Se consideran subsistema secundario aquellos dispositivos encargados de:

Transcripción

1 Capítulo CARACTERIZACIÓN Los subsistemas secundarios tienen como objetivo calcular las necesidades de los locales y la energía a aportar a los mismos para combatir idealmente la carga sensible. Se consideran subsistema secundario aquellos dispositivos encargados de: - Tratar el aire (calentamiento, enfriamiento, humidificación, deshumidificación) - Transporte del aire (conductos) - Difusión del aire (rejillas y difusores) - Ventilación (tomas de aire exterior y de expulsión) - Purificación (filtros) Los subsistemas secundarios se denominan, a veces, "sistemas de aire", equipos del "lado del aire" o simplemente, "sistemas" por lo que en este manual se hace referencia a ellos usando cualquiera de estos términos. En este análisis simplificado no se tienen en cuenta los circuitos ni de agua ni de refrigerante, puesto que la comunicación entre el secundario, y el subsistema primario se hace a partir de sus consumos (lazos energéticos). Así como, todos los equipos autónomos, en los que se enfría aire mediante la expansión directa de un refrigerante, se definen y clasifican desde el lado del aire. Para completar la caracterización de un sub-sistema secundario en CE3 es necesario definir las capacidades opcionales de cada uno de los tipos existentes. Entre ellas cabe destacar: Enfriamiento gratuito Entre las técnicas de recuperación de energía del lado del aire se encuentra el enfriamiento gratuito, a veces conocido como "free-cooling" cuando lo que se pretende es usar el aire exterior para refrigerar; o bien enfriamiento gratuito por agua de torre, cuando con este agua se consigue enfriar agua (en sistema todo agua) o aire (en sistemas mixtos). Se une al free-cooling el tipo de control que se elija (por temperaturas o por entalpía). Recuperación de energía del aire de expulsión CE3 permite recuperar parte de la energía del aire de expulsión para precalentar la corriente de aire exterior en invierno y pre-enfriarla en verano. Es necesario especificar su efectividad, y el tipo: estático o dinámico, ya que si es dinámico se le asocia un consumo eléctrico. 12

2 Capítulo 2. Pre-enfriamiento del aire primario Consiste en aplicar un enfriamiento evaporativo al aire primario a introducir en el edificio. Este enfriamiento puede ser directo (aumenta la humedad del aire) o indirecto (a través de un intercambiador, por lo que no aumenta su humedad); y tiene asociado un consumo. Control de la unidad En CE3, para la mayoría de los sistemas, es necesario especificar los horarios de disponibilidad de frío y calor, así como las temperaturas y humedades mínimas y máximas de impulsión. Para los sistemas centrales es necesario especificar cómo se controla la temperatura a la salida de las secciones de refrigeración y calefacción de la UTA. Los valores permitidos son: - Temperatura constante La temperatura de impulsión se mantiene constante durante todo el periodo de funcionamiento, variando en cada momento el caudal de aire a impulsar. - Caudal constante Se variará la temperatura de impulsión para combatir de manera íntegra la carga sensible de la zona o zonas alimentadas (en el caso del multizona, al sistema se le pasará la suma de las cargas de todas las zonas). - Por zona de control Eligiendo la zona de control en un sistema multizona, se calcula en cada intervalo de tiempo la temperatura a la que se debería impulsar la corriente de aire para combatir la carga en la misma. 13

3 Capítulo CLASIFICACIÓN La clasificación tendrá en cuenta: la aplicabilidad de la herramienta a sistemas existentes y la variada terminología empleada en el sector de la climatización. Los sistemas se clasifican según los siguientes criterios: Según el fluido que llega a los locales: - Todo aire: solo llega aire - Todo agua: solo llega agua - Todo refrigerante: solo llega refrigerante - Mixtos: Agua-aire ó refrigerante-aire Según la fuente energética para tratar el aire: - Hidrónicos: el aire intercambia calor con agua. Esta agua procede de los sistemas primarios. - Autónomos: el intercambio se realiza con refrigerante. Se enfría el aire por la expansión directa de un refrigerante utilizando baterías de expansión directa. El sistema primario viene integrado en los mismos. Pueden suministrar calefacción a los locales si se definen como bomba de calor. - Efecto Joule: el aire es calentado a partir de resistencias eléctricas. - Enfriamiento evaporativo: se enfría el aire mediante evaporación de agua. Según la capacidad de climatización: - Unizona: la unidad climatiza una única zona. - Multizona: varias zonas reciben tratamiento de una misma unidad. Según el caudal de aire que trata la unidad: - Caudal constante: se fija el caudal de aire que impulsa la máquina. - Caudal variable: se varía el caudal de aire que impulsa la máquina. La definición y clasificación en CE3 de los diferentes sistemas es la siguiente: Todo aire - Climatizadora: Caudal constante Climatizadora de aire primario Solo calefacción 14 Caudal variable Sólo ventilación Recalentamiento terminal

4 Capítulo 2. Enfriamiento evaporativo Doble conducto TIPO DE SISTEMA CLIMATIZACIÓN LOCALIZACIÓN Caudal constante Agua fría y caliente Multizona \ Unizona Caudal variable Agua fría y caliente Multizona \ Unizona Climatizadora de aire primario Agua fría y caliente Multizona \ Unizona Sólo ventilación Solo ventilación Multizona \ Unizona Solo calefacción Joule o Agua Caliente Multizona \ Unizona Recalentamiento terminal Joule o Agua Caliente Unizona Enfriamiento evaporativo Enfriamiento evaporativo y/o Joule o Agua Caliente Multizona \ Unizona Doble conducto Agua fría y caliente Multizona \ Unizona Todo refrigerante/mixtos refrigerante-aire - Autónomo: Caudal constante de aire Caudal variable de aire BdC lazo cerrado TIPO DE SISTEMA CLIMATIZACIÓN LOCALIZACIÓN Aut. de caudal constante aire Autónomo Multizona \ Unizona Aut. de caudal variable aire Autónomo Multizona \ Unizona Aut. BdC (circuito cerrado) Autónomo Multizona \ Unizona Todo agua Fan-coil Radiador de agua Radiador eléctrico Suelo emisor Hilo emisor TIPO DE SISTEMA CLIMATIZACIÓN LOCALIZACIÓN Fan-coil Agua fría y caliente Unizona Radiador de agua Agua fría y caliente Unizona Suelo radiante Agua fría y caliente Unizona Hilo radiante Joule Unizona Radiador eléctrico Joule Unizona 15

5 Capítulo SIMULACIÓN HIPÓTESIS Los sistemas se relacionan a partir de lazos energéticos, así cada secundario recibe la carga de la zona que climatiza y los sistemas multizona reciben como carga la suma de las cargas sensibles en cada intervalo de tiempo de la simulación, salvo en el caso de control por zona determinada. El caudal de aire exterior/primario que cada máquina trata, es el definido por el usuario para cada zona del edificio, que a su vez el propio programa internamente relaciona a cada unidad. Se emplean las curvas de CALENER para establecer la variación de algunas variables con respecto a sus parámetros: - Bombas. Variación del consumo con el caudal - Ventilación. Variación del consumo con el caudal en dos casos: caudal variable sin/con variador de frecuencia - Variación de la potencia térmica de autónomos con las condiciones exteriores. - Variación del consumo de autónomos por carga parcial. La cuantificación de las pérdidas se hace a través de % que el usuario puede manipular, es decir, se establece un % de pérdidas en conductos como aumento de la carga sensible de la zona y % en tuberías como aumento de la potencia demandada del secundario al primario. La simplificación de los ventiladores da lugar a dos comentarios: si el motor está en mitad de la corriente de aire se dice que toda la potencia eléctrica que consume se disipa en forma de calor; y el funcionamiento en modo ventilación se hace siempre que la carga sensible de la zona es nula y la máquina está operativa. En el caso de existencia de recuperador de energía del aire de expulsión y de que se aplique free-cooling, se hace un by-pass del recuperador. A su vez, el recuperador dinámico tiene un consumo constante y fijado por el usuario. En cuanto al módulo de frío, existen dos valores por : el factor de by-pass que toma un valor de 0.3 en batería de frío, de ahí que solo se requiera un parámetro a introducir por el usuario (potencia total de la unidad) para definirla; y en el módulo evaporativo cuando se instala directo e indirecto, primero actúa el directo. Los sistemas consumidores de electricidad, en el caso de exceder su capacidad, se contabiliza que consumen el máximo de su capacidad, pero se informará de no haber satisfecho su función. 16

6 Capítulo 2. Las unidades de tratamiento de aire primario, funcionarán a caudal constante con temperatura de impulsión constante en cada uno de los dos regímenes. Las climatizadoras de doble conducto son consideradas de caudal constante, lo que varía es el caudal que se enfría y el que se calienta. Es importante destacar el criterio de reparto de los consumos de energía en los sistemas secundarios según el régimen de funcionamiento (calefacción o refrigeración): 1. Si la unidad responde a un horario de funcionamiento, este fija el reparto. 2. Según el signo de la carga sensible a combatir por la unidad (+ refrigeración \ calefacción). 3. En el caso de que la carga sensible que recibe como entrada sea nula, y la máquina tenga funcionamiento en modo solo ventilación, recibiendo además como entrada activa que se combate carga de refrigeración y calefacción, el reparto de consumos se hace al 50% para cada régimen PARÁMETROS Los parámetros de la instalación definen las características del secundario así como su instalación. Según la unidad elegida, se tendrá unos posibles modos de funcionamiento, y la necesidad de definir unos u otros parámetros. Se presentan agrupados según la subunidad específica de la máquina a la que afecta su definición. Así como, su definición: valor por o valor a fijar por el usuario. En primer lugar se comentan todos los parámetros asociados a los sistemas secundarios, y posteriormente la definición de las unidades. El sistema puede ser unizona o multizona, eso lo fijará el usuario cuando determine las relaciones en el paso previo PARÁMETROS DE ENTRADA AL SIMULADOR Todos los secundarios simulados tienen en común las entradas que reciben para ejecutar la simulación, las cuales son: 1 Carga sensible W 2 Carga latente W 3 Temperatura seca local ºC 4 Humedad absoluta local Kg agua / Kg a.s. 5 Temperatura seca aire primario ºC 17

7 Capítulo 2. 6 Humedad absoluta aire primario Kg agua / Kg a.s. 8 Da calefacción Binario 9 Da refrigeración Binario 10 Caudal de infiltración Kg/s 11 Caudal de ventilación Kg/s - Las cargas que recibe (1 y 2) son las referidas a la/s zona/s que reciben tratamiento de la unidad. - La temperatura seca del local la fija el usuario. - La humedad absoluta del local se deja oscilar libremente, siendo su evolución calculada en cada paso de tiempo a través del balance entre la carga latente combatida por el sistema y la del local. Cuando el sistema que alimenta a la zona es un multizona, el caudal de aire que le llega a la zona puede venir fijado por el usuario (existencia de un tratamiento terminal), o calcularse de manera aproximada admitiendo que en un sistema multizona la cantidad de aire que le llega a la zona está ponderada por el tamaño de la misma. - Da calefacción y/o refrigeración, le indica a la máquina que a las zonas a las que le llega aire tienen cargas de calefacción (-) y/o refrigeración (+) MOVIMIENTO DE AIRE Ventilación - Caudal de ventilación m 3 /h - Funcionamiento en modo ventilación, cuando las cargas del local sean nulas, solo ventilará. Ventiladores - Posición del ventilador en la instalación: impulsión, retorno o ambos. - Caudal nominal m 3 /h. - Factor de consumo específico W/(m 3 /h), se facilitará como valor por 0.8. El cálculo de la potencia consumida por el ventilador en cuestión, será fruto del producto de este parámetro por el caudal circulante. - Posición del motor. Dentro o fuera de la corriente, para tener en cuenta el calentamiento debido al mismo suponiendo que toda la potencia eléctrica consumida se disipa en la corriente de aire si el motor está dentro de la misma. - Se ofrecerá al usuario la posibilidad de no recircular aire en la máquina, de manera que toda la impulsión será aire primario. - Se aplican las curvas de CALENER para modificar el consumo eléctrico al variar el caudal. La curva POT-VENT Q en el caso de que sea una regulación sin variador de frecuencia, y la curva REND-ELEC-FCP en caso contrario. 18

8 Capítulo MOVIMIENTO DE AGUA Bombas - Factor de transporte W/(L/h). Por 0.4. Un valor asociado a la red de refrigeración y otro a la de calefacción. Puede valer cero si no hay bomba asociada al secundario. - Corrección de este consumo a través de la curva de parcialidad de CALENER (POT-BB_CAUDAL). El caudal nominal será el especificado en la batería correspondiente. Parámetros Definición Rango valor por Valor por 1 Factor de transporte agua de refrigeración W/(L/h) Factor de transporte agua de calefacción W/(L/h) 0.4 * Datos imprescindibles a introducir por usuario ** Lo fija el tipo de unidad elegida SISTEMAS HIDRÓNICOS - Batería de frío y calor. - Tipo de Fan-coil, 2 tubos o 4 tubos. Parámetros Definición Rango valor por Valor por 1 Existe batería de agua fría 1 Existe 0 No existe ** 2 Capacidad total de la batería de frío kw * 3 Caudal de agua nominal de la batería frío L/h 15 19

9 Capítulo 2. 4 Tipo de regulación de la batería frío 0 - Válvula de tres vías 1 - Válvula de dos vías 1 - Válvula de dos vías 5 Existe batería de agua caliente 1 Existe 0 No existe ** 6 Capacidad total de la batería de calor kw ** 7 Caudal de agua nominal de la batería calor L/h Tipo de regulación de la batería calor Tipo de Fan-Coil 0 - Válvula de tres vías 1 - Válvula de dos vías 0 2 tubos 1 4 tubos 1 - Válvula de dos vías 0 2 tubos * Datos imprescindibles a introducir por usuario ** Lo fija el tipo de unidad elegida AUTÓNOMOS - Se define por el usuario la potencia total. - Consumo kw eléctrico nominal; distinguiendo si tiene en cuenta el consumo de ventiladores para anular los factores de transporte asociados. - Se aplican las siguientes curvas de CALENER (fcp: factor de carga parcial): Utilidad Capacidad total de refrigeración con la temperatura (interior exterior) Capacidad sensible de refrigeración con la temperatura (interior exterior) Consumo eléctrico de refrigeración con la temperatura Nombre curva CapTotRef_T- EQ_ED_AireAire_SF- Defecto CapSenRef_T- EQ_ED_AireAire_SF- Defecto ConRef_T- EQ_ED_AireAire_SF- Defecto 20

10 Capítulo 2. Corrector de la capacidad total de refrigeración con el fcp Corrector del consumo eléctrico de refrigeración con el fcp Capacidad total de calefacción con la temperatura (interior exterior) Consumo eléctrico de calefacción con la temperatura Corrector del consumo eléctrico de calefacción con el fcp CapTotRef_FCP- EQ_ED_AireAire_SF- Defecto ConRef_FCP- EQ_ED_AireAire_SF- Defecto CapCAL_T- EQ_ED_AireAire_BDC- Defecto ConCAL_T- EQ_ED_AireAire_BDC- Defecto ConCAL_FCP- EQ_ED_AireAire_BDC- Defecto Parámetros Definición Rango valor por Valor por 1 Sistema autónomo de frío 1 - Sí 0 - No ** 2 Capacidad total del autónomo de frío kw * 3 Consumo eléctrico autónomo de frío KW * 4 Sistema autónomo BdC 1 - Sí 0 - No ** 5 Capacidad total BdC KW * 6 Consumo eléctrico BdC KW * 7 Consumo de ventiladores asociado al consumo de la unidad 1 Sí 0- No 0 - No * Datos imprescindibles a introducir por usuario ** Lo fija el tipo de unidad elegida 21

11 Capítulo PÉRDIDAS CONDUCTOS Y TUBERÍAS La siguiente tabla muestra la elección del % de pérdidas según sea la longitud y aislamiento. Tabla % pérdidas Conductos / tuberías Longitud Nivel Aislante % Corto Alto 1 Medio 2 Bajo 3 Largo Alto 3 Medio 4 Bajo 5 Muy largo Alto 5 Medio 6 Bajo 7 - Las pérdidas en el caso de conductos se tomarán como un % de la carga sensible del local según la tabla. - En el caso de tuberías (Agua-refrigerante), el % será el de la tabla, que será referido a la potencia necesaria en la batería correspondiente, y supondrá un aumento de la demanda al primario. Este valor será diferente en los circuitos de refrigeración y calefacción. - Por ambos valores valen 4% (longitud larga y nivel medio de aislamiento) Parámetros Definición Rango valor por Valor por 1 Pérdidas tuberías de agua en refrigeración % 4 2 Pérdidas tuberías de agua en calefacción % 4 3 Pérdidas conductos de aire % 4 * Datos imprescindibles a introducir por usuario ** Lo fija el tipo de unidad elegida 22

12 Capítulo CONTROL DEL SISTEMA Los niveles de control del sistema son: - Control de caudal. Caudal CTE o VBLE. Si es variable se especificará la temperatura de impulsión en modo calefacción y en refrigeración (control por temperatura constante). - Control de la temperatura de impulsión para cada régimen de funcionamiento. - En multizona, posible control de una zona determinada. - Control de las condiciones críticas de impulsión. Temperatura mínima y máxima, humedad mínima y máxima de impulsión. - Horario de funcionamiento de la climatizadora de aire primario, en forma de hora del año de inicio de cada régimen. Parámetros Definición Rango valor por Valor por 1 Sistema de caudal de aire variable 1 - Sí 0 - No ** 2 Temperatura impulsión en calefacción ºC 30ºC 3 Temperatura impulsión en refrigeración ºC 15ºC 4 Control de zona determinada en multizona 1 - Existe control de una de las zonas 0 - No existe 0 - No existe 5 Control de la impulsión 1 - Existe 0 - No existe 0 - No existe 6 Temperatura mínima del aire de impulsión ºC 12ºC 7 Temperatura máxima del aire de impulsión ºC 50ºC 23

13 Capítulo 2. 8 Humedad relativa mínima del aire de impulsión % 10% 9 Humedad relativa máxima del aire de impulsión % 80% 10 Hora del año de inicio del modo calefacción Hora del año de inicio del modo refrigeración para CAP Hora del año de inicio del modo calefacción para CAP * Datos imprescindibles a introducir por usuario ** Lo fija el tipo de unidad elegida AHORRO DE ENERGÍA Enfriamiento gratuito por aire exterior: el usuario especifica si se aplica esta medida, y el tipo de control (por entalpía o por temperaturas). La simulación considera que funcionará cuando la zona demande carga de refrigeración, y sea aplicable. Recuperador de energía del aire de expulsión: el usuario especifica si existe esta utilidad y su eficiencia. La simulación no lo hará funcionar siempre que el freecooling por aire exterior exista y se aplique. Pre-enfriamiento evaporativo del aire primario: se elige el tipo de evaporativo (directo/indirecto) y el consumo. El programa internamente suprime el recuperador en el caso de que ambas medidas sean activadas y aplicables. Parámetros Definición Rango valor por Valor por 1 Enfriamiento gratuito Freecooling por aire exterior 1 - Sí 0 - No * 24

14 Capítulo 2. 2 Tipo de control del Freecooling 1 -Por entalpía 0 - Por temperatura 0 - Por temperatura 3 Enfriamiento gratuito con agua de torre 1 - Sí 0 - No * 4 Recuperación de energía del aire de expulsión 1 - Existe 0 - No existe * 5 Eficiencia del recuperador % 70% 6 Tipo de recuperador de calor aire de expulsión 1 -Estático 0 - Dinámico 1 - Estático 7 Consumo eléctrico recuperador dinámico KW * 8 Pre-enfriamiento evaporativo del aire primario 0 - No se aplica 1 - Aplica 0 - No se aplica 9 Eficiencia del preenfriamiento evaporativo % 60% 10 Consumo del preenfriamiento evaporativo W/(m3/h) Tipo de pre-enfriamiento evaporativo 1 - Directo 2 - Indirecto 1 - Directo * Datos imprescindibles a introducir por usuario ** Lo fija el tipo de unidad elegida 25

15 Capítulo EFECTO JOULE Posibilidad de dar calefacción por efecto joule. Parámetros Definición Rango valor por Valor por 1 Existe fuente de calor por efecto Joule 1 Sí 0 No ** 2 Potencia máxima del efecto joule kw * * Datos imprescindibles a introducir por usuario ** Lo fija el tipo de unidad elegida ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO El aire se refrigera por enfriamiento evaporativo, sea directo, indirecto o ambos. Parámetros Definición Rango valor por Valor por 1 Enfriamiento evaporativo 0 - No existe 1 - Existe y es directo 2 - Es indirecto 3 -Ambos ** 2 Factor de consumo directo W/(m3/h) Fracción de aire de impulsión tratada en el directo Eficiencia del enfriamiento evaporativo directo 1 - Sí 0 - No ** 5 Factor de consumo indirecto W/(m3/h) Fracción de aire de impulsión tratada (indirecto)

16 Capítulo 2. 7 Eficiencia del enfriamiento evaporativo indirecto 1 Sí 0- No 0 - No 8 Tipo de corriente secundaria 1 - Aire exterior 0 - Aire de expulsión 1 - Aire exterior * Datos imprescindibles a introducir por usuario ** Lo fija el tipo de unidad elegida MODELO DE SIMULACIÓN En este apartado se resume el algoritmo matemático implementado en la simulación de cada una de las funciones/elementos que componen los sistemas secundarios. Para hacer una explicación sugerente de este modelo se recurre a la descripción de los pasos involucrados y necesarios para el desarrollo de la simulación de las diferentes unidades. A. Cálculo de las condiciones de impulsión: - Lectura de la carga sensible (Q SEN (W), positiva en refrigeración y negativa en calefacción); temperatura seca (T LOC ) y humedad absoluta ( LOC ) del local; temperatura seca (T EXT ) y humedad absoluta ( EXT ) del aire exterior/primario (puede venir pre-tratado). - Las pérdidas en los conductos de aire se tienen en cuenta como un aumento de la carga sensible. - El pre-enfriamiento evaporativo del aire primario, transforma las condiciones del aire exterior leídas con anterioridad, y cuantifica el consumo eléctrico y el ahorro de energía que supone su aplicación. Además se evita el paso de este aire pre-tratado por el recuperador. A la salida de esta aplicación se tiene: La temperatura húmeda del aire exterior, y la eficiencia del sistema evaporativo. Si el evaporativo es directo, conlleva un aumento de humedad: El calor específico del aire húmedo, constante y de valor 1005 J/Kg K, y la entalpía de vaporización del agua J/Kg. 27

17 Capítulo 2. El consumo eléctrico P We de la aplicación se obtiene al multiplicar el factor de consumo F p.e. W/(m 3 /h de aire tratado) por el caudal de aire exterior: - Temperatura y caudal de impulsión, existen los siguiente casos: - Unidad de caudal constante de impulsión, la temperatura de impulsión sería: - Unidad a caudal variable de impulsión, la temperatura impulsión queda fijada como parámetro, y el caudal resulta: Este caudal queda limitado al mínimo de ventilación. - Unidad multizona con control de una zona determinada. Caudal de impulsión a esa zona calculado a partir de los datos del usuario, y si no es posible, ponderado por el área de la zona; por lo que la temperatura necesaria de impulsión se calcula con la carga de esa zona y este caudal. B. Ventiladores: - Consumo eléctrico de ventiladores PWe calculado a partir del Fc potencia específica W/(m 3 /h), caudal impulsado y curvas de CALENER, para dos casos: - Funcionamiento a carga parcial de ventilador sin variador de frecuencia: Siendo Q el caudal impulsado por el ventilador (m 3 /h); y el factor corrector del consumo, resultado de aplicar la curva de CALENER (POT-VENT Q) con el grado de parcialidad (Q/Q NOM ). Si funciona en régimen nominal, el factor corrector vale la unidad. - Funcionamiento a carga parcial del ventilador con variador de frecuencia: Similar al caso anterior pero la curva de CALENER (REND- ELEC-FCP) ofrece un nuevo valor del factor corrector del consumo. 28

18 Capítulo 2. - Calentamiento del aire a su paso por ventilador si el motor se sitúa dentro de la corriente de aire, toda la potencia eléctrica consumida por el ventilador se disipa en forma de calor al aire: Siendo M el caudal de aire por el ventilador Kg/s C. Enfriamiento gratuito por aire exterior: - Cuando exista demanda de refrigeración (carga sensible a combatir por la máquina positiva) esta medida es aplicable. Se debe elegir el tipo de control: por temperatura o por entalpía. El criterio de decisión es que cuando la temperatura o entalpía del aire exterior sea menor que la del aire de la zona (de retorno), se aumenta el caudal de aire exterior por la máquina. - Pueden suceder varios casos: 1 er caso, en el que la temperatura exterior sea mayor que la de impulsión solicitada por la máquina, por lo que todo el caudal de aire de impulsión pasa a ser de aire exterior; 2º caso, en el que la temperatura exterior sea menor que la de impulsión, por lo que se mezclará parte del aire exterior con aire del retorno (siempre cumpliendo el mínimo de ventilación). Este proceso de mezcla hasta una temperatura se resuelve mediante el teorema del valor medio. - El ahorro de energía que supone esta medida viene caracterizado por el aumento del caudal de aire exterior y su menor temperatura con respecto al aire recirculado: D. Enfriamiento gratuito por agua de torre: - El criterio de aplicabilidad es el siguiente: se puede conseguir ahorro energético empleado el agua de la torre de refrigeración como fluido refrigerante, siempre que se pueda conseguir la misma a una temperatura inferior a 15ºC. Es por tanto, cuando las condiciones exteriores (temperatura húmeda) permitan que el agua se sitúe a esas temperaturas. - El ahorro energético se obtiene de evaluar el caudal de agua en la torre a una temperatura menor de 15ºC (salto entre la temperatura), y la temperatura del agua en la torre se entiende que alcanza el equilibrio térmico con el aire exterior y se coloca a bulbo húmedo: 29

19 Capítulo 2. E. Recuperador de energía de aire de expulsión: - Es aplicable en los dos regímenes, tanto calefacción como refrigeración, siempre y cuando el free-cooling no sea aplicable. Tiene un consumo asociado (constante) cuando es del tipo dinámico y se aplique. - Consiste en la simplificación de un intercambiador aire-aire (aire exterior aire expulsión de la zona), que esta caracterizado por la eficiencia fijada por el usuario: siendo F. Enfriamiento evaporativo: - Existen dos tipos: directo o indirecto. Pueden aparecer por separado o combinados (primero actuaría el indirecto, y la corriente de salida se haría pasar por el indirecto). - En primer lugar se fija el aire a tratar por el sistema a través de un parámetro introducido por el usuario, y siempre como mínimo el caudal de aire de ventilación. - Directo: Fijada la eficiencia del intercambio y las propiedades de la corriente de entrada se obtiene: Con la temperatura seca y temperatura húmeda del aire a la entrada de la unidad. Se evalúa el consumo del sistema a partir de la potencia específica suministrada como parámetro y el caudal de aire tratado; y la temperatura de impulsión requerida, para en el caso de tener capacidad ajustarse a la misma regulando el caudal de agua a inyectar. Si la fracción de aire tratada no es el 100%, a la salida del mismo se mezcla con el resto de caudal de impulsión. - Indirecto: El cambio con el caso anterior, es que ahora no se vaporiza agua en la corriente principal, sino en una secundaria. Esa corriente se satura y es la que fija la temperatura de bulbo húmedo (máximo enfriamiento posible), para después hacerla pasar por un intercambiador aire-aire en el que se enfría la corriente principal (% tratado de la misma). Así: Pero no hay cambio de humedad al ser directo: El funcionamiento de la unidad es similar al caso anterior, con los cambios mencionados. 30

20 Capítulo 2. G. Unidad de refrigeración: - Es la unidad encargada de enfriar la corriente de aire de impulsión. - Como parámetros se tienen la corriente de aire antes de la batería de agua fría o evaporador y la temperatura de impulsión requerida. - Se fija el factor de by-pass a 0.3, y se calcula la temperatura de ADP: : temperatura de impulsión requerida : temperatura seca de la corriente antes de su paso por la unidad. - El punto de ADP queda fijado por su temperatura debido a que es un estado de aire saturado, por lo que se conoce la humedad del mismo. - El enfriamiento puede ser solo sensible o sensible latente. Solo es sensible cuando la humedad del aire a la entrada de la unidad sea menor o igual a la del punto ADP ( ; en cambio, conlleva una condensación de agua siempre que la humedad del aire de entrada sea mayor que la del punto ADP, lo que resultaría una humedad de salida: - La potencia demandada en el secundario de frío es la suma de la carga sensible y latente en la unidad, aumentada por el % de pérdidas en tuberías H. Unidad de calefacción: - Calentar el aire hasta una temperatura dada. Los parámetros y ecuaciones son similares al caso anterior, salvo que ahora no hay cambio de humedad en ninguno de los casos, es un calentamiento sensible. I. Bombeo: - En los hidrónicos, el usuario informa si tiene bomba asociada al sub-sistema secundario. En el que caso que sea así, se fija un caudal de agua nominal de circulación por la batería, y con este caudal y su potencia nominal, se establece la variación de la potencia específica Pe (W/(L/h)) que consume la bomba a partir de la curva de CALENER POT-BB_CAUDAL. Esta corrección es función de la relación entre el caudal que mueve la bomba y el caudal nominal de la misma, es decir, del grado de parcialidad de la potencia de la batería cuando se regula con una válvula de dos vías (variando el caudal), ya que si es tres vías la regulación se hace elevando la temperatura de entrada en batería mediante recirculación del agua de salida (el usuario elige el tipo de válvula de su batería). 31

21 Capítulo 2. J. Autónomo: - El tratamiento energético en cuanto a la refrigeración y calefacción es idéntico, la diferencia se asocia al tratamiento de los consumos eléctricos asociados y la aplicación de las curvas de CALENER. - El usuario aporta el consumo de la máquina en condiciones nominales, incluyendo o no el de ventiladores (incluirlo significa anular la potencia específica asociada al bloque de ventilación). 2.4.CATÁLOGO En este punto se exponen los modos de funcionamiento y las características de las unidades existentes en el programa CLIMATIZADORA Se entiende por climatizadora, un sistema centralizado que utiliza, en la mayoría de los casos, agua como fluido caloportador, para intercambiar de forma indirecta con el aire. Se engloban con esta nomenclatura, sistemas de calefacción por efecto Joule y enfriamiento evaporativo. La ventilación es a través de la misma. Un esquema simplificado de esta unidad podría ser: Figura 2. 1: Esquema simplificado de una climatizadora A la vista del esquema superior, se ofrece una descripción del funcionamiento de la misma: Zonificación Unizona si climatiza a una sola zona; y multizona cuando varias zonas reciben tratamiento de la unidad. 32

22 Capítulo 2. Ventilación Se eligen como parámetros los caudales de aire primario, aire recirculado y aire de impulsión que mueve la unidad, así como la posición de ventiladores. Refrigeración A través de una batería de frío, combinado o no con un enfriamiento evaporativo, o con este último únicamente. Calefacción Batería de calor o resistencia eléctrica. Ahorro de energía Recuperación de energía de aire de extracción, enfriamiento gratuito por aire exterior o por agua de torre y pre-enfriamiento evaporativo del aire primario. Control Tipo de regulación: caudal variable o constante, temperatura de impulsión, control de zona. Control de impulsión: temperaturas y humedades mínimas y máximas aceptables. Otras consideraciones Se tiene en cuenta: la posibilidad de tener una bomba asociada al secundario, las pérdidas por conductos y tuberías, el sobrecalentamiento debido a ventiladores y pérdidas de rendimiento en equipos por funcionamiento a carga parcial (curvas de CALENER). Se comentan las particularizaciones hechas al modo de funcionamiento convencional, con el fin de obtener ciertas unidades presentes en las instalaciones: CAUDAL CONSTANTE La climatizadora funciona con caudal de impulsión constante, variando la temperatura del aire a la salida de la misma para combatir la carga (de la/s zona/s climatizadas o controladas) CAUDAL VARIABLE Se varía el caudal de aire de impulsión, pudiendo tener fijadas las temperaturas de impulsión (modo calefacción y refrigeración), o siendo resultado del control de una de las zonas SÓLO VENTILACIÓN Son aquellos sistemas que sólo ventilan y/o extraen aire de los locales por lo que no necesitan producción de frío ni de calor. No son capaces de suministrar calefacción ni refrigeración. El único consumo de estos sistemas se debe a los ventiladores de impulsión y extracción. 33

23 Capítulo MÓDULO ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO Ofrece frío por enfriamiento evaporativo únicamente, además de ventilación. Se simplifica la necesidad de acoplar otra unidad que ofrezca calefacción, ofreciendo la posibilidad de establecer una fuente de calor independiente en esta unidad. Un esquema simplificado de lo comentado es: Figura 2. 2: Esquema simplificado de un módulo de enfriamiento evaporativo con calefactor SOLO CALEFACCIÓN Cuando sólo es capaz de aportar calor (batería de calor o efecto Joule) a los locales sin poseer capacidad alguna de suministrar refrigeración RECALENTAMIENTO FINAL Es una particularización de una climatizadora de forma más crítica, dando lugar a un tratamiento final solo de calefacción. Esta unidad solo puede aparecer acoplada a sistemas multizona. Se muestra un esquema simplificado: Figura 2. 2: Esquema simplificado de una climatizadora 34

24 Capítulo CLIMATIZADORA DE AIRE PRIMARIO Esta climatizadora responde al modelo comentado anteriormente, a diferencia, de que el usuario establece un horario de funcionamiento para calefacción y refrigeración, fijando la temperatura de impulsión de estos sistemas CLIMATIZADORA DOBLE CONDUCTO Bajo esta nomenclatura se considera un caso particular de climatizadora en el que la unidad produce aire frío y caliente simultáneamente. El caudal de aire que se enfría/calienta se determina para que las condiciones del aire de impulsión (tras la mezcla de las dos corriente) satisfagan la carga sensible a combatir por la unidad; por lo que es variable el caudal que circula por cada sub-sistema (frío-calor). Resto de consideraciones similares a la climatizadora convencional. Figura 2. 3: Esquema simplificado de una climatizadora de doble conducto AUTÓNOMO Sistemas en los que hay un intercambio directo aire refrigerante. La refrigeración/ calefacción se realiza por el cambio de fase del refrigerante. Se engloban sistemas: compactos y divididos Split/ multi-split; y de descarga directa e indirecta. Como muestra el esquema simplificado inferior, la unidad puede trabajar en modo solo frío o como bomba de calor; así puede ofrecer el resto de servicios de la climatizadora antes comentada. Teniendo como particularizaciones: unizona/multizona y caudal constante/variable. Además en todos los autónomos modelados se permite que el usuario elija entre condensación por aire o por agua. 35

25 Capítulo 2. Figura 2. 4: Esquema simplificado de un sistema autónomo CAUDAL CONSTANTE El sistema autónomo funciona con caudal de impulsión constante, variando la temperatura del aire a la salida de la misma para combatir la carga (de la zona/s climatizadas o controladas) CAUDAL VARIABLE Se varía el caudal de aire de impulsión, pudiendo tener fijadas las temperaturas de impulsión (modo calefacción y refrigeración), o siendo resultado del control de una de las zonas BdC CIRCUITO CERRADO Este sistema permite integrar su unidad exterior a un circuito de agua (condensador en refrigeración o evaporador en calefacción), de tal manera que el calor residual lo cede a ese circuito, pudiendo recuperarse. El usuario puede activar este modo de funcionamiento, o simplemente instalar un sistema BdC. 36

26 Capítulo TODO AGUA FAN-COIL Figura 2. 5: Esquema simplificado de un termoventilador Esta unidad puede ser a dos tubos o a cuatro tubos, pudiendo dar frío o calor. Posibilidad de tener asociado un sistema de bombeo y un ventilador HILO RADIANTE Figura 2. 6: Esquema simplificado de un hilo radiante Funcionamiento en modo calefacción por efecto joule; este calentamiento se disipa en radiación y convección SUELO RADIANTE Figura 2. 7: Esquema simplificado de un suelo radiante Similar al anterior pero con agua caliente 37

27 Capítulo RADIADOR Figura 2. 8: Esquema simplificado de un sistema autónomo Ambos radiadores funcionan en modo calefacción solamente. El calor a la zona se aporta tanto por radiación como por convección RESUMEN DE SISTEMAS DE CLIMATIZACIÓN Uds. Mixtas - Todo Aire VENTILACIÓN REFRIGERACIÓN CALEFACCIÓN CLIMATIZADORA AIRE PRIMARIO X X X CLIMATIZADORA X X X CAUDAL CTE X X X CAUDAL VBLE X X X SOLO VENTILACIÓN X SOLO CALEFACCIÓN X X RECALENTAMIENTO FINAL X MOD. ENF. EVAPORATIVO X X * CLIMATIZADORA DOBLE CONDUCTO X X X AUTÓNOMO X X X CAUDAL CTE X X X CAUDAL VBLE X X X BDC LAZO CERRADO X X X * Existe la posibilidad de acoplarle un sub-sistema de calefacción. Uds Todo agua VENTILACIÓN REFRIGERACIÓN CALEFACCIÓN FAN-COIL X X RADIADOR DE AGUA X SUELO RADIANTE X HILO RADIANTE X RADIADOR ELÉCTRICO X 38

28 Capítulo DEMANDA DE AGUA CALIENTE SANITARIA La demanda de ACS debida a cocina, cuartos de baño, aseos se define como un secundario a través de los siguientes parámetros: Parámetros 1 Demanda de ACS (l/día) 2 Fracción horaria de la demanda (de un día tipo) 3 Temperatura de producción de ACS (ºC) 4 Temperatura de red para cada uno de los meses del año (ºC) Valor por Temperatura de referencia 60 (ºC) 39