DISEÑO DEL SISTEMA HVAC DE UN EDIFICIO ELÉCTRICO Y DE CONTROL DE UNA CENTRAL TÉRMICA

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1 DISEÑO DEL SISTEMA HVAC DE UN EDIFICIO ELÉCTRICO Y DE CONTROL DE UNA CENTRAL TÉRMICA Autor: Berta Parés Sánchez Directora: Emma Huete García Entidad Colaboradora: ICAI-Universidad Pontificia Comillas RESUMEN DEL PROYECTO En el presente proyecto se diseñará el sistema de HVAC del edificio eléctrico y de control de una central térmica. Dicha central está situada en las proximidades del aeropuerto de Santander, España. En el edificio eléctrico y de control de esta central se encuentran tanto las oficinas de trabajo como las salas eléctricas y electrónicas. Estas últimas son de gran importancia para el buen funcionamiento de la central, pues en ellas se encuentran tanto los equipos eléctricos y electrónicos necesarios para el funcionamiento de la misma como la sala de baterías, que en caso de corte de suministro eléctrico de la red proporcionarían la energía necesaria a la central para que esta pudiera seguir funcionando o realizar una parada de emergencia. Por tanto, el propósito fundamental de este proyecto es garantizar tanto las condiciones de confort en las salas ocupadas como el buen funcionamiento de los equipos ubicados en el edificio, siempre de acuerdo con reglamento vigente y con las especificaciones del cliente. Para determinar cuál es la instalación de climatización más adecuada, se deberán determinar, en primer lugar, las características de diseño, tanto exteriores como las interiores. Para determinar las características exteriores es preciso conocer los datos meteorológicos del entorno, y la orientación del edificio, así como sus materiales, que determinante para considerar las cargas térmicas por transmisión. Como condiciones interiores es necesario establecer el rango de temperatura dentro del cuál podrá mantenerse la temperatura de la sala sin poner en riesgo las condiciones de confort de los ocupantes. Además han de tenerse en cuenta las cargas térmicas producidas por los ocupantes, iluminación y equipos. La instalación diseñada debe asegurar que se vencen todas las cargas térmicas existentes en las condiciones más desfavorables tanto de invierno como de verano.

2 Por otra parte, se determinan los requerimientos de ventilación de las salas ocupadas, que garanticen que se mantienen las tasas de renovaciones mínimas definidas en el reglamento. Los caudales de ventilación se determinan a partir del nivel de ocupación y superficie de la sala, comprobando que las renovaciones por hora son igual o mayores que las establecidas legalmente. Un caso especial a tener en cuenta es la sala de baterías del edificio, que por contener elementos productores de hidrógeno (altamente explosivo en concentraciones mayores al 4% en volumen), deberán tener una ventilación independiente en la que todo el aire extraído de la sala vaya directamente al exterior sin recircularse. Para la climatización del edificio se han elegido dos equipos diferentes. Para acondicionar las salas eléctrica, electrónica, baterías y laboratorio se ha elegido un equipo Roof-Top, por su capacidad de impulsar grandes caudales de aire y por ser un sistema todo aire, lo que evita que posibles fugas de líquido refrigerante pudieran dañar equipos eléctricos y electrónicos de responsabilidad. Además su alta confiabilidad los hace idóneos para climatizar salas de responsabilidad, en las que un fallo en la climatización podría suponer daños en los equipos, y por tanto, para del funcionamiento de toda la central. La unidad Roof-Top se ha elegido de acuerdo con el caudal de impulsión necesario para acondicionar las salas mencionadas y se instalarán dos equipos iguales, capaces de suministrar de forma individual todo el caudal necesario, pues en caso de avería de uno de ellos, el otro debe de ser capaz de mantener las condiciones exigidas en las salas. Esta medida se toma para asegurar el buen funcionamiento de los equipos eléctricos y electrónicos de responsabilidad de la central en todo momento. Por otra parte, para acondicionar las salas de la planta de control (oficinas, cafetería, vestuarios ) se ha elegido un equipo multisplit. Este equipo se ha seleccionado por su capacidad para climatizar distintas salas de forma independiente, eliminando la humedad del ambiente sin enfriar. Además, puesto que funciona con líquido refrigerante, los conductos son pequeños, ocupando poco espacio. Los vestuarios, aseos, sala de almacenamiento y sala de la limpieza, se acondicionan mediante las exfiltraciones del resto de las salas, no se impulsará aire exterior puesto que los requerimientos de aire de esta salas no son tan exigentes como los de las demás. Tanto las unidades interiores como las unidades exteriores se elegirán en base a la potencia de refrigeración necesaria en cada sala.

3 En la sala de cables se permite una temperatura de hasta 40ºC, ya que el material que se encuentran en ella no sufre daños a esa temperatura. Por tanto, ya que la temperatura permitida en el interior de la sala es superior a la temperatura exterior en verano (26,5ºC) la sala se acondicionará de forma independiente mediante aporte de aire exterior, que entrará en la sala por rejillas y se extraerá mediante ventiladores. Además de los equipos seleccionados para el acondicionamiento de las salas y los equipos que éstos poseen, es necesario instalar otros equipos que garanticen la ventilación de las salas. Los equipos que se emplean para la ventilación en el presente proyecto son ventiladores tanto axiales como centrífugos, así como rejillas de aire exterior. Los ventiladores axiales empleados son extractores murales, situados en las salas de cables y aseos. Por otro lado, los ventiladores centrífugos se emplearán para la impulsión y extracción del aire exterior en la planta de control y para la extracción de la sala de baterías. La determinación de los caudales necesarios tanto de impulsión como de ventilación así como de la potencia de refrigeración necesaria en cada sala se ha determinado mediante el programa CARRIER HAP v4.6, el que introduciendo las condiciones interiores y exteriores de diseño, calcula los caudales y potencias de los equipos necesarias para vencer todas las cargas térmicas existentes. Una vez diseñada la instalación se ha realizado una lista de materiales, que el instalador empleará para realizar el presupuesto de la instalación. Dicho instalador podrá elegir los modelos de equipos seleccionados u otros similares, siempre y cuando cumplan con las especificaciones técnicas detalladas en el presente proyecto.

4 HVAC SYSTEM DESIGN FOR THE ELECTRICAL AND CONTRLOL BUILDING OF A THERMAL PLANT. Author: Berta Parés Sánchez Director: Emma Huete García Collaborating entity: ICAI- Universidad Pontificia Comillas SUMMARY The HVAC system for the electrical and control (E&C) building of a thermal plant is designed. This plant is located in the Santander s Airport surroundings in Spain. Offices and electrical and electronic rooms are located in this building. These last rooms are especially important for the plant s operation, as that s the place where the necessary equipment for the plant s functioning is placed. The battery room, for example, is responsible for the plant s energy supply when the power supply falls, so the plant does not have to stop, or has enough time to make an emergency stop. Henceforth, the main purpose of this project is to guarantee comfort conditions for the occupants and the proper operation of the equipment, always following the existing regulation and the client specifications. In order to establish which is the air conditioning installation, internal and external design characteristics must me determined. Meteorological data and building orientation together with construction materials must be known in order to determine exterior design characteristics. All these external factors will be important to estimate transmission internal loads. On the other hand, it is necessary to establish the inner temperature range for different rooms, in which people s comfort will be granted. Thermal loads due to occupancy, lightning and equipment are also considered. The air conditioning system design must guarantee that all the thermal loads are overdue, including those of the most disadvantageous conditions of winter and summer.

5 Ventilation requirements of occupied rooms are also calculated so that the renovation rates ensure that the minimum rates specified by regulation are maintained. Ventilation flows are calculated from occupancy level and rooms surface, checking that the resulting renovation rate is not smaller than the legally stipulated. A special case is the battery room, which has independent ventilation throwing out all drawn air, as batteries produce hydrogen while being charge, which is highly explosive. For the buildings acclimatization, two different equipments are chosen. For the electrical and Electronic rooms, the laboratory and the battery room a Roof-Top unit is used. The reasons to choose it are it s capacity to give big airflows and that it is an allair unit, what avoids possible refrigerant leaks, which could cause equipment damage. It s reliability makes it the perfect type of unit to use for rooms with a high responsibility on the proper plant s operation, as a failure in one of these rooms equipment could mean the stoppage of the plant. This unit is chosen in accordance with the necessary supply airflow. Two identical units will be installed, so that both of them would be able to supply the necessary air individually, so that in case of failure of one of the units, the other would me ready to maintain the required conditions. For the rooms on the control floor (offices, changing rooms, cafeteria ) the equipment chosen is a multisplit. It has been chosen because it is able to provide air conditioning to the different rooms individually, removing humidity without cooling. On top of that its a system which uses refrigerant, so the piping net does not occupy a lot of space. Changing rooms, toilets, storage and cleaning rooms are ventilated by the exfiltrations from the rest of the rooms. Outside air will not be supply to these rooms, as quality air requirements are not very demanding for these type of rooms. Both the inner and the outsider units should provide the necessary refrigerating power. The cable room will be ventilated directly with outdoor air, as the Maxim temperature permitted in it is 40ºC, which is higher than the maximum outdoor air temperature in summer (25ºC). Air would go into the room through grids and will be drawn by fans. Apart from the mentioned units, other equipment is necessary to guarantee ventilation of the rooms. Axial and centrifugal fans are used, as well as outdoor air grids. Axial fans are used for drawing the air from toilets and the cable room. On the other hand,

6 centrifugal fans are used to supply and draw air to and from the control plant rooms and to draw air from the battery room. The software CARRIER HAP v4.6 has been used to determine necessary supply and outdoor air flows as well as refrigerating power necessary to overdue all existing thermal loads. It is necessary to introduce the exterior and interior designed conditions on the program in order for it to be able to make the necessary calculations. Once the installation is design, all the necessary equipment is listed, so that the installer can use this list to make the budget of the installation. The installer can use the same equipment or a similar one, as long as they fulfill the technical specifications detailed on this project.