CLIMATIZACIÓN DE UN MUSEO EN SEGOVIA

Transcripción

1 CLIMATIZACIÓN DE UN MUSEO EN SEGOVIA Autor: Frutos Mora, Fernando de Director: Hernández Bote, Juan Antonio. Entidad Colaboradora: ICAI Universidad Pontificia Comillas. RESUMEN DEL PROYECTO El presente proyecto tiene como finalidad climatizar las principales áreas de un museo ubicado en la ciudad de Segovia, respetando las condiciones técnicas y legales establecidas. El sistema de climatización está diseñado para superar las condiciones más desfavorables tanto de verano como de invierno. El edificio en cuestión está constituido por 3 zonas a diferenciar; una principal donde se encuentran la mayoría de las salas de exposición además de la entrada principal; una segunda edificación anexa que consta de cafetería, librería, salas de conferencias, etc.; y una última zona formada por un pequeño edificio con despachos. Todo ello supone un total de m2 a climatizar. Además se dispone de una planta de sótano y un pequeño edificio donde se instalarán los diferentes equipos necesarios para la instalación de climatización. Conocida la disposición del edificio se procede a la realización del cálculo de cargas más desfavorables tanto para la época de verano como para el invierno, sabiendo que para determinar las primeras es necesario conocer la orientación del edificio para estimar el mes y la hora solar más desfavorable en cada zona. El nivel de confort buscado en el interior será el siguiente: Temperatura => Verano: 24ºC / Invierno 22ºC Humedad relativa => 50% para verano e invierno Estas condiciones deberán de obtenerse de manera precisa para la correcta conservación de las obras expuestas en el museo. Esto se consigue mediante la instalación de válvulas de control proporcional antes de los climatizadores y los fancoils.

2 El cálculo de cargas térmicas y de las pérdidas de invierno se realiza con dichos datos, y los referentes a la temperatura, humedad y altitud de la provincia de Segovia, así como los distintos efectos que afectan a los desequilibrios (transmisión, infiltración, radiación, ocupación, iluminación y equipos, para el caso del verano, y transmisión e infiltración para el caso del invierno). Estas cargas y pérdidas se calculan para cada local; y posteriormente, se agrupan dichos locales en zonas según similares características de situación, superficie, y actividad. Así, se diseña un climatizador para cada zona. Una serie de zonas de dimensiones reducidas y que quedan desvinculadas del resto se climatizan a partir de unidades de Fan-coil con regulación independiente. Para la elección de los fan-coils se determina la carga sensible y latente necesaria en cada local en los que se van a instalar. En cuanto al dimensionado de los climatizadores fue necesario determinar los caudales de impulsión y retorno óptimos para climatizar cada núcleo, conforme a las condiciones impuestas de temperatura y humedad. Con estos datos se determinan las potencias frigorífica y calorífica de cada zona, obteniéndose una potencia total para el invierno de aproximadamente Kcal/h (1.557 Kw) y una potencia para el verano de Frig/h (1.736 Kw). Conocidos los caudales de impulsión y retorno de aire, se procede al dimensionado de la red de conductos, difusores y rejillas necesaria para distribuir el aire hasta las diferentes zonas con climatizadores. Se dispone de conductos rectangulares de impulsión y retorno diseñados en función del caudal de aire en cada tramo, mientras que la elección de difusores y rejillas viene determinada por el caudal de impulsión y de retorno respectivamente, así como a motivos estéticos. Además para el funcionamiento de climatizadores y fan-coils, a éstos les ha de llegar el agua en las condiciones precisas. De ahí que con las potencias calorífica y frigorífica se determinan los caudales de agua fría y caliente que proporcionan el grupo enfriador y la caldera respectivamente, y a partir de éstos se dimensiona la red de tuberías de impulsión y de retorno. El cálculo tanto de conductos como de tuberías se realiza mediante el método del rozamiento constate, y permite determinar los puntos más desfavorables para la impulsión de agua y aire.

3 Una vez diseñada la red de conductos y tuberías se realiza la selección del grupo frigorífico y de la caldera que nos permitan poner el agua a la temperatura correcta para el funcionamiento de los equipos. Atendiendo a las cargas calculadas se escogen tres enfriadoras y tres calderas con una potencia nominal de aproximadamente un tercio de la potencia necesaria para de esta forma asegurar el funcionamiento de gran parte de la instalación en caso de fallo de uno de ellos. Cada uno de las calderas y equipos frigoríficos seleccionados serán de 439 y 520 Kw respectivamente. Finalmente se escogen las bombas para que el agua sea capaz de alcanzar el punto más desfavorable de la instalación. Por cada circuito se dispondrán de dos bombas en paralelo con el fin de asegurar el suministro de agua en caso de fallo de una de ellas. Los cálculos y consultas se realizan a partir del manual de climatización CARRIER y los catálogos de fabricantes de los principales elementos. El valor total de la ejecución del proyecto asciende a

4 HEATING AND AIR CONDITIONING OF A MUSEUM IN SEGOVIA Author: Frutos Mora, Fernando de Director: Hernández Bote, Juan Antonio. Entity Collaborator: ICAI Universidad Pontificia Comillas SUMMARY OF THE PROJECT The present project has the purpose to design an air cooling system in the main areas of a museum located in Segovia, respecting the technical and legal established regulations. The system is set up to overcome the most unfavourable conditions of summer and winter. The building comprises 3 different buildings; within the main building is located the majority of the exhibition rooms, together with the hall ; the second building comprises a café, a library, conference rooms, etc ; and the last building is made up of offices exclusively. All this suppose a surface of m2 to air-cooling Also there are a cellar and a small building in which the different heating and air conditioning equipment will be installed. Once the arrangement of the building is known we proceed to determine the most unfavourable conditions for summer and winter. For summer time, it is necessary to know the orientation of the building in order to estimate the most unfavourable month and solar time for each section of the building. In terms of temperature and humidity the desirable comfort level inside the building was set up as follows: Temperature => Summer: 24ºC / Winter: 22ºC Relative humidity => 50% both in summer and winter These conditions will have to be accurately determined for the adequate conservation of the works of art exhibited within the museum. This is sorted it out by the installation of proportional control valves before both the air-cooling equipments and the fan-coils.

5 Base on these data, and those related to temperature, humidity and altitude in the province of Segovia, and taking into account the different factors that could affect to the imbalances (transmission, infiltration, radiation, occupation, lighting and equipments, for summer conditions, and transmission and infiltration for winter ones), we proceed to calculate the total thermal loads during the summer and the thermal losses during the winter in each section. Those calculations are firstly performed for each room, in order to design an air-cooling equipment used to air conditioning one group of these rooms. The rooms are grouped in zones based on similar characteristics (situation, orientation, surface, and activity). Nevertheless, there are some areas different from the others and with limited size which are air-conditioned by fan-coil's units with independent regulation. The selection of the fan-coils is based on the sensitive and the latent load of each area where they are going to be installed. Regarding to the sizing of the air-cooling equipments it is necessary to determine the optimum impulsion and return air volumes for each section, according to the imposed conditions of temperature and humidity. Through these data, the calorific and frigorific powers of each section is determined, having as a result a total power of approximately Kcal/h (1557 Kw) for winter and Frig/h (1736 Kw) for summer. Once the impulsion and return volumes of air are known, we proceed to calculate the air conduits, diffusers and the grilles required to distribute the air to all the areas as projected. The conduits have a rectangular section and are designed by the air volume in each stretch, whereas the diffuser and grilles selection is determinated by the impulsion and return volumes respectively as well as by aesthetic reasons. Also for an adequate functioning of the air cooling equipments and fan-coils, they are properly fed with water. According to the power required; the hot and cold water quantity is calculated for the boiler and the refrigerator, respectively, and the water pipes system is dimensioned. The conduits as well as the water pipes calculations are made by applying the constant friction method, what allows setting the most unfavourable points for the impulsion of water and air.

6 Once the air conduits and the water pipes are designed, we proceed to select the required refrigerating equipments and boilers for the water which allow the system to manage the correct temperature. Three refrigerators and three boilers, with approximately a third part of the total power needed each, are selected in accordance with thermal loads obtained before in order to assure part of the operation of the system in case of failure of one of them. Each boiler and refrigerator will be of 439 and 520 Kw respectively. Finally we choose the most suitable water pumps for each circuit in such a way the water reaches the most unfavourable point of each installation. Two water pumps working in parallel by each circuit will be arranged in order to assure the supply of water in case of failure of one of them. The calculations and queries are made from the manual of air conditioning CARRIER and the manufacturers' catalogues of the principal elements. The estimated investment to complete the project amounts to