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Sistemas de Climatización

Hay dos formas de producción declimatización por ciclo de compresióny la otra por ciclo de absorción; lay la otra por ciclo de absorción; lamas extendida

corresponde al ciclo de compresión.

El ciclo de compresión dispone de unad ió t dzona de evaporación y otra de

condensación unidas mediante

el compresor.

En la evaporación es donde seproduce el frío necesario para laclimatización y en la condensación

es donde se cede el calor extraído.Atendiendo a estos factores losAtendiendo a estos factores losequipos de producción se denominancon dos palabras, indicando

en primer lugar el medio en el que serealiza la evaporación y después elrealiza la evaporación y después elmedio condensante.

Habitualmente tendremos cuatrotipos de equipos de producción:

AIRE‐AIRE; AIRE‐AGUA; AGUA‐AGUA;

AGUA‐AIRE

* UNIDADES SPLIT O PARTIDAS (UNITARIAS O MULTIPLES (VRV))

* UNIDADES COMPACTAS O DE BLOQUE (ROOF‐TOP)

AIRE/ AIRE

AIRE‐ AGUA

AGUA AGUAAGUA‐ AGUA

UNIDADES CHILLER 

BOMBA DE CALOR

POLIVALENTES  Y SOLO FRIO

Diseño para 2 o 4 tuberíasDiseño para 2 o 4 tuberías

Terminales en unidades fan‐il j d i lcoils, manejadoras, cielos 

radiativos o pisos radiantes

TORRE DE ENFRIAMIENTO TORRE DE ENFRIAMIENTO ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO

AGUA AIREAGUA – AIRE 

CLIMATIZACIÓN OCLIMATIZACIÓN O ACONDICIONAMIENTOACONDICIONAMIENTO DEL AIREDEL AIRE 

Las variaciones estacionales extremas (calor y frío), son por logeneral mayores a lo que se piensa donde las diferencias degeneral mayores a lo que se piensa, donde las diferencias detemperaturas entre el día y la noche son importantes.

Las temperaturas de confort de las personas, dependerá delt b j t li ( ti id d fí i ) l ti d ltrabajo que estas realicen (actividad física), el tipo de ropa y lahumedad relativa del ambiente. Verano 18‐23ºC para invierno de22‐28ºC.

Verano 18 23ºC para invierno de 22 28ºCVerano 18‐23ºC para invierno de 22‐28ºC.

Estos márgenes de confort nos indica que hay probablementemuy pocos lugares de zona templada en Ia que no se necesitealgún tipo de acondicionamiento de aire (calefacción eninvierno o refrigeración en verano) a lo largo del año.

El acondicionamiento del aire es mucho mas que un control deEl acondicionamiento del aire es mucho mas que un control detemperatura , se le debe sumar:

• Humedad relativa del aire

• Movimiento del aire

• Limpieza del aire

• Radiación solar• Radiación solar

Para entender el concepto acondicionamiento del aire debemosPara entender el concepto acondicionamiento del aire debemosindicar que el frio por definición no existe. Es simplemente unasensación de falta de calor

Eficiencia Energética yEficiencia Energética y climatizaciónclimatización 

Se debe combinar climatización y confort con eficiencia energética. Todo sistema de climatización consume energía, ya sea ésta del tipo no renovable (la mayoría de los casos) o renovable. Cuanta más energía necesitemos para alcanzar y mantener las condiciones de confort en un edificio, menos eficiente será su sistema de climatización en términos energéticos y mayor será su impacto ambiental.

Para lograr la máxima eficiencia energética se debe tener en cuenta una serie de condiciones indispensables para conseguir elcuenta una serie de condiciones indispensables para conseguir el menor impacto ambiental de la instalación, tales como:

Di ñ d l difi i id d i t ió t i l• Diseño del edificio considerado en su orientación, materiales empleados en su construcción

• Aislamiento e inercia térmica del edificio

• Infiltraciones y ventilación

• Usos y costumbres de los usuarios

• Disponibilidad de sistemas de regulación y control• Disponibilidad de sistemas de regulación y control

Climatización es energía y energía es impacto 

bi t lambiental

Los inmuebles se construyen como barreras a la lluvia, al viento y aveces filtros sutiles a luz y el calor Muchos de ellos se proyectanveces filtros sutiles a luz y el calor. Muchos de ellos se proyectanignorando las condiciones del clima y luego su climatización seresuelve con consumo energético.

Evaluación energética 

Hoy podemos predecir la demanda y el consumo energético de laclimatización (también de la iluminación, los materiales, etc.)mediante un modelo generado por software específicos, como elg p p ,Mc4; Calener; Energy Plus, etc). Una vez generado un edificiovirtual mediante estos programas ( y en forma paralela al procesodel proyecto) sabemos cuanta energía necesitará para funcionar.Integrando al modelo los datos de la orientación, parámetros deconfort, tipo de envolvente, el destino, sistema de climatización,etc. podemos optimizarlo tantas veces sea necesario, hastaencontrar las alternativas energéticamente más eficientes queencontrar las alternativas energéticamente más eficientes, queaportarán ahorros económicos muy significativos, así comomedioambientales.

La elección de un sistema de climatización de eficiencia energética deberá cumplir con:deberá cumplir con:

• Baja consumo de energía

• Bajo impacto ambiental

• Bajo costo de inversión (*)

Es importante resaltar que el foco del análisis debería estar en el sistema comoEs importante resaltar  que el foco del análisis debería estar en el sistema como un todo y en el servicio que presta, y no en la eficiencia de cada equipo o sistema, pues así se obtienen mejores resultados.(*) El costo de inversión incluirá la disminución de conductores y empalmes lé t i d d d íeléctricos, por menos demanda de energía 

SELECCCION DE SISTEMA DE CLIMATIZACION

• UNA VEZ DETERMINADAS LAS POTENCIAS PARA EL SISTEMA, EN BASE AL MODELO TERMICO O ESTUDIOS DE CARGAS TERMICAS,ELEGIREMOS EN SEGUNDO TERMINO, EL EQUIPAMIENTO REQUERIDO:

1) ESPACIOS DISPONIBLES.*PARA UNIDADES EXTERIORES*PARA UNIDADES INTERIORES

2) USO DEL INMUEBLE.

3) USO HORARIO DEL INMUEBLE.

Ó4) UBICACIÓN GEOGRAFICA.

5) ACCESO PARA IZAMIENTO O DESPLAZAMIENTO DE LAS UNIDADES.

6) FACTIBILIDAD ESTRUCTURAL PARA EL EMPLAZAMIENTO DE LAS UNIDADES.

NUESTRA SEGUNDA SELECCIÓN SE REFERERIA A LAS PRESTACIONES DE AHORRO ENERGETICO DE LOS EQUIPOS COMO POR EJEMPLO UN EQUIPO CHILLER.

La atención por los consumos eléctricos de las máquinas destinadas al acondicionamiento del aireempiezan a destacar cada vez más incluso en el campo europeo. En Estados Unidos desde haceya muchos años no se hace referencia únicamente a la eficiencia en las condiciones de proyecto,sino que se utiliza un índice de evaluación que tenga en cuenta el funcionamiento marginal de launidad con las condiciones del proyecto y con una mayor utilización con condiciones de cargap y y y gparcial, con el aire exterior inferior al del proyecto y con condiciones de parcialización de loscompresores frigoríficos instalados. El índice de evolución adoptado en Estados Unidos esdenominado IPLV (Integrated Part Load Value) y es definido por las normas emanadas por el ARI(American Refrigeration Institute).

IPLV ARI = (1*EER100% + 42*EER75% + 45*EER50% + 12*EER25%) /100

En las que EER100%, EER75%, EER50%, EER25% son las eficiencias del grupo frigorífico en las distintas condiciones de carga(respectivamente 100% ‐ 75%, 50% y 25%), calculadas en las condiciones de temperatura agua entrada condensador que seguidamente se indican Lacondiciones de temperatura agua entrada condensador que seguidamente se indican. La temperatura del agua en salida del evaporador es considerada constante a 6,7º C con todas las condiciones de carga, con un delta de 5º C en condiciones de plena carga. Los multiplicadores 1, 42, 45 y12 son los pesos de las eficiencias frigoríficas en las diferentes condiciones de carga respectivamente, deducidos de manera estadística por ARI sobre la base de análisis realizados con varias tipologías de edificios y condiciones de trabajo  en 29 ciudades Norteamericanas distintas.

Agua salida evaporador       6,7°C

DeltaT a plena carga  5°C

Carga  100%  75%  50%  25%

Temp. agua condensación.  29,4°C     23,9°C  18,3°C  18,3°C

En Europa existe una propuesta EECCAC ( Energy Efficiency and Certification of Central Air Conditioner)

Prop esta EECCAC ESEER (3*EER100% + 33*EER75% + 41*EER50% + 23*EER25%) /100Propuesta EECCAC    ESEER = (3*EER100% + 33*EER75% + 41*EER50% + 23*EER25%) /100Agua salida evaporador  6,7°CDeltaT a plena carga  5°CCarga  100%  75%  50%     25%

d ó ° ° ° °Temp. agua condensación      30°C       26°C    22°C    18°C

Utilización de los Índices EnergéticosLa variación de la temperatura de entrada al condensador es una característica del uso de torresd f i ió t l l ió d i t l ió á f t l d i t dde refrigeración y representa la solución de instalación más frecuente en los grandes sistemas declimatización que, en cualquier caso, se deben diseñar para las condiciones máximas del aireexterior. Después de haber establecido qué índice utilizar y haber estimado la energía totalrequerida por la instalación en la gestión veraniega (en kW), se pueden deducir los consumos deenergía eléctrica de temporada (en kW), con la fórmula siguiente:Energía absorbida = Energía requerida / Índice de eficiencia

El cálculo energético real puede ser obtenido, más correctamente, de forma “dinámica”, es decirconsiderando la curva de la marcha de la carga al variar la temperatura exterior, la localidad, y lacantidad de horas de referencia. Con estos datos todos los asesores o proyectistas deinstalaciones podrán realizar sus propias evaluaciones en función del tipo de edificio, del lugar dela instalación, del tipo de carga térmica y demás. Además pueden determinar el índice energéticocon el método que refleje mejor sus exigencias de instalación y pueden afrontar comparacionesenergéticas entre sistemas similares o equivalentes utilizando la misma unidad de referencia.g q

COP

La cantidad de calor que puede entregar una unidad bomba de calor, dependerá de a ca t dad de ca o que puede e t ega u a u dad bo ba de ca o , depe de á dela diferencia de temperatura entre los puntos frío y calor (a generar). Cuanto mayor sea ésta diferencia, menor será el rendimiento de la Unidad.

E l b b d l id di i t COP ( ffi i t f f )En las bombas de calor  se mide su rendimiento en COP (coefficient of performance). Aunque esto parezca difícil de entender , se debe a que en realidad se está moviendo calor usando energía, en lugar de producir calor como en el caso de las resistencias eléctricas. Una parte muy importante de este calor se toma de la entalpía del aire p y p patmosférico. En toda bomba de calor se verifica que el calor transmitido a la zona  a calentar, es la suma del calor extraído del foco frío,  más la potencia consumida por el compresor (equipo), que se transmite al fluido.

Si la bomba de calor se utiliza para calentar una zona, el efecto útil es el calor introducido

El COP de una unidad bomba de calor va desde 2 a 6 y dependerá de la diferencia deEl COP de una unidad bomba de calor, va desde 2 a 6 y dependerá de la diferencia de temperatura entre el exterior y el interior.

Una vez determinados los requerimientos de climatización para elinmueble, seleccionaremos la unidad de ahorro energético a utilizar.Tal como indicamos anteriormente existen varios sistemas (AIRE‐AIRE;AIRE‐AGUA; AGUA‐AIRE; AGUA‐AGUA)En sistemas Aire‐Agua y Agua‐Agua) , tenemos unidades Chiller, conrecuperación de calor parcial y total. Este segmento se cuenta conp p y gunidades polivalentes de energía. Esto quiere decir que una unidad escapaz de entregar frío y calor simultaneo al inmueble. Este sistema esmuy eficiente para edificios que tienen exposiciones solares durante todoel día y requieren de temperaturas distintas, es decir cuando el orientey q p ,requiere frío una mañana de primavera el poniente pida calor. Loimportante de esta operación es que el calor producido es GRATIS, porocupa el rechazo de calor del lado frío.

Además puede producir agua caliente sanitaria con el rechazo.

Para un sistema Aire‐ Aire contamos con unidades de expansión denominados VRV Equipos para prestaciones bomba de calordenominados VRV. Equipos para prestaciones bomba de calor convencional como para recuperación de calor.

Estas unidades al igual que las unidades chiller polivalentes, son d h l l d h t l f ió lcapaces de aprovechar el calor de rechazo y entregar calefacción al 

área que la requiera.

Ahora la diferencia entre estos dos sistemas pueden ser sutilmente muchas, pero la mas importante es la distancia entre la unidad generadora (chiller o condensadora) exterior y las unidades interiores (evaporadoras o fan‐coils/manejadoras). Las unidades VRV son limitadas en distancias para su operación.

Para que un sistema de li ti ió fi i tclimatización sea eficiente energéticamente se requeriráenergéticamente, se requerirá que el edificio cumpla con algunos requerimientos í imínimos.

Orientación del edificioOrientación del edificio• El rechazo o la captación de energía por parte de las diferentes fachadas del edificio a lo largo de las estaciones del año junto con la resolución constructiva del mismo (muros, cristales , aislamiento e inercia térmica, etc.) en cada una de las , )orientaciones puede aumentar o reducir significativamente las necesidades de calefacción y climatización de manera que la demanda energética disminuya sin sacrificar confort.demanda energética disminuya sin sacrificar confort.

Consideraciones sobre la envolvente• La piel del edificio es una interfaz energética. Puede captar o rechazar la energía solar, conservar o disipar la energía del sistema de climatización artificial, ayudar o perjudicar a una correcta ventilación natural, factores todos que repercutirán 

ibl t l id d éti d li ti iósensiblemente en las necesidades energéticas de climatización y por tanto, en la eficiencia energética del edificio. 

• El diseño de la protección solar, la disposición del aislamiento, l h i t d l l t l del aprovechamiento del muro como colector y almacenador de calor, la cubierta como captadora de energía térmica y fotovoltaica, la utilización de acristalamientos selectivos y otros filtros solares y los mecanismos de refrescamientos de laotros filtros solares y los mecanismos de refrescamientos de la estructura por ventilación natural y forzada desde las fachadas frías, entre otros, pueden ayudarnos a disminuir las necesidades de climatización artificial.

Aislamiento térmicoAislamiento térmico• Un buen aislamiento es el primer mecanismo térmico que preserva condiciones de confort regulando el intercambio energético entre el ambiente interior y el exterior, disminuyendo las transferencias térmicas por transmisión de la envolvente (muros y cubiertas) y la eliminación de puentes térmicos combinada con el doble acristalamiento con cámara de aire (considerando un (25% de la superficie de fachadas) se puede ahorrar hasta un 27% en consumo de calefacción (11% por aumento del aislamiento y 16% por doble acristalamiento). Tal y p )reducción podría implicar un 11% menos de energía y un 9% menos de emisiones de CO2 totales aproximadamente.p

Inercia térmicaInercia térmica• Segundo mecanismo térmico que se encuentra presente en los sistemas constructivos habituales, la inercia térmica que suele ser ignorada por completo. La inercia térmica es la capacidad que tienen las grandes masas de materiales de alta p q gdensidad ( estructura de hormigón, muros de ladrillos, etc.) para conservar le energía térmica que les llega y liberarla en tiempo diferido, colaborando a disminuir las demandas detiempo diferido, colaborando a disminuir las demandas de calefacción y de refrigeración. Mecanismos tales como el invernadero o el muro trombe, valiéndose de la conductividad térmica y del espesor de los diferentes materiales, permitentérmica y del espesor de los diferentes materiales, permiten administrar la energía solar con retardo de factor 0,3‐0,7, de manera tal que ésta es absorbida cuando el calor sobra en el ambiente y por el contrario es emitida cuando hace faltaambiente y, por el contrario, es emitida cuando hace falta.

Control solarControl solar• La búsqueda en la arquitectura de la transparencia y la ligereza a menudo olvida que lo primero que hay que hacer con la radiación solar excesiva, en vez de contrarrestarla con refrigeración, es evitarla. Nuestra radiación solar es elevada, g , ,en gran parte del año  y en varios puntos del país, por lo que la sombra es imprescindible. A veces lo olvidamos y no tenemos en cuenta el ejemplo de la arquitectura tradicionaltenemos en cuenta el ejemplo de la arquitectura tradicional que contaba con gran cantidad de filtros que permitían reducir o tamizar gran parte de la radiación. Un mismo estudio de potencia frigorífica, dependiendo del tipo de edificio ypotencia frigorífica, dependiendo del tipo de edificio y acristalamiento, puede dar una necesidades de refrigeración ( y por tanto energía) de hasta un 50% menores si hay mecanismos de protección solarmecanismos de protección solar.

VentilaciónVentilación• Se puede ayudar a eliminar el calor. Tradicionalmente hemos utilizado la ventilación para aumentar la velocidad del movimiento del aire y la disipación del calor del cuerpo, pero actualmente contamos con nuevas aplicaciones que permiten p q pbajar sustancialmente la temperatura interior de verano a través de:• Inyección natural o forzada de aire de la fachada fría (ventilaciónInyección natural o forzada de aire de la fachada fría (ventilación cruzada direccional) o enfriado naturalmente ( por evaporación de agua, túnel bajo tierra (pozo canadiense), etc.

• Estas alternativas han hecho posible (en algunos casos)• Estas alternativas han hecho posible (en algunos casos) prescindir del aire acondicionado, aún bajo temperaturas de hasta 28ºC y humedades relativas del orden del 50‐60%