LA INTEGRACIÓN DEL FACTOR ACÚSTICO EN EL DISEÑO ÓPTIMO DE SISTEMAS DE CLIMATIZACIÓN POR CONDUCTOS

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1 LA INTEGRACIÓN DEL FACTOR ACÚSTICO EN EL DISEÑO ÓPTIMO DE SISTEMAS DE CLIMATIZACIÓN POR CONDUCTOS PACS: Ka Panadero Maciá, Eugenio 1 ; Morcillo López, María Dolores 1 ; Pérez Abendaño, Mariana 2. 1 Dpto. de Desarrollo. CYPE Ingenieros S.A. Avda. Eusebio Sepere 5, Alicante Tel: Fax: E-ail: eugenio.panadero@cype.co, iasd@cype.co, generador.precios@cype.co 2 Unidad de Construcción. TECNALIA Parque Tecnológico de Bizkaia. C/Geldo, Edificio 700, Derio Bizkaia Tel: E-ail: ariana.perez@tecnalia.co ABSTRACT El progresivo auento de las exigencias norativas para los proyectos de edificación hace necesario el uso de últiples herraientas inforáticas para el odelado, cálculo y justificación norativa de diversos aspectos técnicos de los edificios. En este contexto, y fruto del trabajo desarrollado en el PSE BALI, cofinanciado por el Ministerio de Ciencia e Innovación y el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER), y dedicado a la investigación y desarrollo de nuevos productos y sisteas de altas prestaciones acústicas, se ha desarrollado una herraienta de análisis autoático del ruido producido por las instalaciones de cliatización de los edificios, basada en los étodos de EN , que perite integrar el factor acústico y optiizar estas instalaciones ás allá de los paráetros de diseño habituales, salvaguardando el correcto cupliiento de CTE DB HR y la Ley del Ruido en las instalaciones de cliatización por conductos. Palabras clave: PSE BALI, FEDER, EN , CTE DB HR, Ley del Ruido, Cliatización. INTRODUCCIÓN En la actualidad, la coplejidad y exigencia norativa y de calidad de las instalaciones de los edificios requiere al técnico el uso de herraientas inforáticas avanzadas para abarcar el cálculo y diensionado, de fora que éste pueda enfrentar estas instalaciones con seguridad y rapidez, utilizando el liitado tiepo disponible de anera eficaz en la búsqueda del diseño óptio de su instalación. Las instalaciones de cliatización con distribución por conductos de aire no son una excepción, pues son uchos los factores a considerar en el diseño, y relativaente coplejos los cálculos terofluidodináicos requeridos a cada propuesta de instalación. Debido a ello, desde hace tiepo existen en el ercado prograas inforáticos que ayudan en ayor o enor edida al técnico que abarca el cálculo de estas instalaciones.

2 Sin ebargo, el factor acústico de estas instalaciones, uy a enudo probleático por los probleas de inisión sonora que provoca, queda olvidado e incluso relegado de las copetencias del técnico que enfoca la instalación, teniéndose en cuenta, en los casos ás delicados, por distintos técnicos especializados que tratan de solventar los probleas acústicos ocasionados por instalaciones uchas veces no sólo planteadas, sino ya ejecutadas, con el consiguiente problea econóico que supone resolver probleas acústicos de instalaciones que no habían considerado dicho aspecto tan iportante últiaente, a raíz de los últios cabios norativos en el Código Técnico de la Edificación [1] y la Ley 37/2003, del Ruido, y sus desarrollos reglaentarios [2], derivada de la Directiva Europea 2002/49/CE de evaluación y gestión del ruido abiental. En este contexto, y fruto de los trabajos de investigación realizados en el arco del Proyecto BALI (Building Acoustics for Living) [3], financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación (MICINN) y el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) dentro del prograa Proyectos Singulares Estratégicos, se ha llevado a cabo, en el Subproyecto 4 de PSE BALI, la validación epírica de la Nora Europea EN :2009 [4], sobre la estiación de los niveles sonoros producidos por los equipaientos de las edificaciones; en concreto, sobre los odelos ateáticos de predicción acústica para los sisteas de ventilación por conductos. En base a las conclusiones de esa línea de trabajo del Subproyecto 4 de BALI, dedicado al ruido producido por las instalaciones del edificio, y coo línea de desarrollo del Subproyecto 6, sobre un Deostrador Virtual para los logros de BALI, se ha procedido a ipleentar dichos odelos de predicción acústica sobre la herraienta de cálculo de sisteas de cliatización existente en la platafora de cálculo de CYPE Ingenieros [5], el prograa Instalaciones del edificio, que coparte un odelo tridiensional del edificio para, entre otros cálculos, realizar tabién la predicción del coportaiento acústico del iso, calculando el aislaiento acústico a ruido aéreo entre recintos y procedente del exterior, así coo el nivel de presión de ruido de ipactos, coprobando el correcto cupliiento del Docuento Básico HR Protección frente al ruido [6]. El objetivo perseguido es la integración del factor acústico de las redes de cliatización junto al diensionado térico y dináico habitual de estas instalaciones, de anera que el técnico que las aborda añada el factor acústico a las isas, peritiendo su optiización acústica al tiepo que controla los objetivos de calidad acústica ipuestos en la Ley del Ruido [2]. En este artículo se describe el nuevo ódulo de cálculo para la predicción de la inisión sonora producida por las redes de conductos de cliatización, así coo su integración en los cálculos existentes de diensionado de dichas redes y aislaiento acústico del edificio. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE CÁLCULO Base de partida. Cálculos téricos del sistea de cliatización Coo se coentaba anteriorente, el nuevo ódulo de cálculo se basa en el ódulo existente en el software de CYPE [7] para el cálculo y diensionado de sisteas de cliatización. En él, a partir de un odelo tridiensional del edificio, se calculan autoáticaente las cargas téricas y las necesidades de ventilación de cada uno de los recintos del edificio odelado, y con esos resultados coo datos de entrada, se diensionan las redes de conductos de cliatización y los puntos de trabajo de los equipos y aquinaria del sistea. Se hace notar aquí que este diensionado se realiza en base a eleentos reales que el usuario selecciona, eligiendo odelos concretos de enfriadoras, cliatizadoras, fancoils, conductos de chapa o fibra ineral, rejillas, difusores, toberas, etc., de los fabricantes ás relevantes del ercado, presentes en la base de datos de CYPE [8]. Este hecho perite disponer la caracterización real de cada producto por parte de su fabricante, y utilizarla en los 2

3 cálculos del prograa, anteniendo éstos lo ás cerca posible de la realidad, al no tener que recurrir a siplificaciones o generalizaciones en el coportaiento de cada eleento. Coo resultado del cálculo de cliatización, se dispone de datos uy precisos sobre la geoetría y coportaiento de la red, teniendo accesible, para cada eleento de la isa, datos sobre taaños, odelos, longitudes, caudales y velocidades, presiones estáticas y dináicas, y deás resultados relacionados con los cálculos téricos y de dináica de fluidos que realiza el prograa. Figura 1 Captura del prograa existente de CYPE Ingenieros para el cálculo de sisteas de cliatización, junto a las vistas 3D que produce para el edificio copleto y la instalación de conductos. Descripción del cálculo acústico de la red de conductos Los nuevos algoritos desarrollados toan todos esos resultados y analizan la topología de las redes alladas del sistea de cliatización para, desde cada una de las aberturas del sistea (salidas en las redes de ipulsión y entradas en las de retorno), resolver cada uno de los cainos que llevan de una fuente de eisión sonora hasta una abertura de aire, a través de la red de conductos del sistea. Esta inforación de los distintos cainos que trasladan el ruido producido a cada abertura queda alacenada en las aberturas, con inforación de cada trao en cada caino, que incluyen los datos necesarios para la estiación de la atenuación sonora o la generación de ruido en cada trao, coo: - los valores de absorción sonora (coefs α-sabine) en cada frecuencia de los conductos, - los datos de velocidad o caudal de aire en cada trao,las secciones efectivas y de entrada y salida de cada trao, el tipo de eleento: codos, bifurcaciones, ensanches, etc., - los valores de potencia sonora generada en las aberturas de salida, proporcionados por el fabricante y calculados en función de su sección efectiva y caudal (las aberturas de salida son tabién, por sí isas, fuentes de ruido), - y los valores de potencia sonora de los equipos productores, bien proporcionados por el fabricante, bien estiados en base a las forulaciones epíricas habituales de ASHRAE [9][10] en función del tipo de ventilador de la áquina y su punto de trabajo. 3

4 Esta inforación se genera internaente de fora autoática y queda grabada en el fichero del odelo del edificio. Al pasar al ódulo de cálculo de aislaiento acústico, éste detecta la existencia de esta inforación y la utiliza para integrar el nuevo cálculo en los resultados de cálculo acústico. De esta fora, en el ódulo de Aislaiento [6], se uestran en pantalla las redes de conductos con su diensión real, así coo los equipos productores de ruido, en capas de visibilidad controlada por el usuario; y al calcular el odelo, el algorito busca aberturas del sistea en cada recinto y procesa todos los cainos sonoros existentes, asegurando un análisis copleto de la red de conductos del edificio, diferenciando éste de cualquier cálculo anual, que, obligatoriaente, debe acortarse y siplificarse hasta un punto anejable por una persona, con o sin ayuda de hojas de cálculo. En este proceso de cálculo de cainos sonoros se van generando resultados que se reflejan en tablas de atenuación sonora por cada trao, y, autoáticaente, se desechan aquellos cainos que alcanzan tal atenuación que su nivel de potencia sonora resultante queda por debajo del ubral de sonido perceptible sobre el ruido de fondo. De esta fora se genera docuentación justificativa sobre el cálculo de cada caino, ostrando sólo la inforación relevante para el técnico, huyendo de listados de cálculo interinables que aportarían bien poco al análisis del coportaiento acústico de la red de cliatización. Calculada la atenuación hasta cada abertura, se establecen los niveles de presión sonora generados en los recintos receptores, ediante la potencia sonora resultante en cada abertura y la absorción acústica del recinto receptor; y, dado que todo el cálculo se lleva a cabo en distintas frecuencias (se utilizan las bandas centrales de octava, de 125Hz a 4000 Hz), se establece tabién la clasificación de los niveles producidos según las curvas de confort NR, que ayuda al proyectista a fijar y optiizar objetivos de calidad acústica en los recintos receptores. Por últio, los resultados de presión sonora de cada abertura se convierten a valores globales ponderados A y se suan logaríticaente junto a los niveles de presión sonora producidos por equipos situados dentro de los recintos receptores, en recintos colindantes, y en el exterior del edificio. Esta sua de niveles sonoros se realiza para cada perfil horario de cada equipo o sistea, hallando así la estiación de los niveles sonoros continuos equivalentes en los horarios de día, tarde y noche, para cada recinto; y, en caso de establecerse coo recintos sensibles según Ley 37/2003, del Ruido [2], se coparan con los valores líite exigidos en cada caso, inforando al usuario del incupliiento de los objetivos de calidad acústica ipuestos en dicha ley. 4

5 Figura 2 Captura del nuevo ódulo de cálculo, representando los resultados finales sobre un recinto. RESULTADOS ACÚSTICOS DEL SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN Resultados generados por recinto receptor Los resultados generados por el nuevo ódulo de cálculo dan lugar a fichas de cálculo detallado para cada recinto, accesibles pulsando en cada uno de ellos con el edificio calculado. Estas fichas, que uestran todos los resultados interedios necesarios para coprobar o justificar cada resultado, se coponen de distintos apartados: - una cabecera con inforación relevante del recinto receptor, seguida, si procede, de las coprobaciones de los resultados finales obtenidos frente a los valores exigidos según Ley del Ruido [2]; - un apartado con el cálculo del nivel de presión sonora producido por cada equipo puntual encontrado dentro del recinto receptor, en recintos colindantes, o en el exterior del edificio; - un apartado con el cálculo del nivel de presión sonora producido por cada abertura del sistea de cliatización encontrada en el recinto receptor, con tablas de atenuación sonora que siguen el estilo de presentación de datos arcado en el Anexo H de la Nora EN [4], con cálculos de ejeplo; - y un apartado final donde se suan todos los niveles sonoros procesados, para cada intervalo horario, obteniendo los niveles sonoros continuos equivalentes (L Aeq,T ) y los índices de ruido día- tarde-noche (L den ). A continuación, se uestra un ejeplo de estos listados de cálculo para un recinto receptor, coo exportación en forato Word: 5

6 Nivel de presión sonora continuo equivalente ponderado A, L Aeq,T Tipo de recinto: Sala P1 (Salas de reuniones) Protegido Situación del recinto receptor: Planta 1 Voluen del recinto, V: ³ Absorción acústica equivalente del recinto receptor, A: 24.1 ² L Aeq,d = 50 dba L d = 45 dba L Aeq,e = 33 dba L e = 45 dba Cálculo del nivel de presión sonora continuo equivalente producido por cada equipo: El cálculo del nivel de presión sonora, L p, producido por cada equipo en funcionaiento, con independencia del perfil de uso horario del iso, se calcula atendiendo a la siguiente forulación: La expresión depende de la potencia sonora de la fuente, L w, de la directividad de la fuente y su distancia al receptor, de la reverberación que se produce en el recinto donde se produce la eisión sonora, si la fuente está confinada en un espacio cerrado, y del aislaiento acústico del eleento de separación entre recintos, cuando la fuente no se encuentra en el recinto receptor. La presencia del térino logarítico en la resta del aislaiento acústico responde a la necesidad de deshacer la estandarización (subíndice nt) de la diferencia de niveles calculada (D nt,a ó D 2,nT,A ). L w r S i R D nt,a L p Recinto eisor Referencia D α (dba) () (²) (²) (dba) (dba) Sala P1 * A A < 20 Vestíbulo A < 20 Vestíbulo Notas: L w : Nivel de potencia sonora de la áquina, ponderado A, dba. D: Factor de directividad de la fuente. r: Radio de la ayor esfera que puede ser inscrita en el recinto eisor, o distancia ínia del equipo al cerraiento exterior del recinto receptor en caso de equipos situados en el exterior del edificio,. S i : Superficie total de la envolvente del recinto eisor, ². α : Coeficiente de absorción acústica edio del recinto eisor. R: Coponente del capo reverberante, ². D nt,a : Diferencia de niveles estandarizada, ponderada A, db. L p : Nivel de presión acústica, dba. * Equipaiento situado en el recinto receptor Cálculo del nivel de presión sonora producido por el sistea de cliatización: Para las aberturas del sistea de cliatización, se procesa cada caino sonoro desde cada uno de los equipos productores de ruido hasta cada abertura, calculando la atenuación sonora de cada trao de la red, para cada una de las bandas centrales de octava, de 125Hz a 4kHz, según el étodo de cálculo expuesto en la Nora EN De esta fora, se 6

7 calcula la potencia sonora resultante de cada eleento productor de ruido para cada frecuencia a la salida de cada abertura, según la expresión: Cada potencia sonora resultante se sua a la salida, y se corrige con la atenuación producida en el recinto receptor, estiando así los niveles de presión sonora producidos por cada abertura, en bandas de octava y en variables globales ponderadas A, obteniendo tabién la clasificación según curvas NR de evaluación del ruido provocado por cada abertura. Cálculo del nivel de presión sonora noralizada, L n,d, de la apertura 'I5' Eleento Descripción Magnitud Valor por banda de frecuencia (Hz) L A K 2K 4K (dba) A1 Fuente q = 3411 ³/h, ΔP = Pa, L w = 83.3 db >N1 Trao 500x400, lana ineral, L = 0.11 L w,i ΔL w >N1 Codo S eficaz = ² ΔL w >N1 Trao 500x400, lana ineral, L = 1.91 ΔL w >N1 Codo S eficaz = ² ΔL w >N1 Trao 500x400, lana ineral, L = 0.91 N1- >N2 Trao 500x400, lana ineral, L = 0.30 N2- >N4 Trao 500x400, lana ineral, L = 2.70 N4- >N3 Trao 400x400, lana ineral, L = 3.70 N3- >I5 Trao 300x300, lana ineral, L = 0.90 N3- >I5 Cabio sección ΔL w ΔL w ΔL w ΔL w ΔL w de S entrada = ², S salida = ² ΔL w I5 Salida de aire S eficaz = ², Ω = π D t,io L w,o I5 Salida de aire S eficaz = ², v = 5.2 /s L w,o L w,o,total D = 4, r = 1.43, R = ² L n,d Clasificación según curvas NR: 50 7

8 Cálculo del nivel de presión sonora noralizada, L n,d, de la apertura 'R3' Eleento Descripción Magnitud Valor por banda de frecuencia (Hz) L A K 2K 4K (dba) A1 Fuente q = 3411 ³/h, ΔP = Pa, L w = 83.3 db >N2 Trao 500x400, lana ineral, L = 0.43 L w,i ΔL w >N2 Codo S eficaz = ² ΔL w >N2 Trao 500x400, lana ineral, L = 0.63 ΔL w >N2 Codo S eficaz = ² ΔL w >N2 Trao 500x400, lana ineral, L = 0.94 ΔL w >N2 Codo S eficaz = ² ΔL w >N2 Trao 500x400, lana ineral, L = 0.94 ΔL w >N2 Codo S eficaz = ² ΔL w >N2 Trao 500x400, lana ineral, L = 1.71 N2- >N3 Trao 500x400, lana ineral, L = 0.30 N3- >N5 Trao 500x400, lana ineral, L = 2.70 N5- >N4 Trao 400x400, lana ineral, L = 3.53 N4 Derivación N4 Cabio sección S entrada = ², S salida = ² ΔL w ΔL w ΔL w ΔL w ΔL w de S entrada = ², S salida = ² ΔL w N4- >R3 Trao 300x300, lana ineral, L = 0.44 ΔL w N4- >R3 Codo S eficaz = ² ΔL w N4- >R3 Trao 300x300, lana ineral, L = 2.06 N4- >R3 Cabio sección ΔL w de S entrada = ², S salida = ² ΔL w R3 Entrada de aire S eficaz = ², Ω = 2 π D t,oi L w,o L w,o,total D = 2, r = 1.11, R = ² L n,d Clasificación según curvas NR: 40 Notas: L w,i : Nivel de potencia de la fuente sonora, para cada frecuencia en db y ponderado A, dba. L w : Atenuación de la potencia sonora en cada trao de la red de conductos, db. D t,io : Atenuación de la potencia sonora en la salida de aire de la abertura de ipulsión, db. D t,oi : Atenuación de la potencia sonora en la entrada de aire de la abertura de retorno, db. L w,o : Nivel de potencia sonora de salida para el caino sonoro procesado, db. L w,o,total : Nivel de potencia sonora total para la abertura de aire, db. D: Factor de directividad de la abertura. r: Radio de la ayor esfera que puede ser inscrita en el recinto eisor,. R: Coponente del capo reverberante, ². L n,d : Nivel de presión sonora noralizada producido por la abertura de aire en el recinto receptor, db. 8

9 Cálculo del nivel sonoro continuo equivalente por intervalo horario: Se uestra en este apartado la coposición de niveles de presión sonora continua equivalente de cada equipo y abertura de aire para los intervalos de uso horario establecidos, agrupados confore a los periodos teporales de evaluación definidos en el Anexo I del Real Decreto 1367/2007 por el que se desarrolla la Ley 37/2003, de 17 de noviebre, del Ruido, calculados según: donde t i representa las horas de funcionaiento del equipo en cada intervalo T considerado, siendo estos de 12 h para el día (T = d, de 7 h a 19 h), 4 h para la tarde (T = e, de 19 h a 23 h) y 8 h para la noche (T = n, de 23 h a 7 h). Se uestra tabién el índice de ruido día-tarde-noche, L den, asociado a la olestia global producida a lo largo del día por cada equipo y por el conjunto de los isos, definido en el Anexo I del Real Decreto 1513/2005 por el que se desarrolla la Ley 37/2003, de 17 de noviebre, del Ruido. La forulación utilizada para calcularlo, que realza el ruido producido en el periodo nocturno, es la siguiente: La coposición de niveles sonoros continuos equivalentes de varias fuentes se realiza coo sua de niveles sonoros, y los resultados finales para el recinto receptor se coparan, si es necesario, con los valores líite L d, L e y L n fijados coo objetivos de calidad acústica para ruido aplicables al espacio interior habitable (tabla B, Anexo II, RD 1367/2007), o bien con los valores líite L K,d, L K,e y L K,n, para el ruido transitido a locales colindantes por actividades (tabla B2, Anexo III, RD 1367/2007). Referencia L p Funcionaiento (h) L Aeq,d L Aeq,e L Aeq,n L den (dba) día tarde noche (dba) (dba) (dba) (db) A I R Notas: L p : Nivel de presión acústica, dba. L Aeq,T : Nivel de presión sonora continuo equivalente ponderado A de ruido aéreo en el intervalo T, dba. L den : Índice de ruido día-tarde-noche, db. Figura 3 Listado de cálculo detallado generado para la inisión sonora en un recinto receptor. Resultados generados para el edificio copleto Adeás de los listados por recinto, se añade tabién un nuevo capítulo al estudio acústico del edificio realizado por el prograa, referente al nivel sonoro continuo equivalente, y forado por dos subcapítulos. En el priero, se uestra una tabla, a odo de resuen, con los recintos 9

10 con los valores ás desfavorables de inisión sonora, clasificados según CTE DB HR, y con los valores exigidos por norativa en los casos donde proceda. Estos recintos ás desfavorables aparecen nuerados, con objeto de, en el segundo subcapítulo, ostrar para ellos de fora ordenada y referenciada las fichas de cálculo detallado correspondientes a esos cálculos en un forato ás adecuado para su inclusión en el infore del edificio copleto. Figura 4 Infore del cálculo de inisión sonora de los recintos del edificio integrado en el estudio acústico del edificio elaborado por el prograa. CONCLUSIONES Al térino de este desarrollo inforático, los logros alcanzados con el nuevo ódulo de cálculo periten estiar los niveles de inisión sonora en recintos producidos por: - equipos procedentes de la instalación de cliatización, estén éstos conectados con la red de conductos o no (calderas, fancoils, splits, cliatizadoras, etc.), - equipos genéricos introducidos por el usuario en Aislaiento [6], especificando para ellos potencia sonora (L w ) y horario de uso, - aberturas de la red de conductos del sistea de cliatización. Adeás, se controla el cupliiento norativo de la Ley 37/2003, del Ruido; y se calcula, a odo inforativo, el índice de ruido día-tarde-noche, L den, de cada recinto, y todos estos resultados se integran en el estudio acústico que se realiza autoáticaente para el edificio copleto, junto con los resultados del cálculo del aislaiento a ruido aéreo y de ipactos. Este desarrollo, adeás, prepara y abre las puertas a futuras ipleentaciones siilares de ódulos de cálculo del ruido producido por otras instalaciones dentro de los edificios, coo son las de suinistro y evacuación de agua, que se llevarían a cabo confore se detallen y validen étodos de cálculo adecuados para estas instalaciones. Por tanto, este desarrollo no sólo resulta coercialente interesante por sí iso, sino que establece un rubo a seguir y una nueva filosofía de herraientas software integradas donde se analicen todos los factores influyentes en la acústica edificatoria, con la consiguiente ejora natural en el diseño y 10

11 apreciación del factor acústico en los edificios, de acuerdo a los objetivos arcados en el PSE BALI. REFERENCIAS [1] Código Técnico de la Edificación. [2] Ley 37/2003, de 17 de noviebre, del Ruido, y sus desarrollos reglaentarios en el Real Decreto 1513/2005 y en el Real Decreto 1367/2007. [3] Proyecto Singular Estratégico BALI (Building Acoustics for Living). [4] EN :2009. Building acoustics. Estiation of acoustic perforance of building fro the perforance of eleents. Part 5: Sound leves due to the service equipent. [5] Instalaciones del edificio adaptado al CTE: Fontanería, Gas, Contra incendio, Saneaiento, Telecounicaciones, Electricidad, Cliatización y aislaiento, Energía solar térica. CYPE Ingenieros, S.A. [6] Software para la coprobación de la opción general de cálculo del CTE DB HR. Protección frente al ruido. CYPE Ingenieros, S.A. [7] Software de Cliatización y Calefacción. CYPE Ingenieros, S.A. [8] Generador de precios de la construcción. CYPE Ingenieros, S.A. [9] 2005 ASHRAE Handbook: Fundaentals. Chapter 7. Sound and vibration. ASHRAE 2005, ISBN: [10] 2007 ASHRAE Handbook: HVAC Applications. Chapter 47. Sound and vibration control. ASHRAE 2007, ISBN: