Edificio de oficinas grande

El edificio de oficinas grande en la ciudad B es un sistema del ducto de suministro de 34 secciones de la parte de un solo piso del edificio de BOK en la ciudad B. El edificio es un edificio de oficinas de 24 pisos multiuso localizado en el centro de la ciudad. Mide cerca de 160 pies (48,77 m) por 160 pies (48,77 m) y cerca de 627 pies (191.32 m) de altura. El edificio se orienta en una dirección noreste a 20° del norte y no es sombreado por ninguna otra estructura. Tiene una gran área cubierta de vidrio, de cerca del 65% sobre exterior. El edificio es descrito por Feng A. (1999) en mayor detalle. El ejemplo del sistema del ducto de este edificio sirve solo para la parte de un solo piso - de la zona 18 a la 22 según lo mostrado en la Figura 5.2, aproximadamente 13.200 pie2 (1226 m2) de espacio. Un diagrama esquemático con números de sección es mostrado en la Figura 5.3. Los datos seccionales del sistema de ducto VAV se dan en la Tabla 5.3.

Figura 5.2: Disposición de las zonas para el piso 8-24 del edificio de oficinas grande. Fuente propia

La unidad de manipulación de aire está localizada en la Zona 19 y el aire es distribuido a las zonas 20, 21, y 22 del perímetro. La zona 20 en el lado este tiene dos cajas terminales y ocho salidas, la zona 21 en el lado norte tiene cuatro cajas terminales y 15 salidas, y la zona 22 tiene dos cajas terminales y seis salidas. Cada sección del ducto se asume para ser un conducto redondo.

El sistema HVAC para este piso fue al principio un sistema multizona de tres cubiertas que destacó cubiertas calientes y frías y dampers de mezcla separados para cada zona. En este estudio se asume para tener un sistema VAV en el cual el aire atraviesa una bobina de refrigeración principal a una temperatura de diseño de la cubierta fría de 55°F (12,78°C).

TABLA 5.3: Datos seccionales de BOK en B y de BOK en C

Secciones

Circulaciones de aire máximas

(m3/seg) Longitud del ducto Pies (m) DPz, Pulg. Peso (Pa) ASHRAE No. Hijo B C 1 2, 8, 19 8678 (4.095) 7584 (3.579) 50 (15.24) 0 (0) SR7-17, SD4-2, CD3-9 2 3, 7 2699 (1.274) 2481 (1.171) 35 (10.67) 0 (0) SD5-26(b1) 3 4 1800 (0.849) 1654 (0.762) 25 (7.62) 0.2 (50) SD5-2, CD3-8, CD3-8, CD9-1, CD3- 9, SD4-1 4 5 1350 (0.637) 1240 (0.585) 10 (3.05) 0.2 (50) SD4-1 5 6 900 (0.425) 827 (0.390) 10 (3.05) 0.2 (50) SD4-1 6 - 450 (0.212) 413 (0.195) 10 (3.05) 0.2 (50) - 7 - 900 (0.425) 827 (0.390) 20 (6.10) 0.4 (100) SD5-2(b), CD9-1, CD3-14 8 9, 14 1637 (0.773) 1254 (0.592) 5 (1.52) 0 (0) SD5-26(s) 9 10, 13 910 (0.429) 697 (0.329) 15 (4.57) 0 (0) SD5-19, CD9-1, CD3-9 10 11 728 (0.343) 558 (0.263) 10 (3.05) 0.2 (50) SD5-19(b1), SD4-1

11 12 546 (0.258) 418 (0.197) 10 (3.05) 0.2 (50) SD4-1 12 13 364 (0.172) 279 (0.132) 10 (3.05) 0.2 (50) SD4-1 13 - 182 (0.086) 139 (0.066) 10 (3.05) 0.2 (50) - 14 - 182 (0.086) 139 (0.066) 10 (3.05) 0.2 (50) SD5-19(b2) 15 16, 17 728 (0.343) 558 (0.263) 15 (4.57) 0 (0) SD5-19, CD9-1, CD3-9, SD5-19(b1) 16 - 182 (0.086) 139 (0.066) 10 (3.05) 0.2 (50) SD5-19(b1) 17 18 546 (0.258) 418 (0.258) 10 (3.05) 0.2 (50) SD5-19(b1), SD4-1, SD4-1 18 19 364 (0.172) 279 (0.132) 10 (3.05) 0.2 (50) SD4-1 19 - 182 (0.086) 139 (0.066) 10 (3.05) 0.2 (50) - 20 21, 25 4341 (2.049) 3849 (1.816) 30 (9.14) 0 (0) SD5-26(2b) 21 22 728 (0.343) 558 (0.263) 20 (6.10) 0.2 (50) SD5-2(b), CD9-1, CD3-14, SD4-1 22 23 546 (0.258) 418 (0.197) 10 (3.05) 0.2 (50) SD4-1 23 24 364 (0.172) 279 (0.132) 10 (3.05) 0.2 (50) SD4-1 24 - 182 (0.086) 139 (0.066) 10 (3.05) 0.2 (50) - 25 26, 27, 31 3614 (1.705) 3291 (1.553) 40 (12.19) 0 (0) SD5-2(s) 26 - 723 (0.3419 658 (0.311) 20 (6.10) 0.4 (100) SD5-23(b1), CD9-1, CD3-14 27 28 1445 (0.682) 1317 (0.621) 25 (7.62) 0.2 (50) SD5-23(S), CD9-1, CD3-9 28 29 1084 (0.512) 987 (0.466) 10 (3.05) 0.2 (50) SD4-1 29 30 723 (0.341) 658 (0.311) 10 (3.05) 0.2 (50) SD4-1 30 361 (0.171) 329 (0.155) 10 (3.05) 0.2 (50) - 31 32 1445 (0.682) 1317 (0.621) 60 (18.29) 0.2 (50) _{SD5-23(b2), CD9-1,}

CD3-14, CD3-14, CD3-14 32 33 1084 (0.512) 987 (0.466) 10 (3.05) 0.2 (50) SD4-1 33 34 723 (0.341) 658 (0.311) 10 (3.05) 0.2 (50) SD4-1 34 - 361 (0.171) 329 (0.155) 10 (3.05) 0.2 (50) -

* De la base de datos del ducto de ASHRAE (ASHRAE 1993)

El aire es entonces enviado a cada zona modulando la cantidad de aire con una caja de VAV. Si la zona requiere de calefacción, el aire se calienta por medio de un recalentamiento auxiliar. El sistema tiene un horario del control de VAV que especifica la fracción de refrigeración máxima o de la calefacción en una temperatura específica de la zona para un sistema de VAV. Para el propósito de este estudio, la ocupación, la iluminación y los perfiles del equipo para el edificio se asumen para tener un horario del día laborable para ser completamente encendido a partir de las 8 a.m. hasta las 5 p.m., y el edificio se asume para no tener ninguna ocupación, iluminación o aumento del calor del equipo por las noches, los fines de semana y los días de fiesta (feriados).

Se simula el sistema basándose en dos distintos horarios de funcionamiento: (1) el horario de 8760 horas (siempre encendido), y

(2) horario de revés controlado.

El horario de 8760 horas tiene control de VAV por 24 horas al día durante todo el año, mientras que el horario de revés controlado tiene control de VAV a partir de las 7a.m. hasta las 5p.m., de lunes a viernes y control del revés de 5p.m. a 7a.m., de lunes a viernes, todo el día sábado, domingo, y los días de fiesta (véase el apéndice C para los archivos de entrada de BLAST).

Todas las cajas de VAV tienen fracciones mínimas de 0,4. (Esto) podría ser fijado a una fracción mínima más baja para las cajas de VAV. Sin embargo, en este estudio cuando el sistema del ducto del edificio de oficinas grande fue utilizado con el tipo de ventilador seleccionado según lo introducido en el Capítulo 3, una fracción mínima más baja que 0,4 causo la operación del ventilador en la región de la oleada. Por lo tanto la fracción mínima fue fijada a 0,4. Los datos de la circulación de aire sumados para todas las zonas se representan usando un histograma, que es una distribución de frecuencia con la fracción del flujo completo como la abscisa y el número de horas en cada incremento como la ordenada en la Figura 5.4. El compartimiento 1 corresponde al 0~5% del flujo completo y el compartimiento 2 corresponde al 5~10% del flujo completo, etc. En la Figura 5.4 (a), para el edificio de oficinas grande en el compartimiento 9 de la ciudad B que corresponde a la fracción mínima del flujo completo tiene 6.623 horas de funcionamiento para el horario de 8,760 horas. En la Figura 5.4 (b), el horario del revés controlado resulta en 2.763 horas de operación, de las cuales 1.288 horas están en la fracción mínima. El edificio de oficinas grande en la ciudad C comparte la misma disposición e información seccional con el que está en la ciudad B. El edificio es simulado en la ciudad C, para investigar el efecto del clima en el diseño óptimo del ducto con diversas condiciones atmosféricas. Todas las secciones del ducto se asumen otra vez para ser ductos redondos. El histograma de los datos de la circulación de aire del edificio en la ciudad C se muestra en la Figura 5.5. En la Figura 5.5 (a), el compartimiento 9 que corresponde a la fracción mínima del flujo completo tiene 6788 horas de funcionamiento para el horario de 8,760 horas. En la Figura 5.5 (b), el horario de revés controlado resulto en 4.269 horas de operación y 3.177 horas de la fracción mínima del flujo completo.

(a) En el Horario: 8760 horas de circulación de aire

Figura 5.4: Distribución anual de la fracción del flujo completo del edificio de oficinas grande en la ciudad B

(b) Horario del revés controlado: 4269 horas de circulación de aire

Figura 5.5: Distribución anual de la fracción del flujo completo del edificio de oficinas grande en la ciudad C

CAPITULO 6

DESCRIPCIÓN DEL MODELO PARAMÉTRICO 6.1.INTRODUCCION19

Se optimizan los tres sistemas del ducto usando cuatro métodos de diseño para cuatro distintas tarifas eléctricas y dos diferentes horarios de funcionamiento con los ductos de aluminio y los ductos de acero galvanizado. Los tamaños del ducto del método de la fricción pareja se obtienen con la pérdida de la presión por 100 pies que da el coste de ciclo vital más bajo con la tarifa eléctrica de TSAL: 0,15 pulg. wg/100pies (1,22 Pa/m) por el ejemplo de ASHRAE, 0,15 pulg. wg/100pies (1,22 Pa/m) para el edificio de oficinas en la ciudad B, y 0,1 pulg. Wg/100pies (0,82 Pa/m) para el edificio de oficinas en la ciudad C.

Los tamaños del ducto del método de recuperación estática se obtienen con la velocidad del ducto unido al ventilador que da el coste de ciclo vital más bajo con la tarifa eléctrica de TSAL: 2600 fpm (13 m/s) por el ejemplo de ASHRAE, 2800 fpm (14 m/s) para el edificio de oficinas en la ciudad B, y 2700 fpm (13,5 m/s) para el edificio de oficinas en la ciudad C. Los sistemas del ducto diseñados con los métodos de la fricción pareja y de recuperación estática entonces se simulan con diversas tarifas eléctricas para considerar el efecto económico de operación más bajo de VAV. En el método T, diversas tarifas eléctricas establecen diversos tamaños óptimos del ducto puesto que se cambia la presión óptima del ventilador. El procedimiento de optimización de VAV estableció tamaños óptimos del ducto con las circulaciones de aire que variaban con la selección de un ventilador eficiente, encontrando los coeficientes apropiados del ducto, cálculo de la pérdida de la presión del sistema, y evaluación del coste del ciclo vital. Típicamente, son utilizadas 20,000 ~ 25,000 evaluaciones de la función objetiva.

19

Tsal, R. J., y Adler, M. S., (1987). Evaluación de los métodos numéricos para la optimización de la canalización y de la tubería.

Para el tamaño del ducto redondeado o de la programación discreta, un incremento de 1 pulgada se utiliza para los tamaños del ducto arriba de 20 pulgadas y, un incremento de 2 pulgadas se utiliza para todos los otros. Se organizan los resultados tal como sigue:

 Comparación de los métodos de diseño del ducto: (1) análisis de coste del ciclo vital y (2) área superficial del ducto.

 Influencias en el diseño óptimo: (1) efecto de la tarifa eléctrica en el diseño óptimo, (2) efecto del costo unitario de la canalización en el diseño óptimo, (3) efecto de la topología en el diseño óptimo, (4) efecto de los horarios de la circulación de aire, (5) resultados libres de la optimización, y (6) dominio de la optimización.