela fachada para encontrar (ver Tabla A.1 del Anexo A) cuales son las aportaciones solares a travs del vidrio, esto genera una serie de valores dependiendo del mes de clculo y de la hora solar. Tambin es necesario conocer los metros cuadrados de ventana del recinto y el tipodemarcoquetiene(silohubiera).Asimismo,sedebeconocerquespesordevidrio tienelaventanayelcolordelvidrio.Finalmente,sedebeindicarsitienecortinaono,y donde se encuentra ubicada.

(Ecuacin 4.1) Donde: Qinsol : Ganancia por insolacin a travs de las ventanas de la fachada [ W ]. ginsol : Aportacin solar a travs de vidrio sencillo [ W/(m2 de ventana) ]. AVent : Metros cuadrados de ventana de la fachada [ m2 ]. f1 : Factorcorrectoradimensionaldebidoalmarcodelaventana.Siendosuvalor 1,17si no tiene marco o es metlico, y de 1 si el marco es de madera o plstico. f2 : Factor corrector adimensional debido al espesor del cristal. Siendo su valor 1 si es un vidrio sencillo y de 0,9 si el vidrio es doble. Pg. 50Memoria f3 : Factorcorrectoradimensionaldebidoalcolordelcristal.Siendosuvalor1sies transparente, de 0,3 si es de un color claro y de 0,5 si es de un color oscuro. f4 : Factorcorrectoradimensionaldebidoalaspersianasdelaventana.Siendosu valor 1 si no tiene persiana, de 0,65 si la persiana es interior y de 0,15 si la persiana es exterior. La ecuacin 4.1 debe aplicarse para cada valor de la tabla de aportaciones solares a travs devidriosencillo(verTablaA.1delAnexoA),locualgenerarunamatrizdevaloresen funcindelmesydelahorasolarparaunaorientacindada.Nosepuedetomar simplemente el valor mximo de esta matriz porque no siempre coincide el valor mximo de ganancia trmica por insolacin con el valor de ganancia trmica mxima del recinto, por lo tanto,esnecesarioguardartodoslosvaloresparacompararlosconelrestodeganancias trmicas. No se han considerado las sombras proyectadas por edificios adyacentes debido a que es unacondicindifcildeautomatizaryaquedependedeltamaoyformadeledificio adyacente, de la hora solar y de la incidencia de los rayos. De igual modo, se ha simplificado la variedad de factores de correccin mostrando slo los ms comunes. 4.4.Transmisin de potencia trmica a travs de la fachada Lasgananciasdebidasalainsolacinyconveccinconlacaraexternadelafachadase transmiten al interior del recinto pero de igual modo que en el apartado 4.3 slo genera calor sensible.Paracalcularestaganancia(verEcuacin4.2)esnecesarioconocerelmaterial constructivo que compone la fachada, que indicar el coeficiente global de transmisin y la orientacin.Estosdosdatospermitenconocerladiferenciaequivalentedetemperaturasa travs de las tablas (ver Tabla A.2 y Tabla A.3 del Anexo A). Tambin es necesario conocer el color de la fachada y los metros cuadrados de fachada sin ventanas.

(Ecuacin 4.2) Donde: QTrans_Fachada : Ganancia por transmisin a travs de la fachada [ W ]. AFachada :Metros cuadrados de fachada sin ventanas [ m2 ]. KTrans : Coeficientedetransmisinglobaldelmuro.Enlseenglobanlos coeficientesdeconveccindelaireexteriorconelexteriordela fachada,elcoeficientedeconduccinatravsdelmuroyel Comparacin de alternativas para el acondicionamiento en edificios en base al consumo elctricoPg. 51 coeficiente de conveccin de la cara interior del muro con el aire del recinto [ W / ( m2 * K ) ].DTECorregido : Diferenciaequivalentedetemperaturacorregida.Esladiferencia entrelastemperaturasdeaireinterioryexteriorqueresultadelflujo calorficototalatravsdelaestructura,originadoporlaradiacin solar variable y la temperatura exterior [ C ] (ver Ecuacin 4.3).

(Ecuacin 4.3) Donde: DTE : Diferencia equivalente de temperatura sin corregir. Slo es vlido cuando la temperaturaexterioresde35C,latemperaturainterioresde27Cyla variacin de la temperatura exterior en 24 horas es de 11C [ C ]. a : Correccindeladiferenciaequivalentedetemperaturas.Necesariapara ajustar la variacin de la temperatura exterior en 24 horas a las adecuadas a nuestrocaso,yparaajustarlatemperaturaexteriormenoslatemperatura interior para el mes de estudio [ C ]. b : Coeficienteadimensionalqueconsideraelcolordelacaraexteriordela fachada.Siendo suvalor1 cuando elcoloresoscuro,de0,85paracolores intermedios y de 0,75 para colores claros. La Ecuacin 4.2 debe aplicarse para cada valor de la tabla de diferencias equivalentes de temperatura lo cual genera una matriz de resultados ya corregidos. La suma de esta matriz con la matriz del apartado 4.3 dar una matriz cuyo valor mximo ser la potencia trmica mximaqueentraralrecintoatravsdelafachadatantoportransmisincomopor insolacin a travs de las ventanas. Slosehantenidoencuentalosvaloresdeloscoeficientesglobalesdetransmisinpara murosconpesospormetrocuadradode300kg/m2yde500kg/m2,quecorrespondena muros de fachada normales y trmicamente aislados respectivamente. Nosehanconsideradoinfiltracionesporventanasorendijas,ascomotampocoseha tenido en cuenta la difusin de vapor de agua a travs del muro ni las condensaciones de vapor de agua. Pg. 52Memoria 4.5.Transmisindepotenciatrmicaatravsdeparedes interiores, techo y suelo Lasgananciastrmicasdelasparedesinterioresdelrecintosetransmitenalinteriordel recinto pero slo aportan calor sensible. Se consideran paredes interiores aquellas que no estnencontactodirectoconelambienteynorecibenradiacinsolardirecta,comolas paredesdivisoriasdedistintosrecintos,olostechososuelosderecintosenpisos intermedios.Paracalcularestasganancias(verEcuacin4.4)esnecesarioconocerlos metroscuadradosdeparedesinterioresysisonparedesaisladastrmicamenteono. Tambinsernecesariosaberlosmetroscuadradosdetechoysueloysielrecintoest entre dos recintos, uno superior y otro inferior. Por ltimo tambin ser necesario saber los metros cuadrados de ventanas interiores.

(Ecuacin 4.4) Donde: QPared_Int : Ganancia trmica por transmisin a travs de paredes interiores (o techos y suelos intermedios) [ W ]. AInt : Superficie de las paredes interiores [ m2 ]. KInt : Coeficiente de transmisin global del muro [ W / ( m2 * K )]. TExt : Temperatura ambiente del exterior del recinto. En el caso de Barcelona se tomar una temperatura de 31 C [ C ]. TInt : Temperaturadelinteriordelrecinto.Latemperaturaobjetivodelrecinto de este proyecto es de 24 C [ C ]. Debido al desconocimiento de la temperatura de recintos adyacentes al recinto de estudio, se ha optado por hacer la simplificacin de tomar una temperatura media entre la exterior y la de estudio en vez de hacer los clculos con la diferencia equivalente de temperatura. De igual modo que en el apartado 4.4 no se han tenido en cuenta infiltraciones, ni difusin de vapor a travs de muros, ni condensaciones de vapor. Tampoco se han tenido en cuenta las variaciones de ganancias trmicas que puedan generar tuberas empotradas. Por otra parte, los valores de los coeficientes de transmisin global de los muros son de 2 W/(m2*K)yde1,7W/(m2*K)paramurosinterioresnormalesyaisladosrespectivamente. Paratechosysuelosqueseencuentrenentreotrospisostendrnuncoeficientede Comparacin de alternativas para el acondicionamiento en edificios en base al consumo elctricoPg. 53 transmisin global de 1,3 W/(m2*K). Y para techos o suelos que sean el piso ms alto o el pisomsbajorespectivamente,elvalordelcoeficientedetransmisinglobalserde1,1 W/(m2*K). 4.6.Ganancias trmicas generadas en el interior Las ganancias interiores (ver Ecuaciones 4.5, 4.6 y 4.7) son el calor latente y sensible que seproducenenelinteriordelosrecintosacondicionados,emitidasporlosocupantes,el alumbrado, ordenadores y otros aparatos y motores en funcionamiento.

(Ecuacin 4.5)

(Ecuacin 4.6)

(Ecuacin 4.7) Donde: QSensible_Personas : Calorsensibledesprendidoporlaactividaddelosocupantesa una temperatura del recinto de 24 C [ W ].Npersonas : Nmero de personas que ocupan el recinto de un modo continuo [personas]. qSensible : Potenciaporpersonageneradaporsuactividad.Siendo67 cuando estn en reposo, de 71 para trabajos ligeros y de 95 para trabajos duros [ W / persona ]. QLatente_Personas : Calor latente desprendido por sudoracin o respiracin debido a laactividaddelosocupantesaunatemperaturadelrecintode 24C [W].qLatente : Calor latente generado por persona debido a su actividad. Siendo 35 cuando estn en reposo, de 60 para trabajos ligeros y de 153 para trabajos duros [ W / persona ]. QAlum : Calor sensible desprendido por las luces del recinto [W]. qIncan : Calorsensiblequedesprendeunabombillaincandescente convencional,sehantomadocomoreferenciabombillas incandescentes de 60 W [ W / Bombilla Incandescente]. Pg. 54Memoria NIncan: Nmerodebombillasincandescentesencendidasentodomomento [Bombilla Incandescente]. qFluor : Calorsensiblequedesprendeunfluores