CLIMATIZACIÓN DE UN LABORATORIO DE TECNOLOGÍA BIOMÉDICA EN VALENCIA

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1 ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI) INGENIERO INDUSTRIAL CLIMATIZACIÓN DE UN LABORATORIO DE TECNOLOGÍA BIOMÉDICA EN VALENCIA Autor: Ana Maté López Director: Javier Martín Serrano Madrid Mayo 2014

2 AUTORIZACIÓN PARA LA DIGITALIZACIÓN, DEPÓSITO Y DIVULGACIÓN EN ACCESO ABIERTO ( RESTRINGIDO) DE DOCUMENTACIÓN 1º. Declaración de la autoría y acreditación de la misma. El autor D. Ana Maté López, como alumna de la UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS (COMILLAS), DECLARA que es el titular de los derechos de propiedad intelectual, objeto de la presente cesión, en relación con la obra Climatización de un laboratorio de tecnología biomédica, que ésta es una obra original, y que ostenta la condición de autor en el sentido que otorga la Ley de Propiedad Intelectual como titular único o cotitular de la obra. En caso de ser cotitular, el autor (firmante) declara asimismo que cuenta con el consentimiento de los restantes titulares para hacer la presente cesión. En caso de previa cesión a terceros de derechos de explotación de la obra, el autor declara que tiene la oportuna autorización de dichos titulares de derechos a los fines de esta cesión o bien que retiene la facultad de ceder estos derechos en la forma prevista en la presente cesión y así lo acredita. 2º. Objeto y fines de la cesión. Con el fin de dar la máxima difusión a la obra citada a través del Repositorio institucional de la Universidad y hacer posible su utilización de forma libre y gratuita ( con las limitaciones que más adelante se detallan) por todos los usuarios del repositorio y del portal e ciencia, el autor CEDE a la Universidad Pontificia Comillas de forma gratuita y no exclusiva, por el máximo plazo legal y con ámbito universal, los derechos de digitalización, de archivo, de reproducción, de distribución, de comunicación pública, incluido el derecho de puesta a disposición electrónica, tal y como se describen en la Ley de Propiedad Intelectual. El derecho de transformación se cede a los únicos efectos de lo dispuesto en la letra (a) del apartado siguiente. 3º. Condiciones de la cesión. Sin perjuicio de la titularidad de la obra, que sigue correspondiendo a su autor, la cesión de derechos contemplada en esta licencia, el repositorio institucional podrá: (a) Transformarla para adaptarla a cualquier tecnología susceptible de incorporarla a internet; realizar adaptaciones para hacer posible la utilización de la obra en formatos electrónicos, así como incorporar metadatos para realizar el registro de la obra e incorporar marcas de agua o cualquier otro sistema de seguridad o de protección. 1

3 (b) Reproducirla en un soporte digital para su incorporación a una base de datos electrónica, incluyendo el derecho de reproducir y almacenar la obra en servidores, a los efectos de garantizar su seguridad, conservación y preservar el formato.. (c) Comunicarla y ponerla a disposición del público a través de un archivo abierto institucional, accesible de modo libre y gratuito a través de internet. 1 (d) Distribuir copias electrónicas de la obra a los usuarios en un soporte digital. 2 4º. Derechos del autor. El autor, en tanto que titular de una obra que cede con carácter no exclusivo a la Universidad por medio de su registro en el Repositorio Institucional tiene derecho a: a) A que la Universidad identifique claramente su nombre como el autor o propietario de los derechos del documento. b) Comunicar y dar publicidad a la obra en la versión que ceda y en otras posteriores a través de cualquier medio. c) Solicitar la retirada de la obra del repositorio por causa justificada. A tal fin deberá ponerse en contacto con el vicerrector/a de investigación (curiarte@rec.upcomillas.es). d) Autorizar expresamente a COMILLAS para, en su caso, realizar los trámites necesarios para la obtención del ISBN. d) Recibir notificación fehaciente de cualquier reclamación que puedan formular terceras personas en relación con la obra y, en particular, de reclamaciones relativas a los derechos de propiedad intelectual sobre ella. 5º. Deberes del autor. 1 En el supuesto de que el autor opte por el acceso restringido, este apartado quedaría redactado en los siguientes términos: (c) Comunicarla y ponerla a disposición del público a través de un archivo institucional, accesible de modo restringido, en los términos previstos en el Reglamento del Repositorio Institucional 2 En el supuesto de que el autor opte por el acceso restringido, este apartado quedaría eliminado. 2

4 El autor se compromete a: a) Garantizar que el compromiso que adquiere mediante el presente escrito no infringe ningún derecho de terceros, ya sean de propiedad industrial, intelectual o cualquier otro. b) Garantizar que el contenido de las obras no atenta contra los derechos al honor, a la intimidad y a la imagen de terceros. c) Asumir toda reclamación o responsabilidad, incluyendo las indemnizaciones por daños, que pudieran ejercitarse contra la Universidad por terceros que vieran infringidos sus derechos e intereses a causa de la cesión. d) Asumir la responsabilidad en el caso de que las instituciones fueran condenadas por infracción de derechos derivada de las obras objeto de la cesión. 6º. Fines y funcionamiento del Repositorio Institucional. La obra se pondrá a disposición de los usuarios para que hagan de ella un uso justo y respetuoso con los derechos del autor, según lo permitido por la legislación aplicable, y con fines de estudio, investigación, o cualquier otro fin lícito. Con dicha finalidad, la Universidad asume los siguientes deberes y se reserva las siguientes facultades: a) Deberes del repositorio Institucional: La Universidad informará a los usuarios del archivo sobre los usos permitidos, y no garantiza ni asume responsabilidad alguna por otras formas en que los usuarios hagan un uso posterior de las obras no conforme con la legislación vigente. El uso posterior, más allá de la copia privada, requerirá que se cite la fuente y se reconozca la autoría, que no se obtenga beneficio comercial, y que no se realicen obras derivadas. La Universidad no revisará el contenido de las obras, que en todo caso permanecerá bajo la responsabilidad exclusiva del autor y no estará obligada a ejercitar acciones legales en nombre del autor en el supuesto de infracciones a derechos de propiedad intelectual derivados del depósito y archivo de las obras. El autor renuncia a cualquier reclamación frente a la Universidad por las formas no ajustadas a la legislación vigente en que los usuarios hagan uso de las obras. La Universidad adoptará las medidas necesarias para la preservación de la obra en un futuro. b) Derechos que se reserva el Repositorio institucional respecto de las obras en él registradas: retirar la obra, previa notificación al autor, en supuestos suficientemente justificados, o en caso de reclamaciones de terceros. 3

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7 CLIMATIZACIÓN DE UN LABORATORIO DE TECNOLOGÍA BIOMEDICA EN VALENCIA Autor: Maté López, Ana Director: Martín Serrano, Javier Entidad Colaboradora: ICAI Universidad Pontifica Comillas Ana Maté López Página 1

8 Resumen RESUMEN DEL PROYECTO El objetivo de este proyecto es definir la instalación de climatización para un edificio en Valencia destinado al uso médico como es un laboratorio de tecnología biomédica. Para ello se realizarán los cálculos de refrigeración, calefacción y ventilación necesarios con el fin de diseñar la totalidad de los sistemas que doten de las condiciones de confort establecidas para sus ocupantes durante todos los días del año. El sistema de climatización se ha diseñado teniendo en cuenta las condiciones climatológicas más desfavorables en hora y mes tanto para como para invierno. El edificio en cuestión consta de dos plantas, la planta baja con una superficie climatizada de 791,24 m 2 compuesta por una serie de laboratorios y salas de investigación y la planta primera con una superficie de 984,35 m 2 en la que aparte de laboratorios, se hallan aulas de docencia o salones de actos entre otros módulos. Se van a considerar como lugares no climatizados todos los servicios y las escaleras, mientras que los ascensores no serán objeto de estudio pero si se supondrán climatizados. En primer lugar, se realiza un estudio del Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE) ya que es el que regirá los criterios a seguir en el diseño de la instalación. Acto seguido se evalúan los planos arquitectónicos proporcionados por la empresa constructora para estudiar los diferentes usos de los módulos, las superficies acristaladas, las diferentes orientaciones así como los datos climatológicos externos de la ubicación del laboratorio. Como condiciones interiores que se desean fijar se establecen 24º en verano y 22ºC en invierno, con una humedad relativa en ambos casos del 50%. También se fijan los diferentes coeficientes de transmisión que servirán para cuantificar las cargas térmicas, según los materiales empleados en dicha construcción. Evaluando las zonas a climatizar habrá una distinción entre los módulos que requieran una muy buena calidad de aire, que serán los laboratorios, y el resto de módulos que requerirán sencillamente una buena calidad de aire. Estos primeros, serán los que van a ser climatizados mediante climatizadores para llevar un control más estricto de la limpieza de aire mediante una serie de filtros tanto en impulsión como en extracción para tampoco contaminar el aire ambiente. El resto de módulos serán climatizados con unidades de Fan coils. Para el cálculo de cargas térmicas que influyen en el edificio (transmisión, radiación, ocupación, equipos e iluminación) se emplea el manual Carrier, facilitando su cálculo mediante unas hojas de cálculo Excel elaboradas exclusivamente para esos cálculos. Así se obtiene una primera aproximación de las necesidades de cada módulo en cuanto a carga térmica que deberán ser capaces de vencer los equipos de climatización. A partir de estos resultados se dimensionan por un lado los Fan coils que se utilizaran en la mayoría de los módulos con un resultado total de 66 Fan coils de tres Ana Maté López Página 2

9 Resumen modelos diferentes, todos ellos de tipo cassette hidrónico del fabricante Carrier. Estos Fan coils constarán de cuatro tubos, dos de entrada de agua fría y caliente y dos de salida, y se ubicarán en el falso techo. Cada equipo dispondrá de un sistema de regulación de caudal con el fin de optimizar el uso de los mismos y adecuar las condiciones interiores a la variación de ocupación que se pueda dar en estos módulos. Y por otro lado se calculan los diferentes requerimientos de los climatizadores para los módulos que le corresponden, a partir del ábaco psicométrico hallando entre otros el caudal de impulsión o potencias frigoríficas y caloríficas. Estos datos son los que conformaran los requisitos de cada climatizador que tras ser recopilados se facilitaran al fabricante Trox, para que elabore una elección del modelo adecuado. Finalmente se utilizarán 10 climatizadores para salas de laboratorios o similar, y otros 2 climatizadores que trataran el aire primario que será enviado a los Fan coils. Estos climatizadores se dispondrán en la cubierta con el fin de alimentar a sus módulos mediante la distribución por conductos. Es importante destacar que debido a la necesidad de calidad de aire, los climatizadores no dispondrán de un recuperador energético ya que se debe evitar el contacto entre aire de impulsión y de extracción. Esto facilitará el control de la calidad del aire, pero encarecerá el gasto energético de los climatizadores. Así pues la distribución de aire se ha diseñado igualmente siguiendo el manual Carrier, limitando la velocidad del aire y la máxima pérdida de carga admitida, y a partir del caudal se halla el diámetro que deben cumplir los conductos. Estos bajaran mediante bajadas por las paredes del edificio, ramificándose en cada planta por los falsos techos, suministrando a climatizadores y Fan coils del aire necesario. En el caso de los módulos con climatizadores, este aire será impulsado directamente por disfusores del tipo DLQ 600*600 de Trox, y retornado por el mismo tipo pero ahora como rejilla de retorno. En el caso de los módulos climatizados por Fan coils, este aire será distribuido por el equipo y retornado por rejillas Trox, dimensionadas según el caudal de retorno estimado. Como ya se ha mencionado previamente, en el caso de los climatizadores será obligado el uso de filtros que aseguren una calidad de aire IDA 1, fijada por el RITE para edificios con uso final como el de los laboratorios. Este serie de filtros serán en primer lugar un filtro G3 y un filtro F9, y después del ventilador del climatizador un filtro H13. Posteriormente previo a la difusión ya en el módulo, se dispondrá de nuevo de un filtro H13, y previa expulsión al ambiente se colocará otro del mismo modelo. El diseño de tuberías de agua se ha llevado a cabo siguiendo las mismas directrices que en los conductos, fijando una pérdida de carga máxima y un límite de velocidad. En este punto se podrá ya dimensionar la caldera y el equipo frigorífico, encargados de climatizar el agua que alimente a Fan coils y climatizadores, ambos con un salto térmico entre el agua de entrada y de salida de 5 ºC. Ana Maté López Página 3

10 Resumen Se dispondrán en la cubierta igualmente un total de doce bombas, cuatro para el circuito primario (dos de agua fría y dos de caliente), y otras ocho del circuito secundario, correspondiendo cuatro al agua destinado a Fan coils, fría y caliente y otras cuatro a los climatizadores. Cada bomba llevará asociada en paralelo una bomba de repuesto para asegurar el suministro ininterrumpido de agua para el caso en el que surgieran problemas con alguna de ellas, y una serie de válvulas de regulación o corte para el caso en el que hubiera que llevar a cabo actividades de mantenimiento o parada. Se incluyen los pliegos del análisis de los elementos de la instalación, para mostrar las condiciones que debe cumplir la ejecución de la instalación en cada punto del sistema. Para obtener los modelos, características o precios de los equipos se han consultado los catálogos de los fabricantes que se anexan en la presente memoria. Asimismo se especifican en los planos, el diseño de los conductos y tuberías planta por planta, así como su disposición en cubierta y esquemas donde se esbozan los diferentes componentes del sistema de producción de agua caliente y fría, así como la composición de climatizadores y Fan coils. Por último se elabora un resumen de elementos empleados con su medición y diferentes precios con el fin de cuantificar la inversión económica que supondría el presente proyecto concluyendo un precio estimado de la instalación de ,29. Ana Maté López Página 4

11 AIR CONDITIONING OF A BIOMEDICAL TECHNOLOGY LABORATORY IN VALENCIA Author: Maté López, Ana Director: Martín Serrano, Javier Collaborating institution: ICAI Universidad Pontifica Comillas Ana Maté López Page 1

12 Summary The objective of this project is to define the air conditioning for a building in Valencia intended as a biomedical technology laboratory. It is necessary to calculate cooling, heating and ventilation to be able to make the design of all the systems that will provide comfort conditions laid down for its occupants during every day of the year. The conditioning system will be designed taking into account the most unfavorable weather conditions in winter and summer. The building has two floors, the ground floor with a heated area of m 2 composed of a number of laboratories and research rooms and the first floor with an area of m 2 in which there will be some other more laboratories, and teaching classrooms or halls among other modules. They will be considered unheated places all toilets and stairs, while the elevators are not subject of this study but will be considerated as heated places. First of all, a study of the Regulation of Thermal Installations in Buildings is performed (RITE) to take into account the criteria that needs to be followed in the design of the conditioning system. Then the architectural drawings provided by the construction company have to be studied to learn the different uses of the modules, the glazed surfaces, the different orientations and external weather data for the location of the laboratory. As indoor conditions we will set down 24 degrees in summer and 22 º C in winter, with a relative humidity in both cases 50%. Different transmission coefficients will be used to quantify thermal loads, depending on the materials used for such construction. While evaluating unheated areas there will be a distinction between modules that require a very good air quality, such as the laboratories, and other modules that simply require good air quality. Those will be the ones that will be heated by air conditioners to keep tighter control of the quality of the air using filters both to the impulsion and extraction in order not to contaminate the ambient air. The remaining modules will be heated with Fan coils units. To calculate thermal loads affecting the building (transmission, radiation, occupancy, equipment and lighting) it is used the Carrier Manual, facilitating it by using Excel spreadsheets developed exclusively for these calculations. So a first approach to the needs of each module is obtained in thermal load and these should be able to be overcome by the conditioning equipment selected. From these results first of all, are selected Fan coils that need to be used in most of the rooms. Eventually, 66 Fan coils are choose in three different models, all type hydronic cassette from Carrier. These possess four tubes, two inlet hot and cold water and two out, and will be located in the false ceiling of each floor. Each unit will be provided of a flow control system in order to optimize the use of the indoor conditions and adapt to the changes of occupancy that can occur in these modules. Ana Maté López Page 2

13 Summary On the other hand are calculated the different requirements of air conditioners, using the information in the psychometric abacus concluding with required information such as the supply flow and heat or cooling power. These data will conform the specs of each air-conditioner that will be provided to supplier Trox, to draw up a suitable choice of air contioner model. Finally 10 for laboratories use, and 2 other conditioners that will treat the primary air that has to be sent to the Fan coils. These coolers are arranged in the deck in order to feed their modules through distribution ducts. Due to the need for special quality air conditioners will not have an energy recovery as it should prevent contact between air supply and extraction. This will facilitate the control of air quality, but will trigger more expensive energy expenditure of conditioners. The air distribution is also designed following the Carrier Manual, limiting the air speed and maximum permissible load loss. These declines come down through the walls of the building, being distributed on each floor by false ceilings, supplying the air conditioners and fan coil the quantity of required air. For modules with air conditioners, the air will be driven directly by Trox DLQ 600 * 600 equipment, and returned by the same type. For modules with Fan coils, this air will be distributed by the Fan coil and returned by Trox grids, sized according to the estimated return flow. As previously mentioned, in the case of conditioners it is necessary the use of filters to ensure air quality IDA 1, set by the RITE, compulsory quality set for buildings among which laboratories. Those filters are primarily a G3 filter and F9 filter, then after the fan of the cooler an H13 filter. Then prior to diffusion in the room there will be again an H13 filter, and after removal there will be another filter of the same model. Water pipes has been carried out following the same guidelines as in the ducts, setting a maximum pressure drop and a speed limit. At this point you should be ready to size the boiler and refrigeration equipment, both with a temperature difference between the water inlet and outlet of 5 º C. Also a total of twelve bombs, four for the primary circuit (two cold and two hot water), and eight of the secondary circuit shall be provided on the roof, corresponding to four water intended for fan coil units, hot and cold and four the other for air conditioners. Each pump will have a pump in parallel to ensure uninterrupted water supply in case there will be any problem arises with any of them, and control valves to allow maintenance activities. The specifications of the analysis of the elements on the installation are included to show the conditions to be met by the implementation of the system at each point of the system. Models, features and prices of the equipment was checked in catalogs of manufacturers. It is also specified in the plans, the design of ducts and pipes plant by plant, and their arrangement on deck and schemes where different components of the production Ana Maté López Page 3

14 Summary of hot and cold water are outlined, as well as the composition of air conditioners and Fan coils. Finally there is a summary of elements used, their quantities and different prices in order to quantify the economic investment ofthis project concluding an estimated installation cost of 269, Ana Maté López Page 4

15 Summary Ana Maté López Page 4

16 Índice del proyecto Índice del proyecto I. Memoria II. Planos III. Pliego de condiciones IV. Presupuesto Ana Maté López Página 1

17 Índice del proyecto Ana Maté López Página 2

18 Memoria Parte I: MEMORIA Ana Maté López Página 3

19 Memoria Ana Maté López Página 4

20 Memoria Índice de la memoria Sección 1: Motivación Objeto del proyecto... 9 Sección 2: Memoria descriptiva Legislación aplicable Descripción del edificio Datos de partida Condiciones exteriores Condiciones internas Características constructivas Condiciones de uso Ocupación Iluminación Renovación del aire Cálculo de cargas Cálculo de cargas de verano Cálculo de cargas de invierno Diseño de la instalación de climatización Diseño de los Fan-coils Diseño de los climatizadores Filtros de los climatizadores Diseño de los conductos de aire Diseño de los difusores Diseño de las rejillas Diseño de las tuberías Diseño de las bombas Diseño de la caldera Diseño del equipo frigorífico Elementos auxiliares Aislamiento de conductos, tuberías y acabados Ana Maté López Página 5

21 Memoria 8. Justificación del cumplimiento R.I.T.E Eficiencia energética en la generación de calor y frío (IT ) Eficiencia energética de las redes de tuberías y conductos (IT ) Eficiencia energética del control de las instalaciones térmicas (IT ) Contabilización de consumos (IT ) Recuperación de energía (IT ) Eficiencia energética de las redes de tuberías y conductos (IT ) Contabilización de consumos (IT ) Recuperación de energía (IT )... Error! Marcador no definido Seguridad en la generación de frío y calor (IT ) Seguridad en las redes de tuberías y conductos (IT ) Seguridad de protección contra incendios (IT ) Seguridad de utilización (IT ) Seguridad de utilización (IT )... Error! Marcador no definido. Sección 3: Cálculos Cálculo de cargas de verano Cálculo por transmisión Transmisión muros y tejados exteriores Transmisión ventanas Transmisión lugares no climatizados Cálculo por radiación solar Cargas internas Ocupación Iluminación Equipos Cargas totales de verano Cálculo de cargas de invierno Cálculo por transmisión Transmisión muros y tejados exteriores Transmisión ventanas Transmisión por Lugares no climatizados Transmisión por suelo Ana Maté López Página 6

22 Memoria 2.2. Cargas totales de invierno Cálculo de caudales de ventilación Resultados finales y representaciones gráficas Elección de Fan-coils Cálculo de climatizadores Cálculos de verano Cálculos de invierno Resultados de cálculo de climatizadores Asignación de climatizadores Cálculos de conductos Elección de difusores Elección de rejillas Dimensionado de conductos Cálculos de tuberías de agua Tuberías para Fan-coils Tuberías para climatizadores Cálculos de diseño de bombas Cálculos de selección de la caldera Cálculos de selección del equipo frigorífico Sección 4: Anexos Tablas de cálculo empleadas Tablas de cálculo Carrier Ábaco psicométrico Ábaco de cálculo de conductos de aire Abaco de cálculo de tuberías por el diagrama de MOODY para tuberías de acero Catálogos de equipos y elementos seleccionados Catálogos de Fan Coils CARRIER Catálogos de Filtros usados en los climatizadores Catálogos de difusores TROX Catálogos de rejillas Catálogos de bombas Catálogos de calderas Ana Maté López Página 7

23 Memoria 2.7. Catálogos de equipos frigoríficos Elección climatizadores TROX Perdida de carga máxima según módulos Sección 5: Bibliografía Ana Maté López Página 8

24 Memoria: Motivación Sección 1: Motivación 1. Objeto del proyecto El presente proyecto tiene por objeto la definición de la climatización de un laboratorio situado en la ciudad de Valencia, cumpliendo con las especificaciones técnicas y legales a las que deben ajustarse las instalaciones de climatización para este tipo de edificaciones. Las instalaciones a desarrollar en el presente estudio comprenderán la totalidad de los sistemas de refrigeración, calefacción y ventilación necesarios durante todos los días del año en una instalación de dichas características. El uso de los módulos del laboratorio será variado, desde laboratorios de investigación a salas de docencia, con diversas máquinas y accesorios por lo que, deberá llevarse a cabo un análisis exhaustivo para dotar del mayor confort posible a todos sus ocupantes teniendo en cuenta que el uso de dicho edificio será ininterrumpido a lo largo del año. La presente memoria pretende ser clara y concisa en la descripción de la metodología usada en el cálculo así como en la elección de los equipos que componen la climatización del edificio para que se pueda llevar a cabo el proyecto cumpliendo las condiciones exigidas y buscando siempre una simplicidad de uso y mantenimiento. El presente proyecto se ha realizado de acuerdo con el manual de Carrier cuyo uso es muy extendido en el ámbito de la climatización de las edificaciones. La instalación propuesta está reflejada en los planos (parte II), las explicaciones más técnicas se encuentran recogidas en el pliego de condiciones (parte III) y para finalizar se dispone de una presupuesto económico detallado junto con los equipos y accesorios escogidos (parte IV). Ana Maté López Página 9

25 Memoria: Memoria Descriptiva Ana Maté López Página 10

26 Memoria: Memoria Descriptiva Sección 2: Memoria descriptiva 1. Legislación aplicable La instalación cumplirá, tanto en los equipos suministrados como en su montaje toda la normativa Legal vigente, cuyos puntos esenciales ligados al presente proyecto son: Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE) e Instrucciones Técnicas complementarias (R.D. 1027/ B.O.E. 29/8/07). Código Técnico de la Edificación (R.D. 314/2006-B.O.E. 28/3/2006). Ordenanzas Municipales y de Comunidad Autónoma: Reglamento de Prevención de Incendios de la Comunidad de Madrid (Decreto 31/2003 de 13 de Marzo). Reglamento de Seguridad para Plantas e Instalaciones Frigoríficas (B.O.E. 6/12/77) e Instrucciones Técnicas complementarias MI-IF (B.O.E. 3/2/78) Reglamento de Aparatos a Presión (B.O.E. 29/5/79), RAP. Reglamento de Redes y Acometidas de Combustibles Gaseosos (B.O.E. 23/7/84) e Instrucciones Técnicas complementarias. Reglamento de Instalaciones Receptoras de Gases Combustibles (B.O.E. 9/1/86). Orden de 9 de Marzo de 1971, por la cual se aprueba la Ordenanza General de Seguridad e Higiene en el Trabajo, con las modificaciones y actualizaciones del Reglamento sobre lugares de trabajo y de la Ley 31/1995, de 8 de Noviembre, de Prevención de Riesgos Laborales. Reglamento de Seguridad y Salud en obras de construcción e Instalaciones (R.D. 1627/97 de 24 de Octubre). Reglamento sobre lugares de trabajo, según Real Decreto 486/1997 de 14 de Abril, por el que se establecen las disposiciones mínimas de seguridad y salud en los lugares de trabajo. Ley de Protección del Ambiente Atmosférico (B.0.E. 9/6/75), e Instrucciones complementarias. Ana Maté López Página 11

27 Memoria: Memoria Descriptiva Real Decreto 909/2001, de 27 de Julio, por el que se establecen los criterios higiénico-sanitarios para la prevención y control de la legionelosis. Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (B.O.E. 18/9/2002) e Instrucciones Técnicas complementarias. Normativa UNE de aplicación. Reglamento de Instalaciones de Gas en locales destinados a usos domésticos, colectivos o comerciales (R. D. 1853/1993 de 22/10/93). Reglamento General del Servicio Público de Gases Combustibles. Instrucción sobre Instaladores autorizados de gas y Empresas Instaladoras. Instrucciones sobre documentación y puesta en servicio de las instalaciones receptoras de gases combustibles. Reglamento de aparatos que utilizan gas como combustible. Directiva del Consejo de las Comunidades Europeas (90/396/CEE) sobre aparatos de gas, Anexo I, punto 3.4, sobre combustión. R.D. 1201/2005, de 10 de Octubre, sobre protección de los animales utilizados para experimentación y otros fines científicos. 2. Descripción del edificio El edificio a climatizar es un hospital situado en la ciudad de Valencia. El edificio originariamente constaba de cuatro plantas de las cuales serán conservadas tan solo dos plantas para realizar el estudio, una de las dos bajo rasante existentes, y una de las dos sobre rasante. El edificio a climatizar posee entonces una planta a ras de suelo, denominada a lo largo del proyecto como planta baja y otra superior, designada como planta primera. Es importante destacar que en el presente proyecto no serán objeto de estudio la climatización de lugares como escaleras o aseos. Estos constituirán los denominados posteriormente en el apartado de cálculo de cargas, como lugares no climatizados cuya aportación deberá tenerse en cuenta en el cálculo de cargas de invierno. Los pasillos por otra parte, se supondrán climatizados aunque no sean estudiados, no aportando así carga térmica a los módulos colindantes. Ana Maté López Página 12

28 Memoria: Memoria Descriptiva Seguidamente se detallan los distintos usos en cada planta: Planta Baja La superficie total climatizada es de 791,24 m 2 Uso de los diferentes módulos: Laboratorios de neurociencias cognitivas, de bioelectromagnetismo y de biomateriales Unidades de psicopatología y neurología Despachos Centros de magnetoencefalografía Centros de neurodiagnóstico Sala de microscopio electrónico Despacho de magnetoencefalogía Sala de Rack de voz y datos Animalario Centro de servidores de comunicaciones e información Talleres de investigación y mantenimiento Planta Primera La superficie total climatizada es de 984,53 m 2 Uso de los diferentes módulos: Laboratorios de bioinstrumentacion, de bio Tic-s, de brain Connectivity, de análisis de imágenes biomédicas y de informática biomédica Despachos Áreas de docencia y salones de actos Salas de profesores y de reunión Salas de reuniones Despachos de gerencia y administración Vestíbulo principal de invitados Centro de documentación de tecnología biomédica Ana Maté López Página 13

29 Memoria: Memoria Descriptiva Las plantas tienen reparticiones muy similares con una misma forma por tanto lo que les hace diferir en superficie climatizada es la existencia de un centro de transformación de baja tensión en la planta baja, necesario para todos los equipos de los que dispone el laboratorio y cuya climatización excede los límites del proyecto. Ambas plantas disponen de un patio céntrico exterior en forma rectangular. Por otro lado, debido a la alta concentración de equipos y maquinaria tecnológica en la planta baja, el vestíbulo de recepción principal se encuentra habilitado en la primera planta atendiendo a una mayor comodidad y estética para los ocupantes de dicho edificio. La altura de cada una de las plantas se ha fijado en 4 metros con el fin de que fuese posible instalar un falso techo no solo para conductos y equipos si no para prever la correcta disposición del filtraje. 3. Datos de partida 3.1. Condiciones exteriores Las condiciones exteriores de Valencia se han obtenido de la tabla 1 del manual Carrier, y son las siguientes: Altitud: 10 m sobre nivel del mar Latitud: 39,51º N Condiciones de verano (15 horas solares mes de Julio) Temperatura seca: 30,3 ºC Humedad relativa: 68 % Temperatura húmeda: 22,6 ºC Variación diurna: 11 ºC Condiciones de invierno Temperatura seca: 1 ºC Variación anual: 32 ºC Ana Maté López Página 14

30 Memoria: Memoria Descriptiva 3.2. Condiciones internas Con el fin de lograr el confort de los ocupantes del edificio, se escogerá tanto temperatura como humedad relativa, dentro de unos parámetros proporcionados por la tabla de la instrucción técnica IT.1 del R.I.T.E, que serán los que se pretende proporcionar a los diferentes módulos climatizados diferenciando entre sí verano e invierno. Condiciones de verano Al tratarse de un laboratorio, está dentro del tipo de aplicación de confort general, donde se estipula para el verano una temperatura seca de entre 23 y 25ºC con una humedad relativa de 45 a 50%. Se establecen así 24ºC de temperatura seca en verano con 50% de humedad relativa. Por otro lado se ha considerado también una temperatura seca de 28ºC en los lugares no climatizados para realizar los cálculos pertinentes. Condiciones de invierno En este caso y siguiendo la instrucción técnica de nuevo, la temperatura seca en invierno debería oscilar entre los 21 y 23ºC con una humedad relativa entre 40 y 50%. Se establecerá entonces una temperatura seca en invierno de 22ºC con una humedad relativa de 50% en todos los locales a climatizar, teniéndose en cuenta que se supondrá una temperatura de 16ºC en los lugares no climatizados Características constructivas Para la realización del estudio de cargas, es necesario realizar una serie de hipótesis descriptivas siempre y cuando estos datos no hayan sido proporcionados con vistas a obtener estimaciones que se ajusten el máximo posible a la realidad. Se presentan a continuación dichas estimaciones: Muros exteriores con un peso medio: 300 kg/m 2 y techos con peso de 200 kg/m 2 Ana Maté López Página 15

31 Memoria: Memoria Descriptiva Cerramientos con colores oscuros Ventanas de vidrio sencillo de 6mm de espesor de 1,5 metros de alto por 0,6 metros de largo con marco metálico y de color claro Estimación del número de ventanas por módulo con sus correspondientes orientaciones y el número medio de ocupantes se muestran en la siguiente tabla Módulo Planta baja Superficie (m^2) Personas N E S W Descripción Laboratorio de neurociencias cognitivas 95, Unidad de psicopatología 18, Despacho 13, Centro de magnetoencefalografía 64, Centro de magnetoencefalografía 13, Centro de neurodiagnostico 15, Centro de neurodiagnostico 18, Centro de neurodiagnostico 18, Centro de neurodiagnostico 15, Centro de neurodiagnostico 15, Centro de neurodiagnostico 18, Centro de neurodiagnostico 18, Centro de neurodiagnostico 15, Centro de neurodiagnostico 13, Laboratorio de bioelectromagnetismo 58, Sala de microscopio electrónico 27, Despacho de magnetoencefalogía 9, Unidad de neurología 14, Laboratorio de neurociencias cognitivas 17, Laboratorio de biomateriales 100, Despacho 9, Despacho 15, Despacho 17, Rack de voz y datos 2,56 1 x x x x 25 Animalario 29, Centro de servidores de comunicaciones e información 33, Despacho 36, Talleres de investigación y mantenimiento 63, Ana Maté López Página 16

32 Memoria: Memoria Descriptiva Planta primera Módulo Descripción Superficie (m^2) Personas N E S W 1 Laboratorio bioinstrumentacion 99, Sala anexo lab bioinstrumentacion 15, Anexo laboratorio y entrada despachos 46, Despacho 10, Despacho 8, Despacho 17, Laboratorio de bio Tic-s 45, Laboratorio de Brain Connectivity 49, Laboratorio análisis de imágenes biomédicas 62, Laboratorio de informática biomédica 53, Área de docencia, sala de actos 25, Sala de profesores invitados 10, Salas de profesores invitados 32, Salón de actos 56, Área de docencia, sala de actos 25, Sala de reuniones 33, Gerencia y administración 10, Gerencia y administración 14, Gerencia y administración 17, Gerencia y administración 17, Gerencia y administración 14, Vestíbulo de acceso 97, Gerencia y administración 14, Gerencia y administración 17, Gerencia y administración 17, Sala de dirección 14, Centro de documentación tecnología biomédica 29, Aula de docencia y seminarios 99, Área de docencia, sala de actos 29, A continuación se muestran los coeficientes de transmisión térmica (K) según los materiales empleados en la construcción del edificio. Ana Maté López Página 17

33 Memoria: Memoria Descriptiva MATERIAL COEFICIENTE (Kcal/m 2 ºC) Cristales (Factor de Ganancia Solar) 0,702 Cristales (K) 2,9 Muros exteriores 0,6 Tabiques con LNC 1,8 Techos 0,8 Suelos 1,1 Puertas 2 La diferencia entre el factor de ganancia solar y el coeficiente K de cristales se estudiara posteriormente en el cálculo de cargas pero en una primera aproximación se precisa que el primero es el coeficiente que afecta al cálculo de cargas por radiación solar muy diferente del segundo cuyo uso es relativo al cálculo de cargas dentro de la transmisión por ventanas. Ana Maté López Página 18

34 Memoria: Memoria Descriptiva 4. Condiciones de uso 4.1. Ocupación Para el cálculo de las cargas, se consideraran los siguientes valores aproximados de ocupación según el distinto uso de los módulos del edificio (los valores exactos habiendo sido mostrados en el apartado anterior): Laboratorios: 20 m 2 por persona Despachos y salas de gerencia o dirección: 10 m 2 por persona Áreas de docencia o salas de reuniones: 4 m 2 por persona Centro de neurodiagnostico: 15 m 2 por persona Estos valores son una media de las estimaciones realizadas pues también están basadas en el número de asientos que se dispongan en el caso de un aula de docencia, o puestos de trabajo disponibles en un laboratorio. Se intenta hacer una ponderación de ocupación media con el fin de estimar valores en concordancia con lo que será el futuro uso del edificio. El nivel de actividad o el metabolismo entre otros factores, influyen en el calor generado por los ocupantes de un estancia, y son pues diferentes de una persona a otra. Por ello se trabaja con valores medios de cargas unitarias aportadas por cada persona tales que: Calor sensible: 61 Kcal/h*persona Calor latente: 52 Kcal/h*persona 4.2. Iluminación Los equipos eléctricos y la iluminación aportan una elevada cantidad de cargas internas por lo que se fijan unos valores medios de potencia por metro cuadrado para tratar de cuantificar de una manera aproximada dicha carga sensible. Iluminación: 20 W/m 2 Equipos: 250 W/persona Ana Maté López Página 19

35 Memoria: Memoria Descriptiva 5. Renovación del aire Para que el aire presente en todas las estancias del laboratorio sea saludable y se den las condiciones higiénicas, ha de haber una renovación de aire continua para que no quede viciado con el paso del tiempo y cargue el ambiente. En la instrucción técnica IT del R.I.T.E. se especifican las categorías de calidad del aire interior en función del uso de los edificios. Atendiendo al reglamento, distinguimos dos tipos de calidades de aire en el edificio según los diferentes usos de los módulos, esto es una distinción en los caudales de ventilación IDA 1 (aire de optima calidad) para todas los laboratorios presentes en el edificio, el caudal de aire exterior por persona será de 20 dm 3 /s*pers o lo que es lo mismo 72 m 3 /h*pers. IDA 2 (aire de buena calidad) para el resto de módulos del edificio, cuyo caudal ascenderá a 12,5 dm 3 /s*pers, es decir 45 m 3 /h*pers. Con estos parámetros se estimará pues el caudal necesario de ventilación para cada módulo a partir del número medio de ocupantes por estancia. Para contrarrestar las infiltraciones casi todos los módulos serán sometidos a una ligera sobrepresión (del 40% del volumen), esto es un caudal de impulsión superior al de extracción, con excepción de los laboratorios que no tendrán esa sobrepresión si no una ligera depresión para llevar un mayor control del aire y evitar que este pueda mezclarse con el aire de otros módulos. 6. Cálculo de cargas 6.1. Cálculo de cargas de verano Para el cálculo de cargas de verano lo primero que habrá que tenerse en cuenta es el mes y la hora más desfavorables para las condiciones del proyecto según la orientación de los diferentes módulos que lo componen. Esto es, estudiar para cada módulo el cálculo de cargas en la hora y el mes de cada una de las orientaciones que dispone para preservar siempre la más desfavorable. Estos parámetros según la orientación son: 8 h de Julio para una orientación Este Ana Maté López Página 20

36 Memoria: Memoria Descriptiva 15 h de Julio para una orientación Norte 16h de Julio para una orientación Oeste 12h de Septiembre para una orientación Sur 15h de Julio para un módulo interior Posteriormente y de acuerdo con los coeficientes de transmisión que se dispongan según materiales de la edificación, se llevara a cabo el cálculo de las cargas térmicas debidas a la transmisión (por muros, ventanas, lugares no climatizados y techos), a la radiación solar, a las cargas internas (por personas, equipos e iluminación) y por último la carga latente aportada por los ocupantes. Se tratará de asegurar de este modo, una correcta refrigeración para las condiciones más desfavorables Cálculo de cargas de invierno En el estudio relativo a las cargas de invierno, solo se tiene en cuenta parte del calor sensible aportado ya que el calor latente aportado por los ocupantes y las cargas internas van a favor de aumentar la temperatura de los módulos que es lo que se pretende en la climatización de invierno. En dicho cálculo se contempla solo las cargas por transmisión (por muros, ventanas, techo, paredes con lugares no climatizados y suelos). Además de acortar los cálculos estos se verán significativamente simplificados por la desaparición de un concepto que se estudiará posteriormente en el apartado de cálculo de cargas de verano, denominado temperatura equivalente y cuya influencia afecta a la transmisión en muros y techos. Ana Maté López Página 21

37 Memoria: Memoria Descriptiva 7. Diseño de la instalación de climatización 7.1. Diseño de los Fan-coils Los Fan-coils son los equipos destinados a la climatización de las estancias que tengan una menor carga o que por su uso no requieran de condiciones especiales de climatización. Por tanto su uso será destinado a todo tipo de módulos que no sean salas de laboratorios en sí, es decir despachos, aulas de docencia, vestíbulos etc. La implantación de Fan-coils en la mayoría de los módulos permitirá un control independiente de la temperatura, consiguiendo así un ahorro de energía cuando la estancia este desocupada y una independencia en tanto que la reparación de un Fan-coil puede llevarse a cabo sin cesar el suministro al resto de habitaciones de una misma planta. Estos aparatos se instalaran en los módulos que así lo requieran en un falso techo que facilitará el acceso tanto de los conductos de impulsión así como el de las tuberías de agua caliente y fría. Los Fan-coils constarán pues de cuatro vías siendo dos para el agua fría, entrante y saliente, y otras dos para el agua caliente. Para su selección se ha tenido en cuenta las cargas sensible y total de verano, la carga total de invierno y el caudal de impulsión necesario para que a partir de estos datos se pudiese llevar a cabo la elección del Fan-coil adecuado para cada módulo a partir del fabricante CARRIER (se dispone del catalogo en los anexos de la presente memoria). Se han dispuesto finalmente de 66 Fan-coils en total para todo el edificio, de la marca Carrier y del tipo Cassette hidrónico dado a su elevada eficiencia y facilidad tanto en su mantenimiento como en su reparación Diseño de los climatizadores Los climatizadores estarán principalmente ubicados en las salas de laboratorios donde la carga térmica es elevada proporcionada en gran medida por los equipos que se ubican en dichos locales, y que además requieren de un especial cuidado debido a la elevada exigencia de calidad del aire tanto en la impulsión como en el retorno. El objetivo es tratar de impulsar aire lo más limpio posible para asegurar las condiciones optimas en los laboratorios, y expulsar al ambiente el aire lo más limpio posible para no contaminar el aire exterior al edificio Ana Maté López Página 22

38 Memoria: Memoria Descriptiva A estos efectos, y como se comentará posteriormente se requerirán una serie de filtros en los climatizadores, prestando especial atención en no mezclar en ningún momento el aire de impulsión con el de retorno. Esto se traduce por un coste energético más elevado que en un climatizador convencional dado que no se podrá disponer de un recuperador de energía que permitiría a partir del aire de extracción calentar en invierno, o enfriar en verano, el aire de impulsión logrando así acondicionar en cierta medida dicho aire sin coste alguno. Se han obtenido 10 climatizadores a partir del cálculo de las potencias necesarias de refrigeración y calefacción de cada local, mediante el diagrama psicométrico y las condiciones internas y externas del edificio. Así mismo se han calculado los caudales de impulsión, retorno y ventilación. Adicionalmente se han dimensionado otros 2 climatizadores (UTA) como sistema de tratamiento del aire primario, que es necesario para tratar el aire para que pueda ser introducido en los módulos climatizados por Fan-coils, con las condiciones de salud y confort idóneas. Trazando una división del edificio en dos mitades, un climatizador acondicionará la llamada configuración Oeste para todos los módulos de ambas plantas climatizadas con Fan-coils que se ubiquen en esta porción de edificio, y análogamente otra configuración Este. Estas dos unidades por el contrario, si dispondrán de un recuperador de calor no existiendo la restricción de la mezcla de ambos aires. Los climatizadores se situarán en la cubierta del edificio, desde el que repartirán el aire debidamente acondicionado mediante conductos y bajando por un hueco en la pared para tuberías para posteriormente ramificarse por el falso techo de la planta. Cada climatizador climatizará una única sala, y la refrigeración o el calentamiento de su aire se llevaran a cabo en el mismo climatizador mediante la entrada y salida de agua fría o caliente llevada mediante tuberías en la misma cubierta directamente desde el grupo frigorífico o la caldera. Estos estarán formados, filtros a parte, por dos ventiladores de extracción e impulsión, y las correspondientes baterías de frío y calor Filtros de los climatizadores Los diez climatizadores relativos a las salas donde propiamente se desarrolla la labor del laboratorio, llevaran incorporados las secciones de filtración necesarias según la normativa. Concretamente la disposición y tipo de filtros serían los siguientes: en la toma de aire exterior se colocará un filtro tipo G3,con una eficacia de filtrado superior al 80 % Ana Maté López Página 23

39 Memoria: Memoria Descriptiva después ira la segunda etapa de filtración consistente en un filtro tipo F9, con una eficacia superior al 95 % en el elemento de difusión se colocará el último tipo de filtro del tipo H13 posterior al ventilador de difusión Este último filtro se trata de una HEPA y es el filtro más importante en la impulsión pues tiene una eficiencia del 99,99%, filtrando partículas a partir de 0,001 µm. Adicionalmente, para dotar de mayor pureza al aire entrante en los laboratorios, y para eliminar todas aquellas partículas que podrían localizarse en los conductos que van desde el climatizador a la rejilla de impulsión, se dispone de otro filtro H13 previo al difusor. Pero como se ha mencionado previamente, la calidad del aire expulsado ha de estar garantizada igualmente para evitar la contaminación del aire exterior. A estos efectos se dispondrá de nuevo de otro filtro del tipo H13, en dicho conducto totalmente independiente del conducto de admisión Diseño de los conductos de aire Se ha dispuesto de una red de conductos en la cubierta del edificio, con su posterior distribución mediante bajadas para conductos empotrados en pared finalizando por su suministro en el falso techo de cada planta. Dichos conductos llevarán aire caliente en invierno y aire frío en verano. El procedimiento seguido en el diseño de los mismos es igual en el caso de conductos de impulsión y en el de conductos de retorno. El dimensionado se lleva a cabo a partir del caudal que circula por la sección de conducto que se desea dimensionar, evaluando a partir de un diagrama para el cálculo de pérdidas de carga de aire para conductos circulares rectos (que se presenta en los anexos) el valor del diámetro circular del conducto que se requiere tanto para la limitación de velocidad máxima a alcanzar en dicho conducto como para la máxima perdida de carga admisible. El resultado siempre será el más desfavorable, es decir el mayor valor de ambos valores obtenidos. No obstante al emplear conductores rectangulares y no circulares, deberá hacerse la debida conversión para obtener el resultado final. Se precisa también de un tamaño mínimo de conducto que deberá ser respetado de 20*20 cm, así como el diámetro del conducto de entrada de aire a los Fan-coils de 10 Ana Maté López Página 24

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