Repositorio Institucional de Documentos

Proyecto Climatización de un edificio de oficinas en Zaragoza Memoria Autor: Jose Miguel Martínez Masa Convocatoria: Septiembre Director: Belén Zalba Nonay Especialidad: Mecánica Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 2 Índice Índice ............................................................................................................................................. 1 1. Generalidades ........................................................................................................................... 5 1.1 Objeto .................................................................................................................................. 5 1.2Emplazamiento..................................................................................................................... 5 1.3 Normativa vigente ............................................................................................................... 6 1.4 Características de la edificación .......................................................................................... 6 1.5 Uso del edificio .................................................................................................................... 7 1.6 Ocupación............................................................................................................................ 8 1.7 Resumen del presupuesto ................................................................................................... 8 1.8 Lugar, fecha y firma de los responsables del proyecto ....................................................... 8 2. Limitación de la demanda ......................................................................................................... 9 2.1 Transmitancia de cerramientos opacos. ........................................................................... 10 2.1.1 Transmitancia de los muros de fachada..................................................................... 10 2.1.2 Transmitancia de la cubierta ...................................................................................... 11 2.1.3 Transmitancia en suelos. ............................................................................................ 12 2.2 Transmitancia térmica de huecos. .................................................................................... 12 2.3 Factor solar modificado en huecos ................................................................................... 13 2.4 Opción simplificada ........................................................................................................... 14 3. Estimación de la demanda térmica ......................................................................................... 15 3.1 Condiciones exteriores. ..................................................................................................... 15 3.2. Condiciones interiores...................................................................................................... 18 3.2.1 Zona ocupada. ............................................................................................................ 19 3.2.2 Condiciones del aire interior. ..................................................................................... 19 3.2.3 Condiciones de humedad relativa interior en verano ................................................ 21 3.3.Metodología de cálculo de las cargas de refrigeración. ................................................... 23 3.3.1 Cargas a través de paredes techos y suelos. .............................................................. 23 3.3.2 Cargas a través de superficies acristaladas. ............................................................... 25 3.3.3 Carga debida a la ventilación. .................................................................................... 26 Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 3 3.3.4 Carga debida a las infiltraciones................................................................................. 27 3.3.5 Carga debida a los ocupantes..................................................................................... 27 3.3.6 Carga debida a la iluminación. ................................................................................... 29 3.3.7 Carga debida a máquinas o procesos industriales. .................................................... 30 3.3.8 Carga debida a la propia instalación. ......................................................................... 30 3.3.9 Coeficiente de mayoración o seguridad. .................................................................... 30 3.4. Metodología de cálculo de cargas de calefacción. ........................................................... 30 3.4.1 Cargas a través de paredes y techos y suelos. ........................................................... 30 3.4.2 Cargas a través de superficies acristaladas. ............................................................... 30 3.4.3 Carga debida a la ventilación. .................................................................................... 31 3.4.4 Coeficiente de mayoración o seguridad. .................................................................... 31 3.5. Recuperadores de calor. .................................................................................................. 31 3.6. Cargas máximas en régimen de verano. .......................................................................... 32 3.6.1 Carga real de refrigeración ......................................................................................... 33 3.6.2 Carga sin medidas de ahorro de energía.................................................................... 34 3.6.3 Evaluación de las medidas de ahorro de energía. ...................................................... 36 3.7. Cargas máximas en régimen de invierno. ........................................................................ 37 3.7.1 Carga real de calefacción. .......................................................................................... 37 3.7.2 Cargas sin medidas de ahorro de energía. ................................................................. 38 3.7.3 Evaluación de las medidas de ahorro de energía. ...................................................... 39 3.8. Cargas por locales............................................................................................................. 40 4. Estudio de alternativas ............................................................................................................ 42 4.1 Refrigeración ..................................................................................................................... 42 4.1.1 Estudio general. .......................................................................................................... 42 4.1.2 Estudio de bomba de Calor refrigerada con agua de pozo. ....................................... 43 4.1.3 Estudio de la máquina de absorción. ......................................................................... 44 4.1.4 Comparativa de bomba de calor – absorción ............................................................ 46 4.2 Régimen de invierno. ........................................................................................................ 47 4.2.1 Estudio general. .......................................................................................................... 48 4.2.2 Comparativa entre la caldera y la bomba agua-agua. ............................................... 50 5. Sistema de producción ............................................................................................................ 51 5.1 Bomba de calor ................................................................................................................. 51 Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 4 5.1.1 Principio de funcionamiento ...................................................................................... 51 5.1.2 Equipo seleccionado ................................................................................................... 53 5.1.3 Condiciones de funcionamiento ................................................................................ 54 5.1.4 Bomba de pozo. .......................................................................................................... 56 5.1.5 Calculo del coeficiente de operación COP. ................................................................ 57 5.1.6 Intercambiadores de calor ......................................................................................... 57 5.2 Esquema de principio ........................................................................................................ 59 5.3 Regulación. ........................................................................................................................ 61 5.4 Medidas de seguridad. ...................................................................................................... 62 6. Unidades terminales ............................................................................................................... 63 6.1 Ventilación......................................................................................................................... 63 6.1.1 Unidad de tratamiento de aire ................................................................................... 64 6.1.2 Difusores de impulsión. .............................................................................................. 66 6.1.3 Rejillas de extracción. ................................................................................................. 67 6.2 Suelo radiante. .................................................................................................................. 68 6.2.1 Criterios de selección: ................................................................................................ 68 6.2.2 Ventajas: ..................................................................................................................... 69 6.2.3 Componentes ............................................................................................................. 71 6.2.4 Diseño ......................................................................................................................... 73 7. Cálculo de tuberías y conductos.............................................................................................. 80 7.1 Conductos aire ventilación ................................................................................................ 80 7.2 Cálculo de tuberías ............................................................................................................ 82 7.2.1 Cálculo de pérdida de cargas ..................................................................................... 82 7.2.2 Circuitos de suelo radiante ......................................................................................... 82 7.2.3 Circuito climatizador .................................................................................................. 84 7.2.4 Circuito primario ........................................................................................................ 86 8. Medidas de ahorro de energía ................................................................................................ 87 Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 5 1. Generalidades 1.1 Objeto El presente documento tiene por objeto el diseño de la instalación de climatización de un edificio de oficinas de nueva construcción y realizar el un estudio de las diferentes alternativas energéticas para elegir la que más ahorro produzca. La climatización del siguiente edificio pretende establecer unas condiciones internas de temperatura, humedad y pureza del aire que logren que los ocupantes se encuentren el mejor estado de confort posible. A su vez estas condiciones deben de lograrse de la manera más eficiente, logrando la menor perdida de energía posible, y el máximo aprovechamiento de los equipos. Para conseguir tal finalidad se muestra en este documento y en los restantes el diseño de la instalación, las condiciones de cálculo, los cálculos justificativos necesarios, los materiales empleados y todas las medidas adoptadas para obtener un rendimiento óptimo de la instalación cumpliendo con la normativa vigente. 1.2Emplazamiento El terreno en donde se ubicará el proyecto se encuentra en la Plataforma Logística Plaza, parcela CINS, en el término municipal de Zaragoza, zona climática D3 según el documento HE de ahorro de energía del Código Técnico de la Edificación. Figura 1: Emplazamiento del edificio Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 6 Se encuentra en un polígono industrial dedicado a la logística y con amplias avenidas a ocho kilómetros de la ciudad. El emplazamiento puede consultarse en el plano 01 “Plano de situación”. En el terreno existe la posibilidad del aprovechamiento del nivel freático según muestra el instituto geológico y minero de España y por diversos aprovechamientos de pozos de agua en la zona. Este nivel freático se encuentra entre 10 y 15 metros. 1.3 Normativa vigente En la realización de este proyecto y en la ejecución de la instalación se ha tenido en cuenta las disposiciones de los Reglamentos y Normativas vigentes en España para este tipo de instalaciones: - Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE) y sus Instrucciones Técnicas Complementarias y posteriores correcciones. - Código Técnico de la edificación (CTE). - Normas UNE de aplicación. 1.4 Características de la edificación Por la propia configuración del edificio la planta baja se encuentra dividida en dos partes por una zona de acceso que comunica la entrada principal que da al vial rodado perimetral con el acceso que da a la plaza. Se encuentra retranqueada con respecto a las plantas superiores de modo que se enfatiza el vuelo del volumen de vidrio. En el núcleo de servicios se sitúan las escaleras, ascensores y aseos generales de planta, junto con los huecos previstos para instalaciones. Siguiendo el esquema mencionado las plantas superiores se organizan con una zona de tránsito paralela al núcleo y desde la que se accede a las zonas administrativas que se plantean, pero que se podrían agrupar de diversos modos hasta configurar el esquema de planta libre que se plantea o bien configurar oficinas independientes. Las plantas de oficinas sólo se diferencian por la posible distribución del espacio y por la zona de entrada de luz situada en la esquina central. En torno a este espacio se crea una zona libre con acceso en algunos casos a unos espacios exteriores previstos como zonas de descanso y de estar en cada una de las plantas de oficinas. La planta cuarta se encuentra retranqueada con respecto a las anteriores. Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 7 Sobre ella como ya se ha mencionado, se sitúa una zona prevista para las instalaciones y que queda englobada dentro del volumen macizo del edificio. El edificio no reposa sobre el suelo, sino que lo hace sobra una serie de sotanos y aparcamientos comunes para todos los edificios de la rotonda. La zonificación del edificio se ha decidido realizar según el uso de cada una de estas y de las cargas internas a las que va a estar sometido. No se va a climatizar los locales dedicados a escaleras, limpieza, mantenimiento e instalaciones. Las zonas en las que se ha dividido la superficie a climatizar son las siguientes: Planta baja Vestibulo 226,78 m² Oficina 1 672,00 m² Oficina 2 626,14 m² Baños 47,1 m² Planta 1 Pasillo 139,37 m² Oficina 1.487,90 m² Baños 47,1 m² Planta 2 Pasillo 139,37 m² Oficina 1.488,52 m² Baños 47,1 m² Planta 3 Pasillo 139,37 m² Oficina 1.488,52 m² Baños 47,1 m² Planta 4 Pasillo 139,37 m² Oficina 1.352,54 m² Baños 47,1 m² T otal 8175.18 m² Tabla 1: Zonificación del edificio 1.5 Uso del edificio Está previsto un horario fijo del edificio de 10 h diarias. Este sería de 8h de la mañana a 2 h de la tarde y de 4 h de la tarde a 10 h de la noche. Este horario se realizara durante todo el año excepto durante el mes de agosto que el edificio permanecerá cerrado. En horario de fuera de trabajo el edificio puede estar ocupado por personal de mantenimiento o de limpieza pero en tal caso no se pondrán en funcionamiento las instalaciones. Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 8 Según la zonificación del edificio e independientemente de cada planta las zonas tienen diferentes usos, aunque el horario será el mismo para todas. La zona de oficinas será el núcleo central de trabajo y donde se producirá la mayor carga térmica. El pasillo y el vestíbulo será destinado únicamente como zona de tránsito y los baños como lugar de aseo. 1.6 Ocupación La ocupación máxima se producirá cuando se encuentre todo el personal de la empresa en su puesto de trabajo. La ocupación total del centro teniendo en cuenta que no se produce simultáneamente en todos los espacios es de 150 personas por planta, teniendo en cuenta el personal administrativo y de mantenimiento. Esta ocupación máxima se utilizara para dimensionar el sistema primario de producción de energía. Para dimensionar las climatizadoras y los sistemas de distribución se han tenido en cuenta el máximo número de personas en cada zona. Esta nos ha sido proporcionada por el gestor del edificio o se ha estimado según la actividad a realizar. 1.7 Resumen del presupuesto TOTAL PRESUPUESTO 383.399,9 € El presupuesto para la instalación de climatización del edificio de oficinas en Zaragoza asciende a TRESCIENTOS OCHENTA Y TRES MIL TRESCIENTOS NOVENTA Y NUEVE Y NOVENTA céntimos de euro. 1.8 Lugar, fecha y firma de los responsables del proyecto En Zaragoza a fecha 31 de agosto de 2011 El ingeniero técnico, Fdo. Jose Miguel Martinez Masa Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 9 2. Limitación de la demanda El Código Técnico de la Edificación en la sección HE1 de Ahorro de Energía, limitación de la demanda dice que la demanda energética de los edificios de nueva construcción debe quedar limitada en función del clima de la localidad en la que se ubica. El edificio se encuentra en Zaragoza, lo que le corresponde una zona de régimen de invierno D y una zona de régimen de verano 3. Por lo tanto la zona climática donde se ubica el edificio es D3. A su vez al tratarse de un edificio de oficinas por lo tanto habitable la carga interna será alta. Por lo tanto los parámetros característicos de los cerramientos y particiones interiores que componen la envolvente térmica tienen que ser menores a los valores límites establecidos para su zona climática dicha anteriormente, zona D3. Tabla 2. Valores límite de transmitancia y factor solar modificado . Se va a proceder a limitar la demanda mediante la opción simplificada. Esta consiste en el control indirecto de la demanda mediante la limitación de los parámetros característicos de los cerramientos y particiones interiores que componen la envolvente térmica. Esta comprobación se realizará a través de la comparación de los valores obtenidos en el cálculo con los valores límites permitidos dados anteriormente. Estos parámetros son la transmitancia térmica U y el factor solar modificado F. Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 16 Tabla 6 : Correción de la temperatura seca en función de la hora. Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 17 Tabla 7: Corrección de la temperatura húmeda en función de la hora. Tabla 8: Corrección de la temperatura húmeda en función del mes. Teniendo en cuenta en horario de trabajo de las oficinas y que debemos de escoger la temperatura máxima de proyecto, obtenemos que en junio y para las 15 horas solares (17 horas civiles) los OMD y OMA serán 0, por lo que no se producirá variación. También se ha de contar con otros factores como son la altura o el hecho de encontrarse dentro de la ciudad. Como hemos visto antes nuestro local está situado en un polígono en el exterior de la ciudad y a la misma altura que el aeropuerto donde se toman las medidas de temperatura, por lo que tampoco se producirán variaciones debido a estos factores. Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 18 Para las condiciones de invierno volvemos a observar en el manual de climatización de J.M Pinazo en la tabla 6.7. En este caso utilizaremos un NP del 97.5 %. Temperatura Sanjurjo 97.5% : -2,3 ºC. En el caso del invierno no se tomarán en cuenta las variaciones ni por hora ni por mes. En resumen las condiciones climáticas para nuestro proyecto serán las siguientes. Invierno Localidad NP(%) TS (ºC) Zaragoza 97,5 -2,3 Verano Localidad NP(%) TS (ºC) TH (ºC) Zaragoza 1 34,9 22,5 3.2. Condiciones interiores Las condiciones climáticas interiores se establecen en el RITE 1826/2009 La temperatura del aire en los recintos habitables acondicionados que se indican en la I.T 3.8.1 apartado 2 se limitará a los siguientes valores: a) La temperatura del aire en los recintos calefactados no será superior a 21ºC, cuando para ello se requiera consumo de energía convencional para la generación de calor por parte del sistema de calefacción. b) La temperatura del aire en los recintos refrigerados no será inferior a 26 ºC, cuando para ello se requiera consumo de energía convencional para la generación de calor por parte del sistema de refrigeración. c) Las condiciones de temperatura anteriores estarán referidas al mantenimiento de una humedad relativa comprendida entre el 30% y el 70%. Las limitaciones anteriores se aplicarán exclusivamente durante el uso, explotación y mantenimiento de la instalación térmica, por razones de ahorro de energía, con independencia de las condiciones interiores de diseño establecidas en la I.T. 1.1.4.1.2 o en la reglamentación que le hubiera sido de aplicación en el momento del diseño de la instalación térmica. Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 19 3.2.1 Zona ocupada. Las condiciones interiores de diseño de la instalación proyectada deben satisfacerse solo en la zona ocupada. Las dimensiones típicas de esta aparecen en la tabla …: Tabla 9 : Dimensiones de la zona ocupada. 3.2.2 Condiciones del aire interior. Según la modificación del RITE anteriormente expuesta la temperatura en verano no puede bajar de los 26ºC y en invierno no puede subir de los 21ºC. Por lo tanto como condiciones internas de cálculo se han escogido estas dos medidas máximas, 26ºC para verano y 21ºC para invierno. Para elegir la humedad relativa necesitamos realizar una serie de pasos que haremos en el apartado correspondiente. En el boletín electrónico del IDEA nº 49 de febrero de 2010 se publicó un artículo que estudiada el porcentaje de personas insatisfechas en función de la temperatura y de la humedad relativa. Comparativa condiciones diseño RITE – Real Decreto 1829/2009 Variaciones de humedad y temperatura Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 20 Se ha analizado el porcentaje de personas insatisfechas para distintas condiciones de humedad relativa y temperatura tomando como base las condiciones de vestimenta y actividad metabólica fijadas por el RITE. Se han comparado los resultados en cuanto al PPD comparando distintos valores de humedades relativas y temperaturas secas, siendo los resultados los que se recogen a continuación. Se han utilizado los siguientes valores para el resto de variables:  0,5 clo para verano, 1,0 clo para invierno.  1,2 met.  0,15 m/s velocidad del aire en la zona ocupada. Tabla 10: Porcentaje de las personas insatisfechas en función de las condiciones interiores. Analizando la tabla podemos comprobar que para las condiciones de diseño de nuestro proyecto en verano, 26 ºC y una humedad relativa del 55%, el porcentaje de insatisfechos es tan solo de un 6,72 %. Comparándolo con el porcentaje de insatisfechos que se daría tomando las condiciones del anterior RITE de 25ºC que sería de un 5,02 %, vemos que la diferencia de insatisfechos no significativa. Para el régimen de invierno las condiciones son las mismas que en el anterior RITE por lo que no se producen diferencias en el confort. A su vez vamos a realizar un estudio de la variación de las cargas térmicas en función de la temperatura para comprobar si el aumento de un grado es útil. T int (ºC) Demanda (W) 27 433750 26 455478 25 477205 24 498873 23 520660 Tabla 11: Demandas producidas en función de la temperatura interior. Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 21 Comprobamos que la demanda aumenta un 4% por cada grado de temperatura que bajamos, por lo que el ahorro de energía es obvio. A continuación exponemos los resultados en una tabla para realizar una comparación visual. Figura 2: Comparación visual de la demanda en función de la temperatura interior. No hemos hecho este estudio para el régimen de invierno debido a que las condiciones son las mismas que en el RITE anterior. Aunque se va a calcular las demandas para las temperaturas anteriormente citadas se insta a una utilización de temperaturas de 27ºC en verano y 21ºC en invierno, con ello ahorramos energía y las condiciones de confort siguen sin verse disminuidas. 3.2.3 Condiciones de humedad relativa interior en verano La humedad relativa interior depende del tipo de cargas del local y de las condiciones del aire de impulsión. Para calcularla debemos hallar el factor de calor sensible, que es un indicador de la proporción de carga sensible respecto de la total. FCS = Q LOCAL sensible total/ Q LOCAL total En el cálculo del calor sensible no se tiene en cuenta la carga debida a ventilación puesto que esta carga se vence en el recuperador de calor de la UTA, de manera que solo se contabilizan las cargas que se vencen en el local. A continuación se muestran los dos métodos de cálculo. 0 100000 200000 300000 400000 500000 600000 27 26 25 24 23 Demanda (W) Demanda (W) Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 22 Método 1: Fijar condiciones de impulsión - Estimación humedad relativa HRo = 50% - Cálculo de la demanda térmica y FCS - Fijar las condiciones de impulsión - Trazar la recta de acción FCS por las condiciones de impulsión - Obtención de la Humedad relativa interior HR1 - Cumple las condiciones del RITE. Método 2: Fijar humedad relativa interior - Fijar humedad relativa interior - Cálculo de la demanda térmica y FCS - Trazado de la recta de acción por las condiciones interiores - Obtención de la temperatura de impulsión con HR = 90% Se ha realizado a través de los dos métodos y nos hemos decantado por el método 1 ya que con el método 2 obteníamos temperaturas de impulsión muy bajas que podrían resultar molestas. Siguiendo entonces los pasos que se definen en el esquema anterior, hemos calculado primero el FCS de todo el edificio tomando una humedad relativa del 50%. Como hemos dicho anteriormente esta humedad relativa no nos influye en el FCS ya que las cargas de ventilación no se emplean para el cálculo de este. Como veremos en el apartado correspondiente este nos da un valor de 0,9.A continuación fijamos las condiciones de impulsión, nosotros hemos elegido 20 ºC con una temperatura del bulbo húmedo de 17,4ºC. Trazando la recta de acción del local por estas condiciones de impulsión y haciéndola coincidir con la temperatura interior de 26ºC nos da la humedad relativa interior que es de 55%. A continuación se muestra la figura del ábaco psicrométrico con las diferentes condiciones que tiene el aire en sus etapas. Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 23 Figura 3: Representación de la recta de acción media del edificio. 3.3.Metodología de cálculo de las cargas de refrigeración. Para la determinación de la demanda de refrigeración se han realizado los cálculos propuestos en el Manual de climatización de Jose Manuel Pinazo Ojer y se han tenido en cuenta las siguientes cargas térmicas: 3.3.1 Cargas a través de paredes techos y suelos. A continuación se explica el método empleado para el cálculo de la carga de refrigeración por cerramientos opacos. Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 24 ܳݏ݁݊ = ܣ . ܷ . ሺܶ݁ݍ − ܶݏܮሻ La temperatura seca equivalente de un cerramiento, se define como aquella temperatura que deberemos suponer al ambiente exterior, para aplicando la ecuación de transmisión en régimen unidireccional en un muro, nos proporcione el flujo de calor real que se produce por la superficie interior en nuestro edificio en un instante dado. El cálculo de la temperatura seca equivalente depende de varios factores. La temperatura seca exterior máxima al nivel de percentil seleccionado; la corrección de temperatura horaria y por mes; la corrección de temperatura correspondiente a la altura del emplazamiento. Así pues esta temperatura también se verá afectada por la inercia de los muros, que dependerá del tipo de muro, el color y la reflexión de los alrededores. ܶ݁ݍ = ܶݏ݁ݍ − ݁ݏ tan ݀ܽݎ + ሺܶݏ, ݁ݔݐ, ݉áݔ, ܰܲ − 29,2 ± ∆ܶܿ݅ݑ݀ܽ݀ሻ+ ∆ܶݏ݁ݍ − ݉݁ݏ + ∆ܶݏ݁ݍ−ℎ݋ݎܽ− ∆ݖ150+ ߩ݃− 0,2. ܥܴܣ Tseq – es tan dar - Temperatura seca exterior calculada en unas condiciones estándar. (Tabla 7.16 Manual climatización J.M. Pinazo). Ts,ext,máx,NP - Temperatura seca exterior máxima de proyecto fijada para cada localidad con un determinado nivel percentil función de la actividad del local climatizado. (UNE_100001). ∆Tciudad - Aproximadamente 2ºC dependiendo el signo de la posición relativa Centro metereológico respecto a instalación. ∆Tseq – mes - Fluctuación para variaciones anuales de la temperatura en cada localidad. (Tabla 7.17 Manual de climatización J.M Pinazo). ∆Tseq – hora - Fluctuación para variaciones diarias de temperatura en cada localidad. (Tabla 6.2 Manual de climatización de J.M Pinazo). ∆z - Diferencia de cotas entre el lugar objeto estudio y la estación metereológica tomada como referencia. (Tabla 7.16 Manual de climatización J.M Pinazo). Ρg - Coeficiente de reflexión de alrededores. (Tabla 7.20 Manual de climatización J.M Pinazo). CRA - Coeficiente corrector reflexión alrededores. (Tabla 7.19 Manual de climatización J.M Pinazo). La expresión anterior de temperatura seca equivalente la usaremos cuando el muro esté en contacto con el aire exterior, si el muro estuviese en contacto con un local no acondicionado o con un recinto colindante acondicionado usaríamos las siguientes temperaturas secas: Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 25 1. Local no acondicionado: Se calcularía también la temperatura seca exterior con la fórmula anterior y sería finalmente ܶݏ݁ݍ = ሺ்௦௘௤ା்௦௘௤௟௢௖௔௟ሻ ଶ 2. Recinto colindante acondicionado: En esta situación la temperatura seca a considerar es la del recinto acondicionado. Para techos y suelos utilizaremos como temperatura seca equivalente la calculada de la misma manera que para muros en el caso de los techos cambiando las tablas Tseq – es tan dar que serán las de la .Tabla 7.21 Manual de climatización J.M Pinazo y en el caso de el suelo no se tendrán en cuenta las perdidas ya que serán negativas. 3.3.2 Cargas a través de superficies acristaladas. En el caso de las superficies acristaladas la transmisión se produce de dos maneras, una por conducción-convección a través del cristal, y en segundo lugar por la transmisión de radiación solar incidente. Por lo tanto: Figura 4: Transmisión de calor a través de huecos. ܳݏ݁݊ = ܣ. ሺݍ ௖௖ + ݍ ௧௥ ሻ qcc - Flujo de calor por conducción-convención. (W/m2) qtr - Flujo de calor transmitido por radiación solar (W/m2) . Transmisión de calor por conducción – convección. ݍ_ܿܿ = ܷℎ. ሺܶݏ݁ݍ − ܶݏ݁ݍ݈݋݈ܿܽሻ Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 32 Tabla 16: Eficiencia mínima marcada por el RITE El aire circulara por el recuperador únicamente cuando las condiciones exteriores sean adversas. Cuando sean favorables se realizará free-cooling. Se estima que la temperatura exterior se encontrara entre 21ºC y 26ºC durante unos cuatro meses al año. Teniendo en cuenta el horario de uso de las oficinas calculamos entre 2000 y 4000 horas de funcionamiento. El caudal de aire exterior, para la ocupación máxima de 800 personas y calidad de aire interior IDA 2 es de 10 m³/s, por lo que la eficiencia del recuperador debe de ser del 58% con una pérdida de carga inferior a 200 Pa. Se ha decido incorporar un recuperador de calor rotativo capaces de recuperar tanto calor sensible como latente de la marca Wolf modelo RWT KG 100 o similar. Sus características técnicas pueden consultarse en el anexo de equipos apartado 2 “Recuperador de calor rotacional”. Los recuperadores de calor rotativos tienen una mayor eficacia al ser capaces de recuperar calor latente y sensible pero no son indicados para locales en los que haya riesgo de contagio de enfermedades ya que ponen en contacto el aire viciado de extracción con el aire de renovación. Estos locales de riesgo son hospitales, residencias etc por lo que no nos afecta. Siguiendo las especificaciones técnicas que nos proporciona el fabricante, y partiendo de la premisa de que habrá varias unidades de tratamiento de aire obtenemos que para un caudal máximo de 3 m³/s una capacidad de recuperación del 68% y unas pérdidas de 105 Pa. Para realizar estos cálculos también hemos tenido en cuenta que el volumen de aire extraído es un 15% menor que el impulsado. 3.6. Cargas máximas en régimen de verano. Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 33 3.6.1 Carga real de refrigeración El cálculo de la potencia máxima de refrigeración ha sido realizado en las condiciones más desfavorables que puede tener la instalación. Para ello se ha tomado un percentil del 1% de la temperatura exterior, la máxima irradiación solar y la máxima ocupación teniendo en cuenta un factor de simultaneidad. Para obtener la potencia que necesitamos solo debemos de tener en cuenta las cargas positivas. Las cargas negativas al constituir una ayuda al sistema no tendríamos por lo tanto las condiciones más desfavorables. Por esta razón no se ha tenido en cuenta el contacto con el suelo de los aparcamientos subterráneos, ya que estos se encuentran a menor temperatura que las salas a climatizar. Los cálculos se han realizado siguiendo el apartado “3.3 Metodología del cálculo de las cargas de refrigeración” del presente documento y el detalle del cálculo de las cargas en cada zona puede consultarse en el anexo “2.3 Resumen de cargas de invierno”. Concepto Potencia (KW) % total Ventilación 46 11% Transmisión 31 8% Radiación 63 15% Cargas Internas 155 36% Ocupación 82 20% Coef May 38 10% Total 416 Potencia por u. superficie 51 W/m² Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 34 Figura 5: Resumen de cargas de verano. Se puede comprobar que el mayor volumen de carga va a venir dado por la ocupación y las cargas internas. La ventilación se ha reducido gracias al intercambiador de calor y la radiación por el factor de sombra que producen los diferentes voladizos y retranqueos. A su vez se ha contabilizado como medida de ahorro de energía la reducción del factor de simultaneidad de la iluminación como se ha explicado anteriormente. A continuación se va a realizar una comparativa con la situación de no haberse llevado a cabo medidas de ahorro de energía. 3.6.2 Carga sin medidas de ahorro de energía. A continuación listamos los diferentes métodos de ahorro de energía. - Recuperador de calor. - Disminución del factor de simultaneidad de la iluminación debido a la posibilidad de iluminar con luz solar gracias al amplio número de ventanas. - Construcción de voladizos y retranqueos asi como implantación de lamas para aumentar el factor de sombra. Ventilación 11% Transmisión 8% Radiación 15% Cargas Internas 36% Ocupación 20% Coef May 10% Cargas Régimen Verano Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 35 A la hora de realizar los cálculos solo hemos tenido en cuenta el recuperador de calor y la disminución del factor de simultaneidad ya que son los únicos que podemos implantar como proyecto. La temperatura nos viene dada por exigencias del RITE y los elementos estructurales vienen ya dados en los planos del edificio por lo que nos los hemos tenido en cuenta en la comparación. Una vez realizado los cálculos que se pueden consultar en el anexo “2.4 Cargas sin medidas de ahorro de energía” se obtienen los siguientes resultados: Concepto Potencia (KW) % total Ventilación 144 25 Transmisión 31 5 Radiación 63 11 Cargas Internas 208 35 Ocupación 82 14 Coef May 53 10 Total 583 Potencia por u. superficie 72 W/m² Figura 6: Resumen de cargas de verano sin medidas de ahorro de energía. Se observa que las cargas más significativas son la ventilación y las cargas internas. Esto hace muy efectivo el uso de un recuperador de calor. A su vez la disminución del coeficiente de simultaneidad, lo que conlleva un menor uso de la iluminación también es muy efectivo. Ventilación 25% Transmisión 5% Radiación 11% Cargas Internas 35% Ocupación 14% Coef May 10% Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 36 3.6.3 Evaluación de las medidas de ahorro de energía. Con las medidas de ahorro de energía se comprueba que se ha reducido la potencia a instalar en un 29 %. Esto demuestra lo importante de la implantación de estas medidas. A continuación se expone en una tabla las comparativas. medidas (KW) sin medidas (KW) % reducido Ventilación 46 144 68 Cargas Internas 155 208 25 Total 416 583 29 Figura 7: Comparativa de las cargas en función de las medidas de ahorro. 0 100 200 300 400 500 600 700 Ventilación Cargas Internas Total medidas (KW) sin medidas (KW) Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 37 3.7. Cargas máximas en régimen de invierno. 3.7.1 Carga real de calefacción. La potencia máxima de calefacción se debe calcular para la situación más desfavorable. Por lo tanto no debe de contabilizarse ninguna carga positiva, no teniéndose en cuenta entonces las producidas por ocupación, radiación o cargas internas. Solo se considerarán las cargas por transmisión y por ventilación. En este caso sí que tendremos en cuenta el intercambio de calor producido con la solera al considerarse carga negativa. Los cálculos necesarios los hemos realizado tomando la temperatura más desfavorable a un percentil del 97,5%. Pudiéndose climatizar en óptimas condiciones un 97,5% del tiempo por lo tanto. No se tiene en cuenta el calor latente en la ventilación, ya que al calentar el aire exterior solo se produce calor sensible. Los cálculos se han realizado según se especifican en el apartado “3.4 Metodología de cálculo de las cargas de calefacción” del presente documento y los cálculos de cada zona están especificados en el anexo “2.6 Resumen de cargas de invierno” Concepto Potencia (KW) % total Ventilación -106 48% Transmisión -88 42% Coef May -20 10% Total -214 Potencia por u.superficie -27,00W/m3 Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 38 Figura 8: Resumen de cargas de invierno. 3.7.2 Cargas sin medidas de ahorro de energía. A continuación se representan las cargas que se hubieran obtenido en el caso de que no se hubieran instalado recuperadores de calor. El detalle de los cálculos puede consultarse en el anexo “2.7 Cargas de invierno sin medidas de ahorro de energía”. Concepto Potencia (KW) % total Ventilación -332 70% Transmisión -88 20% Coef May -42 10% Total -466 Potencia por u.superficie 57,00W/m3 Ventilación 48% Transmisión 42% Coef May 10% Cargas de invierno Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 39 Figura 9: Resumen de cargas de invierno sin medidas de ahorro de energía. Se observa que la mayor carga es la de ventilación, por lo que está enfocado el ahorro de energía al instalar el recuperador de calor 3.7.3 Evaluación de las medidas de ahorro de energía. Con las medidas de ahorro de energía adoptadas se comprueba que se ha reducido un 25% la potencia. Esto demuestra lo importante de estas medidas así como el saber dirigirlas de manera más eficiente, en este caso la ventilación. medidas (KW) sin medidas (KW) % reducido Ventilación -106 -332 68 Total -218 -466 47 Ventilación 70% Transmisión 20% Coef May 10% Cargas de invierno Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 40 Figura 10: Comparativa de las cargas en función de las medidas de ahorro. 3.8. Cargas por locales. Las cargas calculadas anteriormente son de un global del edificio. Estas se realizan para dimensionar el sistema primario y se tiene en cuenta una ocupación global del edificio pero aceptando que todos los lugares no están completamente ocupados simultáneamente. Para realizar el dimensionado de las unidades terminales se ha de tener en cuenta la ocupación máxima de cada sala. Aunque en nuestro proyecto vamos a diferenciar dos tipos de salas. - Baños y pasillo: Son salas en las que no es necesario calcular las cargas totales de ocupación. En ellas hay transito constante de personas y cuando se produzcan los picos de carga se equilibraran con los momentos que han estado vacías. - Oficinas y hall: En estas salas sí que vamos a tener en cuenta una ocupación máxima, ya que lo habitual es que estén llenas de trabajadores. Se han calculado por separado la demanda por ventilación y el resto de las cargas para acometerlas con distintos elementos terminales. Para las unidades terminales de ventilación el parámetro más importante a considerar es el caudal máximo de cada local. Como veremos más adelante la idea principal es vencer gran parte de las cargas con suelo radiante, por lo tanto se ha calculado el ratio por unidad de superficie. También se presentan -500 -450 -400 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 Ventilación Total medidas (KW) sin medidas (KW) Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 41 la potencia máxima de cada sala, ya que lo que no se pueda cubrir con el suelo radiante es cubierto directamente en la ventilación. El desglose de las cargas por locales para régimen de invierno y de verano aparece en el anexo “2.7 Cargas por locales”. Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 48 4.2.1 Estudio general. Vamos a realizar un estudio general de varias opciones que pueden llevarse a cabo en régimen de invierno. Para ello vamos a compararlos en base al ahorro de energía primaria. Los detalles de los cálculos y los parámetros utilizados pueden consultarse en el anexo “3.2.1 Régimen de invierno. Comparativa general”. Como hemos indicado antes vamos a realizar una comparativa sobre el gasto de energía primaria de diferentes equipos teniendo en cuenta el rango de rendimientos que suelen tener. No hemos tenido en consideración de momento el aporte de energía gratuita que pueden aportar otros equipos como captadores solares. Se ha estudiado el consumo de energía primaria en una hora de funcionamiento de los equipos a máxima carga, esto es, para aportar 218 KWh. Los rendimientos, obtenidos de diferentes catálogos de los diferentes equipos, son los siguientes: - Resistencias eléctricas: rendimiento aproximado al 100%. - Bomba de calor aire-agua: COP entre 1,75 y 2,5. Valores obtenidos de diferentes catálogos teniendo en cuenta la demanda y las condiciones exteriores. - Bomba de calor refrigerada con agua de acuíferos: COP entre 3 y 5. Valores obtenidos de diferentes catálogos teniendo en cuenta la demanda. - Caldera de gas natural: Los rendimientos suelen estar comprendidos entre un 80% o un 110% si se trata de calderas de condensación. Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 49 Figura 13: Comparativa del consumo de energía primaria. Conclusiones: - Las resistencias eléctricas es claramente una mala opción. Convertir energía directamente en calor sin una mejora de rendimientos es un despilfarro. - La bomba de calor refrigerada por agua es una buena opción. Sus rendimientos son buenos y por lo tanto su consumo de energía bajo. Además como hemos explicado anteriormente disponemos de agua de pozo para el enfriamiento. - La bomba de calor refrigerada por aire es una mala opción. Sus rendimientos no son muy buenos además dependen mucho de las condiciones exteriores. Aunque tiene un consumo moderado de energía no se contempla porque las otras posibilidades lo mejoran. - La caldera de gas natural es una buena opción. Si empleamos una caldera de condensación el consumo de energía es bajo, además que el rendimiento es fijo y no interfiere con las condiciones exteriores. Los rangos de consumo de la bomba de calor refrigerada por agua de pozo y la caldera se solapan por lo que vamos a realizar una comparación más exhaustiva. Hacer constar que no se han tenido en cuenta bombas de calor que trabajen con motor de gas debido a que el ruido que provocaría sería contraproducente para el tipo de edificio en el que vamos a realizar la instalación, ya que se trata de un edificio de oficinas y se requiere silencio. 33,35 19,45 21,40 23,35 11,67 17,51 BC aire agua BC agua agua Caldera Consumo Gas (Nmᶾ) máximo mínimo Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 50 4.2.2 Comparativa entre la caldera y la bomba agua-agua. Vamos a considerar una caldera de condensación por ser la más eficiente al utilizar el poder calorífico superior. Tomamos un rendimiento de 108% sobre el PCI (poder calorífico inferior). La bomba de calor elegida tiene un COP de 5. Este se podría ver afectado por una demanda excesiva, o por una variación muy brusca de las condiciones del agua de los acuíferos. Por esto tomamos el rango de COPs posibles en la comparación. Figura 14: Comparativa consumo en función del COP. Se puede observar que aún teniendo unos COPs bajos la bomba de calor es mucho más eficiente en el momento que superamos el valor 3,5. Además al ser las temperaturas del acuífero estables esto raramente ocurrirá. Vamos a analizar otros factores aparte del energético. - Económicos: La caldera en un principio puede resultar más económica que la bomba de calor pero si contamos con el factor de la utilización de la bomba de calor tanto para régimen de verano como de invierno esta es más rentable. Como hemos explicado antes la caldera de condensación no puede ser utilizada para la máquina de absorción debido al rango de temperaturas que requiere esta. - Espacio e infraestructuras: No contamos con el espacio suficiente para la colocación de los equipos requeridos si utilizamos el sistema de caldera, esto es debido porque también necesitaríamos maquinaria para refrigerar en régimen de verano. - Seguridad: La caldera utiliza combustible que puede resultar volátil, por ello es mucho más segura la bomba de calor. Además debido a nuestro tipo de edificio sería difícil cumplir todas las medidas de seguridad que requiere la caldera. 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 3 3,3 3,6 3,9 4,1 4,4 4,7 5 Consumo gas (Nm3) Bomba de calor Caldera 108% Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 51 5. Sistema de producción 5.1 Bomba de calor 5.1.1 Principio de funcionamiento Una bomba de calor es una máquina térmica que permite transferir energía en forma de calor de un foco a baja temperatura y cederla a otro foco a mayor temperatura (UNE 100 000:1995. Se suele denominar bomba de calor siempre que durante una época del año la magnitud objetivo es el calor cedido al foco caliente. Para la realización de dicha transferencia es necesario un aporte de trabajo según el segundo principio de la termodinámica. Figura 15: Segundo principio de la termodinámica. En este caso la bomba de calor es reversible ya que nos permite calentar o refrigerar la instalación. Para realizar la inversión de ciclo normalmente se dispone de una válvula de cuatro vías en el circuito del refrigerante a la salida del condensador. Esto hace que el evaporador y el condensador intercambien sus funciones según el régimen en el que nos encontremos. Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 52 Figura 16: Esquema del funcionamiento de una bomba de calor. En nuestro caso esta inversión se realiza en ciclo hidráulico ya que este tipo de bombas no disponen de válvula de cuatro vías. El ciclo se basa en el ciclo Rankine ideal, formado por dos procesos isobaros, uno adiabático y uno isoentálpico. En el ciclo real se realizan modificaciones para garantizar que el refrigerante a la entrada del compresor está en estado gaseoso y por las irreversibilidades de los procesos reales. Figura 17: Representación del ciclo Rankine. El rendimiento máximo depende de la diferencia de temperatura entre los focos frío y caliente. Cuanto mayor sea ésta diferencia, menor será el rendimiento de la máquina. Por esta razón en los equipos que intercambian calor con el aire exterior el COP y la potencia de refrigeración o calefacción disminuyen notablemente cuando se produce la demanda máxima. En nuestro caso hemos instalado una bomba de calor que intercambia calor con un pozo acuífero. El agua de este pozo se encuentra a una temperatura más o menos constante y mucho más suaves que las del aire exterior por lo que los COPs serán más favorables. Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 53 5.1.2 Equipo seleccionado Se ha decidido instalar una bomba de calor agua – agua que intercambia el calor con un pozo acuífero. Estas son más eficientes que las que intercambian con aire debido a las temperaturas constantes del agua subterránea que es el foco externo y a la mejor convección de esta. El equipo a instalar será la bomba de calor 30 XPH 512 de la marca Carrier con compresor de tipo tornillo semiherméticos o otra de características similares. A continuación se adjuntan los datos técnicos. Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 54 Tabla 18: Datos técnicos Bomba de calor. El resto de datos técnicos se pueden ver en el anexo de equipos. 5.1.3 Condiciones de funcionamiento Aunque el fabricante nos de unos rendimientos, estos están basados según unas condiciones de temperatura tipo, llamadas condiciones eurovent. Pero estas temperaturas estarán limitadas por las que se produzcan en los focos externos y por los caudales máximos que puedan soportar el evaporador y el condensador. En nuestro caso según nos indica el fabricante estos son de 201,6 y 212,4 m3/h. Se necesita hacer un balance de energía para calcular el caudal necesario para conseguir aportar o evacuar el calor según las condiciones de trabajo. Por supuesto dicho caudal no puede exceder el máximo. Solo existe una salida y una entrada en cada elemento de la bomba de calor por lo que en el cálculo del caudal de cada régimen se tomara el máximo. En régimen de invierno se estima que la temperatura de agua de pozo este a 14 ºC. Por lo tanto estimando una temperatura de salida de 10 ºC con una potencia de 218 KW, obtenemos un caudal de 47 m3/h para el evaporador. La máquina posee la capacidad de funcionar con agua glicolada pero nunca se van a alcanzar las temperaturas que requieren este proceso. En régimen de verano la temperatura del pozo estará alrededor de los 20ºC. Para realizar el intercambio la temperatura del agua en el condensador estará a 30ºC, si estuviera a más temperatura podría crear desajustes térmicos en el acuífero y es contraproducente. El caudal que obtendríamos entonces sería de 32 m3/h. A continuación vamos a realizar una comparativa de los COPs que nos ofrece la máquina en función de las temperaturas de salida del evaporador y del condensador. En régimen de verano la temperatura a la que se debe de impulsar el agua a los elementos terminales es de 12 grados. No tenemos datos del fabricante para esta temperatura por ello vamos a analizar el comportamiento de la máquina para las diversas temperaturas. Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 55 Figura 18: Comportamiento de la bomba de calor según la temperatura de salida del evaporador. Como se puede comprobar en la tabla anterior la potencia de refrigeración aumenta conforme aumentamos la temperatura y el trabajo se mantiene constante, por lo que mejoramos el COP. Esto nos indica que al utilizar una temperatura de 12 º C estas cualidades mejorarían. Sin embargo vamos a tomar los datos que nos proporcionan para la temperatura de 10ºC con lo que obtendremos un sobredimensionado que nos puede ser favorable. Con los datos de temperatura de salida a 10ºC vamos a realizar un análisis del comportamiento en función de la temperatura de salida del condensador. Figura 19: Comportamiento de la BC según la temperatura de salida del condensador. 0 100 200 300 400 500 600 700 5 7 10 Verano Pot refr (KW) W comp (KW) 0 100 200 300 400 500 600 30 35 40 45 50 Invierno Pot refr (KW) W comp (KW) Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 56 Se comprueba que conforme más diferencia hay entre los dos focos más trabajo se realiza y por lo tanto peor COP se obtendrá, como conclusión vamos a indicar las temperaturas de trabajo de la bomba de calor. - En verano la temperatura mínima a la que se ha de impulsar es de 12ºC, que es a la que se han diseñado los elementos. La temperatura de salida del condensador será de 30ºC. - En invierno la temperatura del agua de impulsión será de 35 ºC, un poco superior a la temperatura de diseño. La temperatura de salida del evaporador será de 10ºC. 5.1.4 Bomba de pozo. Se conoce por los datos proporcionados por instituto de genealogía y mineralogía y por otros proyectos acaecidos en la zona que el nivel freático se encuentra a entre 10 y 15 metros. Por ello se ha seleccionado una bomba capaz de bombear 47 m3/h a una altura de 15 m con una presión de 3-4 bares. Se tratan de aguas muy duras por lo que se tendrá que colocar un filtro especial para este tipo de aguas para facilitar el trabajo de la bomba. Se instalarán dos bombas de las mismas características en paralelo. De esta forma en caso de avería de una, la otra puede seguir en funcionamiento. Las bombas a instalar serán de la marca Grundfos modelo SP 46 2 u otra de características similares. La curva de funcionamiento es la que se indica a continuación. Figura 20: Curva de funcionamiento bomba de pozo. Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 57 Figura 21: Curva de potencias de la bomba. Con los datos de la bomba obtenemos que para régimen de invierno (Rojo) la potencia será de 6,8 KW y para verano (azul) será de 4,8 KW. 5.1.5 Calculo del coeficiente de operación COP. Para el cálculo de los coeficientes de operación deben tenerse en cuenta los consumos de la bomba y los del compresor. La bomba es de velocidad variable para poder ajustarla al caudal en cada momento. El consumo de la bomba en régimen de calefacción es de 3 kW y en régimen de refrigeración es de 2,7 kW. Los coeficientes de operación en cada régimen son de: Refrigeración: EER operación ହ଻ଷ ଼଺ାଶ,଻ = 6,3 EER nominal 5,97 Calefacción: COP operación ଺ଷ଺ ଵଵଷାଷ = 5,3 COP nominal 4,85 Comprobamos que al ajustar las temperaturas máximas y mínimas de trabajo de la bomba de calor se obtienen rendimientos mucho mayores que los nominales que proporciona el fabricante aún sumándole el trabajo que se realiza en bomba de pozo. Se demuestra que se obtiene un importante ahorro de energía dimensionando la instalación y ajustando los equipos para que trabaje a temperaturas favorables con las que alcanzar mejores rendimientos. 5.1.6 Intercambiadores de calor Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 64 La ventilación puede realizarse mediante aire exterior o con una mezcla de aire exterior y aire recirculado. En nuestro caso solo vamos a impulsar el caudal mínimo exigido de aire exterior, por lo tanto no necesitamos aire recirculado. La ocupación máxima de cada local, la potencia de ventilación requerida y la carga extra cubierta en ambos regímenes al impulsar con un pequeño salto de temperatura pueden consultarse en el anexo 4.1 “Unidades terminales. Ventilación”. 6.1.1 Unidad de tratamiento de aire Se va a instalar una unidad de tratamiento de aire para cada planta, con esto nos aseguramos que si una planta se encuentra en desuso por alguna causa, simplemente con apagar su unidad de tratamiento se corte la circulación de aire. También nos permite realizar un diseño más preciso de los caudales y de los ventiladores. Las unidades de tratamiento de aire a instalar es de la marca Trox de la serie TKM-50 tamaño 5 aunque podrá ser sustituida por otra de características similares. Los equipos han sido diseñados con el programa de cálculo que proporciona el propio fabricante a excepción del recuperador de calor que se ha escogido uno de la marca Wolf modelo RWT KG 100 para cumplir con la eficiencia marcada por el RITE. El filtro seleccionado será F9 que cumple con las exigencia del RITE para una calidad de aire interior IDA 2 y de aire exterior ODA 3. Se contempla la posibilidad de realizar free-cooling cuando las características del aire exterior serán favorables. A continuación se exponen los datos de las baterías calculadas mediante el programa del fabricante. Como podremos ver más adelante en el apartado “6.1.4 Temperaturas de impulsión”. B1: Batería de agua fría: Modelo de batería: 35T 8R 1100 Nº de filas: 8.00 Nº de tubos: 35.00 Longitud aleteada: 1100.00 Altura aleteada: 875.00 Capacidad térmica: 21.84 Kw Caudal de aire: 8532 m3/h Velocidad paso aire: 2.5 m/s Pérdida carga aire: 9 mm ca Tª seca entrada aire: 28.4 ºC HR entrada aire: 49 % HR Tª húmeda entrada aire: 20.5 ºC Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 65 Tª seca salida aire: 20.6 ºC HR salida aire: 79 % HR Tª húmeda salida aire: 18.1 ºC Caudal de agua: 1709 l/h Tª entrada agua: 13.0 ºC Tª salida agua: 24.0 ºC Pérdida carga agua: 0.0 m ca Nº de circuitos: 56.00 Diámetro colector: 2 1/2" Calor sensible/calor total: 1.00 Incluye separador de gotas: No B2: Batería de agua caliente 1: Modelo de batería: 35T 3R 1100 Número de filas: 3.00 Número de tubos: 35.00 Longitud aleteada: 1100.00 Altura aleteada: 875.00 Capacidad térmica: 25.72 Kw Caudal de aire: 8532 m3/h Velocidad de paso de aire: 2.5 m/s Pérdida de carga del aire: 4 mm ca Temperatura seca de entrada del aire: 15.0 ºC Temperatura seca de salida del aire: 21.0 ºC Caudal del agua: 3689 l/h Temperatura de entrada del agua: 35.0 ºC Temperatura de salida del agua: 29.0 ºC Pérdida de carga del agua: 0.3 m ca Número de circuitos: 35.00 Diámetro colector: 2" Se dispondrán de 5 climatizadores dispuestos una al lado del otro en la azotea del edificio. De cada una de ellas partirán los conductos de impulsión y de retorno de cada planta. A la entrada de cada climatizadora se alojará una sonda de temperatura ambiente para regular el circuito hidráulico de las baterías en caso de que se tuviera que hacer freecooling. Los datos técnicos de las máquinas pueden consultarse en el anexoo de equipos apartado 3 “Climatizador”. Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 66 Las tuberías que alimentan los climatizadores como los conductos de impulsión y retorno de cada climatizadora vienen representados en el planos correspondientes. 6.1.2 Difusores de impulsión. Se ha decidido utilizar difusores rotacionales ya que estos al tener elevada inducción reducen la velocidad de la vena de aire que entra en contacto con las personas y consiguen una mezcla más homogénea en el recinto. Los difusores a instalar serán los de la marca Luftec Schako modelo DQF 400 y DQF 600 con plenum modelo SGK-Z. Este modelo puede impulsar un rango de caudales desde 150 a 600 m3/h. Los difusores seleccionados podrán ser sustituidos por otros de características similares si se considera conveniente. Las especificaciones técnicas vienen dadas en el anexo de equipos. Ahora vamos a indicar las características más importantes para cada uno de los caudales. Modelo Caudal (m3/h) Pot son (dB) P. carga (pa) V. med (m/s) R critico (m) DQF 600 500 31 32 0,4 4 DQF 400 250 39 32 0,11 2,1 DQF 400 300 47 49 0,14 2,5 Tabla 22: Características de los difusores instalados. Figura 23: Difusor rotacional DQF Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 67 Los detalles del cálculo de difusores necesarios en cada local y el caudal de trabajo se pueden consultar en el anexo de cálculos 4.1”Unidades terminales. Ventilación” y en el anexo de cálculos 5 “Cálculo de conductos”. Los criterios que se han seguido para su distribución son los siguientes: - En los baños se ha decidido colocar 4 difusores impulsando con el caudal más bajo para poder situar dos en cada baño y así haber un mejor reparto del aire. En el baño de discapacitados se ha decidido no incluir ningún difusor y se ventilara con el aire de los locales contiguos. - En los pasillos se ha decidido colocar 4 difusores impulsando con el caudal más bajo para poder hacer un reparto de ellos por todo el largo del recinto. - En las salas de oficinas se ha decidido colocar difusores impulsando el caudal a 500 m3/h pero de un modelo mayor. Con esto conseguimos que estén lo suficientemente repartidos sin llegar a ser excesivos. A su vez el nivel de ruido es de 39 dB tolerable para una oficina. - En el hall se ha decidido impulsar a 300 m3/h, ya que se necesita bastante caudal para el espacio que hay, además no hay problemas con el nivel de ruido. Todos los difusores irán equipados con un plenum que permitirá ajustar el caudal lo más próximo al calculado en “4.1 Unidades terminales. Ventilación”. El plenum induce una pérdida de carga mediante rejillas. El caudal se medirá hasta tener el sistema equilibrado. La distribución de los difusores por todas las salas puede verse en los planos 8, 9 y 10. 6.1.3 Rejillas de extracción. Las rejillas de extracción se encargan de extraer el aire de retorno del local. El caudal de retorno del local será un 15% inferior al de impulsión para sobrepresionar el edificio y evitar infiltraciones. Las rejillas de extracción a instalar serán de la marca Luftec Schako modelo PA 525x125 otras de las mismas características. Los datos técnicos son los siguientes: Caudal (m3/h) Pot son (dB) P. carga (pa) V. med (m/s) 390 5 5 0,25 Tabla 23: Datos técnicos de la rejilla extractora. Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 68 Figura 24: Rejilla Schako PA El resto de datos técnicos pueden verse en el anexo de equipos. En todos los locales se dispondrá el mismo tipo de rejilla. El número de rejillas se pueden contemplar en el anexo de cálculos “4.1 Unidades terminales. Ventilación” y su disposición en los planos 11, 12 y 13. Las rejillas se situarán en puntos cercanos a las paredes para que el aire extraído haya circulado por toda la estancia y evitar recoger aire directamente expulsado por los difusores. Para obtener un buen equilibrado del sistema la rejilla irá unida a un plenum modelo SKG – A. El caudal se medirá hasta que todos cumplan con los calculados. 6.2 Suelo radiante. En el sistema de suelo radiante los tubos que contienen el agua están inmersos en una capa de mortero de cemento con un pavimento cerámico. No son aconsejados los acabados que conlleven resistencias térmicas elevadas como maderas o alfombras. En invierno el mortero absorbe el calor de los conductos y lo cede al pavimento que emite esta energía hacia las paredes y techo mediante radiación y convección. En verano ocurre lo contrario es el pavimento el que absorbe calor por radiación y convección que transmite al mortero y este a la tubería enviándose el calor hacia el exterior del edificio. 6.2.1 Criterios de selección: Se ha escogido el suelo radiante como sistema de distribución del frío y del calor ya que ofrece un buen grado de confort evitando corrientes de aire molestas. Además al necesitar temperaturas operativas relativamente bajas se obtiene un ahorro de energía. La distribución por suelo es aplicable para calefacción y refrigeración obteniendo buenos resultados. Otros sistemas como el techo frío habrían presentado problemas de estratificación en invierno al quedarse el aire caliente en las partes altas. Esto se hubiera paliado creando corrientes con el aire de ventilación que pueden resultar molestas. Además el sistema de techo frio tendría que convivir en espacio con las tuberías de los difusores y los elementos de iluminación. La implantación de radiadores tampoco hubiera sido conveniente ya que al tratarse de salas muy grandes no podrían situarse de tal forma que todo el local quedara climatizado. Además Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 69 estos trabajan con temperaturas operativas muy altas, las cuales al climatizar con una bomba de calor nos es imposible alcanzar. Las salas de oficina pueden verse modificadas en cuanto a su mobiliario interior, disponiendo los tabiques de cualquier manera. Utilizando suelo radiante esto no nos supone ningún inconveniente ya que al estar el calor distribuido no se crearían zonas frías o zonas calientes 6.2.2 Ventajas: Confort: En calefacción el perfil óptimo de temperaturas es aquel en el que la temperatura del aire a la altura de los pies es ligeramente superior a la de la cabeza. Como podemos comprobar en la figura siguiente el suelo radiante se aproxima a este perfil produciendo una máxima sensación de confort. Figura 24: Distribución de temperaturas según el método de calefacción. La sensación térmica de los ocupantes no corresponde únicamente a la temperatura del aire, sino que también se mide por la temperatura de confort o temperatura operativa. Esta temperatura equivale al promedio entre la temperatura del aire y la temperatura radiante media de las superficies de la habitación. Como hemos dicho anteriormente al ser la unidad terminal todo el suelo de la zona climatizada esto da lugar a un intercambio térmico uniforme. Así se evitan las zonas frías o zonas calientes que se producen con otros sistemas con número limitado de unidades terminales ubicadas en diferentes puntos. Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 70 A su vez en régimen de invierno la temperatura del suelo no puede descender de 19ºC porque esto produciría el efecto denominado pies fríos que es desaconsejable para el confort de los ocupantes. Mínimo movimiento de aire: Al producirse el intercambio térmico por radiación el único movimiento de aire será el mínimo requerido para la ventilación. Se produce movimiento por convección de las capas frías a las capas calientes pero al ser tan baja la temperatura del suelo radiante esta será imperceptible. Con esto conseguimos además de mejorar el confort ya que no se producen corrientes molestas un menor movimiento de polvo. Así obtenemos un entorno más higiénico y saludable. Además un sistema todo aire o de expansión directa puede llegar a resecar mucho el aire del edificio y se puede producir el síndrome del edificio enfermo. Con el sistema de suelo radiante bien diseñado, sin alcanzar temperaturas de rocío que produjeran condensaciones, no reseca el aire. Ahorro energético. El sistema de suelo radiante funciona con temperaturas relativamente bajas, esto es un importante factor de ahorro energético ya que al no haber tanta diferencia con el ambiente exterior las pérdidas o ganancias de calor por los conductos o sala de máquinas serán menores. Además esta temperatura moderada hace que sea compatible con la bomba de calor produciéndose un ahorro energético al utiliza la misma máquina para ambos sistemas. Además al reducir la temperatura de los focos la máquina se vuelve más eficiente. Distribución con agua. La distribución de la energía térmica con agua es mucho más eficiente que con aire. Esto se debe a la mayor densidad, calor específico y coeficiente de convección que tiene el agua. Además la distribución por aire es más ruidosa, dependiendo de la velocidad a la que este discurra. El sistema de tuberías también produce ruido pero la placa de mortero que hay sobre ellas funciona como aislante mitigándolo. Otro punto a favor es el volumen que ocupan las redes de distribución ya que con aire se necesitan redes de paso mucho más grandes. Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 71 6.2.3 Componentes A continuación se va a realizar una descripción de los diferentes componentes. Para una explicación más detallada de estos véase el anexo de equipos. Tuberías emisoras Fabricadas en polietileno reticulado con barrera antidifusión de oxígeno. Dicha barrera evita el aporte continuo de oxígeno al caudal de agua lo cual originaría la oxidación continuada de las partes metálicas de la instalación, su deterioro, y la deposición de barros y óxidos en puntos localizados. Panel aislante Este elemento es un panel aislante que realiza la sujeción de tubería emisora. Al mismo tiempo que mantiene la tubería fija, evita perdidas térmicas hacia el forjado inferior. Cuenta con un aislamiento base de Poliestireno expandido de 30 kg/m3 de densidad y una lámina plástica de recubrimiento que dota al conjunto de una alta resistencia. Esta cuenta con un moldeado con engarces para fijar el tubo firmemente. Figura 25: Panel aislante. Zócalo perimetral Banda de espuma de polietileno que se coloca en la base de todos los tabiques y elementos verticales de las zonas climatizadas. Absorbe las dilataciones del mortero de cemento, permite que las mismas se produzcan libremente, con independencia de paredes y suelo, al mismo tiempo que minimiza las pérdidas caloríficas laterales. Mortero de cemento El espesor recomendable de mortero de cemento es de 5 cm medidos a partir de la generatriz superior de la tubería. Espesores mayores aumentan la inercia térmica del sistema mientras que espesores menores reducen la capacidad de resistencia ante impactos. Al mortero se le debe de añadir un aditivo que evita la aparición de bolsas y cámaras de aire y asegura el estrecho contacto con la tubería, imprescindible para posibilitar la correcta transmisión de calor. Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 72 Colectores Los colectores distribuidores para Climatización Invisible Uponor están fabricados en poliamida, un material plástico que a su bajo peso añade una alta resistencia mecánica incluso a altas temperaturas. Las válvulas de equilibrado son caudalímetros, que ofrecen en todo momento la posibilidad de ver el caudal circulante por cada circuito de la instalación. Las válvulas de equilibrado siempre deben ir montadas en la impulsión de los circuitos. El colector de retorno posee llaves manuales de apertura y cierre de paso de agua a cada circuito, sobre la rosca de estas llaves se instalan los cabezales electrotérmicos para dotar al sistema de un control automático del caudal a cada circuito. Datos técnicos: Dimensiones de conexión: hembra - G1 Máx. temperatura de operación: 60ºC Máx. presión de operación: 6 bar Máx. presión de prueba (máx. 24 h. = 30ºC): 10 bar Máximo caudal del colector: 3,5 m3/h Valor Kv del colector: 1,4 m3/h Tamaños disponibles: 2 - 12 circuitos Caja de colectores Los colectores se colocan en los correspondientes armarios o cajas metálicas para colectores. Los colectores se fijan a bastidores de poliamida y estos, a su vez, se fijan a los bastidores metálicos de la caja de colectores. Las dimensiones de las cajas metálicas para colectores de 8 a 12 salidas tienen que ser de 5500X1000X100. Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 73 6.2.4 Diseño El diseño se ha realizado siguiendo la norma UNE EN 1264 y tomando las directrices del proyecto de norma UNE 1264 que está trabajando en el desarrollo de los sistemas radiantes a todas las superficies así como su utilización tanto para calefacción como para refrigeración. El fabricante seleccionado es UPONOR y los datos técnicos del producto son los que suministra y se pueden ver en el anexo de equipos. La instalación podría realizarse con cualquier otro fabricante que comercialice un producto de las mismas características. Aislamiento descendente Las capas de debajo del sistema de suelo radiante deben de cumplir con las resistencias dadas en la siguiente tabla con el objetivo de limitar la emisión de calor hacia las habitaciones situadas debajo. Tabla 24: Resistencia mínima de las capas de debajo del suelo radiante. Como podemos comprobar en el anexo de cálculos “1.1 Transmitancia de cerramientos opacos”. El suelo de la planta baja cumple con las exigencias con una resistencia térmica de 1,74 m²K/W. Sin embargo hay que hacer los cálculos sumándole el material aislante de la instalación. Los datos están en el anexo de cálculos “4.2.2 Suelo radiante. Parámetros de diseño” Emisión térmica Denominamos emisión térmica a la carga que es capaz de combatir el sistema de suelo radiante. Las demandas térmicas de cada local pueden consultarse en el anexo 4.2.1“Suelo radiante. Cálculo de cargas por locales”. Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 80 7. Cálculo de tuberías y conductos 7.1 Conductos aire ventilación Se van a instalar conductos de chapa de acero galvanizado. Estos se caracterizan por ser higiénicos y resistentes. Además pueden ser limpiados interiormente en caso de que acumularán suciedad. El caudal de retorno va a ser un 15 % menor del de impulsión para producir sobrepresión en el edificio y evitar las infiltraciones. EL falso techo tiene una altura de 60 cm de alto. El diseño de la red de conductos se ha realizado de tal manera que los ramales principales de la impulsión y el retorno vayan paralelos y se produzcan cruces con las derivaciones que alimentan a los difusores. Solo habrá un punto crítico de cruce entre los dos ramales principales, pero se ha diseñado para que no excedan los 60 cm del falso techo. Dimensiones El método para el cálculo de los conductos de aire utilizado es el descrito en el DTIE 5.01 Cálculo de conductos. Método de pérdida de carga constante. Este consiste en fijar una pérdida de carga por metro igual para todos los tramos del circuito. En nuestro caso será de 0,7 Pa/m. Se debe realizar un equilibrado en la instalación ya que los caudales que lleguen a cada difusor no serán los requeridos. Para ello se instalarán rejillas en los conductos requeridos que induzcan una pérdida de carga. Con esto conseguimos que la instalación este compensada. Tanto para el circuito de impulsión como el de extracción se va a limitar una velocidad de 7 m/s. Una velocidad mayor supondría un aumento de los ruidos y por lo tanto un estado de incomodidad. Utilizando la carga y el caudal de cada tramo acudimos a las tablas que nos proporciona el libro “Fundamentos de la climatización. Selección del diámetro de los conductos”. En ellas obtenemos las medidas de cada conducto. Cuando el caudal proporcionado no coincida con los de la tabla se interpolara variando su velocidad y teniendo en cuenta que esta no exceda la máxima establecida anteriormente. La pérdida de carga solo se contabilizará en los ramales que transcurran hacia el difusor más alejado. Proporcionando presión para este difusor nos aseguramos el suministro al resto. Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 81 Se ha separado la instalación en dos grandes ramales hacia el este y el oeste de la sala de oficinas y otro más pequeño que irá a los baños. En el cálculo de cada ramal se han separado los conductos principales de las derivaciones para facilitar las cuentas. El cálculo de las dimensiones de cada conducto, velocidad y pérdida de carga lineal se puede consultar en los anexos de cálculos 5.1.1 y 5.1.2 “Conductos. Cálculo de conductos de impulsión y de retorno. Dimensiones”. La instalación de los conductos se realizará según las indicaciones proporcionadas en los planos 8, 9, 10 , 11, 12 y 13. Si surgiera algún imprevisto por la aparición de algún obstáculo este lo solucionaría el instalador como mejor considerase. Pérdidas de carga Las pérdidas de carga en los elementos singulares como codos y derivaciones se calcularán mediante el método establecido en la DTIE 5.01. Las derivaciones y los codos se realizarán con radio constante igual al ancho del conducto. La pérdida de carga se calculará mediante la siguiente fórmula siendo v la velocidad de paso del aire por el conducto y C una constante característica para cada elemento proporcionada por la DTIE 5.01: Las mayores pérdidas de carga para la impulsión se registran en los conductos de la Sala 1 en la planta primera y de la parte oeste en el resto de las plantas. Para extracción las mayores pérdidas se producen en la Sala 2 en la planta baja y en la parte este en el resto de las plantas. En ambas situaciones debemos de contar la zona central común. Se ha realizado un cálculo de las cargas en singularidades. Con ellos hemos comprobado que las cargas por derivaciones son 0 o incluso negativas por lo que no se contabilizan. El cálculo y los parámetros utilizados de las pérdidas lineales y singulares de los conductos más desfavorables se encuentran en los anexos “5.1.1 y 5.2.2 Pérdidas de carga”. También se encuentran allí las pérdidas producidas en la conexión a los climatizadores y en el propio equipo climatizador. Selección de ventilador La instalación va a constar de un climatizador para cada planta, por lo que se han calculado las pérdidas y los caudales de cada una de estas. De esta forma si alguna de las plantas se encuentra inhabilitada o tiene horarios diferentes su climatizador se puede desconectar. Para dimensionar los diferentes elementos del climatizador hemos introducido los datos de las pérdidas de carga y de los caudales máximos calculados en el programa de cálculo Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 82 proporcionado por el fabricante. De esta manera escogeremos el ventilador que más se adecue a la instalación. Las características de todos los componentes del climatizador las podemos encontrar en el anexo de equipos correspondiente. 7.2 Cálculo de tuberías 7.2.1 Cálculo de pérdida de cargas Para calcular las pérdidas de cargas se ha utilizado el método establecido en DTIE 4.01 “Tuberías, cálculo de las pérdidas de presión y criterios de diseño”. Las máximas pérdidas admisibles serán 250 Pa/m y la velocidad máxima se establece en 1,5 m/s para evitar ruidos. Para flujo turbulento en tuberías rugosas las pérdidas se calcularán mediante la siguiente fórmula siendo ƹ la rugosidad del material de la tubería: En el anexo de cálculos 6.1 “Cálculo de tuberías. Caudales máximos” se detalla una tabla con los diámetros normalizados de tuberías de acero galvanizado serie normal según la norma UNE 19.040/93 con rugosidad 0,15 y el caudal máximo que podrá circular por ellos para no superar la velocidad de 1,5 m/s ni las pérdidas de 250 Pa/m. En adelante solamente se indicarán los cálculos para los circuitos más desfavorables con los que se dimensionarán las bombas de circulación. Las dimensiones del resto de tuberías que aparecen en planos se seleccionarán siguiendo la tabla anterior. 7.2.2 Circuitos de suelo radiante Para seleccionar la bomba necesaria se calcularán las pérdidas de los circuito de cada colector y se dimensionará para el que presente mayores pérdidas. Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 83 Aunque el fabricante emplea unas tuberías de un polímero especial con barrera antidifusión de oxígeno tomaremos como rugosidad de las tuberías la del PVC y el polietileno, 0,007mm. Con estos datos se calcula el coeficiente adimensional de pérdidas f, que es igual a 0,01542. El diámetro de las tuberías de los circuitos de suelo radiante es de 16 mm para caudales inferiores a 0.125 l/s y 20 mm para caudales superiores. Para no sobrepasar las pérdidas de 250 Pa/m él caudal máximo que puede tener cada circuito es de 0.250 l/s. Las pérdidas de carga para los diferentes caudales se pueden consultar en el anexo 6.2 “Cálculo de tuberías. Circuitos de suelo radiante”. También pueden consultarse en el mismo las pérdidas máximas en los circuitos radiantes de cada colector. Las pérdidas mayores se encuentran en el colector 4, en la oficina este 1. También hay que tener en cuenta las pérdidas de la válvula de equilibrado, del colector y las de la conexión al colector. Todas las tuberías que conectan al colector y con las válvulas de equilibrado de cada estancia serán de acero galvanizado. Para el cálculo de la pérdida de carga se tomará la rugosidad del acero galvanizado como 0,15 mm. Hay que tener en cuenta que por el colector circulara la suma de caudales de todas las estancias que le corresponden. Las pérdidas en cada elemento y la presión y caudal a suministrar por la bomba se indican en el anexo 6.2. Al no saber a priori las pérdidas en las válvulas se ha realizado una estimación. Por último se sobredimensionarán las pérdidas en un 10% para asegurar que la bomba proporcione el suministro. La presión a suministrar por los circuitos radiantes será de 175 kPa y el caudal máximo que puede circular será de 16,71 l/s, que es la suma de todos los caudales de los circuitos. Con estos datos dimensionaremos la bomba de impulsión. Selección del grupo de impulsión. El grupo de impulsión a instalar será una bomba gemela. Con esto conseguimos que en caso de avería de una de ellas nos aseguremos el suministro. Los circuitos radiantes tienen un periodo de funcionamiento dependiendo de la época del año o incluso en función de los requerimientos de los usuarios por lo tanto los caudales no van a ser constantes. Por ello la bomba seleccionada deberá ser de velocidad variable. Se ha seleccionado una bomba de clase energética A con diferentes perfiles de ajuste para la relación presión-caudal. Estas bombas son de la marca Grundfos y el modelo es TPED 80- 240/4-S. Las características técnicas podrán consultarse en el anexo de equipos. La regulación de la bomba será de presión constante. Mientras circule el caudal nominal las pérdidas de presión serán constantes. Cuando se modifique el funcionamiento de algún Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 84 colector bien sea por motivo estacional o por necesidad del usuario la bomba automáticamente proporcionará el caudal que produzca la pérdida de carga para la que ha sido ajustada. En la figura se han marcado los puntos de funcionamiento de la bomba que dependerá del caudal en cada momento y la potencia consumida que será de 5.09 kW. Figura 28: Curvas de funcionamiento de la bomba Grundfos TPED 80-240/4-S 7.2.3 Circuito climatizador Se va a dimensionar la instalación para régimen de invierno ya que es cuando más caudal se produce. La bomba seleccionada será de clase energética A. Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 85 Los cálculos de las pérdidas pueden consultarse en el anexo 6.3 “Cálculo de tuberías. Climatizador”. El caudal total por este circuito será de 5,5 l/s y la presión de 13,3 kPa. Se ha seleccionado una bomba de la marca Grundfos modelo Magna 32-60. Se ha decidido realizar una instalación a dos tubos ya que las pérdidas de carga son parecidas y se necesita el mismo equipo tanto para régimen de verano, como de invierno. Aún así hemos tomado los datos del caso más desfavorable que es en invierno. Para conseguir el caudal deseado en el régimen de verano basta ejercer una pérdida de presión mediante la válvula de equilibrado. A continuación se representan las curvas de funcionamiento de la bomba Grundfos Magna 32- 60. Figura 29: Curvas de funcionamiento de la bomba Grundfos Magna 32-60 La potencia consumida será de 50 W. Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 86 7.2.4 Circuito primario El fabricante nos proporciona la pérdida de presión producida en el evaporador y en el condensador. En nuestro caso en el evaporador el mayor caudal se producirá en régimen de verano y será de 33 l/s dando una pérdida de carga de 22 kPa. En el condensador el mayor caudal se produce en régimen de invierno y es de 13 l/s cuya pérdida será de 10 kPa. Las pérdidas máximas en los intercambiadores serán de 30 kPa y la pérdida por valvulería se estima en 5 kPa. Por lo tanto se necesita una bomba de caudal 13 l/s que pueda soportar 50 kPa en el circuito primario de conexión del intercambiador con el pozo a la bomba de calor. También se necesita una bomba que soporte 63 kPa con un caudal de 33 l/s para el circuito de conexión de la bomba de calor con el intercambiador al secundario. Se van a instalar en ambos circuitos bombas gemelas que puedan soportar las condiciones más desfavorables. Se ha escogido para los dos circuitos una bomba de la marca Grundfos modelo NB 100- 200/219 de clase energética A. Su consumo máximo será de 2,63 kW. Figura 30: Curvas de funcionamiento de la bomba Grundfos NB 100-200/219 Climatización de un edificio de oficinas Memoria Jose Miguel Martínez Masa Página 87 8. Medidas de ahorro de energía • Se ha realizado un estudio de las diferentes alternativas que se pueden llevar a cabo en la instalación. Se ha decidido utilizar un sistema de bomba de calor agua – agua. Esta nos proporciona tanto frio como calor y como se ha podido comprobar en el apartado “4 .Estudio de alternativas” tiene los mejores rendimientos, por lo tanto los más bajos consumos de energía primaria. Este tipo de sistema se puede utilizar gracias a la disposición de agua en el freático en la zona. • Se ha decidido impulsar agua a 35º en invierno y 12º en verano. Como se puede comprobar en el apartado “5. Sistema de producción” esto beneficia el rendimiento de la bomba de calor al trabajar con saltos de temperatura menores. Estas temperaturas tan moderadas se consiguen fundamentalmente al utilizar el suelo radiante como método de distribución. • Se ha instalado un recuperador rotativo en todas las unidades de climatización para aprovechar la energía del aire de expulsión. Sin esta medida la carga de ventilación supondría un 21 % de las cargas en verano y un 70 % en invierno. Con el recuperador se recupera un 67% de la energía del aire de expulsión. • La arquitectura del edificio aunque no depende de nosotros también contribuye a un ahorro de energía. El edificio dispone de grandes ventanales por los que entra la luz solar y evita un uso continuado de la iluminación. A su vez dispone de un sistema de lamas que disminuye la radiación que provoca una mayor demanda. • Implantación de la medida fijada por la modificación del RITE en el Real Drecreto 1826/2009 I.T.3.8.2. por el que se establece que las temperaturas de los edificios en verano no serán interiores a 26ºC y en invierno no serán superiores a 21ºC. En este edificio se consigue una reducción de la demanda de un 4% en verano. • Se ha diseñado la instalación y el climatizador incorporando compuertas motorizadas y una caja de mezcla para que sea capaz de realizar free-cooling en los momentos en que las condiciones externas lo permitieran, obteniendo así una ventilación sin necesidad de climatizarla.