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PROYECTO DE INSTALACIONES (2003)GRUPO F / P. OTEIZA Y F. GALLEGO

CLIMATIZACIN - INSTALACIONES DE ENERGAGua para el Proyecto de Climatizacin del Edificio

1. Definicin

Climatizacin del Edificio significa Calidad del Aire y Bienestar Trmico, es decir, ventilacin derecintos y acondicionamiento de los mismos.

Dos funciones contrapuestas pero imprescindibles: Cuanto ms renovemos el aire, mejor sersu calidad! Y cunto menos renovemos el aire (que ya est acondicionado para el bienestar)

menos energa consumiremos en calentarlo o enfriarlo!

La normativa establece los caudales de aire mnimos obligatorios:

CTE HS 3 Salubridad: Viviendas, Garajes y trasteros

RITE el resto de usos

Resumiendo: Ventilacin + Acondicionamiento higrotrmico = CLIMATIZACIN

2. Cmo climatizamos un recinto?

De dos formas:

a) Introduciendo aire preparado, en condiciones de temperatura y humedad relativa,para que, mezclado con el del recinto, se alcancen las condiciones de bienestartrmico.

b) Calentando o enfriando el aire del recinto in situy aadiendo aire renovado enla cantidad que se requiera (aire primario).

En la forma (a) decimos que estamos utilizando un sistema de climatizacin TODO AIRE, si es la(b) estamos utilizando un Sistema MIXTO.

3. Clasificacin de los Sistemas de Climatizacin

Se clasifican segn el fluido que entra en el recinto a climatizar:

TODO AIRE (slo aire)

MIXTO (aire de renovacin y otro fluido: agua o refrigerante o ambos)

4. De qu equipos constan los Sistemas de Climatizacin?

Segn los bloques:

En Produccin: Calderas, Mquinas Frigorficas y UTAs

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En Distribucin: Conductos de aire y tuberas de agua y de refrigerante

En Emisin: Difusores de aire, radiadores de agua y fan-coils de agua o de refrigerante

Equipos y elementos:

Calderas

Mquinas Frigorficas (Bombas de Calor)

UTAs: Secciones o mdulos:

-

Ventiladores de impulsin y de retorno

- Filtros

- Bateras de calor y de fro

-

Humidificador/Deshumidificador

- Recuperador de calor entlpico

- Caja de Mezcla

Conductos de Aire

Tuberas de Agua

Tuberas de Refrigerante: gas o lquido

Bombas de impulsin de agua/refrigerante

Difusores y rejillas

Radiadores/Superficies radiantes

Fan-coils

5. Cmo se eligen los Sistemas de Climatizacin?

Hay que tener en cuenta diversos factores, entre ellos son fundamentales:

el uso,

el horario y

la ocupacin del recinto.

Sabiendo que:

El aire es un fluido que tiene un calor especfico bajo (1,005 kJ/kg.K) en comparacin con elagua (4,186 kJ/kgK). El agua es capaz de almacenar 4 veces ms calor que el aire para cambiarsu temperatura 1C!

Por lo tanto, con el agua podremos trabajar con menores volmenes que con el aire para

conseguir transportar energa.

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Los refrigerantes tienen mayor capacidad que el agua y el aire para transportar energa, ya queson fluidos que, a las temperaturas ambientales, cambian de fase (lo que no ocurre con elagua o el aire). En los cambios de fase los refrigerantes absorben y desprenden calor.

El calor que absorbe el refrigerante en el evaporador -para cambiar de fase- unido a la energaque aporta el compresor al refrigerante, es desprendido posteriormente en el condensador.Los refrigerantes son capaces de extraer calor de un foco fro y trasladarlo a uno mscaliente.

As, los fluidos con capacidad refrigerante, transfieren energa en mayor proporcin que elagua o el aire.

Por ello, considerando la velocidad de respuesta para acondicionar trmicamente un recinto,el orden de preferencia es:

1 Refrigerante

2 Agua

3 Aire

Pero existen limitaciones que harn que la bsqueda de la solucin ms adecuada incluyaotros factores, adems de la capacidad de transportar energa; por ejemplo:

El refrigerante se distribuye en tuberas y sus longitudes mximas llegan a unos 150m aproximadamente. Adems, segn la clase de refrigerante, las fugas son muypeligrosas para las personas o para el medio ambiente.

El agua no tiene esos inconvenientes, pero su capacidad o velocidad de respuesta esmucho menor que la de un refrigerante.

Y, por ltimo, el aire es el que tiene la respuesta ms lenta.

Otras consideraciones son las referidas a las necesidades espaciales que estn asociadas acada fluido.

Aire (gas): La distribucin se realiza por conductos y stos tendrn mayoresdimetros cuanto mayor sea el caudal que deban servir en los emisores. Tambintendrn grandes dimetros cuando deban hacer largos recorridos entre laproduccin y la emisin, porque deben vencer grandes prdidas de energa porrozamiento. En los sistemas Todo Aire hay que prever espacio para disponer losconductos, tanto en vertical, como en horizontal.

Agua (lquida): La distribucin se realiza por tuberas de dimetros reducidos aunque,al tener que ir bien aisladas, trmicamente, su servidumbre de paso aumentaconsiderablemente, pero nunca como en el caso de un conducto de aire. Tambinhabr que prever patinillos verticales y espacios horizontales, pero de dimensionesmucho menores que en el caso anterior.

Refrigerante (gas/lquido): Como el refrigerante realiza un ciclo -en su recorrido porlas distintas partes de la mquina frigorfica a la que sirve- y, en unas partes seencuentra en fase lquida y en otras, en fase de vapor, las tuberas del circuitotendrn distintos dimetros: mayor cuando transporta el refrigerante en fase

gaseosa y menor, cuando lo transporta en fase lquida.

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6. Cmo se calculan los equipos que componen los Sistemas de

Climatizacin?

Hemos visto que climatizar es VENTILAR y ACONDICIONAR un recinto, entonces habr quedeterminar lo siguiente:

6.1. Caudal de Ventilacin

El Caudal de Ventilacin depende del nmero de ocupantes y de la actividad querealizan:

Qventilacin=Nocupantesx Tasade Ventilacin

CTE HS 3 Salubridad. Calidad de aire: Viviendas, Garajes y trasteros

RITE el resto de usos: Categoras de calidad de aire interior en funcin del usode los edificios:

IDA 1 (aire de ptima calidad): hospitales, clnicas, laboratorios y guarderas

IDA 2 (aire de buena calidad): oficinas, residencias, museos, salas de lectura

IDA 3 (aire de calidad media): cines, teatros, salones de actos

IDA 4 (aire de calidad baja).

Caudal mnimo de aire exterior: RITE Tabla 1.4.2.1

6.2 Energa para el acondicionamiento trmico

Para acondicionar trmicamente un recinto tendremos que distinguir dos casos:

en tiempo fro (calentar) y

en tiempo clido (enfriar)

En cualquiera de los dos, tendremos que determinar la demanda instantnea deenerga (carga trmica) del recinto para poder suministrar la energa que pierde eninvierno y retirar la que gana en verano.

6.2.1 Demanda de energa instantnea en tiempo fro o carga de

calefaccin

Calefaccin= renovacin+ transmisin+ puentes trmicos

6.2.2 Demanda de energa instantnea en tiempo clido o carga de

refrigeracin)

En este caso hay que calcular el calor sensible y el calor latente:

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calor sensible total, que es el de transmisin a travs de los cerramientos, msel de radiacin a travs de los acristalamientos, ms el del aire de ventilacin,ms el de las personas que ocupan el recinto, de los equipos y alumbrado

sensible= strans+ s radiacin+ s renovacin+s personas+sequipos

calor latente total, que es el del aire de ventilacin y de las personas queocupan el recinto

latente= l renovacin+ l personas

La demanda instantnea de energa para refrigerar ser la suma de los calores sensibley latente anteriores:

refrigeracin= sensible+ latente

6.2.3 Qu datos necesitamos?

1) Caudal de aire a renovar (m3/s)

2) Envolvente trmica:

Superficie de huecos

Superficie de cerramientos opacos

Transmitancia de vidrios

Transmitancia de opacos

Radiacin solar incidente sobre superficies verticales

Radiacin solar incidente sobre superficies horizontales

Protecciones solares (factor de sombra)

Tipos de vidrios (factor solar)

3) Temperaturas y humedades relativas interiores

RITE tabla 1.4.1.1. Condiciones interiores de diseo

21C/ 40-50%, en invierno; 26C/45-60% en verano

4) Condiciones exteriores que vienen dadas en:

UNE 100001: 2001 Climatizacin. Condiciones climticas para proyectos.Temperaturas exteriores de ciudades espaolas

UNE 100014 IN: 2004 Climatizacin. Bases para el proyecto. Condicionesexteriores de clculo

Gua Tcnica Condiciones climticas exteriores de proyecto, IDAE, 2010

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Teniendo la carga trmica calefaccinque es preciso aportar en invierno y la carga trmicarefrigeracina retirar en verano, podremos dimensionar los equipos.

7. Qu nos exige la normativa?

Antes de dimensionar los equipos hemos tenido que cumplir con unos requisitos de Ahorro deEnerga especificados como Limitacin de la demanda de energa: CTE HE 1 (Septiembre 2013).Tambin habremos de cumplir con la Limitacin del consumo de energa CTE HE 0, que noconsideraremos en este curso.

La demanda de energa que necesita el edificio, para calefaccin y para refrigeracin, secalcular teniendo en cuenta el nmero de das del ao con necesidades de una u otra energa.

Cmo calculamos la demanda de energa estacional?

Teniendo la demanda instantnea o carga trmica (kW) podemos calcular la demandaestacional (kWh/m2ao) que es el dato necesario para comprobar el cumplimiento deHE1.

Tendremos que determinar:

las horas del ao con necesidad de calefaccin : 21601horas, que corresponden adiciembre, enero y febrero (90 das)

las horas del ao con necesidad de refrigeracin: 2928 horas, que corresponden a

junio, julio, agosto y septiembre (122 das)

la superficie til del edificio en m2

As:

carga trmica x horas anuales/superficie til del edificio:

kWh/m2ao

La demanda estacional de energa no debe sobrepasar de unos determinados valores, segn eluso del edificio:

7.1 Edificios de Uso Residencial Privado

Calefaccin: Dcal lmite Dcal Base+ Fcal,,sup /S (kWh/m2ao)

1UNE100014 IN y UNE 100001

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Refrigeracin: Dref lmite 15 kWh/m2ao para zonas climticas de verano: 1, 2 y 3

Dref lmite 20 kWh/m2ao para zona climtica de verano: 4

7.2 Edificios de Otros Usos

Hay que considerar la demanda conjunta de Calefaccin y Refrigeracin.

Dependiendo de la zona climtica donde se localice el edificio y la carga de fuentes

internas, debe tener una demanda de energa que sea un porcentaje (%) menor a la deun edificio de referencia (edificio de igual morfologa que el edificio base pero con los

parmetros lmite (transmitancias) segn la zona climtica donde se site el edificio).

El porcentaje de ahorro de energa oscila entre 0% y 25% segn la zona climtica.

8. Ajuste a la normativa vigente

El edificio deber cumplir con la exigencia de Ahorro de Energa y para ello habr que hacer loscambios pertinentes.

Qu cambios? Los que sean necesarios para cumplir con la Limitacin de la Demanda deEnerga:

Protecciones solares

Reduccin de huecos

Reduccin de la transmitancia de los vidrios

Reduccin de la transmitancia de los opacos

Analizar el edificio, sus huecos, con el diagrama solar estereogrfico, facilitar la toma de

decisiones sobre modificaciones de la envolvente.

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9. Clculo de la potencia trmica de los equipos

Una vez cumplida la normativa, se puede calcular la potencia energtica que deben tener los

distintos equipos involucrados en la Climatizacin:

calefaccin= prdidas de calor

refrigeracin= ganancias de calor sensible y latente

caldera= calefaccin+ ACS

mquina frigorfica= refrigeracin

10. Sectorizacin para la Climatizacin

Con la finalidad de definir el sistema de climatizacin ms adecuado a cada sector o zona, serealizar una agrupacin de espacios del edificio que tengan cierta afinidad, por ejemplo de:

uso

ocupacin

actividad

orientacin, etc.

11. Propuesta de Climatizacin

La propuesta de Sistemas de Climatizacin a aplicar, segn la sectorizacin realizada en elapartado anterior y teniendo en cuenta la clasificacin apuntada ser:

Sistema Todo Aire, cuando en el recinto acondicionamos exclusivamente con aire, en el que seha mezclado aire nuevo exterior para renovacin y aire recirculado desde el sector queestamos climatizando. En el local situaremos:

bocas de impulsin o difusores de aire y

rejillas de retorno.

Sistema Mixto, cuando en el recinto aportamos aire primario (el exclusivo para la ventilacin)y, adems, acondicionamos el recinto con agua o refrigerante. En el local tambin tendremosbocas de impulsin y rejillas de retorno, acordes con el caudal de aire que tengamos queintroducir (que ser menor que en el caso de un sistema Todo Aire), junto con emisores paraagua o refrigerante:

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superficies radiantes,

radiadores o

fan-coils (ventiloconvectores)

12. Diseo y dimensionamiento de los equipos que constituyen elSistema de Climatizacin (ver Cuaderno 440.01)

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12.1 Produccin

Calderas y mquinas frigorficas. Seleccin, ubicacin condiciones de los cuartos tcnicos decada equipo. Las calderas y las mquinas frigorficas no deben compartir el mismo recinto.

12.2 Distribucin

Conductos de aire y tuberas de agua o de refrigerante, lquido o gas. Seleccin, situacin,patinillos, condiciones de uso

12.3 Emisin

Difusores y rejillas. Seleccin, situacin y caractersticas de los productos.

Superficies radiantes/Radiadores/Fan-coils

Resumen de ETAPAS a cumplir para el desarrollo de un Proyecto deClimatizacin de un Edificio

1- Determinacin de cargas de Calefaccin y Refrigeracin en todos los recintos del EdificioBase, habiendo tenido en cuenta:

I. Envolvente TrmicaII. Cumplimiento de la Normativa de Ahorro de EnergaIII. Ocupantes y ActividadIV. Caudal de ventilacin exigido

2- Agrupacin de espacios por afinidad (uso, ocupacin, actividad, orientacin, etc.)

3- Propuesta de Sistemas de Climatizacin a aplicar: Todo Aire o Mixto

4- Diseo y dimensionamiento de los equipos que constituyen el Sistema de Climatizacin,considerando: Produccin/Distribucin/Emisin.

Madrid, octubre 2015

2Procedimientos de clculo para el Proyecto de Climatizacin. Cuadernos Juan de Herrera. ETSAM 2013.