Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST

Equation Chapter 1 Section 1 Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería de la Energía Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. Dpto. Termotecnia Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Autor: Mª Loreto Rufino Núñez Tutor: Juan Francisco Coronel Toro Sevilla, 2020 ii iii Trabajo de Fin de Grado Grado en Ingeniería de la Energía Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. Autor: M. ª Loreto Rufino Núñez Tutor: Juan Francisco Coronel Toro Profesor titular Dpto. de Termotecnia Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2020 iv v Proyecto Fin de Carrera: Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. Autor: M.ª Loreto Rufino Núñez Tutor: Juan Francisco Coronel Toro El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2020 El secretario del Tribunal vi vii A mis cinco personas, porque el viento siga empujando hacia delante. A mis maestros. viii ix Agradecimientos En primer lugar, y en este caso sí el más importante, agradecer a mis padres por todo el apoyo y paciencia para conmigo. Aunque la vida nos ha lanzado contratiempos, hemos sabido luchar y seguir adelante. Vosotros lo habéis hecho genial yo podría haber estado mejor; pero aprendo, que es lo importante. Por otra parte, agradecer a mis profesores toda la sabiduría aportada y destacar el trabajo y dedicación de todos y cada uno. A esos profesores que además nos animan y comprenden en esta etapa, gracias de verdad, no se sabe lo que unas palabras pueden ayudar en un momento determinado. A todos mis compañeros, sobre todo a los de último curso, los cuales se convierten en amigos y apoyos excepcionales. Hacéis que trabajar en equipo sea un placer, y la ETSI un poco menos escuela y un poquito más hogar que, con las horas pasadas, no es para menos. Por último, a una persona que llegó un poco después, pero me motivó como el que más, que cree en mí y ha sido mi mayor motivación para finalizar esta gran etapa de mi vida. Por todo lo que vendrá. Sevilla, 2020 xvi ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1 Distribución planta baja. 5 Tabla 2 Distribución planta primera. 6 Tabla 3 Distribución planta segunda o cubierta. 7 Tabla 4 Resumen superficies. 8 Tabla 5. Materiales constructivos del edificio. 9 Tabla 6. Descripción del acristalamiento del edificio. 10 Tabla 7 Zonificación del edificio. 11 Tabla 8 Sistema de iluminación del edificio. 14 Tabla 9. Modificaciones en las unidades interiores y exterior. 19 Tabla 10 Condiciones nominales de las unidades interiores. 19 Tabla 11. Características nominales de los recuperadores. 20 Tabla 12 Caudales de aire de cada zona. 20 Tabla 13 Características nominales de la unidad exterior. 21 Tabla 14. Ratio de conexión. 21 Tabla 15. Tabla cámara de aire caracterizado por su resistencia térmica. 22 Tabla 16. Tabla de materiales caracterizados por sus propiedades. 23 Tabla 17. Capas cerramiento exterior vertical. 24 Tabla 18. Capas cerramiento cubierta. 24 Tabla 19. Capas cerramiento interior. 25 Tabla 20. Capas forjado entre plantas. 25 Tabla 21.Capas del suelo. 25 Tabla 22. Polígonos correspondientes a las sombras. 27 Tabla 23. Cargas de cada zona. 29 Tabla 24. Cargas internas debido a los equipos de cada zona. 32 Tabla 25. Nivel de ventilación de cada zona que procede del edificio. 35 Tabla 26. Características de los recuperadores de calor. 38 Tabla 27. Características del recuperador REC P0. 38 Tabla 28. Características del recuperador REC P1. 39 Tabla 29. Potencias calculadas para hallar el Factor de Transporte (FT). 39 Tabla 30. Propiedades de la extracción. 40 Tabla 31. Características de los equipos de climatización. 42 Tabla 32. Características de la instalación de iluminación. 44 Tabla 33. Consumos de energía por superficie pertinente 47 Tabla 34. Evolución de cada COP y EER duranto el año de simulación. 52 xvii Tabla 35. Horas fuera de confort. 53 Tabla 36. Wizard: Vinculación de los materiales asociados para la descripción aproximada. 59 Tabla 37. Polígonos creados para forjado entre plantas y cubierta. 64 Tabla 38. Características de los recuperadores. 74 Tabla 39. Polígonos creados para definición geométrica. 77 Tabla 40. Características de la instalación de iluminación. 79 Tabla 41. Consumos de energía por superficie pertinente. 81 Tabla 42. Horas de funcionamiento de la climatización. 87 xviii ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Localización del edificio. 3 Figura 2 Visualización del edificio real. 4 Figura 3 Perspectivas del edificio. 5 Figura 4 Distribución planta baja. 6 Figura 5 Distribución planta primera. 7 Figura 6 Distribución de la segunda planta o cubierta. 8 Figura 7 Zonificación planta baja. 12 Figura 8 Zonificación planta primera. 12 Figura 9 Zonificación planta segunda o cubierta. 13 Figura 10 Distribución de aire planta baja. 15 Figura 11 Distribución de aire planta primera. 16 Figura 12 Leyenda para la distribución de aire. 16 Figura 13 Distribución refrigerante planta baja. 17 Figura 14 Distribución refrigerante planta primera. 17 Figura 15 Distribución de refrigerante planta segunda o cubierta. 18 Figura 16 Leyenda de la distribución de refrigerante. 18 Figura 17. Fachadas norte y este de nuestro edificio en CALENER-GT. 27 Figura 18. Fachada sur y oeste de nuestro edificio en CALENER-GT. 28 Figura 19. Horario diario de ocupación de zonas de paso. 30 Figura 20. Porcentaje de ocupación en zonas de paso. 30 Figura 21. Horario anual de zonas de paso. 31 Figura 22. Porcentaje de ocupación en oficinas. 31 Figura 23. Porcentaje de ocupación en aula y sala de reuniones. 31 Figura 24. Porcentaje de uso de los equipos en las zonas no acondicionadas. 33 Figura 25. Porcentaje de uso de equipos en las oficinas. 33 Figura 26. Porcentaje de uso en el aula y sala de reuniones. 33 Figura 27. Porcentaje de uso de los equipos de los aseos. 34 Figura 28. Horarios de infiltración en las oficinas. 35 Figura 29. Horarios de infiltración en las aulas y salas de reuniones. 36 Figura 30. Horarios de infiltración en las zonas no acondicionadas. 36 Figura 31. Árbol de la instalación de climatización. 43 Figura 32. Horario de climatización. 43 Figura 33. Porcentaje de uso de iluminación. 45 Figura 34. Porcentaje de uso de iluminación en el aula y sala de reuniones. 45 xix Figura 35. Porcentaje de uso de iluminación en zonas no acondicionadas y aseos. 45 Figura 36. Representación de energía final consumida. 46 Figura 37. Consumos mensuales de energía por subsistemas. 47 Figura 38. Energía final por servicios. 47 Figura 39. Energía final por subsistemas. 48 Figura 40. Consumo frío y calor. 48 Figura 41. Demanda de producción de frío y calor. 49 Figura 42. Consumo de los diferentes ventiladores. 49 Figura 43. Evolución de COP y EER instalación completa. 51 Figura 44. Evolución de COP y EER unidades interiores. 51 Figura 45. Evolución de COP Y EER unidad exterior. 51 Figura 46. Consumo anual de iluminación. 52 Figura 47. Horas fuera de confort. 53 Figura 48. Wizard: pantalla 1. 55 Figura 49. Silueta planta baja. 56 Figura 50. Descripción de la zonificación de la planta baja. 57 Figura 51. Wizard: pantalla 3, planta baja. 58 Figura 52. Wizard: pantalla 4, cerramientos y componentes, planta primera. 59 Figura 53. Wizard: pantalla 5, acabado construcciones interiores. 60 Figura 54. Wizard: pantalla 7, introducción de ventanas y puertas. 60 Figura 55. Composición cerramiento suelo. 62 Figura 56. Polígonos creados para los ceramientos indicados. 63 Figura 57. Edificio final eQUEST. 65 Figura 58. Wizard: pantalla 13, actividad por area. 66 Figura 59. Wizard: introducción horarios. 67 Figura 60. Wizard: pantalla 19, sistema HVAC. 69 Figura 61. Wizard: temperaturas de diseño. 70 Figura 62.Wizard: equipos HVAC. 70 Figura 63. Árbol de la instalación de climatización en eQUEST. 72 Figura 64. Unidad exterior. 73 Figura 65. Conexión unidad exterior-unidades interiores. 73 Figura 66. Definición ventiladores RECUPERADOR 0. 74 Figura 67. Especificaciones específicas del sistema referido a E 0+01. 76 Figura 68. Vinculación del sistema de la zona 0+01 con el RECUPERADOR P0. 77 Figura 69. Representación de energía final consumida. 80 Figura 70. Consumos mensuales de energía por subsistemas. 81 Figura 71. Energía final por servicios. 82 Figura 72. Energía final por subsistemas. 82 Figura 73. Consumo frío y calor. 83 xx Figura 74. Demanda de producción de frío y calor. 83 Figura 75. Consumo de los diferentes ventiladores. 84 Figura 76. Evolución EER y COP instalación completa. 84 Figura 77. Evolución EER y COP de las unidades interiores. 85 Figura 78. Evolución EER y COP de la unidad exterior. 85 Figura 79. Iluminación según eQUEST. 86 Figura 80. Porcentaje de horas fuera de confort de cada zona. 86 Figura 81. Días laborables de funcionamiento de climatización. 88 Figura 82. Consumo unidad exterior. 89 Figura 83. Consumo de los ventiladores de las unidades interiores. 90 Figura 84. Comparación consumos de los ventiladores de los recuperadores. 90 Figura 85. Comparación consumo de iluminación. 91 Figura 86. Comparación de porcentaje de discomfort en refrigeración. 92 Figura 87. Comparación de porcentaje de discomfort en calefacción. 92 Figura 88. Comparación energía final consumida. 93 1 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. 1 INTRODUCCIÓN 1.1 Antecedentes Nuestro proyecto está basado esencialmente en el Trabajo de Fin de Grado “Instalación de climatización en un edificio de oficinas” realizado por el alumno Alejandro Leal Sánchez. De dicho Trabajo hemos obtenido la información sobre la instalación de climatización, ajustándolos en algunos casos basándonos en nuestro criterio. Las dimensiones y el uso del edificio están basados en un proyecto real. Los planos han sido facilitados por el tutor, así como el Proyecto Visado 10-0052 realizado por el grupo IDIE (GRUPO DE INGENIERIA PARA EL DESARROLLO DE INICIATIVAS EMPRESARIALES) de donde hemos sacado toda la información sobre la instalación de iluminación y sobre el edificio en sí, su proyecto de arquitectura. Para la climatización del edificio se ha optado por una instalación mixta con ventilación conectada a equipos VRF con unidades interiores de tipo cassette y conductos con recuperación de calor. El proyecto ha sido desarrollado por la alumna de la Escuela Superior de Ingeniería de Sevilla M. ª Loreto Rufino Núñez, alumna perteneciente a la especialidad de “Ahorro y eficiencia”. Es un trabajo fin de grado que tiene fines académicos. 1.2 Objetivo El objetivo final del mencionado proyecto es conseguir una comparativa detallada del funcionamiento de cada programa, es decir, la facilidad para definir geometría, elementos, equipos… y todo lo necesario; así como comprobar a posteriori el resultado contemplado por cada herramienta para digamos hacer una elección objetiva de cuál de las dos funciona de una forma más exacta a la hora de certificar un edificio. Dicha simulación se realizará, como ya se ha comentado, basándonos especialmente “Instalación de climatización en un edificio de oficinas” para la instalación de climatización. Para su geometría nos basamos en los planos del edificio real. Comenzaremos con el modelado en la herramienta unificada de CALENER-GT, destinado para el diseño y cálculo integrado del edificio y sus instalaciones. CALENER-GT es un programa desarrollado para la calificación energética de edificios terciarios de todo tipo. La definición de toda la geometría y las características constructivas de edificio se definen desde un principio en dicha herramienta, haciendo consultas esporádicas en el software de Tekton-3D, ya que cuenta con una biblioteca de materiales bastante amplia y descriptiva que nos ayudara en las propiedades de cada uno de los materiales. Para los horarios y datos de ocupación y actividad, hemos analizado el edificio y hecho un estudio lógico, imponiendo nosotros el horario de trabajo, dando por hecho una bajada de actividad en determinados periodos. Para las instalaciones de iluminación y climatización; en el primer caso, hemos hecho uso del “Proyecto visado 10-0052”, donde cuenta con unos planos donde vienen definidas la iluminaria utilizada; y para el segundo caso, hemos contado con la ayuda de la base de datos CALENER-BD. Este último se trata de un programa de gestión de base de datos que permite seleccionar un conjunto de equipos de diferentes fabricantes y exportarlos, incluyéndolos en los archivos de entrada de CALENER-GT. Tras dejar todo definido, se simula el edificio y accedemos a la herramienta PostCALENER (incluida en el CALENER-GT) para el análisis y ajuste de nuestra instalación. Se trata de un software que gestiona la inclusión de soluciones singulares y capacidades adicionales relativas a instalaciones y sistemas en CALENER-GT 2 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. Una vez realizada toda la simulación en CALENER-GT, derivamos a la herramienta menos conocida en España, pero la más conocida internacionalmente: eQUEST. Este programa se nos presenta más eficiente a la hora de definir nuestra instalación, ya que podemos incluir todos y cada uno de los equipos y partes del sistema definiendo sus características principales. eQUEST es el programa de modelado de energía más popular que existe. Es una herramienta de análisis de uso de energía de construcción freeware sofisticada pero fácil de usar que proporciona resultados de nivel profesional con un nivel de esfuerzo asequible. Lo utilizan los modeladores e ingenieros de energía de todo el mundo. Un gran factor que contribuye a su popularidad es su costo, GRATIS, y el hecho de que está construido en el motor de simulación DOE 2. El otro beneficio de eQUEST es que puede usarse en todas las etapas del desarrollo del edificio, desde los primeros diseños hasta las etapas finales. Fue desarrollado originalmente por el Departamento de Energía de los EE. UU., donde uno se sus componentes, James J Hirsch, decidió dejar su trabajo en el gobierno, continuando el programa como software libre. En esta herramienta contamos con una función como asistente de creación del edificio, llamada “Shematic Design Wizard” donde se nos va preguntando geometría, ocupación y algunos de los datos esenciales para la definición inicial de la construcción; para luego poder hacer las modificaciones sobre un edificio lo más fiel posible al real. Los datos de partida que se emplean en nuestro caso en la herramienta serán los mismos a la hora de su definición con el detalle de que deben ser introducidos en el sistema métrico anglosajón, por lo que más adelante se adjunta la tabla de conversión de las unidades que hemos utilizado. Durante el Trabajo se expondrán cada uno de los pasos seguidos con las diferencias principales entre uno y otro programa. Finalmente se hará una comparativa de los resultados obtenidos por cada programa e intentaremos analizar datos similares para destacar sus mayores diferencias y similitudes. 1.3 Contenido Por último, en este capítulo, se muestra un pequeño esquema del contenido que se va a exponer en este proyecto, el cual hemos clasificado en otros ocho capítulos más. 1. INTRODUCCIÓN: apartado actual que se encuentra dividido en antecedentes, objetivos y contenido. 2. DESCRIPCIÓN DEL EDIFICIO: descripción del edificio, excepto la climatización. Es decir, la epidermis, las cargas internas, los horarios de funcionamiento, etc. 3. DESCRIPCIÓN DE LAS INSTALACIONES: se describirá la instalación con la que cuenta nuestro edificio, independientemente de la herramienta que vayamos a utilizar. 4. MODELADO DEL EDIFICIO EN CALENER-GT: explicación exhaustiva de la manera de introducir los datos en CALENER-GT, y forma de tratamiento de dichos datos y resultados. 5. ANÁLISIS DEL CONSUMO E ÍNDICES DE EFICIENCIA DEL CASO CON CALENER-GT: datos de consumo e índices de eficiencia del edificio según los resultados aportados por CALENER-GT. 6. MODELADO DEL EDIFICIO EN eQUEST: se comentará detalladamente como se ha introducido la instalación y el edifico en eQUEST. 7. ANÁLISIS DEL CONSUMO E ÍNDICES DE EFICIENCIA DEL CASO CON eQUEST: datos de consumo e índices de eficiencia del edificio según los resultados aportados por eQUEST. 8. COMPARACIÓN: exposición superpuesta de los datos de ambos programas para su comparación visual. 9. CONCLUSIONES: comentario sobre los datos obtenidos por cada herramienta y cómo afecta el modo de definirlo en función de la herramienta utilizada. Por otra parte, también incluye comentarios sobre algunas propuestas de futuros proyectos. 3 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. 2 DESCRIPCIÓN DEL EDIFICIO 2.1 Introducción Nuestro edificio de estudio se trata del edificio del Servicio Extremeño Público de Empleo (SEXPE) localizado en la provincia de Badajoz. El SEXPE se trata de un edificio del organismo de la Junta de Extremadura principalmente administrativo, compuesto de numerosas zonas de oficina, por lo que podemos afirmar que se trata de un edificio terciario. La superficie total construida es de 910,6 m2, distribuidas en tres plantas. Las dos primeras compuestas por las oficinas, y la tercera para la sala de máquinas y un pequeño almacén, aparte de tener un acceso a la cubierta del edificio. 2.2 Localización y emplazamiento El edifico objeto, como hemos comentado anteriormente se encuentra en Badajoz, más concretamente en la Avenida de los Conquistadores s/n de la localidad Villanueva de la Serena. A pesar de su localización real, para la simulación y análisis del edificio hemos considerado la impuesta en los proyectos en los que nos hemos basado, siendo su emplazamiento en la ciudad de Sevilla, sin dirección concreta, pero con una orientación Noroeste. Figura 1. Localización del edificio. 2.3 Geometría El edificio presentado consta de tres plantas, definidas como planta baja, planta primera y planta segunda, las cuales en total suman una superficie total de 910.59m2. La planta baja y primera, con más superficie construida que la segunda planta, es donde se encuentran las oficinas principales, junto con la dirección y otras zonas definidas más adelante. En la segunda (y última) planta, se encuentra la sala 4 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. de máquinas, un pequeño almacén y una zona exterior. Consideramos que los edificios colindantes no proporcionan sombra alguna sobre el edificio, será él mismo el que produzca pequeños efectos de sombra sobre sí mismo. Para la definición y descripción del edificio durante la introducción usaremos el Sistema métrico Internacional. Al tratarse de una comparativa entre los programas de CALENER-GT y eQUEST, el cual este último utiliza el sistema métrico anglosajón, definiremos más adelante las equivalencias para la definición tanto de la geometría como de los materiales y sus propiedades. Figura 2 Visualización del edificio real. 2.3.1. Alturas y paredes del edificio Las alturas de nuestro edificio son todas similares, pero no iguales. Cada planta tiene una altura, especialmente la tercera. Esta planta tiene una cubierta particular al estar inclinada, proporcionando una doble altura. Para la definición de estas alturas nos detendremos más adelante para su explicación. Esta inclinación afectará tanto a las alturas como a la definición de sus paredes, las cuales también discrepan de una forma totalmente rectangular. Como dato, gran parte de la superficie de las paredes tanto de la primera como de la segunda planta se corresponde a elementos de ventana, teniendo esto una relevancia a la hora de calcular las cargas que observaremos más adelante. El edificio también cuenta con unos elementos de sombras propios que aportan una disminución de las cargas. Se adjunta alzado del edificio desde distintas perspectivas para una comprensión más visual. A su vez cuenta con un espacio un tanto especial. En la primera planta cuenta con un hueco de suelo, por decirlo así, que lo que hace es conectar este espacio con la primera planta directamente. En los planos podemos observarlo, y tendrá una gran importancia a la hora de definir el edificio más adelante. 5 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. Figura 3 Perspectivas del edificio. 2.3.2. Planta baja La planta baja tiene dos accesos que desembocan directamente al vestíbulo común donde encontramos la sala de espera. Las demás salas correspondientes a esta planta son el despacho de dirección de la oficina, una sala de juntas, el área de trabajo donde se encuentran las zonas donde serán atendidos los clientes, una escalera para acceder a la segunda planta y unos baños. El área de trabajo a la hora de definir las zonas la dividiremos en dos para facilitar la definición de los equipos de climatización correspondientes a cada zona. USO SUPERFICIE (m2) ACCESO INEM-SEXPE 17.91 VESTIBULO COMÚN SALA DE ESPERA 39.28 15.65 ESCALERA PB 18.65 ASEOS MASCULINOS ASEOS FEMENINOS 9.06 9.06 AREA TRABAJO PB - AREA DE DEMANDA - AREA DE FORMACIÓN - AREA DE EMPRESAS 246.62 SALA MULTIUSOS 20.33 DIRECCIÓN SEXPE 15.55 Tabla 1 Distribución planta baja. 12 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. Para clarificar cada espacio, se adjunta plano con las zonificaciones correspondientes a cada planta. La notación utilizada se refiere el primer número a la planta a la que pertenece, seguido de la zona correspondiente de dicha planta. Así si nos referimos a la zona 1 de la primera planta, quedaría: E 0+01. Figura 7 Zonificación planta baja. Figura 8 Zonificación planta primera. 13 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. Figura 9 Zonificación planta segunda o cubierta. Importante para la posterior definición hay que aclarar que los límites de las zonas estarán posicionados por dentro de las paredes. En el caso de las paredes que delimitan dos zonas, estas se definen por el interior izquierdo y/o por debajo de dicha pared. 3.2 Instalación de iluminación. La instalación de iluminación del edificio viene definida por el Proyecto visado 10-052, el que cuenta con una serie de planos donde están definidas el número de lámparas usadas en cada zona junto a la potencia de cada una de ellas. Para medir la eficiencia energética de la instalación de iluminación de una zona de actividad diferenciada el DB HE3 incluye la definición de VEEI, cuya unidad es el W/m2·100 lux. Este valor no puede exceder el valor límite establecido por normativa, el cual tiene en cuenta la limitación de consumo, a la vez que el nivel de confort y de prestación visual. En este caso, los datos se recogerán del proyecto indicado, dando por hecho que cumple el cálculo del VEEI para cada caso. Haciendo un sumatorio de la cantidad de lámparas de cada uno de los modelos por cada zona definida podemos concretar la potencia instalada de iluminación total y por metro cuadrado. Como se puede observar hay zonas en las que hay dos tipos de iluminaria, haremos el sumatorio para indicar la potencia de iluminación final (W/m2). 14 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. ZONA MODELO CANTIDAD POTENCIA (W) POT. ILUM. (W/m2) VEEI (W/m2 ·100 lux) E 0+01 MODELO STAR HALOGENURO METÁLICO 9 4 52 70 19.19 4.50 E 0+02 EVENTO MAESTRA 2 96 13.09 4.50 E 0+03 EVENTO MAESTRA 4 96 20.45 4.50 E 0+04 EVENTO MAESTRA 16 96 11.20 4.50 E 0+05 EVENTO MAESTRA 16 96 14.34 4.50 E 0+06 MODELO STAR 4 52 8.32 4.50 E 0+07 - 1 100 7.91 4.50 E 1+01 MODELO STAR 8 52 9.82 4.50 E 1+02 EVENTO MAESTRA 2 96 13.09 4.50 E 1+03 EVENTO MAESTRA 10 96 12.29 4.50 E 1+04 EVENTO MAESTRA 9 96 14.48 4.50 E 1+05 MODELO STAR EVENTO MAESTRA 3 2 96 52 13.25 4.50 E 1+06 MODELO STAR 8 96 16.57 4.50 E 1+07 MODELO STAR 8 96 15.59 4.50 E 1+08 EVENTO MAESTRA 6 52 12.48 4.50 E 1+09 - 1 100 7.91 4.50 E 2+01 MODELO COSMO-2 2 56 3.06 4.50 E 2+02 EVENTO MAESTRA MODELOS COSMO-2 3 1 1 52 100 56 8.84 4.50 Tabla 8 Sistema de iluminación del edificio. 3.3 Instalación climatización. En este caso, la instalación de climatización a definir para nuestro edificio trata de un sistema autónomo o VRF, basado en la conexión de numerosas unidades interiores, independientes entre sí, a una exterior. Esto permite una gran flexibilidad para adaptarse al tipo de climatización requerida en cada zona, pudiendo adaptar la temperatura de cada unidad de forma individual. Esto derivará en una reducción del consumo energético, ya que solicitará únicamente el refrigerante necesario. La distribución de refrigerante será de la modalidad a dos tubos. Hay una unidad interior por cada zona a climatizar. En el interior de estas unidades se produce la mezcla del aire recirculado de la zona con el aire exterior para la ventilación. Dichas unidades VRF 15 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. son de tipo cassette y de tipo conductos, lo cual define de qué forma es transportado el aire para finalmente ser expulsado a cada zona concreta mediante los difusores. Se emplearán dos recuperadores de calor que proporcionarán la ventilación al edificio de una forma más eficiente. Contaremos con uno por cada planta, exceptuando la segunda y última. Se adjuntan planos con las redes de distribución de aire y refrigerante. Figura 10 Distribución de aire planta baja. 16 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. Figura 11 Distribución de aire planta primera. Definimos la leyenda para los planos de la distribución de aire: Figura 12 Leyenda para la distribución de aire. 17 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. Figura 13 Distribución refrigerante planta baja. Figura 14 Distribución refrigerante planta primera. 18 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. Figura 15 Distribución de refrigerante planta segunda o cubierta. Definimos leyenda para los planos de distribución del refrigerante: Figura 16 Leyenda de la distribución de refrigerante. 3.3.1 Unidades interiores Para el diseño de la instalación de climatización, lo primero es realizar el cálculo de las cargas que se nos van a presentar en cada zona, para poder caracterizarlas y así poder actuar contra ellas. Esto se desarrolla dentro de la herramienta de forma automática, gracias a los datos introducidos con anterioridad por nosotros. A continuación, se presentan los distintos equipos elegidos para actuar contra dichas cargas, con sus características nominales principales. Los equipos utilizados son todos de la marca DAIKIN, cuyos modelos están recogidos en el catálogo incluido en la herramienta de CALENER-BD, como ya hemos comentado con anterioridad. En un principio, la selección de las unidades interiores se basaba en los datos del TFG de referencia, pero una vez simulados observamos, gracias a las horas fuera de confort, que algunos equipos se quedan cortos, por los que seleccionamos unos de mayor potencia. Este cambio en las unidades interiores nos ha derivado en el cambio de la unidad exterior para abastecer a nuestras nuevas selecciones, ya que la ratio debe ser 100-120 y se nos quedaba lejos de este dato. Comentamos esto en este apartado porque a partir de este punto haremos uso de los equipos finalmente seleccionados para nuestro edificio. Como dato informativo expondremos solo las unidades interiores donde se han producido cambios. Recordar que todos los equipos expuestos a continuación son de la marca DAIKIN. 19 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. ZONA NOMBRE UI original UI ajustada E 0+02 VRV 2 FXFQ50A FXFQ63A E 0+03 VRV 3 FXfQ63A FXFQ100A E 0+04 VRV 4 FXFQ40A FXFQ100A VRV 5 FXMQ125P7 FXMQ200P7 E 0+05 VRV 6 FXMQ100P7 FXMQ200P7 E 1+02 VRV 8 FXFQ50A FXFQ80A E 1+03 VRV 9 FXMQ125P7 FXMQ200P7 E 1+06 VRV 13 FXFQ20A FXFQ32A VRV 14 FXFQ20A FXFQ32A UE original UE ajustada RYYQ30T RYYQ50T Tabla 9. Modificaciones en las unidades interiores y exterior. Las condiciones nominales en la que se recogen los datos de los equipos están especificadas en los catálogos. Estas son: para refrigeración temperaturas interiores 27ºCbs y 19ºCbh, así como una temperatura exterior de 35ºC y para calefacción temperatura interior 20ºCbs y temperaturas exteriores 7ºCbs y 6ºCbh. Las unidades interiores quedan todas definidas a continuación, las modificadas y las que no. Por otro lado, la unidad exterior se define en el apartado de producción térmica. Ud. interior NOMBRE N.º unidades Qref tot (kW) Qref sen (kW) Qcal (kW) VAIRE (m3/h) Pvent (W) FXMQ80P7 VRV7 1 9 6 10 1170 284 FXMQ100P7 VRV1 1 11.2 8.3 12.5 1740 411 FXMQ200P7 VRV6/VRV9/VRV10/VRV5 4 22.4 16.8 25 3480 1294 FXFQ32A VRV11/VRV12/VRV13/VRV14 4 7.2 5.6 8 1560 180 FXFQ63A VRV2 1 7.2 5.2 8 1080 118 FXFQ80A VRV8 1 9 6.5 10 1680 173 FXFQ100A VRV3/VRV4 2 11.2 7.8 12.5 1680 184 Tabla 10 Condiciones nominales de las unidades interiores. 3.3.2 Caudales de aire Para cada zona tenemos definidos los caudales de aire de impulsión a la zona, obtenidos en un principio por nuestra parte del TFG que estamos consultando. Pero finalmente, hemos tenido que hacer modificaciones en los sistemas finales elegidos, aumentando en todos los casos la potencia de la unidad exterior para reducir las horas fuera de confort, que serán más adelante comentadas. Por lo que los caudales de impulsión finalmente serán los nominales de cada equipo. 20 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. Otro de los caudales a especificar es el caudal de aire exterior, el cual, en este caso sí nos apoyamos en el del proyecto del TFG consultado. El caudal de aire exterior define la cantidad de aire de fuera del edificio incluido en el caudal de impulsión de cada zona. Es decir, la cantidad de aire que atraviesa los recuperadores para mezclarse en la caja de mezcla con el aire de retorno de cada zona. Para el cálculo del caudal del aire exterior hemos dado por hecho que nuestro alumno autor del TFG se ha basado en el RITE, donde encontramos el caudal reglamentario mínimo exterior dependiendo de la actividad de cada zona en función del nivel de ocupación de dicha zona. Los dos recuperadores con los que contamos son de características nominales idénticas. Situados en la planta baja y la primera planta. REC P0 / REC P1 MARCA Y MODELO Daikin VAM-2000FB EFICIENCIA RECUPERADOR 65% EFICIENCIA VENTILADOR 60% POTENCIA ELECTRICA 420.00 W POTENCIA VENTILADOR IMPULSION 210.00 W POTENCIA VENTILADOR EXTRACCION 210.00 W Tabla 11. Características nominales de los recuperadores. Otro dato expuesto es el caudal de aire de extracción (VAEXP), necesario para mantener los niveles de confort. En general, se considera que cuando el caudal de aire exterior es menor que 2 ren/h se exfiltra, en nuestro caso, asignaremos extracción a las zonas indicadas en el TFG donde nos aportan los datos de funcionamiento. Así como los aseos, los cuales no cuentan con ventilación al exterior y necesitan, además, eliminar malos olores. Se exponen a continuación dichos datos. ZONA VAE (m3/h) IDA 2 VAI (m3/h) VAEXP (m3/h) E 0+01 315 1740 - E 0+02 135 1080 - E 0+03 225 1680 225 E 0+04 607.50 5160 810 E 0+05 360 3480 360 E 0+06/ E 1+08 - - 180 E 1+01 315 1170 315 E 1+02 90 1680 E 1+03 405 3480 405 E 1+04 675 3480 875 E 1+05 180 1560 - E 1+06 180 1560 - Tabla 12 Caudales de aire de cada zona. 21 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. 3.3.3 Producción térmica La solución adoptada se basa en los valores de cargas anteriormente presentados. Esta solución es totalmente autónoma basado en un equipo reversible aire-refrigerante (Bomba de calor) que enviará refrigerante líquido a las unidades terminales. Nuestra selección se explica por la reducción del número de equipos, reduciendo así el mantenimiento necesario y, por otra parte, se evita la necesidad de instalar depósitos de acumulación de combustible, al tratarse de una instalación eléctrica. La Bomba de calor seleccionada es de la marca DAIKIN, al igual que todas nuestras unidades interiores. Contamos con una sola unidad exterior que se conecta a las unidades interiores. UNIDAD EXTERIOR MARCA Daikin MODELO RYYQ50T Capacidad frigorífica nominal (kW) 83.50 Capacidad calorífica nominal (kW) 93.50 Consumo en refrigeración (kW) 23.70 Consumo en calefacción (kW) 23.50 EER 3.52 COP 3.98 Tabla 13 Características nominales de la unidad exterior. La elección de esta unidad exterior se basa en el correcto valor del ratio de conexión para ambos estados de funcionamiento, tanto refrigeración, como calefacción. Este ratio se basa en la relación de las potencias de la unidad exterior y de la suma de las unidades interiores, la cual no puede superar un determinado valor. Este valor suele estar comprendido entre 1 y 1.2, pero no puede ser mayor. 𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑒𝑥𝑖ó𝑛=∑𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑠 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 Así aplicado este ratio, ya sabiendo nuestras unidades elegidas, quedaría como resultado: Potencia UE (kW) ∑Potencias UI (kW) Ratio REFRIGERACIÓN 140 162.7 1.162 CALEFACCIÓN 156 181.5 1.163 Tabla 14. Ratio de conexión. 28 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. Figura 18. Fachada sur y oeste de nuestro edificio en CALENER-GT. 4.3 Cargas e instalación de climatización Tras la construcción del edificio es cuando se introducen las características internas del edificio. 4.3.1 Cargas internas Las cargas internas que vamos a concretar se refieren a las causadas por la ocupación durante una jornada normal y por los equipos de los que se hace uso en dicha jornada. Para la descripción del nivel de ocupación y funcionamiento de los equipos se definen los horarios para cada zona, basándonos principalmente en el de apertura. 4.3.1.1 Cargas de ocupación La carga de ocupación es debido a la presencia humana y el calor cedido en su actividad que desarrollan dentro de cada espacio del local. Para su correcta definición supondremos un número máximo determinado de personas basándonos en los puestos de trabajo, en las zonas que sea de oficina; y en los asientos o servicios disponibles para salas de espera y aseos. Dentro del edificio en cuestión se consideran distintos tipos de actividad que quedan definidos por una componente sensible y otra latente, sacados de la base de datos que nos aporta el programa en “Ayuda Propiedad”. Los datos elegidos son los siguientes: • Caminando, de pie: para las zonas de espera, pasillos y para los aseos. - Calor latente (QLAT)= 75 W/per - Calor sensible (QSEN)= 70 W/per • Sentado, trabajo ligero: para las zonas de oficina o despacho de dirección. - Calor latente (QLAT)= 70 W/per - Calor sensible (QSEN)= 45 W/per Estos valores junto con el valor de ocupación en función de los m2 por persona que se consideran en cada zona nos aportarán el valor de la carga total de ocupación que, junto con la definición de los horarios nos da la carga térmica requerida. 29 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. Adjuntamos tabla resumen de dichos valores: ZONA CATEGORIA SUPERFICIE Nº per m2/per Qsen (W/per) Qlat (W/per) E 0+01 DE PASO 65.60 10 6.56 75 70 E 0+02 OFICINA 14.67 3 4.89 70 45 E 0+03 AULA 18.78 10 1.88 70 45 E 0+04 OFICINA 137.09 30 4.57 70 45 E 0+05 OFICINA 107.10 15 7.14 70 45 E 0+06 ASEOS 25.01 2 12.51 75 70 E 0+07 DE PASO 12.65 1 12.65 75 70 E 1+01 DE PASO 42.37 5 8.474 75 70 E 1+02 OFICINA 14.67 3 4.89 70 45 E 1+03 OFICINA 78.11 18 4.34 70 45 E 1+04 AULA 59.68 15 3.98 70 45 E 1+05 OFICINA 29.58 6 4.93 70 45 E 1+06 OFICINA 46.35 6 7.73 70 45 E 1+07 NO ACOND. 49.25 1 49.25 75 70 E 1+08 ASEOS 25.01 2 12.51 75 70 E 1+09 DE PASO 12.65 1 12.65 75 70 E 1+10 DE PASO 23.23 - - - - E 2+01 DE PASO 36.66 1 36.66 75 70 E 2+02 DE PASO 35.28 1 35.28 75 70 Tabla 23. Cargas de cada zona. 4.3.1.2 Horarios de ocupación Los horarios en nuestro caso serán motivo de estudio exhaustivo para la aplicación de CALENERGT, ya que serán introducidos a mano y de ellos dependerá en gran medida la obtención de un resultado óptimo de nuestra simulación. Para proceder en la aplicación de CALENER-GT estos horarios serán definidos hora a hora de forma fraccionada con referencia a la ocupación máxima de cada zona del edificio definida en la tabla anterior, siendo esta más alta en los niveles de mayor actividad en la oficina. Para cada modalidad de horarios hemos denominado a todas las zonas con las mismas categorías, agrupadas siempre de la misma forma. Aunque en algunos casos haya zonas con exactamente los 30 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. mismos horarios serán definidos por separado, Lo principal a la hora de marcar el horario de ocupación es tener presente el periodo de apertura de la oficina (8h-17h). Vamos a considerar, aun así, una pequeña fracción de ocupación en las oficinas una hora antes de apertura, considerando la presencia de algún conserje o empleado. Para la zona de sala de reuniones y aula (E 0+03 y E 1+04, respectivamente) hemos optado por definir un uso puntual, ya que se considera que no habrá clases ni reuniones todas las horas de todos los días de la semana. Para las zonas de espera consideramos exactamente el horario abierto al público, variando la fracción según las horas que pensamos son más frecuentes para acudir a la oficina. Para definirlos en el programa haremos una introducción progresiva, de menor a mayor periodo, determinando hora a hora. Es decir: Para los días festivos lo que haremos es marcar como 0% la ocupación hora a hora. Nuestro edificio permanece cerrado sábados y domingos durante todo el año. Con respecto a las semanas, se crearán mediante la vinculación del horario diario laboral de lunes a viernes, y día festivo para los sábados y domingos. Mostraremos a continuación un ejemplo de cómo quedaría una de las categorías. • Zonas de paso: pasillos, escaleras y vestíbulo. Figura 19. Horario diario de ocupación de zonas de paso. Figura 20. Porcentaje de ocupación en zonas de paso. Dia laboral Dia festivo Semana laboral Semana fetiva HORARIO ANUAL 0% 20% 40% 60% 80% 100% 0123456789101112 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 OCUPACIÓN ZONAS DE PASO. 31 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. Figura 21. Horario anual de zonas de paso. De aquí en adelante solo mostraremos la gráfica de porcentaje de ocupación, ya que es lo más significativo de mostrar. • Oficinas Figura 22. Porcentaje de ocupación en oficinas. • Aulas: donde incluimos aulas y sala de reuniones. Figura 23. Porcentaje de ocupación en aula y sala de reuniones. • Aseos: en este caso el horario es exactamente igual a las zonas de paso, ya que consideramos una ocupación de niveles no muy altos. • No acondicionados: pasa exactamente igual que con los aseos, consideramos un horario de ocupación idéntico al de las zonas de paso. 4.3.1.3 Cargas de equipo La carga debida a los equipos utilizados en cada zona de nuestro edificio es consultada en el RPOYECTO VISADO, con excepción de los equipos de los aseos que serán estimados. A continuación, se indicarán los datos recabados y estimados de cada zona donde corresponda. Las 0% 20% 40% 60% 80% 100% 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112 13 14151617 18192021 22 2324 OCUPACIÓN OFICINAS 0% 20% 40% 60% 80% 100% 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516 171819202122 2324 OCUPACIÓN AULAS 32 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. zonas donde no existen equipos no serán incluidas. La carga de los equipos es en su totalidad componente sensible. ZONA POT. EQUIPOS (W) W/m2 Frac. Sens. E 0+01 374.09 5.70 1 E 0+02 247.23 16.85 1 E 0+03 336.71 17.93 1 E 0+04 3871.26 15.85 1 E 0+05 15.85 1 E 0+06 200.00 8.00 1 E 1+01 365.16 8.62 1 E 1+02 248.91 16.97 1 E 1+03 1952.09 15.68 1 E 1+04 952.20 15.96 1 E 1+05 169.18 5.72 1 E 1+06 1952.09 15.68 1 E 1+07 200.00 4.06 1 E 1+08 200.00 8.00 1 Tabla 24. Cargas internas debido a los equipos de cada zona. 4.3.1.4 Horarios de equipos Los equipos utilizados en las zonas de oficinas se considerarán con una fracción base de un 0.8 (bastante alta) de uso dentro de los horarios de apertura de la oficina, ya que funcionarán en gran parte del día. A esta fracción base le sumaremos para completar, el porcentaje de la variación de ocupación en dichas zonas, incorporando de este modo la dependencia de presencia de los trabajadores que harán un mayor o menor uso de los equipos utilizados para el desarrollo del trabajo. De forma similar procederemos en las zonas del aula y la sala de juntas, donde se considera una fracción base procedente del uso de ordenador principal y/o proyector u ordenador, al que se le incluye el porcentaje correspondiente a la ocupación. Para la zona de los aseos, sin embargo, directamente dividiremos la ocupación de cada hora a la mitad, suponiendo que no todos los usuarios de dicha zona vayan a usar los secadores, que sería el equipo al que nos referimos. • Zonas de paso: se considera algún uso de televisión para información de turno o entretenimiento de espera. 33 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. Figura 24. Porcentaje de uso de los equipos en las zonas no acondicionadas. • Oficinas: como pasará en las zonas no acondicionadas, consideraremos que una hora antes y una hora después hay un pequeño porcentaje de uso debido a la presencia de algún trabajador. Figura 25. Porcentaje de uso de equipos en las oficinas. • Aula: donde realmente incluimos aula y sala de reuniones, ya que consideramos el mismo porcentaje base de uso, más la fracción correspondiente al uso que depende de la ocupación de ambos espacios, que será la misma. Figura 26. Porcentaje de uso en el aula y sala de reuniones. 0% 20% 40% 60% 80% 100% 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819202122232425 EQUIPOS ZONAS DE PASO 0% 20% 40% 60% 80% 100% 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 1213141516 17181920 21 222324 EQUIPOS OFICINAS 0% 20% 40% 60% 80% 100% 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 EQUIPOS AULAS 34 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. • Aseos: considerando los secadores de manos como los equipos exclusivos aquí utilizados. Figura 27. Porcentaje de uso de los equipos de los aseos. • Zonas no acondicionadas: en estas zonas hemos considerado algún ordenador que sirva de información de clasificación en almacenes por lo que tendrían un alto porcentaje de uso, recordando el pequeño porcentaje de uso una hora antes y una hora después del horario de apertura. Como resultado final el porcentaje de uso de los equipos es igual al de las zonas de paso. Para los horarios semanales y anuales procedemos como anteriormente, tendrán la misma estructura, ya que su funcionamiento estará condicionado por los días de apertura y cierre del edificio. 4.3.2 Infiltraciones y ventilación No podemos olvidarnos de la infiltración a la hora de meter los datos, ya que es un dato importante a tener en cuenta para el correcto cálculo de nuestro edifico. 4.3.2.1 Ventilación Según la instrucción incluida en el RITE, específicamente en IT 1.1.4.2.3 debemos elegir un caudal de aire exterior mínimo para mantener una calidad de aire adecuada para cada local, en función de la actividad y tipo de local. Como hemos comentado anteriormente, este dato lo recolectamos directamente del TFG de apoyo, pero a la hora de introducirlo en el CALENER-GT debemos tener en cuenta una peculiaridad. Como el recuperador en sí no se puede introducir en la herramienta, y el caudal de aire exterior es uno de los afectados por su funcionamiento, debemos hacer un cambio. Dando por hecho una eficiencia del 65% por parte del recuperador, el caudal de aire exterior que llega a cada zona que será definido como: 𝑉𝐴𝐸 𝑟𝑒𝑐 =(1−0.65)∙𝑉𝐴𝐸 Este será el dato a introducir en nuestra herramienta. A continuación, se muestran los resultados de los cálculos ya realizados para cada zona acondicionada del edificio. Como es lógico solo tendremos dato de las zonas acondicionadas, donde procede dicha ventilación. 0% 20% 40% 60% 80% 100% 0123456789101112131415161718192021222324 EQUIPOS ASEOS 35 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. ZONA VAE (m3/h) VAErec(m3/h) E 0+01 315 110.25 E 0+02 135 47.25 E 0+03 225 78.75 E 0+04 607.5 212.62 E 0+05 360 126.00 E 1+01 315 110.25 E 1+02 90 31.5 E 1+03 405 141.75 E 1+04 675 236.25 E 1+05 180 63.00 E 1+06 180 63.00 Tabla 25. Nivel de ventilación de cada zona que procede del edificio. 4.3.2.2 Infiltración La infiltración se va a dar cuando ningún equipo de ventilación esté en funcionamiento, ya que mientras tanto la zona está en sobrepresión y, por lo tanto, no habrá efecto de infiltración. En caso contrario, tomaremos la infiltración como la unidad. Es decir, la definición de la infiltración no será de forma fraccionada, si no de tipo todo-nada. Como hemos dicho, dependerá de si el equipo de climatización está en funcionamiento por lo que es lógico que su horario se caracterice por ser contrario al de ventilación. Dependiendo de cada zona y de su horario de ventilación nos encontraremos con una u otra infiltración. • Oficinas Figura 28. Horarios de infiltración en las oficinas. . 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 0123456789101112 131415 16171819 20212223 24 INFILTRACIÓN OFICINAS 36 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. • Aula Figura 29. Horarios de infiltración en las aulas y salas de reuniones. • Zonas no acondicionadas: al no tener ventilación, existirá infiltraciones en todo momento. Figura 30. Horarios de infiltración en las zonas no acondicionadas. 4.3.3 Instalación de climatización Para la instalación de climatización, como indicábamos anteriormente, haremos uso de la herramienta incluida en el CALENER-GT donde se incluye una amplia base de datos de equipos de una amplia gama de marcas. En nuestro caso la marca utilizada será DAIKIN, muy conocida y comercializada en la vida real. Esta herramienta, denominada CALENER-BD está vinculada a CALENER-GT, lo que nos permite que una vez seleccionados los equipos podamos trasladarlos directamente de uno a otro. Como ya se ha comentado la instalación pertinente se trata de un VRF a dos tubos con una unidad exterior encargada de la producción de energía térmica y unidades interiores repartidas por cada espacio acondicionado. En estas unidades se produce el intercambio de calor entre el refrigerante (procedente de la unidad exterior) y el aire correspondiente que será una mezcla de aire recirculado de cada zona y el aire exterior que proceda para cada zona. Al mezclar ambos caudales se forma el nuevo caudal de impulsión que será expulsado a raves de la unidad exterior y por la boca de impulsión a cada espacio del edificio. Para proceder, lo primero que hacemos es elegir la unidad exterior en el CALENER-BD y a partir de tener está definida, iremos incluyendo las diferentes unidades interiores asociadas a la unidad exterior (en este caso todas ya que solo contamos con una unidad exterior). La elección de todas las unidades se realiza basándonos de nuevo en el proyecto del alumno Alejandro Leal. Una vez seleccionadas todas las unidades se exportan a CALENER-GT de forma sencilla. 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 INFILTRACIÓN AULA 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 INFILTRACIÓN NO ACOND. 37 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. Hemos dicho que las unidades se seleccionan del proyecto con el que contamos, pero a la hora de simular nos basaremos en los resultados de las horas fuera de confort que nos proporciona el PostCALENER para ajustar la potencia de cada unidad interior, intentando así disminuir a cero las horas en las que falta calefacción o refrigeración. Por lo que la definición de las unidades interiores realizada en la Tabla 9 se refiere a las unidades finalmente elegidas, las más adecuadas para nuestro edificio. Una vez definidas estas unidades aún nos siguen quedando horas fuera de confort, que serán comentadas más adelante en el apartado de resultados. Por otro lado, tenemos que tener en cuenta las zonas donde hace falta extracción. Por exigencias del RITE, todas las zonas que presenten una cifra de ventilación mayor de 2 renovaciones/hora deben presentar un sistema de extracción. En nuestro caso, hemos incluido todas las que nos indicaba el proyecto de nuestro compañero Alejandro Leal. Cabe especificar que la zona de los aseos cuenta con un sistema único de extracción, sin ventilación. El programa de CALENER-GT nos permite definir el sistema primario, referido a la parte del agua; sistema secundario, para la parte del aire; y las zonas que son todas y cada uno de los espacios con los que cuenta el edificio, acondicionados y no acondicionados. En nuestro caso, la instalación solo cuenta con sistema secundario, ya que no cuenta con circulación de agua, sino que usa refrigerante. Nuestra instalación queda definida mediante la vinculación de las unidades interiores como las zonas del edificio, siendo necesario la especificación de qué zona corresponde a cada unidad. Estas quedan emparejadas a un objeto padre que realmente se trata de la unidad exterior que abastece a cada unidad interior. Por lo que a cada objeto padre o unidad exterior le corresponde una unidad interior, referido a una zona acondicionada. A su vez, la unidad exterior puede contar con más de una zona asociada, ya que las zonas no acondicionadas también deben estar definidas en esta sección, aunque no cuente con unidad interior. Realmente podríamos haber incluido todas las zonas no acondicionadas dentro de un solo objeto padre o unidad exterior, ya que, a la hora de definición de la instalación, no es importante el orden de clasificación, pero nosotros hemos querido repartirlas por una cuestión más de logística. Una vez realizada la exportación de la instalación, debemos introducir los datos reales que específicas los caudales de impulsión y aire exterior que hemos calculado anteriormente para cada zona. Las potencias nos vienen concretadas por la aplicación de CALENER-BD y su catálogo. Por otro lado, hay que indicar los horarios de consigna del termostato y los de funcionamiento del ventilador. Los primero a los que nos hemos referido se anclarán en la temperatura que queremos según el régimen de funcionamiento, es decir, “Siempre 20º” para el régimen de refrigeración y “Siempre 25º” para el régimen de calefacción. A continuación, para los horarios de los ventiladores, que serán realmente los que controlen el funcionamiento de la instalación de ventilación ya que va implícito el funcionamiento de uno cuando está activo el otro, serán definidos como todo-nada en base al horario de apertura. Esto es, cuando el edificio se encuentre abierto al público y trabajadores pondremos un 1, lo que significa que la instalación de ventilación, y a su vez los ventiladores, están activos. La instalación descrita cuenta con dos recuperadores de calor, uno por cada planta, de la misma marca DAIKIN que hacen nuestro edificio más eficiente. Ambos son del modelo VAM-2000FB y de los cuales hemos consultado sus características en el catálogo de la página oficial de DAIKIN, ya que no están presentes en nuestra herramienta CALENER-BD. Además, debemos incluir la definición del factor de transporte, explicado más adelante, ya que se verá afectada por la inclusión de los recuperadores de calor. En explicación a esto último, hay que decir que nuestro programa no permite incluir un recuperador de calor físicamente como una unidad más, por lo que seremos nosotros los encargados de incluirlos mediante los resultados que genera su instalación. La inclusión de los recuperadores afecta directamente a la ratio de caudal de aire exterior/caudal de impulsión, ya que al recuperar parte del aire será menor el que debamos de introducir del exterior. En adición, también se verán afectada la potencia total de los ventiladores, sumando los que presenta el recuperador en su interior para su funcionamiento. Esta última variación se verá reflejada en la cifra del factor de transporte, el cual es 44 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. nosotros la dejaremos por defecto la que nos proporciona el programa según el tipo de actividad, el cual es un valor de 4,5 (W/m2·100lux). Sacamos todos los datos necesarios del PROYECTO VISADO done se nos indican todas las potencias y tipo de luminaria por cada zona. Toda la luminaria es de tipo fluorescente sin ventilación. ZONA SUPERFICIE (m2) POTENCIA (W) POT. ILUM. (W/m2) E 0+01 65.60 52 70 19.19 E 0+02 14.67 96 13.09 E 0+03 18.78 96 20.45 E 0+04 137.09 96 11.20 E 0+05 107.10 96 14.34 E 0+06 25.01 52 8.32 E 0+07 12.65 100 7.91 E 1+01 42.37 52 9.82 E 1+02 14.67 96 13.09 E 1+03 78.11 96 12.29 E 1+04 59.68 96 14.48 E 1+05 29.58 96 52 13.25 E 1+06 46.35 96 16.57 E 1+07 49.25 96 15.59 E 1+08 25.01 52 12.48 E 1+09 12.65 100 7.91 E 2+01 36.66 56 3.06 E 2+02 35.28 56 100 56 8.84 Tabla 32. Características de la instalación de iluminación. 4.3.4.1 Horario de iluminación Los horarios de la iluminación de la mayoría de las zonas serán del tipo todo-nada, pensando en que mientras haya presencia de trabajadores o clientes las luces permanecerán encendidas en todo momento, es decir, en cuento se presente un porcentaje de ocupación, todas las luces estarán encendidas. Pondremos una pequeña fracción una hora antes y una hora después de la apertura, 45 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. donde consideramos la posible presencia de algún conserje o trabajador. En el aula y sala de reuniones no pondremos ese pequeño porcentaje, pero a la mínima presencia de ocupación, se encenderán toda la luminaria disponible en la sala. Sin embargo, en las zonas no acondicionadas y en los aseos, consideraremos exactamente el mismo horario que el de ocupación pensando en la existencia de algún sensor de presencia o temporizador de iluminación que solo se activaran cuando alguien haga uso de estas zonas. • Zonas comunes Figura 33. Porcentaje de uso de iluminación. • Aula y sala de reuniones Figura 34. Porcentaje de uso de iluminación en el aula y sala de reuniones. • Zonas no acondicionadas y aseos Figura 35. Porcentaje de uso de iluminación en zonas no acondicionadas y aseos. 0% 20% 40% 60% 80% 100% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 ILUMINACIÓN OFICINAS 0% 20% 40% 60% 80% 100% 012345678910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 ILUMINACIÓN AULA 0% 20% 40% 60% 80% 100% 0123456789101112131415161718192021222324 ILUMINACIÓN NO ACOND. 46 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. 5 . ANÁLISIS DEL CONSUMO E ÍNDICES DE EFICIENCIA EN CALENER-GT 5.1 Introducción Una vez modelado nuestro edificio definido por completo en CALENER-GT pasamos a analizar los resultados gracias a la herramienta PostCALENER, anteriormente comentada. Gracias a los resultados aportados podemos definir los consumos e índices de eficiencia necesarios. 5.2 Consumo En este apartado procederemos al análisis del consumo en el edificio. Según los datos seleccionados de nuestros resultados podemos definir distintos índices de eficiencia y consumo. De esta forma podemos representar el consumo de energía final de la instalación; de los subsistemas, referidos a la producción de frío y calor y al transporte de aire; y de los servicios, basados en la instalación de climatización y de iluminación. Figura 36. Representación de energía final consumida. La unidad de los valores representados está, como se indica, en MWh. Este dato se nos proporciona en MWh/m2, así que para su correcto estudio hemos multiplicado por el área acondicionada. Otra forma de representar estos datos sería mes a mes, donde podemos observar un consumo fijo de iluminación durante todo el año, y una variación en el consumo de frío y calor dependiendo del mes en el que nos fijemos. 14,89 10,34 2,20 27,43 22,15 49,58 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 Tr. Aire Pr. Frio Pr. Calor Climat. Ilum. Total Energia final consumida (MWh) 47 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. Figura 37. Consumos mensuales de energía por subsistemas. De forma relativa, con sus superficies de aplicación: Tr. Aire Pr. Frio Pr. Calor Climat. Ilum. Total kWh/m2acond 18.53 12.87 2.74 34.14 kWh/m2total 24.32 58.19 Tabla 33. Consumos de energía por superficie pertinente Cada servicio por lo tanto representa un porcentaje determinado de la energía final consumida, visualmente: Figura 38. Energía final por servicios. 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 Consumos mensuales por subsistemas (MWh) Pr. frío Pr. calor Tr. aire Ilum. CLIMATIZACIÓN 58,41% ILUMINACIÓN 41,61% ENERGIA FINAL POR SERVICIOS 48 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. A su vez, a nivel de subsistemas: Figura 39. Energía final por subsistemas. Si nos centramos en el consumo mes a mes del edificio, el resultado gráficamente es el siguiente: Figura 40. Consumo frío y calor. Como podemos observar a lo largo de todos los meses del año (exceptuando el mes de agosto en el cual nuestro edificio permanece cerrado) solo existen datos de consumo de frío o calor. Esto se debe a nuestro modo de instalación en el que solo permite el consumo de frío o calor, no de forma simultánea, por lo que podemos ver representado perfectamente nuestros meses en los que habrá calefacción y en los que habrá refrigeración. En contraposición, mostramos la demanda mes a mes. En estas demandas se incluyen tanto la sensible como la latente. Pr. Frio 38% Pr. Calor 8% Tr. Aire 54% ENERGIA FINAL POR SUBSISTEMAS 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 Consumo producción de frío y calor (MWh) CPF CPC 49 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. Figura 41. Demanda de producción de frío y calor. Volviendo de nuevo al consumo, como resultado de la simulación se nos aportan los datos de los ventiladores. Este consumo que se nos presenta se refiere al consumo total de los ventiladores, por lo que debemos realizar el prorrateo de dicho consumo para hallar el pertinente de los ventiladores de los recuperadores (tanto del de impulsión como extracción) y el de las unidades interiores, no diferenciados por la aplicación. Este es una de las principales consecuencias de no poder introducir el recuperador como un equipo en sí, que en los datos tampoco lo tiene en cuenta, por lo que es importante entender esta fragmentación del consumo final en los diferentes ventiladores realmente presentes en nuestro sistema. Figura 42. Consumo de los diferentes ventiladores. 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 Demanda producción de frío y calor (MWh) DPF DPC 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 Consumo ventiladores(MWh) Cta UI Cta AE Cta AEXP 50 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. 5.3 EER Y COP Para este apartado, es muy importante haber entendido la división del consumo en el apartado anterior, ya que haremos uso de los datos de consumo de cada ventilador para calcular los diferentes datos referidos al EER y al COP. Como ya se ha comentado con anterioridad, el consumo referido a los ventiladores aborda dos consumos internos, uno procedente de las unidades interiores y el otro debido al funcionamiento del recuperador. De la selección de datos que hagamos a la hora de definir el EER/COP mostraremos unos datos u otros. Como sabemos estos índices se definen como el cociente entre la demanda y el consumo, el EER referido a la producción de frío y el COP a la de calor. Así, 𝐸𝐸𝑅 =𝐷 PF 𝐶 PF +𝐶 VENF 𝐶𝑂𝑃= 𝐷 PC 𝐶 PC +𝐶 VENC El CPF es el consumo de producción de frío, debido a la Unidad Exterior (UE). Para la fácil comprensión de nuestras distintas definiciones de EER y COP vamos a mostrar una a una a lo que se refieren exactamente dependiendo del consumo que abarquen. La aclaración la haremos sobre el EER: • EERSIS: en este caso el CVENF, es decir, el consumo de los ventiladores abarcará todo el sistema, abordando el de las unidades interiores, así como los del recuperador de calor. Diremos que este EER es el más global, el que tiene en cuenta el consumo de tratamiento de aire en general. Por lo tanto, el dato a utilizar será el aportado directamente por la herramienta, Cta. Así este índice de consumo quedaría: 𝐸𝐸𝑅𝑆𝐼𝑆 =𝐷𝑃𝐹 𝐶𝑃𝐹 +𝐶𝑡𝑎 • EERUI+UE: para la descripción de este EER no tendremos en cuenta el consumo debido a los ventiladores del recuperador, solo nos fijaremos en las unidades tanto interior como exterior para su cálculo. Así: 𝐸𝐸𝑅𝑈𝐼+𝑈𝐸 =𝐷𝑃𝐹 𝐶𝑃𝐹 +𝐶𝑡𝑎𝑈𝐼 • EERUE: el consumo será debido unica y exclusivamente a los ventiladores de la unidad exterior, es decir a la prodrucción de frío del edificio. Este suele ser el dato que se nos aporta por el fabricante a la hora de la selección de la unidad, que, como es lógico será el resultado de mayor valor. 𝐸𝐸𝑅𝑈𝐸 =𝐷𝑃𝐹 𝐶𝑃𝐹 Estos valores irán de menor a mayor según el orden presentado. Tiene lógica, ya que en el primer caso el consumo a tener en cuenta es mayor que en el último. A continuación haremos una exposición de los datos tanto del EER, como del COP para cada mes en concreto. En la representación veremos el desarrollo de estos dos coeficientes a lo largo de un año completo, tanto para la instalación completa como para las unidades interiores: 51 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. Figura 43. Evolución de COP y EER instalación completa. Figura 44. Evolución de COP y EER unidades interiores. Figura 45. Evolución de COP Y EER unidad exterior. 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 Evolución EER y COP del sistema EERSIS COPSIS 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 Evolución EERUI+UE y COPUI+UE EERUI+UE COPUI+UE 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 Evolución de EERUE y COPUE EERUE COPUE 52 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. Expresados los datos en forma de tabla para mayor exactitud: EERSIS COPSIS EERUI+UE COPUI+UE EERUE COPUE ENERO 0,00 0,77 0,00 0,88 0,00 2,07 FEBRERO 0,00 0,57 0,00 0,66 0,00 2,03 MARZO 0,93 0,00 1,10 0,00 3,93 0,00 ABRIL 1,27 0,00 1,48 0,00 4,22 0,00 MAYO 2,19 0,00 2,47 0,00 4,84 0,00 JUNIO 3,00 0,00 3,29 0,00 5,33 0,00 JULIO 3,28 0,00 3,52 0,00 4,93 0,00 AGOSTO 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 SEPTIEMBRE 3,04 0,00 3,32 0,00 5,16 0,00 OCTUBRE 1,98 0,00 2,24 0,00 4,59 0,00 NOVIEMBRE 0,82 0,00 0,98 0,00 3,72 0,00 DICIEMBRE 0,00 0,77 0,00 0,89 0,00 2,18 ANUAL 1,96 0,25 2,23 0,30 4,87 2,10 Tabla 34. Evolución de cada COP y EER duranto el año de simulación. 5.4 Iluminación Con respecto al consumo de iluminación comentar la notada diferencia entre las zonas de uso de oficinas y las zonas menos usadas y no acondicionadas. Como cabe esperar las zonas condicionadas suelen ser las de mayor consumo de iluminación, ya que son las que más suelen estar ocupadas, por eso nos preocupan las condiciones de confort y deben proporcionar la luminosidad requerida. Figura 46. Consumo anual de iluminación. 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00 E 0+01 E 0+02 E 0+03 E 0+04 E 0+05 E 0+06 E 0+07 E 1+01 E 1+02 E 1+03 E 1+04 E 1+05 E 1+06 E 1+07 E 1+08 E 1+09 E 2+01 E 2+02 zonas Consumo anual de iluminación (kWh/m2) 53 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. 5.4 Análisis del confort En este apartado somos capaces de ver fácilmente el porcentaje de cada zona fuera de las horas de confort, es decir, horas donde se demandó calefacción o refrigeración y no la tuvo. Para ello tenemos en cuenta el horario de funcionamiento del edificio en cada mes, recordando su horario de 8 a.m. a 5 p.m. Figura 47. Horas fuera de confort. Esta representación nos hace una idea de las horas en las que, funcionando la instalación, no se cumple las condiciones de confort; pero realmente hay cifras altas que merece la pena explicar analizando de forma más extendida para comprender lo que sucede. Elegiremos dos zonas representativas para observar mes a mes cuales serían las horas que quedan fuera. En la primera fila indicamos el número de hora totales que funciona nuestro equipo, dependiendo de los días de cada mes. En las siguientes indicamos las horas en los que falto refrigeración o calefacción. ENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE NH 198 180 198 180 198 189 198 0 180 198 189 171 E 0+01 NCref 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 NCcal 0 0 76 16 1 0 0 0 0 1 79 0 E 0+03 NCref 65 97 0 0 0 0 2 0 0 0 0 48 NCcal 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 5 0 Tabla 35. Horas fuera de confort. En la tabla podemos comentar más concretamente lo sucedido en esas horas fuera de confort. Esas horas que quedan fuera de confort son las que no se pueden solucionar. Si nos fijamos, por ejemplo, en el mes de marzo del espacio E 0+01, las horas fuera de confort pertenecen al régimen de invierno, son horas que ha faltado calefacción. Sin embargo, ese mes nosotros lo hemos seleccionado como régimen de verano, ya que eran más horas las que se nos quedaban fuera de confort con el régimen de invierno. Por lo tanto, por mucho que subamos de potencia nuestro equipo, no habrá modificaciones en el resultado de horas para ese mes. Para paliar estos resultados y conseguir que todo estuviera dentro de lo exigido deberíamos plantearnos una instalación que proporcionase calefacción y refrigeración simultáneamente, es decir una instalación a cuatro tubos. 0% 5% 10% 15% E 0+01 E 0+02 E 0+03 E 0+04 E 0+05 E 0+06 E 0+07 E 1+01 E 1+02 E 1+03 E 1+04 Porcentaje de horas fuera de confort %NCcal %Ncref 60 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. Figura 53. Wizard: pantalla 5, acabado construcciones interiores. Exterior doors/exterior windows Procedemos a introducir el material utilizado para las ventanas y puertas en la pantalla 6. El tipo de cristal que aquí elegimos no será modificado más tarde, pues consideramos una buena especificación del que usaremos para nuestro edificio. Y terminaremos de definir posición de cada ventana y orientación en la pantalla 7, accediendo al modo “custom”, como anteriormente e introduciendo pared a pared cada ventana y/o puerta. Comentar la facilidad que nos proporciona el boceto que se nos presenta de la planta para navegar por cada pared, sabiendo en cada momento donde nos encontramos. En la imagen de muestra, la línea roja nos muestra en que pared nos encontramos introduciendo los datos de la puerta y/o ventana. Figura 54. Wizard: pantalla 7, introducción de ventanas y puertas. Exterior Window shades and blinds/ Roof Skylights En las dos pantallas siguientes se nos pregunta por sombras debidas a lamas o persianas y por la existencia de claraboyas, todas referidas a elementos complementarios de las ventanas. Indicamos todo negativo, ya que nuestros elementos de sombras no se corresponden con ninguno de ellos, y por tanto, deberemos incluirnos fuera del asistente de forma manual, indicando su inclinación, 61 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. tamaño y orientación. Finalizamos con la parte geométrica del edificio con lo que respecta al modo de “Schematic Design Wizard”. En las siguientes pantallas se nos preguntan sobre los horarios, actividades de cada zona e instalación HVAC; las cuales serán comentadas cada una en su apartado correspondiente. Debemos tener en cuenta que una vez completamos todas las pantallas y generado nuestro primer boceto del edificio, no haremos más cambios geométricos con el asistente, ya que se vuelve a generar el boceto inicial. Es decir, una vez descritos correctamente las paredes inclinadas y techos, si editamos, por ejemplo, las ventanas con la herramienta de Wizard, perderemos todas las modificaciones realizadas. Por lo que intentaremos dentro de lo posible no volver a utilizar dicha herramienta. Una vez llegamos al final de todo lo que se nos solicita, incluida la instalación de climatización, podemos introducir una nueva planta de la misma forma que acabamos de explicar. En el caso de nuestro proyecto, prestar atención a las coordenadas de situación de la última planta, y recordar el espacio presente en la primera planta que realmente pertenece a la planta baja (E 1+10), el cuál en este apartado no queda definido. De momento, explicaremos los cambios realizados en lo que respecta a la geometría y componente de cerramientos. 6.2.2 Geometría en Detailed Data edit Una vez generado nuestro primer boceto (al final de nuestra pantalla 43), debemos activar el modo Detailed cambiando dicha opción en la pantalla “Mode”. Una vez dentro de este modo iremos cambiando por orden los componentes de los cerramientos, creando antes los materiales precisos; a continuación, crearemos y modificaremos los muros de la segunda planta que no tienen una forma rectangular regular, sino que uno de sus lados se encuentra inclinado, al igual que la configuración del techo correspondiente. Así mismo, introduciremos las sombras existentes en la planta baja debidas a elementos de sombras con las que cuenta el edificio original. A medida que vayamos modificando los elementos necesarios, vamos a ir cambiando los nombres descriptivos de cada zona, material y planta para tener una referencia lo más similar posible a la herramienta de CALENER-GT. 6.2.2.1 Materiales y cerramientos. Como en el caso de CALENER-GT, la descripción de los cerramientos es progresiva. En primer lugar, introducimos los materiales con sus características de densidad, conductividad, espesor y calor específico; para luego unirlos en capas que concretan el cerramiento, ya sea exterior o interior. Como ya hemos definido en el asistente una serie de materiales, los pasos a seguir en esta parte con respecto a los materiales serán: 1. Crear los nuevos materiales uno a uno con sus propiedades específicas. 2. Cambiar los materiales definidos en el asistente por su correspondiente que hemos indicado. 3. Una vez cambiados todos los materiales, eliminar los materiales del Shematic. 4. Agrupar los materiales en capas y cerramientos, siguiendo las mismas pautas que en la herramienta de CALENER-GT, quedándonos así los materiales definidos de forma idéntica. 5. Asegurarnos de especificar el mismo nombre para cada uno de los cerramientos y componentes. 62 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. Incluimos la tabla del material suelo, indicando los datos requerido en esta fase de introducción de datos. SUELOS ly Resistencia de pelicula interior 0.68 Nombre material Espesor (ft) HORMIGÓN CONVENCIONAL 0.164012 POLIUTERANO EN PLANCHA 0.1312096 MORTERO DE CEMENTO 0.164012 BALDOSA DE GRES 0.0656048 Figura 55. Composición cerramiento suelo. Hemos elegido este material en concreto, porque gracias a que esta herramienta tiene la posibilidad de indicar que el edificio se encuentra en contacto con el terreno, no será necesario crear el material de terreno, como sí hemos tenido que hacer anteriormente en CALENER-GT; directamente metemos el primer material constructivo. El resto de los materiales sí se definen idénticos a los de CALENER-GT, realizando la conversión. Una vez incluidos todos y cada uno de los cerramientos tal y como los tenemos en la herramienta de CALENER-GT, procedemos a sustituir los que teníamos vinculados por los reales. Para ello, lo que hacemos es eliminar directamente el material. El programa nos informará de todas las referencias con las que cuenta dicho material y nos da la opción de sustituirlo por otro y modificar dichas referencias al nuevo. Procederemos con esta operación en todos y cada uno de los materiales hasta que todos los cerramientos estén definidos por nuestros componentes y materiales introducidos. 6.2.2.2 Modificaciones de la geometría. En este apartado se especifica las modificaciones necesarias para los cerramientos exteriores e interiores de la segunda planta, los cambios de la cubierta y la creación de polígonos para la correcta definición del forjado entre plantas. El orden seguido será: 1. Cambios en la forma de los cerramientos interiores y exteriores de la segunda planta. 2. Cambio de la cubierta inclinada de la segunda planta. 3. Cambio del forjado entre plantas. 4. Creación de los elementos de sombra. Estos cambios se realizan todos con la creación de nuevos polígonos y sustitución de los antiguos. • Con respecto a los cambios en los cerramientos exteriores e interiores será tan simple como crear el polígono con la forma deseada, introduciendo a mano las coordenadas. Tomamos el vértice inferior izquierdo como punto (0,0) y vamos cerrando el polígono en sentido contrario a las agujas del reloj. Se muestran en la tabla cómo quedarían cada uno de esos polígonos. Una vez creado los polígonos, nos dirigimos al espacio del que corresponde y seleccionando los cerramientos creados por defecto, abrimos las propiedades del que 63 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. queremos modificar. Una vez aquí, en “location & geometry”, cambiamos el polígono al que está asociado por el nuestro creado, indicando el número del vértice del polígono del espacio donde se sitúa el cerramiento. Vértice 1 Vértice 2 Vértice 3 Vértice 4 POLÍGONOS X(ft) Y(ft) X(ft) Y(ft) X(ft) Y(ft) X(ft) Y(ft) CE 2+01 V2 0.00 0.00 11.48 0.00 11.48 9.37 0.00 7.82 CE 2+01 V5 0.00 0.00 24.20 0.00 24.20 7.82 0.00 12.47 CI 2+01 V3 0.00 0.00 13.78 0.00 13.78 9.14 0.00 9.33 Figura 56. Polígonos creados para los ceramientos indicados. • En cuanto a la cubierta de la segunda planta el desarrollo es el mismo, creamos dos polígonos con las medidas determinadas (uno por cada espacio que cuenta con dicha cubierta), y a continuación introducimos la inclinación, la cual calculamos aproximadamente conociendo la inclinación de las paredes de dicha planta. • La última modificación de la geometría es la más compleja; no siendo tan complicada, pero disminuyendo las ventajas hasta ahora de la introducción de la geometría en la herramienta de eQUEST. Nos referimos al hecho de tener que definir uno a uno los polígonos de los forjados entre plantas y la cubierta de la planta primera que corresponde. Nos encontramos obligados a realizar este proceso por el hecho de que no son coincidentes al 100% el espacio de la planta baja con el de la primera planta como para definir que ese mismo forjado conecta los dos espacios, si no que tenemos que ir definiendo cada fragmento. El asistente te genera como techo el cerramiento exterior definido desde el Shematic Design Wizard para cada planta ubicada en cada zona independiente definida, pero no te permite indicar qué zona de una planta coincide con qué zona de otra planta colindante, es decir, no tendrá en cuenta a la hora de la simulación las zonas continuas en la parte superior o inferior de otra una zona determinada, según corresponda. Nuestra modificación permite fragmentar ese forjado en tantas partes como zonas colindantes tenga, y a su vez definirla como cerramiento interior, ya que el asistente lo define como exterior por defecto. Esto se debe a que realmente estamos simulando las plantas individualmente, por lo que el asistente por defecto define la parte superior como exterior. Es decir, si nos fijamos en la zona E 0+05 vemos que colinda por la parte superior con las zonas E 1+05, E 1+06 y E 1+07; sin embargo, si simplemente definiéramos el forjado entre plantas como uno solo podríamos especificar UNA zona colindante y no correspondería a la realidad, por lo que nuestro procedimiento se dedica a fragmentar ese forjado en TRES para indicar las partes que colindan con las zonas pertinentes. Si hubiésemos incluido falso techo o plenum, el asistente nos genera un techo interior correspondiente al que da la zona y otra parte superior referida a la que está en contacto con la planta superior. Como hemos dicho la primera te la define como cerramiento interior y la segunda como exterior. Realmente tiene su lógica porque definimos las plantas una a una y por defecto nos considera el techo superior como cerramiento exterior. Aunque cambiáramos esto, cosa que no es de dificultad, nos seguiríamos encontrando con el problema anterior para ambos tipos de techo: no podemos definir cuales con las zonas colindantes. De forma similar tendremos que definir algún polígono de la primera y segunda planta como cubierta o forjado entre plantas. Esto se debe a que hemos definido toda la primera 64 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. planta con cerramiento superior de cubierta y hay zonas en las que está en contacto con la segunda planta y la cubierta no se corresponde con el cerramiento correcto, por lo que deberemos modificarlo a forjado entre plantas, presentándose de nuevo el problema indicado. Los polígonos de cubierta creados están asociados a la primera planta, a las zonas las cuales una parte de ellas colindan con alguna zona de la segunda planta, mientras que otro fragmento del cerramiento superior de la misma zona se corresponde con la cubierta del edificio. En total son 13 los polígonos que hemos creados destinados a rectificar este error para poder definir correctamente el contacto entre espacios y así su correcta transferencia entre cerramientos. En los nombres podemos ver cual se corresponde a la conexión de qué espacios, teniendo en cuenta que la zonificación es exactamente igual a la del CALENER-GT (Figura 7, 8 y 9). Así, por ejemplo, el polígono POL F 1+08-2+02 se referirá al forjado entre plantas que conecta en concreto a esos dos espacios. Vértice 1 Vértice 2 Vértice 3 Vértice 4 Vértice 5 NOMBRE POLIGONO X(ft) Y (ft) X(ft) Y (ft) X(ft) Y (ft) X(ft) Y (ft) X (ft) Y (ft) POL F 0+01 0 0 28.95 0 28.95 25.6 22.55 25.6 22.55 16.2 POL F 0+05-1+05 0 0 21.75 0 21.75 11.4 -6.7 11.4 -6.7 0 POL F 0+05-1+07 0 0 16.05 0 16.05 14.7 0 14.7 POL F 0+05-1+04 0 0 28.45 0 2.45 3.4 0 3.4 POL F 0+04-1+04 0 0 28.45 0 28.45 19.1 0 19.1 POL F 0+04-1+07 0 0 16.05 0 16.05 19.1 0 19.1 POL F 0+04-1+03 0 0 33.8 0 33.8 19.1 0 19.1 POL F 1+01-2+01 0 0 15.25 0 15.25 10.3 0 10.3 POL F 1+08-2+01 0 0 15.25 0 15.25 13.9 0 13.9 POL F 1+08-2+02 0 0 6.2 0 6.2 9.35 0 9.35 POL F 1+01-2+02 0 0 12.45 0 12.45 14.6 6.2 14.6 6.2 5.25 POL F 1+09-2+02 0 0 14.9 0 14.9 9.4 0 9.4 POL CUB 1+01 0 0 29 0 29 10.9 16.3 10.9 16.3 1.3 POL F 1+10-2+02 0 0 14.9 0 14.9 5.25 0 5.25 POL CUB 1+10 0 0 14.9 0 14.9 10.9 0 10.9 Tabla 37. Polígonos creados para forjado entre plantas y cubierta. 65 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. Para finalizar con la geometría, creamos los elementos de sombras que encontramos en la planta baja y en la segunda planta. Procederemos, de nuevo, creando los polígonos que se asocian a dichos elementos. En contraste con la herramienta de CALENER-GT, en esta ocasión no tienen por qué ser sombras rectangulares, si no que podemos introducirlas triangulares, tal y como se muestra en los planos (Figura 2). Como resultado final, con todas las modificaciones de la geometría acabadas, nos queda representado nuestro edificio en 3D, similar a la Figura 17 con la diferencia resaltada de las sombras, las cuales en esta ocasión son más acordes a la realidad. Figura 57. Edificio final eQUEST. 6.3 Carga e instalación de climatización. Una vez finalizada toda la geometría, con todas las ventanas y sombras definidas, recordamos la imposibilidad de volver a ingresar en el asistente de “Shematic Design Wizard”, ya que todo quedaría modificado al boceto más sencillo, sin las modificaciones realizadas en el apartado anterior. El siguiente paso es introducir todo lo referido a las cargas internas de cada espacio y, así, del edificio. Como hemos hecho con la geometría, comenzaremos explicando lo desarrollado en la parte del asistente, justo a continuación de donde dejamos la definición del edifico antes de las modificaciones. 6.3.1 Cargas y horarios en Shematic Design Wizard Introduciremos las actividades desarrolladas en cada zona, así como la carga de los equipos, iluminación y horarios. En esta herramienta, a diferencia del CALENER-GT, existe la posibilidad de generar un horario en base a datos básicos introducidos, comentados más adelante. • CARGAS INTERNAS DEL EDIFICIO Como comentamos anteriormente, la introducción de los datos expuestos a continuación se realiza justo después de la definición de la geometría, la cual acababa en la pantalla 9. Bien, pues la herramienta hace un salto a la pantalla 13, donde iniciamos la introducción de las cargas. Estos datos se refieren a las cargas internas debidas a los equipos y a la ocupación de los espacios, así como la iluminación. 66 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. Activity Area Allocation / Occupied Loads by Activity Area / Unoccupied Loads by Activity Area Lo primero que nos preguntan en el asistente es acerca de las actividades que se desarrollan en el edificio, indicando su porcentaje de área con respecto al área total del edificio. Del mismo modo debemos introducir el dato de densidad de ocupación máxima y ventilación de diseño por persona. Realmente, estos datos para nosotros serán orientativos, pues al cambiar de modo definiremos uno por uno más concretamente el dato exacto para cada zona. Esto último es aplicable a las siguientes dos pantallas (pantalla 14 y 16) donde se nos solicita la carga de iluminación y de equipos en función de la actividad desarrollada en la zona. Figura 58. Wizard: pantalla 13, actividad por area. En esta primera planta no tenemos problema porque el número de zonas es menor que el máximo permitido para definir, pero por ejemplo en la segunda planta contamos con 9 zonas distintas y el programa nos deja especificar solo 8. Nosotros hemos procedidos a agrupar dos zonas similares y sumar su porcentaje de zona y de densidad de ocupación, pero posteriormente tendremos como objetivo repasar y modificar estos datos para especificar concretamente todas las zonas por separado. 67 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. • HORARIOS En la pantalla 17 ya se nos pregunta por incluso hasta tres tipos de horario diario (del cual nosotros usaremos 2), así como el horario de apertura del edificio. Otro dato que incluye esta pantalla es el porcentaje de la ocupación, iluminación y equipos actúan en ese horario. Figura 59. Wizard: introducción horarios. El programa nos permite introducir dos estaciones del año, es decir, laboral y vacacional, teniendo la opción, a su vez, de dejar definidas las vacaciones a nuestro antojo. En nuestro caso hemos hecho un repaso de las vacaciones incluidas para hacerlas coincidir con nuestra primera simulación. Una vez definidas las propiedades según nuestros datos, la herramienta genera bajo su criterio una serie de horarios concretos que usa en cada apartado necesario. Con el objetivo, esta vez, de crear la mayor similitud entre el edificio generado en CALENER-GT y eQUEST, modificaremos esos datos más adelante para definirlos exactamente como representamos para CALENER-GT; pero realmente la definición mediante el asistente sería suficiente para tener un buen resultado de simulación. 6.3.2 Cargas y horarios en Detailed Data edit Una vez generado nuestro primer boceto (al final de nuestra pantalla 43), debemos activar el modo Detailed cambiando dicha opción en la pantalla “Mode”. Una vez en este modo, iremos zona por zona introduciendo las cargas calculadas de ocupación, iluminación y equipos. Todos ellos en las unidades de medición solicitadas. No nos extenderemos mucho en este apartado para la herramienta de eQUEST, ya que en este caso los datos se introducen de forma similar; únicamente variando las unidades requeridas para cada dato. 6.3.2.1 Cargas internas. Como hemos procedido anteriormente, en este apartado introducimos los datos de ocupación y equipos, para dejar definidas las cargas internas. Una vez realizada la conversión al sistema anglosajón e introducido los datos correctamente en cada zona, continuamos con la modificación de los horarios. 6.3.2.2 Horarios de cargas internas Estos horarios serán los referidos a la ocupación y los equipos en uso en cada zona de nuestro edificio. 68 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. Antes hemos introducidos una serie de datos básico para la generación automática de estos horarios, función extra que encontramos en el eQUEST, ya que en el CALENER-GT hay que introducir todo manualmente desde cero. En este caso, el eQUEST sencillamente crea los horarios desde su parecer de una manera coherente y, a simple vista, bastante correctos. Son de tipo fracción al igual que en la otra herramienta. Sin embargo, modificaremos estos datos e introduciremos exactamente los que teníamos antes definidos, ya que, dentro de lo posible, sin alterar las ventajas más significantes de la herramienta eQUEST; queremos que sean lo más similares posibles entre ambas simulaciones. Por lo que, en este apartado consultaremos los apartados 4.3.1.2 y 4.3.1.4 referidos a los horarios de ocupación y equipos instalados, respectivamente. 6.3.3 Infiltraciones Para concretar la infiltración no aparece ninguna pantalla en la parte del asistente de Shematic Design Wizard, por lo que se especifica directamente en el modo Detailed Data edit. Al igual que en el caso de CALENER-GT tendremos que introducir los datos de la infiltración basándonos en los mismos datos. Exactamente de la misma forma, la infiltración se caracteriza por ser contrario al horario de climatización, cuando las zonas no se encuentren en sobrepresión; con un valor de 1 ren/h para todas las zonas pertinentes. Los horarios serán los mismos descritos para la herramienta CALENER-GT, como ya hemos comentado. 6.3.4 Instalación de climatización en Shematic Design Wizard Para la instalación de climatización sí tendremos unas pantallas determinadas en Shematic Design Wizard donde comenzaremos a modelar nuestra instalación. No obstante, en primer lugar, comentaremos algunos datos de la nueva versión DOE 2.3 frente al DOE 2.2. Aunque el DOE 2.3 presenta numerosas mejoras, no todas las opciones de la versión 2.2 se han incluido en esta nueva versión. El DOE 2.3 está basado en todas las versiones anteriores del DOE 2, pero por ejemplo no cuenta con la posibilidad de modelar muros trombe y algún tipo de sistemas que no hemos observado con profundidad. Para nosotros la gran ventaja de la nueva versión es la facilidad de la definición de nuestro tipo de sistema, sistemas de flujo variable o VRF; que incluye el modelado de la unidad exterior y los posibles sistemas de recuperación de calor. Para toda la descripción de la instalación de climatización haremos uso de la guía que nos proporciona el propio programa eQUEST titulado “DOE - 2 .3 BUILDING ENERGY USE AND COST ANALYSIS PROGRAM Volume 6: New Features”, tanto para el Schematic Design Wizard como para Detailed Data edit. Esta versión permite definir la instalación VRF a partir de una serie de palabras claves que encontraremos en la guía especificada. Esta versión del programa puede modelar un sistema VRF de bomba de calor, o un sistema VRF de recuperación de calor. Además, hemos hecho uso de la opción “Item Help” que encontramos cuando pulsamos el botón derecho sobre el espacio a completar. Esta opción nos da una pequeña descripción de la casilla a definir y de las opciones que tenemos para una correcta descripción de nuestra instalación VRF. Para empezar, iremos paso a paso, modelando poco a poco la instalación mediante los datos solicitados. 69 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. HVAC System Definitions En la pantalla 19, rellenaremos los huecos sobre los datos de la instalación referidos al primer sistema, ya que solo hay un solo sistema de instalación de VRF en el edificio. Gracias a la pequeña introducción en la pantalla 1, nuestro sistema ya tiene como fuente de refrigeración y calefacción, “DX Coils”, lo cual consultamos en la ayuda proporcionada del asistente. Sabiendo que la fuente de la bomba de calor será el aire, se nos abren una serie de opciones para el tipo de sistema, entre los cuales encontramos “Variable Refrigerant Flow, Heat Pump”, es decir, nuestro VRF basado en la bomba de calor. En esta opción, e indicando más adelante el tipo de ventilación de la zona como DOAS o “Dedicated Outdoor Air System”; se nos genera la UNIDAD EXTERIOR y la opción de concretar un recuperador, necesarios para la correcta definición de nuestro sistema. El DOAS se refiere a toda instalación que tenga un sistema de ventilación independiente, que puede o no tener recuperador. Nosotros lo modificaremos para obtener el resultado requerido. Debemos tener en cuenta que nuestro sistema cuenta con dos recuperadores definidos mediante DOAS, por lo que tendremos que ver que opciones tenemos de incluir otra más mediante el asistente o deberemos crear otra unidad más tarde y relacionar cada uno con su planta correspondiente. Por último, en esta pantalla indicamos como tipo de ruta de retorno de aire mediante conductos o “Ducted”. Quedaría, por lo tanto: Figura 60. Wizard: pantalla 19, sistema HVAC. 76 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. Figura 67. Especificaciones específicas del sistema referido a E 0+01. Nos trasladamos ahora a la sección de la producción de calor y su capacidad. Lo primero es indicar como fuente de calor la “condensing unit” antes creada denominada “UNIDAD EXTERIOR VRF”, selección obligada para la correcta definición del sistema, indicando que no existe fuente para la zona. En el caso de la refrigeración no seleccionamos ninguna fuente, esto para el programa de simulación significa que recibe la capacidad de la misma fuente que la calefacción, la unidad exterior creada anteriormente, como queda reflejado en la FIGURA TAL (DOS ANTERIORES) ZONAS Como anteriormente, las zonas que no están acondicionadas deben quedar también en dependencia de un elemento padre que es el sistema. Por lo que procederemos de la misma forma, añadiendo esas zonas no acondicionadas a cualquier sistema elegido, sabiendo que no tendrá ningún tipo de efecto sobre el sistema, ya que no se produce ni calor ni frío en dichas zonas. Otra de los datos claves a introducir en las zonas son los caudales de aire exterior y de expulsión de cada zona. Se presupone que después de la explicación en el apartado 3.3.2 queda claro cuál es el caudal que corresponde en cada definición. Gracias a la definición en la unidad interior acerca del caudal de aire exterior, el cual hemos indicado que cuenta con un DOAS y hemos especificado en cada caso de cual se trata; el programa toma como implícito que este aire exterior procede del DOAS o recuperador, en este caso. Mostramos a continuación la pantalla donde queda definido la vinculación del sistema con el DOAS, indicando el correspondiente para cada zona. El ejemplo expuesto se corresponde con la zona 0+01, en la planta baja, por lo que le corresponde el recuperador que hemos definido en dicha planta. El término “DOAS Attached To” se refiere al aire con el que trabaja el recuperador. Nuestros recuperadores no trabajan directamente en la zona condicionada, sino que se conectan a las unidades interiores y trabajan con la mezcla de aire de impulsión y extracción, aportando el específico para cada zona. 77 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. Figura 68. Vinculación del sistema de la zona 0+01 con el RECUPERADOR P0. Dando esto por hecho, hay que destacar que, a diferencia de la introducción en CALENER-GT, donde teníamos que tener en cuenta la eficiencia del recuperador; esta vez el caudal se introducirá al completo tal y como mostramos en la tabla que procede, ya que en esta herramienta hemos podido introducir el equipo del recuperador como DOAS y será el propio simulador quien haga los cálculos en base a sus propiedades y características. ZONA VAE (m3/h) IDA 2 VAI (m3/h) VAEXP (m3/h) E 0+01 315 1740 - E 0+02 135 1080 - E 0+03 225 1680 225 E 0+04 607.50 5160 810 E 0+05 360 3480 360 E 0+06/1+08 - - 180 E 1+01 315 1170 315 E 1+02 90 1680 E 1+03 405 3480 405 E 1+04 675 3480 875 E 1+05 180 1560 - E 1+06 180 1560 - Tabla 39. Polígonos creados para definición geométrica. 78 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. Con respecto al control del caudal de extracción o expulsión de la zona, en las zonas donde el aire expulsado es dirigido al recuperador para su mezcla y aprovechamiento hemos indicado un control “track exhaust flow”, lo cual indica que ese flujo recorre el circuito de vuelta al recuperador correspondiente de cada zona. Sin embargo, para aquellas zonas donde hay extracción, pero no va dirigido al recuperador, sino que va directamente al exterior (es decir, los ASEOS), hemos indicado que el control no aplica “n/a”, lo que equivale a que ese calor no es aprovechado, ese caudal no entra en la red de vuelta al recuperador. Estos últimos son indicados en la tabla anterior en otro color. Otra de las posibilidades para el control de caudal sería “track supply flow”, donde el caudal extraído se modula para hacerlo coincidir con el caudal suministrado, por lo que no se pueden definir uno con independencia del otro. Haciendo uso de nuevo del artículo IT 1.1.4.2.3 del RITE, volvemos a introducir los datos de ventilación según una IDA 2, es decir 12.5 l/s/per. Consultaremos la Tabla 12 y realizaremos la conversión para introducirlos. Por último, para las zonas, hay que modificar la temperatura de diseño para cada espacio, teniendo en cuenta que hay que introducirlo en Fahrenheit y debe equivaler, como anteriormente, a una temperatura de 25ºC para los meses de verano y 20ªC para los de invierno. 6.4 Instalación de iluminación Aunque hemos hecho alusión a una introducción rápida de los datos de iluminación, en este apartado queremos aclarar los datos a introducir, lo cual realizaremos ya directamente en la definición manual, es decir en el modo “detailed data edit”. Como hemos dicho antes la instalación de iluminación son cargas internas, por lo que deberemos introducir los datos dentro de cada zona correspondiente. Dentro de la zona, hay diferentes métodos a seguir: • Definición de energía: donde especificamos la potencia de iluminación instalada o la densidad de potencia de iluminación instalada. En este caso, el consumo eléctrico de iluminación se calcula cada hora multiplicando la potencia de iluminación instalada por el valor del programa de iluminación. • Recuento de luminaria: donde se especificaría el tipo de lámpara, el tipo de luminaria y el número de luminarias. En este caso, el programa calcula la potencia de iluminación para el conjunto de luminaria y luego la multiplica por el número de luminarias y el valor del programa de iluminación. También se calcula la iluminancia de la iluminación eléctrica. • Luminación: donde se especificaría el tipo de lámpara, el tipo de luminaria y la iluminación eléctrica deseada cuando las luces están completamente encendidas. En este caso, el programa calcula primero el número de luminarias necesarias para alcanzar el punto de ajuste de iluminancia. Luego determina la potencia de iluminación para cada luminaria y la multiplica por el valor del programa de iluminación. Nuestra selección será el primer punto, definición de energía, ya que es el más similar al utilizado en el programa de CALENER-GT y contamos con dichos datos. Como bien se explica, podemos introducir la iluminación instalada o la densidad de potencia. Suponiendo que no hay una gran diferencia hemos optado por la primera opción. En la tabla se indican como quedan los datos. Expresamos en cada zona el horario de la iluminaria, que seguirán las pautas del apartado de CALENER-GT, diferenciando entre las zonas acondicionadas y no acondicionadas, así como las aulas. Toda la luminaria de nuevo será de tipo fluorescente no ventilada, al igual que en nuestro otro programa. 79 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. ZONA SUPERFICIE (m2) POTENCIA (W) POT. ILUM. (W/m2) E 0+01 65.60 52 70 19.19 E 0+02 14.67 96 13.09 E 0+03 18.78 96 20.45 E 0+04 137.09 96 11.20 E 0+05 107.10 96 14.34 E 0+06 25.01 52 8.32 E 0+07 12.65 100 7.91 E 1+01 42.37 52 9.82 E 1+02 14.67 96 13.09 E 1+03 78.11 96 12.29 E 1+04 59.68 96 14.48 E 1+05 29.58 96 52 13.25 E 1+06 46.35 96 16.57 E 1+07 49.25 96 15.59 E 1+08 25.01 52 12.48 E 1+09 12.65 100 7.91 E 2+01 36.66 56 3.06 E 2+02 35.28 56 100 56 8.84 Tabla 40. Características de la instalación de iluminación. Ante estos datos tenemos que tener en cuenta que, como anteriormente en toda nuestra herramienta, debemos hacer el cambio a las unidades pertinentes. 80 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. 7 . ANÁLISIS DEL CONSUMO E ÍNDICES DE EFICIENCIA EN eQUEST 7.1 Introducción De igual manera que anteriormente, simulamos nuestro edificio con todos los datos introducidos esperando una similitud lo mayor posible con los resultados expuestos del CALENER-GT. Los resultados esta vez no se consultan directamente en el programa, el cual solo te ofrece una gráfica de los consumos que a su vez nos hace una idea de la correcta simulación. Sino que tendremos que acceder al archivo “. SIM” que se genera una vez hemos simulado el edificio. Dentro de este archivo encontramos una gran cantidad de datos, tanto introducidos, como expuestos como resultados. Para poder encontrar los datos que nos interesan con más facilidad haremos uso del buscador dentro del archivo e iremos directamente a los datos de la “UNIDAD EXTERIOR” o la unidad de condensación; así como de cada zona, una por una; y de los sistemas padres de esas zonas, es decir, las unidades interiores. Una vez localizados los datos de resultados, extraemos los mismos datos que hemos analizado de la herramienta de CALENER-GT para su representación. De antemano, sabemos que los resultados con respecto a los ventiladores van a cambiar en la forma de exponerse, ya que esta vez sí contamos con el consumo del recuperador, la unidad exterior e interior por separado. 7.2 Consumo Mediante los datos recluidos del archivo resultado de la aplicación, iremos presentando los datos de consumo y demanda en el mismo orden que en el apartado 6.2 para un mejor seguimiento y comparación. Para empezar, mostraremos el consumo de energía final consumida por la instalación, donde mostramos datos de tratamiento de aire, referido al consumo de los ventiladores de las unidades interiores; producción de frío y calor; climatización, que corresponde a la suma de estos tres ya nombrados; y la iluminación del edificio. Figura 69. Representación de energía final consumida. 18,51 14,16 2,37 35,04 19,05 54,09 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 Tr. Aire Pr. Frio Pr. Calor Climat. Ilum. Total Energía final consumida (MWh) 81 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. De nuevo las unidades de representación son en MWh, como la mayoría de los datos que se irán presentando. Al ser el consumo de ventiladores y de iluminación dependientes de su potencia nominal máxima y teniendo en cuenta que los horarios son exactamente los mismo para ambas simulaciones, nuestro resultado para estos dos datos debería ser exactamente iguales. Podemos observar que los consumos en este caso son más elevados, pero del orden de los anteriores. Al ser esta una representación de los consumos finales, podríamos decir que será así en todos los datos posteriormente expuestos. Esto nos lleva a pensar de primeras que al ser más exacto el programa de eQUEST a la hora de definir los equipos y compuestos, serán más exactos los resultados recibidos, en este caso, más elevados. Otra forma de visualizar más desglosado cada consumo es su representación mes a mes durante todo el año de simulación. Como anteriormente, se puede observar un consumo constante de iluminación y se parecía cómo varía el consumo de calefacción y refrigeración para cada mes del año. Figura 70. Consumos mensuales de energía por subsistemas. De forma relativa, siendo las superficies de aplicación exactamente las mismas que en el caso de CALENER-GT quedaría: Tr. Aire Pr. Frio Pr. Calor Climat. Ilum. Total kWh/ m2 acond 41.61 20.71 2.31 64.62 kWh/m2 total 21.96 86.58 ERROR relativo 26.39% 40.49% -30.06% 27.18% -6.53% Tabla 41. Consumos de energía por superficie pertinente. El aumento que observamos en el consumo de climatización se debe esencialmente al aumento significativo que encontramos en el tratamiento de aire, el cual es más del doble. Los demás datos se aproximan mucho a los representados en el caso del CALENER-GT, por lo que nos da por pensar que no está mal simulado. 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 Consumos mensuales por subsistemas (MWh) Pr. Frio Pr. Calor Tr. Aire Ilum. 82 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. Cada servicio dentro de la energía final consumida representa un porcentaje que visualmente quedará bastante diferenciado del representado en el caso de nuestra otra herramienta, debido de nuevo al aumento del consumo de climatización. Figura 71. Energía final por servicios. A su vez, a nivel de subsistemas: Figura 72. Energía final por subsistemas. CLIMATIZACIÓN 74,64% ILUMINACIÓN 25,36% ENERGÍA FINAL POR SERVICIOS Pr. Frio 32,04% Pr. Calor 3,57% Tr. Aire 64,39% ENERGIA FINAL POR SUBSISTEMAS 83 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. Ahora pasamos a representar el consumo mes a mes del edificio en lo que se refiere a consumo de frío y calor: Figura 73. Consumo frío y calor. En este caso de simulación, al permitir que se consuma frío y calor durante todo el año, vemos datos de consumo de frío en todos los meses. Esto no quiere decir que los dos se consuman al mismo tiempo, ya que toca recordar que, al funcionar a dos tubos, no es posible la producción de ambos a la vez. Sino que, en el mismo mes, habrá días en los que trabaje en modo refrigeración y otros en modo calefacción según convenga. Mostramos las demandas sensibles y latentes mes a mes, como anteriormente. Incluso estas demandas se muestran como mayores en el resultado de eQUEST, lo que quiere decir que llevan a cabo un diferente proceso de simulación, ya que las demandas deberían ser idénticas, ya que son independientes de las unidades exterior e interior. Figura 74. Demanda de producción de frío y calor. 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 Consumo de frio y calor (MWh) Cpfe (MWh) Cpce (MWh) 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00 20,00 Demanda de frio y calor (MWh) DPF DPC 84 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. Como hemos procedido anteriormente, haremos la representación del consumo de los ventiladores. En la simulación anterior tuvimos que hacer uso del prorrateo de caudales, pero en este caso se nos aportan todos los datos por separado, otra ventaja del eQUEST. Figura 75. Consumo de los diferentes ventiladores. 7.3 EER y COP Como en la simulación referida al CALENER-GT, estos índices de eficiencia se calcularán a partir de los datos de consumo de los ventiladores y las demandas referidas a la refrigeración y calefacción. Pero, como diferencia, estos datos son de acceso directo, no hay que realizar ningún tipo de cálculo mediante prorrateo. De la misma forma que anteriormente, definiremos tres tipos de índices, según a qué consumos estemos abordando para cada uno de ellos; y los cuales deberán seguir el mismo orden de valor, así: EERSIS<EERUI+UE<EERUE. Hemos indicado los EER, pero los valores de COP deberán seguir la misma norma. Figura 76. Evolución EER y COP instalación completa. 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 Consumo ventiladores Cta UI Cta AE Cta AEXP 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 Evolución del EER y el COP del sistema. EERSIS COPSIS 85 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. Figura 77. Evolución EER y COP de las unidades interiores. Figura 78. Evolución EER y COP de la unidad exterior. 7.4 Iluminación Con respecto a la iluminación, los resultados, al igual que anteriormente el consumo de los ventiladores de unidades interiores, deben ser los mismo que en la simulación de CALENERGT; ya que trabajan con una potencia nominal fija y su cálculo se hace respecto a las horas trabajadas. Como los horarios son exactamente los mismo los resultados reflejados deben serlo por igual. 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 Evolución del EERUI+UE y COPUI+UE EERUI+UE COPUI+UE 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 Evolución EERUE y COPUE EERUE COPUE 92 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. Figura 86. Comparación de porcentaje de discomfort en refrigeración. Figura 87. Comparación de porcentaje de discomfort en calefacción. Podemos observar que existen diferencias tanto en el porcentaje de calefacción como el de refrigeración, siendo más notable en calefacción seguramente por el hecho de que existen más meses con restricciones en este régimen de funcionamiento. Con respecto al porcentaje de refrigeración, los datos siguen un patrón común, con algunas variaciones justificadas de nuevo por las diferencias de horas ya comentadas y los pequeños márgenes de error que se nos han generado. 8.4 Comparativa sobre el consumo anual Como cabe de esperar según todo lo comentado durante el proyecto, el consumo en eQUEST será mayor en determinados aspectos como la climatización y la producción de frío y calor. 0,00% 2,00% 4,00% 6,00% 8,00% 10,00% 12,00% E 0+01E 0+02 E 0+03 E 0+04 E 0+05 E 1+01 E 1+02 E 1+03 E 1+04 E 1+05 E 1+06 % de horas de disconfort en refrigeración CALENER-GT eQUEST 0,00% 2,00% 4,00% 6,00% 8,00% 10,00% 12,00% E 0+01E 0+02 E 0+03 E 0+04 E 0+05 E 1+01 E 1+02 E 1+03 E 1+04 E 1+05 E 1+06 % de horas de disconfort en calefacción CALENER-GT eQUEST 93 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. Figura 88. Comparación energía final consumida. La iluminación total es prácticamente igual, con una pequeña varianza; al igual que la producción de calor que no tendría por qué ser así, pero es un indicativo de que no se echa demasiado en falta en nuestra simulación realizada en el CALENER-GT, ya que teniendo libertad en el eQUEST se ha consumido prácticamente lo mismo. 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 Tr. Aire Pr. Frio Pr. Calor Climat. Ilum. Total Energía final consumida (MWh) CALENER-GT eQUEST 94 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. 9 . CONCLUSIONES Una vez presentado el proyecto con todas las formas de simulación y comentados los resultados para más tarde compararlos, llegamos a una serie de conclusiones respecto al manejo de ambas herramientas exponiendo sus ventajas, sus inconvenientes y, bajo nuestro punto de vista, la eficiencia de cada una de ellas. Para la exposición de dichas conclusiones abarcaremos tres principales apartados, referidos los dos primeros al modelado y, por último, con respecto a los datos: • Introducción de la geometría y componentes • Introducción de sistemas • Datos obtenidos INTRODUCCIÓN DE LA GEOMETRÍA Y COMPONENTES La introducción de la geometría en la herramienta de CALENER-GT presenta la desventaja de tener que calcular de antemano todos los vértices mediante los planos pertinentes. En el eQUEST la gran ventaja es la importación de dichos planos que nos permiten seleccionar ya dentro de la herramienta cada vértice exacto sin necesidad de calcularlos. Con respecto a la introducción de los materiales realmente no apreciamos mucha diferencia, pues en ambos casos hemos tenido que crearlos e introducir sus propiedades desde cero. Lo único destacable es el hecho de que el eQUEST cuente con la posibilidad de indicar el contacto directo con el terreno sin necesidad de introducir sus propiedades. Esto con respecto la introducción. Por otro lado, cabe comentar la posibilidad de indicar zonas colindantes a través del forjado entre plantas desde un principio con el CALENER-GT, sin necesidad de fragmentar cada una de las partes que colinden con diferentes zonas. Este proceso en el eQUEST nos obliga a calcular cada polígono coincidente entre zonas. La introducción de características de las zonas es muy similar en ambas herramientas, con mayor posibilidad de detalles en el eQUEST, pero salvaguardando los datos esenciales. Otro de los componentes a introducir que comentaremos son los horarios. Aunque finalmente hayamos definido los dos horarios exactamente iguales, para su comparación más exacta; el método de introducción de horario en el eQUEST es más cómodo e intuitivo, pues metiendo unos datos bases la misma herramienta te hace un cálculo bastante bueno y acorde con la realidad, con la posibilidad de introducir vacaciones según nos convenga. En el CALENER-GT, sin embargo, la introducción es sí o sí manual. A la hora de analizar los datos nos hemos percatado de que las horas en ambas herramientas no son exactamente las mismas. Los horarios son idénticos, por lo que llegamos a la conclusión de que el problema está en la especificación de los días festivos. Haciendo un cálculo superficial observamos que las horas del eQUEST, contando con que no hemos incluido ningún día festivo, son correctas; sin embargo, no podemos observar qué días festivos considera el CALENER-GT, por lo que damos por hecho que ahí se encuentra el problema. INTRODUCCIÓN DE SISTEMAS Con lo relacionado a la introducción de sistemas en el CALENER-GT contamos con una gran ventaja como es el manual de CALENER-BD, donde encontramos todos y cada una de las unidades interiores instaladas, así como la unidad exterior. Una vez definida en el CALENER BD no tenemos más que importarlo al programa e indicar adecuadamente a qué zonas pertenece 95 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. cada una de ellas. En el eQUEST no contamos con esta ventaja, sino que tenemos que ir introduciéndolo manualmente, enlazando cada uno de los sistemas con su unidad exterior y sus recuperadores. Todos estos sistemas disponibles de especificar en el mismo programa, concretando cuidadosamente todas y cada una de las funciones de dichos sistemas. Esto no ocurre en el CALENER, donde los recuperadores no pueden especificarse como tales. Esta es la gran desventaja presente en el programa CALENER-GT frente al eQUEST, la más importante y por la que hay que realizar más cálculos para la introducción del sistema completo. La introducción del sistema de climatización completo en el eQUEST es un poco ardua en comparación con el otro programa, pues piden muchos datos, por lo que hay que tener muy claro bastantes datos y formas de funcionamiento. DATOS OBTENIDOS Una vez introducidos los sistemas y simulado el edificio toca manejar los datos para su posterior representación y comparación. En el caso del CALENER-GT los datos los encontramos en el documento de PostCALENER, tabulados y de una forma muy específica. Más tarde tenemos que volver a calcular mediante prorrateo los resultados de consumo de cada uno de los diferentes ventiladores. Encontrar los datos es muy sencillo, gracias a su tabulación, pero a la hora de clasificarlos y encontrar todos los datos necesarios puede ser un poco más complejo que en el eQUEST, pero una vez hecho los prorrateos anteriores, no conlleva ninguna dificultad. Para el análisis de datos en el eQUEST, debemos acudir al archivo de formato “. SIM”, donde se nos presentan gran cantidad de datos, tanto los introducidos como los resultados después de la simulación. Para la localización de los que nos interesan usaremos el buscador e iremos introduciendo el nombre definido para cada unidad exterior, unidades interiores, recuperadores y zonas e iremos abasteciéndonos de los datos pertinentes para la comparación. Hay que tener especial cuidado con las unidades y elegir los datos que se nos indiquen en las unidades que nos sea más fácil de manejar. En este caso los datos son directos, no hay que realizar cálculos. Dato que encontremos, dato que puede ser utilizado sin prorrateo ni consideraciones. Debido a las diferencias de horas de simulación, los datos difieren unos de otro. Es decir, cabía esperar que los datos de iluminación y del consumo de los ventiladores de las unidades interiores y los recuperadores fueran idénticos, pero nos hemos encontrado con varianzas las cuales hemos achacado a la diferencia de horas y el pequeño error que puede caber de la transformación entre unidades. Los datos de iluminación y unidades interiores son bastantes similares, al igual que la de los recuperadores; es a la hora de observar los datos de la unidad exterior cuando se divisa una gran diferencia. Este dato es obvio, ya que en la herramienta de eQUEST hemos dejado la producción de calor y frío al libre albedrío, respetando siempre nuestra condición de que no existe producción simultánea. En general bajo mi punto de vista después de haber trabajado con ambas herramientas, considero que la herramienta de CALENER-GT es mucho más fácil de usar por su sencillez. Aunque la herramienta de eQUEST sea mucho más completa a la hora de especificar datos, pienso que el CALENER-GT es más intuitiva y eficaz aun teniendo que hacer más cálculos, mientras que en el eQUEST te piden una cantidad de datos que en la gran parte de las situaciones no se conocen. Por otra parte, siempre tienes la opción de aproximar cálculos desconocidos o dejar los que te vienen por defecto e introducir exactamente los esenciales; y basándonos de nuevo en la cantidad de datos, te da más seguridad de exactitud a la hora de analizar los datos y manejarlos. 96 M. ª Loreto Rufino Núñez Análisis energético de un edificio con sistema VRF utilizando CALENER-GT y eQUEST. FUTUROS DESARROLLOS POSIBLES Para finalizar el proyecto hemos incluido propuestas para posibles futuros proyectos en base a estos sistemas y como mayor estudio del programa eQUEST, por el hecho de ser más desconocido en nuestro ámbito. Por ejemplo, el TFG que está desarrollando uno de mis compañeros, donde el objetivo es el mismo aquí expuesto, pero con un sistema fancoil que trabajan con agua. Teniendo como meta la comparación de CALENER-GT y eQUEST, podríamos proceder con varios sistemas y para ampliar un poco más incluso añadir un apartado económico, donde visualizar la diferencia calculada por cada programa. Siempre teniendo en cuenta el desarrollo simultáneo en ambos programas para su análisis y comparativa. Para mi punto de vista, siempre en más interesante realizar un proyecto sobre algún edificio que sea real, y aprovechándonos de este hecho podríamos realizar un proyecto similar al aquí desarrollo y compararlo también con datos reales, no solo entre ellos; para así tener una visión más tangible.