CLIMATIZACIÓN
COMPLEJO DEPORTIVO DE ZUERA (ZARAGOZA)
Alumno: Gaudó Isac, Pablo Directora: Zalba Nonay, Belén Especialidad: Mecánica
Convocatoria: Diciembre
CLIMATIZACIÓN COMPLEJO DEPORTIVO EN ZUERA (ZARAGOZA)
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1. OBJETO Y CONTENIDO DEL PROYECTO ... 6
2. NORMATIVA A CUMPLIR ... 6
3. MEMORIA ... 9
3.1. DESCIPCIÓN DEL EDIFICIO ... 9
3.2. PROGRAMA DE FUNCIONAMIENTO ... 9
3.3. OCUPACIÓN ... 9
3.4. DESCRIPCIÓN DE LOS CERRAMIENTOS ... 10
3.5. CONDICIONES EXTERIORES DE CÁLCULO ... 10
3.6. CONDICIONES INTERIORES DE CÁLCULO ... 11
3.7. CARGAS TÉRMICAS DE LOS LOCALES ... 11
3.8. ANÁLISIS DE RESULTADOS ... 12
3.9. RECUPERADORES DE CALOR ... 14
3.10. ESTUDIO DE ALTERNATIVAS ... 15
3.10.1. Estudio cualitativo ... 16
3.10.2. Estudio cuantitativo ... 21
3.11. DESCRIPCIÓN DE LA SELECCIÓN ... 26
3.11.1. Solución adoptada ... 26
3.11.2. Descripción general del sistema ... 26
3.11.3. Sala de máquinas ... 27
3.11.4. Distribución de agua ... 28
3.11.5. Tratamiento de aire ... 29
3.11.6. Distribución de aire ... 30
3.11.7. Aislamientos ... 30
3.12. SELECCIÓN DE EQUIPOS DE PRODUCCIÓN Y ALMACENAMIENTO 31 3.12.1. Enfriadora por absorción ... 31
3.12.2. Caldera de condensación ... 31
3.12.3. Depósito de inercia agua caliente ... 32
3.12.4. Depósito inercia agua fría ... 33
3.12.5. Sistemas de expansión ... 33
3.12.6. Intercambiadores de calor ... 39
3.13. SELECCIÓN DE EQUIPOS DE DISTRIBUCIÓN ... 40
3.13.1. Unidades de Tratamiento de Aire (UTA’s) ... 40
3.13.2. Deshumectación del recinto de las piscinas ... 43
3.14. CÁLCULO DE CONDUCTOS ... 52
3.14.1. Reguladores de caudal variable ... 53
3.14.2. Compuertas cortafuegos ... 54
3.14.3. Definición de las unidades terminales de difusión de aire ... 54
3.15. CÁLCULO DE TUBERÍAS ... 57
3.15.1. Selección de bombas ... 57
3.16. MEDIDAS DE AHORRO DE ENERGÍA... 57
3.17. BIBLIOGRAFÍA ... 59
4. ANEXO A LA MEMORIA ... 62
4.1. OPCIÓN SIMPLIFICADA ... 62
4.1.1. Cálculo de las transmitancias térmicas ... 62
4.1.2. Ficha justificativa ... 64
4.2. DEMANDA DE REFRIGERACIÓN ... 64
4.2.1. Condiciones de cálculo ... 64
4.2.2. Vestíbulo ... 66
4.2.3. Cafetería... 68
4.2.4. Vestuarios ... 71
4.2.5. Oficina ... 73
4.2.6. Sala Multiusos ... 76
4.2.7. Gimnasio ... 78
4.2.8. Resultados Refrigeración ... 81
4.2.9. Condiciones de cálculo ... 84
4.2.10. Piscina ... 84
4.2.11. Vestíbulo ... 86
4.2.12. Cafetería ... 88
4.2.13. Vestuarios ... 90
4.2.14. Oficina ... 92
4.2.15. Sala Multiusos ... 94
4.2.16. Gimnasio ... 96
4.2.17. Resultados de Calefacción ... 99
4.3. CÁLCULO DE LA RED DE CONDUCTOS ... 101
4.4. CÁLCULO DE LA RED DE TUBERÍAS ... 111
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4.4.1. Primario enfriadora compresión ... 111
4.4.2. Primario enfriadora absorción ... 113
4.4.3. Condensador enfriadora absorción ... 115
4.4.4. Calor residual absorción ... 117
4.4.5. Primario caldera ... 119
4.4.6. Primario captadores ... 121
4.4.7. Calor UTA-1 ... 123
4.4.8. Frío UTA-1 ... 125
4.4.9. Calor UTA-2 ... 127
4.4.10. Frío UTA-2 ... 129
4.4.11. Calor UTA-3 ... 131
4.4.12. Frío UTA-3 ... 133
4.4.13. Calor UTA-4 ... 135
4.4.14. Frío UTA-4 ... 137
4.4.15. Selección de bombas ... 140
4.4.16. Intercambiadores ... 140
Intercambiador entre circuitos primario y secundario calefacción ... 140
... 141
Intercambiador entre circuitos primario y secundario refrigeración ... 142
Intercambiador piscinas ... 143
Intercambiador condensador enfriadora de absorción ... 144
Intercambiador con campo de captadores ... 145
4.5. CÁLCULO DE LA DEMANDA ENERGÉTICA ... 145
4.5.1. Estimación del consumo de ACS para duchas y piscina ... 145
4.6. CAMPO DE CAPTADORES SOLARES ... 147
4.6.1. Datos geográficos y climatológicos, necesidades energéticas y resultados de ACS para duchas ... 147
4.6.2. Datos geográficos y climatológicos, necesidades energéticas y resultados para la piscina ... 155
4.7. Breve estudio sobre los acristalamientos y la protección solar... 159
4.7.1. Cristal por defecto ... 160
4.7.2. Cristal selectivo con control solar ... 161
4.7.3. Cristal por defecto con lamas verticales ... 162
4.7.4. Cristal por defecto con lamas horizontales ... 163
4.7.5. Cristal selectivo con control solar y lamas verticales ... 164
4.7.6. Cristal selectivo con control solar y lamas horizontales... 165
4.7.7. Resultados ... 167
4.8. CONDICIONES DE IMPULSIÓN CALEFACCIÓN ... 170
4.9. CONDICIONES DE IMPULSIÓN REFRIGERACIÓN ... 172
5. PLANOS ... 180
5.1. SITUACIÓN ... 180
5.2. UBICACIÓN ... 180
5.3. ESQUEMA DE PRINCIPIO ... 180
5.4. RED DE CONDUCTOS-SÓTANO ... 180
5.5. RED DE CONDUCTOS-PLANTA CALLE ... 180
5.6. RED DE CONDUCTOS-CUBIERTA ... 180
5.7. RED DE TUBERÍAS-SÓTANO ... 180
5.8. RED DE TUBERÍAS-CUBIERTA ... 180
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1. OBJETO Y CONTENIDO DEL PROYECTO
El objeto del presente proyecto es la definición de las soluciones que se proponen para la realización de las instalaciones de climatización, calefacción y ventilación para conseguir el control de unas condiciones ambientales adecuadas en el complejo deportivo de la Villa de Zuera (Zaragoza).
También se definen las especificaciones de los equipos, componentes y materiales que constituyen las instalaciones a prever.
Forma parte del objetivo del proyecto la valoración de los trabajos de instalación para lo cual se da un presupuesto detallado del contenido de los distintos sistemas de las instalaciones.
El proyecto se compone de los siguientes documentos:
Memoria descriptiva:
En este documento se describe el edificio con los locales afectados por las instalaciones, la filosofía de funcionamiento de la instalación y sistemas proyectados, se especifican las bases de cálculo y parámetros de partida adoptados y se definen los métodos utilizados para el cálculo. En un Anexo de cálculos se incluyen todas la hojas de cálculo generadas por el proyecto.
Planos:
Planos indicativos del recorrido de las instalaciones, comprendiendo planos de las diferentes plantas y secciones, esquema de principio y detalles constructivos.
Para la estructura de los capítulos de la Memoria y Anexo se han tomado como base las recomendaciones del Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE).
2. NORMATIVA A CUMPLIR
- Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE) y sus Instrucciones Técnicas Complementarias (IT).
Real Decreto 1027/2007, de 20 de julio, del Ministerio de la Presidencia (BOE núm. 207, 29/08/2007) (Corrección de errores: BOE núm. 51, 28/02/2008) Y posteriores modificaciones de sus Instrucciones Técnicas Complementarias.
- Documento Básico (HE): Ahorro de energía - UNE 100001/2001
- UNE 100014/2004 - UNE 13779/2008
Todos los equipos materiales y componentes de las instalaciones objeto de este proyecto cumplirán las disposiciones particulares que les sean de aplicación además de las prescritas en las Instrucciones Técnicas Complementarias (IT) y las derivadas del desarrollo y aplicación del Real Decreto 1630/1992, modificado por el Real Decreto 1328/1995 y en conformidad con la Directiva 89/106/CEE.
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MEMORIA
3. MEMORIA
3.1. DESCIPCIÓN DEL EDIFICIO
El edificio objeto de este proyecto es para una piscina cubierta con gimnasio.
El edificio está formado por 2 plantas con la siguiente distribución:
- Planta Calle: Acceso principal, Vestíbulo, Recepción, Oficina, Piscinas, Cafetería, Acceso a planta sótano mediante escaleras, Vestuario de hombres, Vestuario de mujeres, Vestuario grupal de hombres, Vestuario grupal de mujeres, Gimnasio, Sala Multiuso, Aseos, y Acceso a pista de atletismo.
- Planta Sótano: Sala de Calderas, Cuarto de Mantenimiento y Limpieza, Almacén de atletismo, equipo autónomo de piscinas, depósitos químicos, grupo electrógeno, C.G.B.T, grupos de incendios, fontanería, A.C.S., etc.
3.2. PROGRAMA DE FUNCIONAMIENTO
Atendiendo a que el edificio del proyecto es del tipo de ocio, debe considerarse que su utilización se hará de acuerdo con un programa que afectará a los horarios y a las ocupaciones por parte de las personas con actividades coherentes con los usos del mismo.
En concreto, el total de las instalaciones estarán abiertas 350 dias al año, exceptuando la piscina, que estará abierta 270 días al año. Los horarios para el total de las instalaciones, cada uno durante su período de funcionamiento, serán de lunes a sábado de 9 de la mañana a 10 de la noche, y el domingo de 9:30 de la mañana a 13:30 de la tarde. En total, 4100 horas/año en funcionamiento todas las instalaciones, exceptuando la piscina, que estará 3160 horas/año.
3.3. OCUPACIÓN
La ocupación de las instalaciones y los factores de simultaneidad se han estimado de diversas formas.
Para el cálculo de la demanda en calefacción se ha previsto la situación en la que solamente haya un ocupante por estancia.
En refrigeración, se han tenido en cuenta tablas para la zona de oficina, cafetería, gimnasio, vestuarios y sala multiusos procedentes del módulo 3 del Postgrado en Ingeniería de Climatización, y del libro Fundamentos de Climatización de ATECYR. La piscina en refrigeración no se ha tenido en cuenta dado que para el clima de verano la piscina se encuentra cerrada. En el vestíbulo se ha estimado según el número de plazas de los bancos instalados, y de tres personas trabajando en recepción.
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3.4. DESCRIPCIÓN DE LOS CERRAMIENTOS
En cuanto a las características de elementos transparentes de los cerramientos, se indican aquí los siguientes valores utilizados en los cálculos de las cargas térmicas:
- Tipo de cristal: Doble - Color: Medio
- Factor Solar: 0,52 - Factor Marco: 1,17
Se debe aclarar que estos valores son los que venían por defecto en el proyecto original. Para el presente proyecto se ha realizado un breve estudio sobre dos tipos de acristalamiento (el cristal por defecto y un cristal doble con control solar). Además, se ha cuantificado para los dos tipos de cristal, el efecto que tiene el incorporar lamas metálicas horizontales o verticales como protección solar. Cabe mencionar en este apartado, que la conclusión del estudio es que la mejor opción de cara a reducir la carga térmica en verano debida a la radiación solar, es instalar cristales selectivos con control solar y lamas horizontales orientadas a 60º, que producen un ahorro del 76,4% con respecto a la carga que se produciría con cristales dobles incoloros y ningún tipo de protección solar.
3.5. CONDICIONES EXTERIORES DE CÁLCULO
Los valores adoptados como condiciones exteriores de cálculo en este proyecto se han obtenido de la Norma UNE 100001/2001, en lo relativo a las temperaturas y considerando las variaciones horarias y mensuales de las mismas de acuerdo con UNE 100014/2004. Para los valores de la radiación solar sobre las superficies de la envolvente del edificio se han tomado valores según ASHRAE, los cuales se han modificado para tener en cuenta el efecto de reducción por la atmósfera.
El edificio está situado en Zuera (Zaragoza) a 41,4 latitud Norte y 240 m sobre el nivel del mar.
Condiciones de Verano
La temperatura seca exterior de diseño de verano es de 34,5 ºC.
Según los datos climatológicos contenidos en UNE 100001/2001, esta temperatura se supera en los 4 meses de verano durante un 1% del tiempo total.
La temperatura húmeda exterior más probable coincidente con esta temperatura seca es de 22,5 ºC. La temperatura húmeda exterior de diseño es de 23,4 ºC, que se alcanza los 4 meses de verano durante un 1% del tiempo total.
La oscilación media diaria de las temperaturas secas durante el verano es de 13,1 ºC.
La temperatura seca exterior de diseño para el dimensionado de los equipos frigoríficos condensando por aire es de 38 ºC.
Condiciones de Invierno
La temperatura seca exterior de diseño de invierno es de -3 ºC.
Según los datos climatológicos contenidos en UNE 100001/2001, se alcanzan temperaturas inferiores a ésta en los meses de diciembre, enero y febrero durante un 0,4% del tiempo total.
La humedad relativa exterior de diseño en invierno es de 97,5%.
Coeficientes
En el proyecto se han considerado unos coeficientes de intermitencia y simultaneidad que se han incorporado a los cálculos de las cargas según lo que se indica en el Anexo a la memoria.
3.6. CONDICIONES INTERIORES DE CÁLCULO
Las condiciones interiores de diseño y los niveles de ventilación se fijarán en función de la actividad metabólica de las personas y su grado de vestimenta y, en general, serán las indicadas en el Anexo de la memoria, de acuerdo con lo indicado en el RITE 1826/2009.
- La temperatura del aire en los recintos calefactados no será superior a 20 ºC, cuando para ello se requiera consumo de energía convencional para la generación de calor por parte del sistema de calefacción.
- La temperatura del aire en los recintos refrigerados no será inferior a 26 ºC, cuando para ello se requiera consumo de energía convencional para la generación de frío por parte del sistema de refrigeración.
- Las condiciones de temperatura estarán referidas al mantenimiento de una humedad relativa comprendida entre el 30% y el 70%.
Las limitaciones anteriores se aplicarán exclusivamente durante el uso, explotación y mantenimiento de la instalación térmica, por razones de ahorro de energía, con independencia de las condiciones interiores de diseño establecidas.
Las temperaturas seleccionadas para la realización del proyecto son:
-Invierno: recinto piscina a 27 ºC, y el resto a 20 ºC.
-Verano: todas zonas a 26 ºC.
3.7. CARGAS TÉRMICAS DE LOS LOCALES
Para el cálculo de las cargas de refrigeración se ha utilizado un método manual que considera datos climáticos de temperaturas según UNE 100001/2001 y valores de la radiación solar a través de un vidrio transparente claro según tablas del módulo 3 del Postgrado en Ingeniería de Climatización.
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2011 Igualmente, en el caso de la transmisión de calor a través de los muros soleados,
se utilizan valores de la diferencia de temperaturas equivalentes y ganancia solar extraídos de tablas según la misma fuente. Por lo tanto, el método permite determinar la ganancia de calor a una hora definida de un mes dado, ganancia que se hace igual a la carga de refrigeración.
Para el cálculo de las cargas de calefacción se ha utilizado un método de cálculo manual convencional aplicando valores de los coeficientes de transmisión de calor de los distintos cerramientos con los correspondientes valores de las superficies y los factores de corrección por orientación e intermitencia. La situación que se ha supuesto en calefacción es mínima temperatura de invierno en la zona, mínima ocupación, radiación solar nula y sólo la iluminación imprescindible.
Además, tanto para calefacción como para refrigeración se ha tenido en cuenta el tipo de actividad en cada local, la ocupación, la iluminación y la maquinaria. Todos los valores necesarios se han obtenido de tablas del módulo 3 del Postgrado en Ingeniería de Climatización. La ventilación está detallada más adelante.
Por motivos de seguridad de cara a cumplir las exigencias térmicas de los locales, se ha tenido en cuenta una carga debida a la propia instalación, que de acuerdo con el Manual de Climatización de J.M. Pinazo será de un 6% sobre el total de carga sensible. Y por último se aplica al resultado total un coeficiente de mayoración del 5%.
Lo explicado aquí se aplica a la instalación en el anexo de cálculos.
3.8. ANÁLISIS DE RESULTADOS
Los valores obtenidos se encuentran detallados por zonas en el anexo de cálculos. Aquí se presenta la potencia total necesaria a instalar y su ratio, estando incluido en el resultado el incremento debido a la propia instalación y al coeficiente de mayoración. Y seguidamente se compara con la reducción que se produce al incluir recuperador de calor y la sustitución del tipo de cristal y protección sola.
La metodología seguida para el cálculo de los recuperadores de calor procede del DTIE 8.01: Recuperación de energía en sistemas de climatización.
Para refrigeración, se ha obtenido una potencia de 134 kW sin recuperador, y un ratio de 135 W/m2.
Incorporando el recuperador a la potencia de ventilación y la sustitución de los cristales la cifra desciende hasta 103 kW y un ratio de 100 W/m2.
Tabla 1. Gráfica refrigeración con recuperador Y para calefacción, se ha
ratio de 73 W/m2.
Incorporando el recuperador a la potencia de ventil 92 kW y un ratio de 47 W/m2
baja la demanda de cal
considerablemente bajo, pero al añadir el recuperad
Tabla 2. Gráfica calefacción con recuperado
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. Gráfica refrigeración con recuperador
Y para calefacción, se ha obtenido una potencia de 140 kW sin recuperador, y un
Incorporando el recuperador a la potencia de ventilación la cifra desciende hasta W/m2. En este caso, tanta superficie acristalada beneficia a la baja la demanda de calefacción, con lo que ya sin recuperador el ratio es considerablemente bajo, pero al añadir el recuperador el ratio desciende casi a la mitad.
. Gráfica calefacción con recuperador
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2011 Se ha de aclarar que se ha calculado para dos recuperadores y se ha diferenciado
en dos zonas: uno para la piscina, y otro para el resto de zonas. Así se puede sectorizar para invierno y verano, simplemente cerrando la ventilación de la piscina y así ahorrando adicionalmente en la potencia de los ventiladores.
3.9. RECUPERADORES DE CALOR
Dado que los caudales, el de la piscina por un lado, y el del resto de zonas por otro, supera el valor de 0,5 m3/s, se han tenido que disponer recuperadores de calor de acuerdo a la exigencia del RITE. Dichos recuperadores permiten el intercambio de energía térmica entre el aire exterior de renovación, y el de retorno a expulsar al exterior.
En verano, tras el recuperador de calor, la temperatura de entrada a la batería de frío es menor, consiguiendo un gran ahorro energético para bajar la temperatura del aire exterior hasta la requerida en el local. Sin embargo, en invierno, conseguimos un aumento de temperatura, ahorrando energía en la batería de calor.
Como se ha explicado anteriormente, se ha hecho el cálculo para dos recuperadores de calor. Uno para el caudal de ventilación de la piscina, y otro para el resto de zonas que trabajan durante invierno y verano.
El cálculo de los recuperadores se ha calculado de forma manual siguiendo el método indicado en el DTIE.8.01.
Se han elegido dos recuperadores de calor de flujos cruzados de polipropileno de alta eficiencia, los cuales consiguen ahorrar un 32,7% con respecto a la demanda original de calefacción, y un 6,15% en refrigeración. La diferencia entre uno y otro es notable debido a que en verano la piscina se encuentra cerrada.
Recuperador de la piscina (funcionamiento exclusivo en invierno) Referencia: GTD-TU 2000 VAV (Volumen de Aire Variable) ó similar Caudal de aire exterior: 1800 m3/h
Caudal de aire expulsado: 1800 m3/h Eficiencia del recuperador: 86%
Temperatura del aire exterior: -3 ºC Temperatura de consigna local: 27 ºC Temperatura del aire enfriado: 1,2 ºC Temperatura del aire calentado: 22,8 ºC
Pérdida de carga: 190 Pa Consumo ventilador: 0,25 kW
Recuperador resto de zonas (funcionamiento en invierno)
Referencia: GTD-TU 4500 VAV (Volumen de Aire Variable) ó similar Caudal de aire exterior: 3550 m3/h
Caudal de aire expulsado: 3550 m3/h Eficiencia del recuperador: 87%
Temperatura del aire exterior: -3 ºC Temperatura de consigna local: 20 ºC Temperatura del aire enfriado: 0 ºC Temperatura del aire calentado: 17 ºC Pérdida de carga: 280 Pa
Consumo ventilador: 0,73 kW
Recuperador resto zonas (funcionamiento en verano)
Referencia: GTD-TU 4500 VAV (Volumen de Aire Variable) ó similar Caudal de aire exterior: 3800 m3/h
Caudal de aire expulsado: 3800 m3/h Eficiencia del recuperador: 87%
Temperatura del aire exterior: 34,5 ºC Temperatura de consigna local: 26 ºC Temperatura del aire calentado: 33,4 ºC Temperatura del aire enfriado: 27,11 ºC Pérdida de carga: 260 Pa
Consumo ventilador: 0,73 kW
3.10. ESTUDIO DE ALTERNATIVAS
La energía a transportar a las diferentes zonas de las instalaciones se puede realizar mediante agua o aire. El transporte con agua implica menor trabajo de la bomba
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2011 y menor diámetro de tubería que transportar la energía por conductos de aire, ya que el
trabajo que requiere un ventilador es mayor que el de la bomba.
Factor de transporte = potencia térmica transportada por el fluido por el fluido portador/
potencia eléctrica absorbida (bomba o ventilador)
Aunque el factor de transporte sea mayor con agua que con aire, por su mayor densidad, mejor cp, y menor volumen específico, los ventiladores seleccionados superan el factor de transporte de 4, por lo que cumplen con la exigencia del RITE.
En este proyecto se han diseñado tuberías para el reparto de carga hasta la UTA y conductos de aire hasta las distintas zonas, pudiendo así ventilar y recuperar energía del aire de extracción.
Los recuperadores permitirán instalar una potencia menor a la demandada.
3.10.1. Estudio cualitativo
Para el estudio de alternativas se tendrá en cuenta que existe un calor residual procedente de los captadores solares.
CIRCUITO PRIMARIO Producción de frío
- Enfriadora por compresión - Enfriadora por absorción - Bomba de calor
Producción de calor
- Caldera convencional, de baja temperatura o de condensación - Bomba de calor
Energías renovables ó de apoyo - Captadores solares
- Agua del freático CIRCUITO SECUNDARIO Emisores con agua
- Fan – Coil - Inductor - Radiador - Techo frío - Suelo radiante - Convector - Climatizadora
Emisores con aire
- Difusores: rotacionales, rejillas, toberas, etc.
Por tanto, se plantean varias alternativas con objeto de evaluar la mejor opción, siempre atendiendo a los criterios generales del proyecto, que son eficiencia energética, confort y seguridad para las personas, cumplimiento de la legislación vigente, y respeto hacia el medio ambiente.
ARQUITECTURA • Espacio en patinillos verticales (montantes), locales técnicos, falsos techos
• Posibilidad de salida de chimeneas
• Estética: interior y exterior
• Pesos – estructura CONFORT • Ventilación
• Ruido
• Regulación (temperatura – tiempo)
• Perfiles verticales de temperatura. Estratificación
• Corrientes de aire, velocidad aire
• Control de humedad
• Control de temperatura por espacios AHORRO DE
ENERGÍA • Free – cooling
• Recuperadores
• Ventilación variable
• Rendimientos
• Adecuación demanda/producción COSTE ECONÓMICO • Inicial. Inversión
• Explotación. Precios energía
• Mantenimiento (costes y disponibilidad) FLEXIBILIDAD • Zonificación
• Adaptación a cambios en el uso
• Mantenimiento SEGURIDAD • Incendios
• Accidentes NORMATIVA • CTE
• RITE
Tabla 3. Factores predominantes de selección
Partiendo de que se dispone de agua del freático y captadores solares, se descartan las siguientes opciones: bomba de calor aire – aire, caldera convencional y de baja temperatura. La caldera de condensación se mantiene puesto que el trabajar con un sistema agua – aire permite utilizar temperaturas más bajas que con sistemas convencionales como radiadores, por ejemplo. La enfriadora por absorción se mantiene para aprovechar el excedente energético producido por los captadores solares en los meses de verano, que trabajará conjuntamente con la caldera.
Para el edificio se van a comparar dos posibles instalaciones:
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2011 1. Bomba de calor
2. Caldera de condensación/Máquina de absorción con captadores solares La instalación formada exclusivamente por enfriadora de compresión/caldera queda descartada debido a la disponibilidad de captadores solares destinados a la producción de A.C.S y piscina, que en verano apenas se utilizan, pudiendo dañar la instalación, y así aprovechar ese excedente energético en una enfriadora por absorción, y por tanto, mejorar la eficiencia de la instalación.
La siguiente tabla muestra las principales características de las opciones a estudiar:
Instalación 1 Instalación 2 Producción de calor Bomba de calor Caldera condensación
Producción de frío Bomba de calor Máquina absorción con captadores
Acumulación Si Si
Energía primaria Electricidad Gas y electricidad
Condensación Freático Freático
Conexión con secundario Intercambiador de placas Intercambiador de placas Tabla 4. Características de las instalaciones
En función de la disponibilidad precisa en las instalaciones se elegirá el tipo de intercambio tanto en la unidad exterior como en la unidad interior.
INTERCAMBIADOR EXTERIOR
Agua Aire
Ventajas
• Menor variación de temperatura
• Mejor COP y estabilidad
• Menor ruido
• Instalación sencilla
Inconvenientes
• Instalación compleja
• Permisos oficiales • Mayor variación de temperatura
• Peor COP
• Ruido ventiladores
• Necesidad de desescarche Tabla 5. Intercambiador exterior de los equipos de producción
INTERCAMBIADOR INTERIOR
Agua Aire
Ventajas •
Menor espacio distribución
• Regulación precisa
• Menor ruido y consumo
• Instalación sencilla
Inconvenientes
• Instalación compleja
• Necesidad de ventilar
• Elementos adicionales (UTA)
• Elevado consumo y ruido
• Conductor de enfriadora a locales
• Regulación menos precisa Tabla 6. Intercambiador interior de los equipos de producción
INSTALACIÓN 1 (BOMBA DE CALOR) Bomba de calor
Una bomba de calor, funcionando en régimen de calefacción, es capaz de transportar calor del exterior (foco frío) al interior (foco caliente). En régimen de refrigeración es a la inversa, transporta calor del interior (foco caliente) al exterior (foco frío). Para ello utiliza un fluido, el refrigerante.
Las bombas de calor disponen de la ventaja de climatizar el edificio produciendo frío o calor con una única instalación. Incluso los costes del equipo suelen ser inferiores a los costes de una caldera y enfriadora por separado, pero cuando hay necesidad de refrigeración y calefacción simultánea hace que esta opción no sea la más adecuada.
Existen varios tipos de intercambio en la bomba de calor: agua-agua. Agua-aire, aire-agua y aire-aire.
El agua como foco externo puede proceder de ríos, pozos, lagos, mares, etc.
Tiene una buena relación potencia calorífica-caudal y permite la instalación en interiores, pero interesa que el intercambiador exterior tenga un rango de temperaturas entre 0-15 ºC y la temperatura del foco frío se mantenga más estable y obtenga mejor COP. Y como foco interno permite trasladar la energía a las zonas de consumo y la relación tamaño-potencia del equipo es excelente. Exige un intercambio posterior agua- aire disminuyendo la capacidad global. La temperatura de entrada/salida es 7-12 y 50- 30 en verano e invierno, respectivamente.
El aire como foco externo puede ser el aire exterior. El mayor problema está en calefacción, ya que cuando la temperatura del aire desciende de 7 ºC es necesario el desescarche en el evaporador, lo que implica una pérdida importante en el rendimiento de la máquina. Además, el tamaño de los equipos es considerable.
Para obtener el mayor COP tenemos que buscar la máquina que tenga las temperaturas del foco frío y caliente más próximas. Por lo tanto, en invierno la temperatura del evaporador será lo más alta posible, y la del condensador lo más baja posible, siempre y cuando se alcance los requerimientos de temperatura demandada en el circuito de UTA.
Como en el foco frío interesa utilizar la opción de mayor temperatura, se utilizará agua- Y como foco caliente la opción de menor temperatura, aire.
Por lo tanto la bomba de calor agua-aire sería una buena elección en el caso de disponer de un medio para el intercambio de agua, en este caso, el freático.
INSTALACIÓN 2 (ABSORCIÓN/CALDERA) Enfriadora por absorción
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2011 La absorción sólo tiene aplicación si podemos obtener el calor necesario para su
funcionamiento de una fuente de energía residual o sobretodo de energías renovables.
Una máquina de absorción necesita agua caliente para poder funcionar, y esa agua se puede obtener de los captadores solares. Además, cuando se tiene la mayor demanda de frío es en verano, estación en la que los captadores producen gran cantidad de agua caliente que no se consume dada la baja demanda de ACS y el cierre de los vasos de las piscinas, con lo que se podría dañar la instalación solar debido al sobrecalentamiento. Con esta agua, se podría alimentar el ciclo de absorción y conseguir una mayor producción de frío cuanto más elevada sea la temperatura, al contrario que las bombas de calor (Energuía, absorción).
Esta opción sería la adecuada, ya que contamos con captadores solares para cubrir la demanda de ACS y el agua de las piscinas durante el invierno, y con un mínimo consumo de ACS durante el verano.
La energía solar térmica utilizada como fuente de energía para refrigeración es una aplicación de consumo energético que además de no congestionar la red de distribución eléctrica, es una de las aplicaciones en la que mejor se adapta la oferta con la demanda. Instalaciones de este tipo requieren equipos e instalaciones especiales en las que cada vez hay más experiencia, pero que conviene tener un importante respaldo, tanto en el diseño, como en la ejecución, puesta en marcha y explotación de la instalación. (Absorción, J.M. Cano)
El funcionamiento de cualquier máquina de absorción se basa en tres fenómenos físicos elementales:
1. Cuando un fluido se evapora, absorbe calor, y cuando se condensa, cede calor.
2. La temperatura de ebullición de un líquido varía en función de la presión, es decir, a medida que disminuye la presión, baja la temperatura de ebullición.
3. Hay establecidas parejas de productos químicos que tienen cierta afinidad a la hora de disolver el uno al otro.
Para éste tipo de aplicaciones de refrigeración con máquinas de absorción, normalmente se utilizan máquinas de potencias entre 100 kW y 5000 kW de frío o incluso mayores, alimentadas con vapor o agua caliente generados con energía térmica proveniente de procesos de recuperación de calor, o directamente de energía térmica generada mediante combustibles fósiles o mediante llama directa.
Caldera
Las calderas son los equipos que producen el calor y el proceso de calentamiento del agua para el posterior intercambio con el agua en el circuito primario. Pueden clasificarse en función del combustible empleado o de su clasificación energética.
- Convencionales: pueden funcionar continuamente con una temperatura de agua de alimentación de 80 ºC.
- De baja temperatura: trabajan entre 35-45 ºC, y en determinadas circunstancias pueden llegar a condensar.
- De condensación: pueden condensar de forma permanente una parte importante del vapor de agua contenido en los gases de combustión debido a que no tienen límite inferior de temperatura de retorno. De hecho, cuanto menor sea la temperatura de retorno, más condensará, y mejor será el rendimiento.
3.10.2. Estudio cuantitativo
Comparativa caldera con bomba de calor
En cuanto a la instalación 2, una de sus características es la unidad exterior. El aire ambiente es el foco más usado, debido a que implica menores costes y alta disponibilidad. Pero presenta dos importantes problemas: alta variabilidad en el rango de temperaturas y necesidad de realizar el desescarche para temperaturas inferiores a 6 ó 7 ºC.
Justo lo contrario ocurre con el agua. Supone mayores costes, menor disponibilidad y como ventaja, mayor estabilidad en la temperatura.
En términos de eficiencia n se pude comparar una bomba de calor con una caldera de gas, pero se puede comparar el rendimiento energético para conocer el equipo que produce energía de mayor “calidad”, es decir, el rendimiento exergético.
Tabla 7. Gráfica aprovechamiento de energía primaria en bomba de calor
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2011
El COP para realizar la comparación debe ser el valor medio estacional teniendo en cuenta las variaciones con la temperatura del foco frío, los ciclos de desescarche.
Sólo si la bomba de calor posee valores de COP superiores a 3, su rendimiento será superior al de una caldera de condensación.
Comparativa máquina de absorción y bomba de calor
La comparación entre enfriadora por absorción y bomba de calor se realiza con un análisis del rendimiento energético, que consiste en lo siguiente:
Cálculo de la energía obtenida con el equipo de producción:
BQ !Q 1!"!T!"#T$"
%&'()*+"
BQ Ł Exergía obtenida en kJ
Q #!Energía obtenida del sistema en kJ
T #!Temperatura exterior en Kelvin T0 ؠ!Temperatura de referencia en Kelvin
BQ = 104 (kWh)*3600 (kJ/kWh)*(1-276/299,15) = 28973,3 kJ Cálculo de la energía utilizada en el equipo de producción:
PCI gas natural = 40000 kJ/ m3N Ș central térmica = 30%
• Enfriadora absorción (entrada condensador 31 ºC; salida 7 ºC) COP: 0,7
Weléctrico = 0,31 kW
Consumo (m3N) = (0,31 (kW)*3600 (kJ/kWh))/(" Ș central térmica*PCIgas natural
(kJ/m3N)) = 0,093 m3N
Calor al generador = 198 (kWh)*3600 (kJ/kWh) = 712800 kJ Bu = calor al generador (kJ)*COP
= 712800*0,7 = 498960 kJ
Șenergético = BQ/Bu = (28973,3/498960)*100 =5,8 %
• Bomba de calor (salida 7 ºC) COP: 2,71
Weléctrico: 57,9 kW
Consumo (m3N): (57,9 (kW)*3600 (kJ/kWh))/(" Ș central térmica*PCIgas natural
(kJ/m3N)) = 17,37 m3N
Bu = consumo (m3N)*PCIgas natural
(kJ/m
3N) = 17,37*40000 = 694800 kJ
Șenergético = BQ/Bu = 28973,3/694800 = 4,17%
• Bomba de calor (temperatura seca exterior -7 ºC; salida agua 45 ºC) COP: 2,17
Weléctrico: 29,6 kW
Consumo (m3N): (29,6 (kW)*3600 (kJ/kWh))/(" Ș central térmica*PCIgas natural
(kJ/m3N)) = 8,88 m3N
Bu = consumo (m3N)*PCIgas natural
(kJ/m
3N) = 8,88*40000 = 355200 kJ
Șenergético = BQ/Bu = 25671/355200 = 7,22%
Como primera conclusión, se puede decir que la bomba de calor es la opción menos adecuada para este caso, dado que su rendimiento exergético es el menor de todos. Como segunda conclusión, cabría decir que la máquina de absorción en este caso tiene el mayor rendimiento exergético. Además, hay que destacar que parte la energía térmica que se aporta al generador de la enfriadora por absorción procede de excedentes de los captadores solares, es decir, es energía gratuita y renovable.
La demanda de agua caliente de la máquina de absorción está cubierta en parte por el campo de captadores solares. De la demanda de agua caliente restante se encargará la caldera. Además, para el caso de varios días sin radiación solar, y por tanto, sin producción de agua caliente en las placas solares, la aportación de agua caliente al generador de la enfriadora de absorción la realizará sólo la caldera.
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2011 El factor que determina con mayor exactitud la incidencia sobre el medio
ambiente de una máquina o proceso, es el denominado TEWI (Total Equivaled Warning Impact) que engloba todos los parámetros de influencia:
• ODP (Potencial de destrucción de Ozono)
• GWP (Potencial de calentamiento global-Efecto Invernadero)
• Consumo de los equipos (COP)
• Vida atmosférica
• Carga de los equipos (refrigerante)
• Emisiones de los equipos
De todos estos parámetros, el de mayor importancia cuando nos referimos a la maquinaria frigorífica, resulta ser el consumo de los equipos, englobando tanto los consumos directos de energía de cada máquina como los de energías primarias y fósiles necesarios para la producción de la energía eléctrica que después se va a consumir en ella, e incluyendo las emisiones de gases invernadero (CO2, fundamentalmente) que van aparejadas con la producción de esta energía.
El 98% del TEWI de una planta frigorífica se debe a la emisión de gases invernadero que se originan en la producción de la energía eléctrica necesaria para el funcionamiento de la enfriadora pro compresión o bomba de calor. Sólo el 2% restante se debe a las emisiones originadas por la propia máquina.
Si consideramos ahora que el consumo eléctrico de una planta de absorción es, por término medio, un 7% del correspondiente a un equipo de compresión mecánica, y que energía térmica que se consume, salvo en las aplicaciones de combustión directa, procede como efluente de un proceso, es decir, que su impacto medioambiental se debe a otras necesidades ajenas a las de la producción frigorífica, concluiremos que el TEWI de una planta de absorción es tan solo el 7% respecto al equipo de compresión mecánica equivalente. (Energuía. Refrigeración por absorción. Interés energético e impacto ambiental. J.M. Cano)
En lo que a agentes frigorígenos se refiere, la balanza se inclina favorablemente hacia la utilización de ciclos de absorción frente a los de compresión mecánica para la producción frigorífica. Desde el punto de vista medioambiental el interés por el ciclo de absorción se detalla en la siguiente tabla:
Tabla 8. Comparativa refrigerantes y absorbentes
Tipo Agua/Bromuro de Litio Amoniaco/Agua Aplicaciones • Enfriadoras de agua
• Temperaturas superiores a 5ºC
• Refrigeración
• Temperaturas < 0 ºC Tª fuente • 80-115 ºC simple efecto
• 160 ºC doble efecto • 120 ºC simple efecto
• 200 ºC doble efecto
Ventajas • No inflamables tóxicos ni • Fluidos naturales, sin carga medioambiental
Inconvenientes • Necesitan disipar calor • Toxicidad amoniaco y elevadas presiones de operación
• Pueden ser condensadas por aire Tabla 9. Comparativa fluidos de trabajo
La energía solar térmica se emplea como fuente de aporte energético a los concentradores de plantas de absorción de simple efecto, para valores de temperatura de agua comprendidos entre 80 y 130 ºC, con la ventaja que se supone la independencia de fuentes convencionales de energía, y, sobretodo, el ahorro de combustibles fósiles y la reducción del impacto ambiental que su uso lleva aparejado (Energuía. Refrigeración por absorción. Interés energético e impacto ambiental. J.M. Cano)
Por tanto, la combinación de fluidos de trabajo adecuada es agua/bromuro de litio, ya que su aplicación es para temperaturas superiores a 5 ºC, de 7 a 12 ºC en este caso, y la temperatura de agua de alimentación al generador es entre 80 y 115 ºC, temperaturas que pueden alcanzar los captadores solares.
El sistema elegido para el proyecto será una enfriadora por absorción que cubra el total de la demanda de refrigeración, alimentada por captadores solares, y en caso de
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2011 no disponer de agua caliente procedente de los captadores, la caldera se encargará de su
producción. Y para calefacción una caldera de condensación.
3.11. DESCRIPCIÓN DE LA SELECCIÓN 3.11.1. Solución adoptada
Los criterios para la elección del sistema está basado en los apartados anteriores además de en la ocupación y uso del edificio. El edificio está destinado a la realización de deportes y sus horarios de funcionamiento se han considerado a la hora de diseñar la instalación.
La definición de los sistemas se basa en los siguientes factores específicos:
• Equipos centralizados de producción para conseguir mejores rendimientos, con menores costes de inversión y de mantenimiento.
• Enfriadora por absorción para aprovechamiento solar residual con refrigerante R-718 (agua destilada), y como absorbente una solución de Bromuro de Litio.
• Caldera de condensación a gas, aprovechando la acometida de gas natural cercana a las instalaciones.
• Edificio en construcción sin restricción de espacio para tuberías ni conductos.
• Elección de la unidad de tratamiento de aire para cumplir las exigencias del RITE en cuanto a filtraje y aire exterior necesario.
La opción elegida para la climatización de las instalaciones deportivas en Zuera consiste en una enfriadora por absorción y una caldera de condensación.
El circuito secundario contará con cuatro UTA’s para satisfacer las necesidades energéticas del recinto de las piscinas, y el resto de zonas.
Los elementos terminales serán una red de conductos con difusores rotacionales, toberas y rejillas, con retorno por rejillas.
3.11.2. Descripción general del sistema
La instalación se va a diseñar teniendo en cuenta la comparativa expuesta anteriormente, teniendo en cuenta lo siguiente:
• Distribución de aire mediante conductos de chapa galvanizada con aislamiento exterior de conductos con espuma de polietileno de célula cerrada
• Producción de agua fría mediante enfriadora por absorción condensada por agua del freático.
• Producción de agua caliente mediante caldera modulante de condensación a gas natural de elevado rendimiento.
• Distribución de agua fría y caliente a las UTA’s mediante circuitos hidáulicos aislados.
3.11.3. Sala de máquinas
La demanda se cubre por una máquina enfriadora por absorción situada en el sótano del edificio, y una caldera de condensación para la producción de agua caliente situada también en la sala de máquinas del sótano. Además, se dispone de captadores solares, ubicados en la cubierta.
Las bombas de impulsión de los circuitos primario y secundario se encuentran también en el sótano, donde el agua para calefacción o refrigeración se impulsará hasta las UTA`s, y de éstas se llevará hasta las diferentes zonas mediante conductos de aire.
La caldera modulante para la producción de agua caliente está construida en chapa de hacer calorifugada con aislante de fibra de vidrio, quemador de acero inoxidable, preparada para gas natural, y la evacuación de los gases de combustión se realizará mediante una chimenea de doble pared aislada en hacer inoxidable.
Los equipos se aislarán de la estructura del edificio para que no transmitan vibraciones a la misma mediante bancadas, soportes de muelles o de caucho, de tal forma que cumplan las recomendaciones de la norma UNE 100153 IN. Climatización.
Soportes antivibratorios. Criterios de selección.
En la sala de máquinas se ubican la caldera y la enfriadora, que cumplen lo dispuesto en la norma UNE 60601/2006, de forma que:
• Las puertas de acceso serán como mínimo de 0,80 metros de ancho, por 2 metros de alto y serán estancas al paso de humos y gases. Las puertas tendrán una permeabilidad no superior a 1 litro/cm2 bajo una presión diferencial de 100 Pa, salvo cuando estén en contacto directo con el exterior. Se abrirán hacia el exterior.
• Sus dimensiones serán tales que permitan el fácil acceso a los órganos de maniobra.
• El suelo estará construido de tal forma que se asegure un desagüe rápido, por gravedad, de los posibles derrames o vaciados de las calderas y circuitos.
• Dado que la potencia de las calderas no supera los 600 kW, la Sala de Calderas se califica de Riesgo Bajo en lo que respecta a la Reglamentación Vigente sobre Condiciones de Protección Contra Incendios en los Edificios.
• Deberá dejarse como mínimo los espacios libres indicados en la norma UNE de referencia.
• Todos los equipos serán accesibles en todas sus partes, de forma que puedan realizarse de manera adecuada y sin peligro las operaciones de mantenimiento, vigilancia y conducción.
• La ventilación será natural, proveyéndose las aperturas que se indican a continuación:
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2011 - Ventilación inferior: 5 (cm2)*potencia (kW)
- Potencia máxima de la caldera: 300 kW - Toma de aire: 300*5 = 1500 cm2
- Incremento por ser rectangular: 5%
- Número de huecos: 2
- Superficie por hueco: 1500*1,05 = 1575 cm2/Ud
- Ventilación superior. La superficie del hueco de ventilación será igual a:
S = 10*A
Siendo A la superficie de la sala de calderas, incrementada en un 5% por si fuese rectangular, por lo que si A = 100 m2, se tendrá que:
S = 10*100*1,05 = 1050 cm2
• Superficie no resistente: Dado que la potencia de la caldera es de 300 kW, se deberá disponer de una superficie no resistente, expresada en metros cuadrados, igual o mayor a la centésima parte del volumen de la sala expresado en metros cúbicos. Dado que la Sala de Máquinas tiene una altura de 3,80 metros y una superficie de 100 m2, la superficie no resistente será de S = (3,8*100)/100 = 3,8 m2.
• El sótano tiene un patio inglés que comparte 18,25 m2 de pared con la sala de caldera, superficie no resistente más que suficiente a lo exigido.
3.11.4. Distribución de agua
Para la distribución de agua fría y caliente se establecen los siguientes circuitos:
• Circuito primario de agua caliente, que comunica la caldera con el depósito de inercia y éste con el intercambiador de placas.
• Circuito primario de agua fría, que comunica la enfriadora con el depósito de inercia y éste con el intercambiador de placas.
• Circuito secundario para el agua caliente de las UTA’s, que comunica el colector general de agua caliente con las baterías de agua caliente de las citadas unidades.
El agua es bombeada mediante una bomba simple para cada UTA, de tipo centrífugo y en línea.
• Circuito secundario de agua fría para las UTA’s, que comunica el colector de agua fría con las baterías de agua fría de las citadas unidades. El agua es impulsada mediante una bomba simple para cada UTA de tipo centrífugo y otra en línea.
Las tuberías empleadas para este proyecto son tuberías de acero galvanizado establecidas según la norma DIN-2440.
Las bombas para la circulación de agua se instalarán aislándose de la estructura del edificio para que no transmitan vibraciones a la misma mediante bancadas o
soportes de muelles o de caucho, etc., de tal forma que se cumplan las recomendaciones de la norma UNE 100153 IN.
Las dimensiones y trazados de los circuitos quedarán reflejados con detalle en los planos.
Como criterios de proyecto aplicados en general a los circuitos hidráulicos antes reseñados, las instalaciones estarán dotadas de los siguientes elementos:
• Válvulas para independizar los distintos equipos y circuitos, que serán de bola hasta DN 50 y de mariposa a partir de DN 65.
• Válvula de retención en los equipos de bombeo en los que sea necesario y en las alimentaciones de agua de red.
• Filtros coladores con tamiz de acero inoxidable, instalados en los puntos marcados por la normativa.
• Termómetros de capilla y manómetros para medir temperaturas y presiones instalados en los puntos reflejados en planos.
• Purgadores situados en todos los puntos altos con desagües conducidos.
• Llenados y vaciados en salas de máquinas con su valvulería precisa, realizados en tubería de acero galvanizada en caliente clase DIN 2440.
3.11.5. Tratamiento de aire
Los equipos de tratamiento de aire recibirán el agua caliente y (o) fría de la caldera o enfriadora por medio de las redes de distribución de agua. El aire a su paso a través de las baterías de dichos equipos alcanzará las condiciones de temperatura y humedad requeridas para acondicionar los espacios tratados.
Dichos equipos serán unidades de tratamiento de aire (UTA’s), y los conductos de aire serán los encargados de su distribución a lo largo de las diferentes zonas.
El sistema empleado para el tratamiento del aire será distinto según la zona del edificio que se trate. Se relacionan en la siguiente tabla las dependencias tratadas en el edificio y las unidades de tratamiento de aire y ventilación asociados a cada uno.
ZONA UNIDAD
Piscina UTA-1 Vestíbulo UTA-2 Cafetería UTA-2 Vestuarios UTA-3 Oficina UTA-4 Sala multiusos UTA-4 Gimnasio UTA-3
Tabla 10. Unidad de Tratamiento de Aire para cada zona
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2011
3.11.6. Distribución de aire
El aire tratado se impulsa, retorna o extrae de los locales acondicionados a través de las correspondientes redes de distribución de aire.
La distribución de aire se realizará a través de conductos rectangulares construidos en chapa galvanizada con o sin aislamiento, según se indique.
El equilibrado de las necesidades de aire se realizará de forma que estas puedan equilibrarse con los elementos de regulación interpuestos y los elementos de difusión.
Para el dimensionado de los conductos se ha tenido en cuenta el criterio de ruido, para que los niveles sonoros generados sean lo más bajos posible.
Se han empleado los siguientes tipos de difusores:
• Impulsión:
- Difusores rotacionales
- Toberas de largo alcance móviles
- Rejillas de impulsión de suelo con lamas horizontales fijas
• Retorno:
- Rejillas lineales
Todos los elementos de difusión incorporarán compuerta de regulación si es previsible que se necesite para equilibrar circuitos.
3.11.7. Aislamientos
Todos los circuitos hidráulicos por los que circula agua caliente o agua fría se aislarán, sea para evitar pérdidas o absorciones de calor, o para evitar condensaciones.
Se aislarán los circuitos aunque estén empotrados y también toda la valvulería correspondiente.
Los conductos de distribución de aire realizados con chapa de acero galvanizada se aislarán exteriormente (siempre que se considere necesario y lo indique la reglamentación vigente) con fibra de vidrio dotada de barrera contra el vapor y de protección contra desprendimientos de fibra en la cara en contacto con el aire o con espuma de polietileno de célula cerrada.
En todo caso los aislamientos deberán cumplir la siguiente normativa:
- Instrucción Técnica Aislamiento de redes de tuberías del RITE/2007. IT 1.2.3.2.1.1.
- Norma UNE 100171. Climatización. Revestimiento termoacústico exterior de conductos.
3.12. SELECCIÓN DE EQUIPOS DE PRODUCCIÓN Y ALMACENAMIENTO
3.12.1. Enfriadora por absorción
La potencia demandada de frío a cubrir por la enfriadora es de 103,4 kW. La mayor parte es cubierta por los captadores solares, con apoyo de la caldera para cubrir el resto de la potencia necesitada, o en caso de intermitencia de los captadores solares.
El equipo seleccionado para producción es una planta enfriadora de agua por ciclo de absorción con solución de bromuro de litio y agua accionada por agua caliente marca Thermax Serie Cogenie LT-5 ó similar.
DATOS PROYECTO DATOS SELECCIÓN
Refrigeración Características técnicas Potencia mínima necesaria 103,4 kW Marca
Modelo
Número de equipos Refrigerante
Pot. Frigorífica nominal Caudal agua refrigerada
Caudal agua caliente al generador Caudal agua a refrigerar
Tª entrada/salida agua generador (ºC) Pérdida de carga generador
Tª entrada/salida evaporador (ºC) Consumo eléctrico
THERMAX LT-5 1
LiBr/Agua 176 kW 27,5 m3/h 39,8 m3/h 50,0 m3/h 90,6/85 31,5 kPa 12,2/6,7 1,1 kW
Tabla 11. Características técnicas enfriadora por absorción
Intercambio de agua del freático para disipar calor, cuya potencia de condensado ha de ser de 198 kW.
3.12.2. Caldera de condensación
Para el dimensionado de la potencia de la caldera a instalar se han tenido en cuenta la potencia de calefacción, de ACS y de calentamiento de la piscina en régimen contínuo,
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2011 lo que da un total de 207 kW. Sin embargo, para cubrir la demanda de agua caliente de
la máquina de absorción y ACS en verano se necesita una potencia de 213 kW.
La caldera seleccionada es una caldera Viessmann Vitocrossal – 200 CM2 ó similar.
DATOS PROYECTO DATOS SELECCIÓN
Calefacción Características técnicas Potencia mínima
necesaria
213 kW
Marca Modelo
Número de equipos Número de módulos Número de quemadores Pot. calorífica mínima/máxima Caudal mín/máx agua caldera Tª entrada/salida agua (ºC) Pérdida mín/máx carga caldera Rendimiento (sobre PCI) Consumo eléctrico mín/máx
VIESSMANN
VITOCROSSAL 200 CM2
1 1 1
98/293 kW De 4 a 48 m3/h 95/75
1/100 mbar 106 %
0,055/0,385 kW
3.12.3. Depósito de inercia agua caliente
Se instalará un depósito de inercia en el circuito primario que actuará para que la caldera trabaje en continuo funcionamiento siempre que se pueda.
La capacidad de dicho depósito vendrá marcada por el caudal necesario para alimentar a la enfriadora por absorción, puesto que es el sistema que demanda mayor caudal, en comparación con las baterías de calor de las Unidades de Tratamiento de Aire y las piscinas a régimen contínuo.
Para determinar su capacidad es necesario realizar un balance de energía sabiendo la potencia de la máquina de absorción y el caudal de dicho equipo, y ver que la energía obtenida con los captadores solares es capaz, como mínimo, de suministrar el caudal necesario en la enfriadora por absorción durante la hora punta de mayor consumo. Con todo ello:
Caudal captadores 0,14 m3/(h*m2) Área captadores ACS 120,8 m2
Área captadores piscina 120,8 m2 Caudal total captadores 33,8 m3/h Tabla 12. Datos captadores solares
El caudal procedente de los captadores intercambia energía a una temperatura de 90,6 ºC y retorna a 85 ºC.
Puesto que el caudal que entra en el generador de la máquina de absorción es de 39,8 m3/h, el volumen de acumulación será igual a la resta de ambos caudales, lo cual da un valor de 5976 litros. Sin embargo, cabe la posibilidad de que los captadores no produzcan suficiente caudal para alimentar el generador de la enfriadora de absorción.
Para ello, se dimensiona también el depósito de manera que la caldera sea capaz de suministrar dicho caudal.
Suponiendo un tiempo de arranque de la caldera de 10 minutos, el volumen de acumulación necesario es de 6633 litros, luego se instalará un depósito de 8000 litros de capacidad.
3.12.4. Depósito inercia agua fría
En este caso, el factor que determina la capacidad del depósito será el tiempo entre arranques de caldera estimado que queramos darle.
La enfriadora por aborción produce 7,6 l/s de agua fría. Si se estima un tiempo de arranque de la caldera de 10 minutos, el depósito de inercia deberá tener un volumen de 4560 litros, con lo que se instalará uno de 5000 litros.
3.12.5. Sistemas de expansión
El sistema dispone de siete vasos de expansión cerrados sin transferencia de masa al exterior con membrana no recambiable y 10 kg/cm2 de presión.
Para su cálculo se ha seguido el método de cálculo indicado en la norma UNE 100155-2004 “Climatización. Diseño y cálculo de sistemas de expansión” De acuerdo al procedimiento que se detalla.
• Los circuitos están llenos de agua de red sin aditivos que modifiquen sus características ó composición.
• Volumen de agua de la instalación.
CIRCUITO VOLUMEN
Enfriadora de absorción 84 Condensador enfriadora absorción 194
Caldera 116
Secundario frío 1942
Secundario calor 1540
• Determinar el coeficiente de expansión de acuerdo a la siguente fórmula:
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2011 Ce = (-1,75+0,064T+0,0036T2)*10-3
Siendo:
T: Temperatura del agua en ºC
Para el circuito de agua fría T = 30 ºC; Ce = 0,00341 Para el circuito de agua caliente T = 50 ºC; Ce = 0,01045
• Determinar el coeficiente de presión de acuerdo a la siguiente fórmula:
Cp = PM/(PM-Pm) Siendo:
Pm = 2 bar: Presión mínima en el vaso expresada en bar PM = 5 bar: Presión máxima en el vaso, expresada en bar Por tanto:
Cp = 2,5/(2,5-2) = 5
• Determinar el volumen mínimo requerido para el vaso, de acuerdo a la siguiente fórmula:
Vt = V*Ce*Cp
Por tanto, el volumen mínimo de los vasos será:
CIRCUITO VOLUMEN Ce Cp Vol. Mínimo
Enfriadora de absorción 84 0,00341 5 1,4322 Condensador enfriadora absorción 194 0,00341 5 3,3077
Caldera 116 0,01045 5 6,061
Secundario frío 1942 0,00341 5 33,1111
Secundario calor 1540 0,01045 5 80,465
Vaso de expansión del circuito de enfriadora de absorción
Vaso de expansión del circuito del condensador de enfriadora absorción
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Vaso de expansión del circuito de caldera
Vaso de expansión del circuito de calor secundario
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2011
Vaso de expansión del circuito de frío secundario
3.12.6. Intercambiadores de calor
Se dispone de seis intercambiadores de calor:
• Dos entre primario y secundario de agua fría y caliente.
• Uno para el condensador de la enfriadora de absorción.
• Uno entre el campo de captadores y el primario de agua caliente.
• Dos entre el primario y las piscinas.
Todos los intercambiadores empleados son de placas.
En el Anexo “Intercambiadores”, se especifican los intercambiadores elegidos.
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2011
3.13. SELECCIÓN DE EQUIPOS DE DISTRIBUCIÓN
Los equipos de distribución están formados por cuatro UTA’s que reparten el caudal de aire necesario gracias a los reguladores de caudal por cada local mediante conductos hasta las unidades terminales.
3.13.1. Unidades de Tratamiento de Aire (UTA’s)
Piscina (UTA-1)
MODELO: CIATESA KCH-450 tamaño 3 Batería de agua caliente
Capacidad térmica: 73,7 kW Caudal de aire: 18400 m3/h Pérdida de carga aire: 5,6 mmca Tª seca entrada aire: 24,5ºC Tª seca salida aire: 30,4ºC Caudal de agua: 6347 l/h Tª entrada agua: 45ºC Tª salida agua: 35ºC
Vestíbulo y cafetería (UTA-2) MODELO: TROX Serie TBSN-50 Batería de agua fría
Capacidad térmica: 42,80 kW Caudal de aire: 4000 m3/h Nº de filas: 6
Pérdida de carga aire: 3,4 mmca Tª seca entrada aire: 29 ºC HR entrada aire: 60%
Tª salida aire: 12,2 ºC HR salida aire: 98%
Caudal de agua: 7361 l/h Tª entrada agua: 7 ºC Tª salida agua: 12 ºC
Batería de agua caliente Capacidad térmica: 21,43 kW Caudal de aire: 4000 m3/h Pérdida de carga aire: 2,8 mmca Tª seca entrada aire: 18 ºC Tª seca salida aire: 34 ºC Caudal de agua: 3686 l/h Tª entrada agua: 50 ºC Tª salida agua: 45 ºC
Vestuarios y gimnasio (UTA-3)
MODELO: CIATESA KCH-315 tamaño 2
Batería de agua fría
Capacidad térmica: 60,9 kW Caudal de aire: 11600 m3/h Pérdida de carga aire: 3,3 mmca Tª seca entrada aire: 27 ºC HR entrada aire: 50%
Tª salida aire: 12,2 ºC HR salida aire: 98%
CLIMATIZACIÓN COMPLEJO DEPORTIVO EN ZUERA (ZARAGOZA)
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2011 Caudal de agua: 7493 l/h
Tª entrada agua: 7 ºC Tª salida agua: 12 ºC
Batería de agua caliente (4 tubos) Capacidad térmica: 49,6 kW
Caudal de aire: 4000 m3/h Pérdida de carga aire: 3,3 mmca Tª seca entrada aire: 20ºC Tª seca salida aire: 34 ºC Caudal de agua: 7119 l/h Tª entrada agua: 50 ºC Tª salida agua: 44 ºC
Oficina y sala multiusos (UTA-4) MODELO: TROX Serie TBSN-50
Batería de agua fría
Capacidad térmica: 34,36 kW Caudal de aire: 3000 m3/h Nº de filas: 6
Pérdida de carga aire: 3,4 mmca Tª seca entrada aire: 26 ºC HR entrada aire: 50%
Tª salida aire: 12,2 ºC HR salida aire: 98%
Caudal de agua: 5918 l/h
Tª entrada agua: 7 ºC Tª salida agua: 12 ºC
Batería de agua caliente Capacidad térmica: 18 kW Caudal de aire: 3000 m3/h Nº de filas: 2
Pérdida de carga aire: 2 mmca Tª seca entrada aire: 18 ºC Tª seca salida aire: 35,6 ºC Caudal de agua: 3100 l/h Tª entrada agua: 50 ºC Tª salida agua: 45 ºC
3.13.2. Deshumectación del recinto de las piscinas
Se empleará una deshumectadora por ciclo de compresión con tres baterías evaporadoras. Por otro lado, las tres baterías condensadoras se encargarán posteriormente de calentar el aire de nuevo a la temperatura establecida para introducirlo al recinto, y la otra batería condensará con agua de la piscina.
En su paso por las baterías frías, el aire experimenta un enfriamiento sensible con disminución de la temperatura, y un enfriamiento latente con pérdida de humedad por haber alcanzado su temperatura de rocío. Una vez que el aire ha perdido la humedad requerida, se pasa por las baterías condensadoras, que están en serie con las evaporadoras, y se impulsa a través de los conductos a las condiciones de temperatura y humedad propias de la instalación.
En este caso, el aire exterior a aportar es el mínimo higiénico que marca el RITE/2007 en la tabla 1.4.2.1 para una calidad de aire IDA 2 y una ocupación estimada de 60 personas. Con estos parámetros el caudal de aire exterior es de 2700 m3/h.
Comentar que deben evitarse masas de aire estancado para impedir que se enfríen y condensen, para ello es recomendable asegurar una tasa de recirculación de aire entre 4 y 8 veces el volumen del recinto. Se ha elegido un caudal de recirculación 6 veces el volumen del recinto, lo que da un caudal de 22800 m3/h. Esta recomendación viene hecha por la revista “El instalador” en el número 441 de mayo de 2007.