Capítulo 2. S3GET-SS
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2. S3GET-SS
2.1. CARACTERIZACIÓN
Los subsistemas secundarios tienen como objetivo calcular las necesidades de los
locales y la energía a aportar a los mismos para combatir idealmente la carga sensible.
Se consideran subsistema secundario aquellos dispositivos encargados de:
- Tratar el aire (calentamiento, enfriamiento, humidificación, deshumidificación)
- Transporte del aire (conductos)
- Difusión del aire (rejillas y difusores)
- Ventilación (tomas de aire exterior y de expulsión)
- Purificación (filtros)
Los subsistemas secundarios se denominan, a veces, "sistemas de aire", equipos del
"lado del aire" o simplemente, "sistemas" por lo que en este manual se hace referencia a
ellos usando cualquiera de estos términos.
En este análisis simplificado no se tienen en cuenta los circuitos ni de agua ni de
refrigerante, puesto que la comunicación entre el secundario, y el subsistema primario
se hace a partir de sus consumos (lazos energéticos). Así como, todos los equipos
autónomos, en los que se enfría aire mediante la expansión directa de un refrigerante, se
definen y clasifican desde el lado del aire.
Para completar la caracterización de un sub-sistema secundario en CE3 es necesario
definir las capacidades opcionales de cada uno de los tipos existentes. Entre ellas cabe
destacar:
Enfriamiento gratuito
Entre las técnicas de recuperación de energía del lado del aire se encuentra el
enfriamiento gratuito, a veces conocido como "free-cooling" cuando lo que se pretende
es usar el aire exterior para refrigerar; o bien enfriamiento gratuito por agua de torre,
cuando con este agua se consigue enfriar agua (en sistema todo agua) o aire (en sistemas
mixtos). Se une al free-cooling el tipo de control que se elija (por temperaturas o por
entalpía).
Recuperación de energía del aire de expulsión
CE3 permite recuperar parte de la energía del aire de expulsión para precalentar la
corriente de aire exterior en invierno y pre-enfriarla en verano. Es necesario especificar
su efectividad, y el tipo: estático o dinámico, ya que si es dinámico se le asocia un
consumo eléctrico.
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Pre-enfriamiento del aire primario
Consiste en aplicar un enfriamiento evaporativo al aire primario a introducir en el
edificio. Este enfriamiento puede ser directo (aumenta la humedad del aire) o indirecto
(a través de un intercambiador, por lo que no aumenta su humedad); y tiene asociado un
consumo.
Control de la unidad
En CE3, para la mayoría de los sistemas, es necesario especificar los horarios de
disponibilidad de frío y calor, así como las temperaturas y humedades mínimas y
máximas de impulsión.
Para los sistemas centrales es necesario especificar cómo se controla la temperatura a la
salida de las secciones de refrigeración y calefacción de la UTA. Los valores permitidos
son:
- Temperatura constante
La temperatura de impulsión se mantiene constante durante todo el periodo de
funcionamiento, variando en cada momento el caudal de aire a impulsar.
- Caudal constante
Se variará la temperatura de impulsión para combatir de manera íntegra la carga
sensible de la zona o zonas alimentadas (en el caso del multizona, al sistema se le pasará
la suma de las cargas de todas las zonas).
- Por zona de control
Eligiendo la zona de control en un sistema multizona, se calcula en cada intervalo de
tiempo la temperatura a la que se debería impulsar la corriente de aire para combatir la
carga en la misma.
Capítulo 2. S3GET-SS
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2.2.CLASIFICACIÓN
La clasificación tendrá en cuenta: la aplicabilidad de la herramienta a sistemas
existentes y la variada terminología empleada en el sector de la climatización.
Los sistemas se clasifican según los siguientes criterios:
Según el fluido que llega a los locales:
- Todo aire: solo llega aire
- Todo agua: solo llega agua
- Todo refrigerante: solo llega refrigerante
- Mixtos: Agua-aire ó refrigerante-aire
Según la fuente energética para tratar el aire:
- Hidrónicos: el aire intercambia calor con agua. Esta agua procede de los
sistemas primarios.
- Autónomos: el intercambio se realiza con refrigerante.
Se enfría el aire por la expansión directa de un refrigerante utilizando
baterías de expansión directa. El sistema primario viene integrado en los
mismos. Pueden suministrar calefacción a los locales si se definen como
bomba de calor.
- Efecto Joule: el aire es calentado a partir de resistencias eléctricas.
- Enfriamiento evaporativo: se enfría el aire mediante evaporación de agua.
Según la capacidad de climatización:
- Unizona: la unidad climatiza una única zona.
- Multizona: varias zonas reciben tratamiento de una misma unidad.
Según el caudal de aire que trata la unidad:
- Caudal constante: se fija el caudal de aire que impulsa la máquina.
- Caudal variable: se varía el caudal de aire que impulsa la máquina.
La definición y clasificación en CE3 de los diferentes sistemas es la siguiente:
Todo aire - Climatizadora:
Caudal constante Caudal variable
Climatizadora de aire primario Sólo ventilación
Solo calefacción Recalentamiento terminal
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Enfriamiento evaporativo Doble conducto
TIPO DE SISTEMA CLIMATIZACIÓN LOCALIZACIÓN
Caudal constante Agua fría y caliente Multizona \ Unizona
Caudal variable Agua fría y caliente Multizona \ Unizona
Climatizadora de aire primario Agua fría y caliente Multizona \ Unizona
Sólo ventilación Solo ventilación Multizona \ Unizona
Solo calefacción Joule o Agua Caliente Multizona \ Unizona
Recalentamiento terminal Joule o Agua Caliente Unizona
Enfriamiento evaporativo Enfriamiento evaporativo
y/o Joule o Agua Caliente Multizona \ Unizona
Doble conducto Agua fría y caliente Multizona \ Unizona
Todo refrigerante/mixtos refrigerante-aire - Autónomo:
Caudal constante de aire
Caudal variable de aire
BdC lazo cerrado
TIPO DE SISTEMA CLIMATIZACIÓN LOCALIZACIÓN
Aut. de caudal constante aire Autónomo Multizona \ Unizona
Aut. de caudal variable aire Autónomo Multizona \ Unizona
Aut. BdC (circuito cerrado) Autónomo Multizona \ Unizona
Todo agua
Fan-coil
Radiador de agua
Radiador eléctrico
Suelo emisor
Hilo emisor
TIPO DE SISTEMA CLIMATIZACIÓN LOCALIZACIÓN
Fan-coil Agua fría y caliente Unizona
Radiador de agua Agua fría y caliente Unizona
Suelo radiante Agua fría y caliente Unizona
Hilo radiante Joule Unizona
Radiador eléctrico Joule Unizona
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2.3.SIMULACIÓN
2.3.1. HIPÓTESIS
Los sistemas se relacionan a partir de lazos energéticos, así cada secundario recibe la
carga de la zona que climatiza y los sistemas multizona reciben como carga la suma de
las cargas sensibles en cada intervalo de tiempo de la simulación, salvo en el caso de
control por zona determinada.
El caudal de aire exterior/primario que cada máquina trata, es el definido por el usuario
para cada zona del edificio, que a su vez el propio programa internamente relaciona a
cada unidad.
Se emplean las curvas de CALENER para establecer la variación de algunas variables
con respecto a sus parámetros:
- Bombas. Variación del consumo con el caudal
- Ventilación. Variación del consumo con el caudal en dos casos: caudal
variable sin/con variador de frecuencia
- Variación de la potencia térmica de autónomos con las condiciones
exteriores.
- Variación del consumo de autónomos por carga parcial.
La cuantificación de las pérdidas se hace a través de % que el usuario puede manipular,
es decir, se establece un % de pérdidas en conductos como aumento de la carga sensible
de la zona y % en tuberías como aumento de la potencia demandada del secundario al
primario.
La simplificación de los ventiladores da lugar a dos comentarios: si el motor está en
mitad de la corriente de aire se dice que toda la potencia eléctrica que consume se disipa
en forma de calor; y el funcionamiento en modo ventilación se hace siempre que la
carga sensible de la zona es nula y la máquina está operativa.
En el caso de existencia de recuperador de energía del aire de expulsión y de que se
aplique free-cooling, se hace un by-pass del recuperador. A su vez, el recuperador
dinámico tiene un consumo constante y fijado por el usuario.
En cuanto al módulo de frío, existen dos valores por defecto: el factor de by-pass que
toma un valor de 0.3 en batería de frío, de ahí que solo se requiera un parámetro a
introducir por el usuario (potencia total de la unidad) para definirla; y en el módulo
evaporativo cuando se instala directo e indirecto, primero actúa el directo.
Los sistemas consumidores de electricidad, en el caso de exceder su capacidad, se
contabiliza que consumen el máximo de su capacidad, pero se informará de no haber
satisfecho su función.
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Las unidades de tratamiento de aire primario, funcionarán a caudal constante con
temperatura de impulsión constante en cada uno de los dos regímenes.
Las climatizadoras de doble conducto son consideradas de caudal constante, lo que
varía es el caudal que se enfría y el que se calienta.
Es importante destacar el criterio de reparto de los consumos de energía en los sistemas
secundarios según el régimen de funcionamiento (calefacción o refrigeración):
1. Si la unidad responde a un horario de funcionamiento, este fija el reparto.
2. Según el signo de la carga sensible a combatir por la unidad (+
refrigeración \ – calefacción).
3. En el caso de que la carga sensible que recibe como entrada sea nula, y la
máquina tenga funcionamiento en modo solo ventilación, recibiendo
además como entrada activa que se combate carga de refrigeración y
calefacción, el reparto de consumos se hace al 50% para cada régimen.
2.3.2. PARÁMETROS
Los parámetros de la instalación definen las características del secundario así como su
instalación. Según la unidad elegida, se tendrá unos posibles modos de funcionamiento,
y la necesidad de definir unos u otros parámetros. Se presentan agrupados según la sub-
unidad específica de la máquina a la que afecta su definición. Así como, su definición:
valor por defecto o valor a fijar por el usuario.
En primer lugar se comentan todos los parámetros asociados a los sistemas secundarios,
y posteriormente la definición de las unidades.
El sistema puede ser unizona o multizona, eso lo fijará el usuario cuando determine las
relaciones en el paso previo.
2.3.2.1.PARÁMETROS DE ENTRADA AL SIMULADOR
Todos los secundarios simulados tienen en común las entradas que reciben para ejecutar
la simulación, las cuales son:
1 Carga sensible W
2 Carga latente W
3 Temperatura seca local ºC
4 Humedad absoluta local Kg agua / Kg a.s.
5 Temperatura seca aire primario ºC
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6 Humedad absoluta aire primario Kg agua / Kg a.s.
8 Da calefacción Binario
9 Da refrigeración Binario
10 Caudal de infiltración Kg/s
11 Caudal de ventilación Kg/s
- Las cargas que recibe (1 y 2) son las referidas a la/s zona/s que reciben
tratamiento de la unidad.
- La temperatura seca del local la fija el usuario.
- La humedad absoluta del local se deja oscilar libremente, siendo su evolución
calculada en cada paso de tiempo a través del balance entre la carga latente
combatida por el sistema y la del local. Cuando el sistema que alimenta a la zona
es un multizona, el caudal de aire que le llega a la zona puede venir fijado por el
usuario (existencia de un tratamiento terminal), o calcularse de manera
aproximada admitiendo que en un sistema multizona la cantidad de aire que le
llega a la zona está ponderada por el tamaño de la misma.
- Da calefacción y/o refrigeración, le indica a la máquina que a las zonas a las que
le llega aire tienen cargas de calefacción (-) y/o refrigeración (+).
2.3.2.2.MOVIMIENTO DE AIRE
Ventilación
- Caudal de ventilación m3/h
- Funcionamiento en modo ventilación, cuando las cargas del local sean nulas,
solo ventilará.
Ventiladores
- Posición del ventilador en la instalación: impulsión, retorno o ambos.
- Caudal nominal m3/h.
- Factor de consumo específico W/(m3/h), se facilitará como valor por defecto 0.8.
El cálculo de la potencia consumida por el ventilador en cuestión, será fruto del
producto de este parámetro por el caudal circulante.
- Posición del motor. Dentro o fuera de la corriente, para tener en cuenta el
calentamiento debido al mismo suponiendo que toda la potencia eléctrica
consumida se disipa en la corriente de aire si el motor está dentro de la misma.
- Se ofrecerá al usuario la posibilidad de no recircular aire en la máquina, de
manera que toda la impulsión será aire primario.
- Se aplican las curvas de CALENER para modificar el consumo eléctrico al
variar el caudal. La curva POT-VENT Q en el caso de que sea una regulación
sin variador de frecuencia, y la curva REND-ELEC-FCP en caso contrario.
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2.3.2.3.MOVIMIENTO DE AGUA
Bombas
- Factor de transporte W/(L/h). Por defecto 0.4. Un valor asociado a la red
de refrigeración y otro a la de calefacción. Puede valer cero si no hay
bomba asociada al secundario.
- Corrección de este consumo a través de la curva de parcialidad de
CALENER (POT-BB_CAUDAL). El caudal nominal será el
especificado en la batería correspondiente.
Parámetros Definición Rango valor por
defecto Valor por
defecto
1 Factor de transporte agua de
refrigeración 0 - 100 W/(L/h) 0.4
2 Factor de transporte agua de
calefacción 0 - 100 W/(L/h) 0.4
* Datos imprescindibles a introducir por usuario
** Lo fija el tipo de unidad elegida
2.3.2.4.SISTEMAS HIDRÓNICOS
- Batería de frío y calor.
- Tipo de Fan-coil, 2 tubos o 4 tubos.
Parámetros Definición Rango valor por
defecto Valor por
defecto
1 Existe batería de agua fría 1 Existe 0 No existe **
2 Capacidad total de la batería
de frío 1 - 10000 kW *
3 Caudal de agua nominal de la
batería frío 1 -10000 L/h 15
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4 Tipo de regulación de la
batería frío
0 - Válvula de tres
vías 1 - Válvula de
dos vías
1 - Válvula de
dos vías
5 Existe batería de agua caliente 1 Existe 0 No existe **
6 Capacidad total de la batería
de calor 1 - 10000 kW **
7 Caudal de agua nominal de la
batería calor 1 -10000 L/h 15
8 Tipo de regulación de la
batería calor
0 - Válvula de tres
vías 1 - Válvula de dos
vías
1 - Válvula de
dos vías
9 Tipo de Fan-Coil
0 – 2 tubos
1 – 4 tubos 0 – 2 tubos
* Datos imprescindibles a introducir por usuario
** Lo fija el tipo de unidad elegida
2.3.2.5.AUTÓNOMOS
- Se define por el usuario la potencia total.
- Consumo kW eléctrico nominal; distinguiendo si tiene en cuenta el
consumo de ventiladores para anular los factores de transporte asociados.
- Se aplican las siguientes curvas de CALENER (fcp: factor de carga
parcial):
Utilidad Nombre curva
Capacidad total de refrigeración con la
temperatura (interior – exterior)
CapTotRef_T-
EQ_ED_AireAire_SF-
Defecto
Capacidad sensible de refrigeración con la
temperatura (interior – exterior)
CapSenRef_T-
EQ_ED_AireAire_SF-
Defecto
Consumo eléctrico de refrigeración con la temperatura
ConRef_T-
EQ_ED_AireAire_SF-
Defecto
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Corrector de la capacidad total de refrigeración con el fcp
CapTotRef_FCP-
EQ_ED_AireAire_SF-
Defecto
Corrector del consumo eléctrico de refrigeración con el fcp
ConRef_FCP-
EQ_ED_AireAire_SF-
Defecto
Capacidad total de calefacción con la
temperatura (interior – exterior)
CapCAL_T-
EQ_ED_AireAire_BDC-
Defecto
Consumo eléctrico de calefacción con la temperatura
ConCAL_T-
EQ_ED_AireAire_BDC-
Defecto
Corrector del consumo eléctrico de calefacción con el fcp
ConCAL_FCP-
EQ_ED_AireAire_BDC-
Defecto
Parámetros Definición Rango valor por
defecto Valor por
defecto
1 Sistema autónomo de frío 1 - Sí 0 - No **
2 Capacidad total del autónomo
de frío 1 - 10000 kW *
3 Consumo eléctrico autónomo
de frío 0 - 10000 KW *
4 Sistema autónomo BdC 1 - Sí 0 - No **
5 Capacidad total BdC 0 - 10000 KW *
6 Consumo eléctrico BdC 0 - 10000 KW *
7
Consumo de ventiladores
asociado al consumo de la
unidad
1 – Sí 0- No 0 - No
* Datos imprescindibles a introducir por usuario
** Lo fija el tipo de unidad elegida
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2.3.2.6.PÉRDIDAS CONDUCTOS Y TUBERÍAS
La siguiente tabla muestra la elección del % de pérdidas según sea la longitud y
aislamiento.
Tabla % pérdidas
Conductos / tuberías
Longitud Nivel
Aislante %
Corto Alto 1
Medio 2
Bajo 3
Largo Alto 3
Medio 4
Bajo 5
Muy largo Alto 5
Medio 6
Bajo 7
- Las pérdidas en el caso de conductos se tomarán como un % de la carga
sensible del local según la tabla.
- En el caso de tuberías (Agua-refrigerante), el % será el de la tabla, que
será referido a la potencia necesaria en la batería correspondiente, y
supondrá un aumento de la demanda al primario. Este valor será
diferente en los circuitos de refrigeración y calefacción.
- Por defecto ambos valores valen 4% (longitud larga y nivel medio de
aislamiento)
Parámetros Definición Rango valor por
defecto Valor por
defecto
1 Pérdidas tuberías de agua en
refrigeración 0 - 100 % 4
2 Pérdidas tuberías de agua en
calefacción 0 - 100 % 4
3 Pérdidas conductos de aire 0 - 100 % 4
* Datos imprescindibles a introducir por usuario
** Lo fija el tipo de unidad elegida
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2.3.2.7.CONTROL DEL SISTEMA
Los niveles de control del sistema son:
- Control de caudal. Caudal CTE o VBLE. Si es variable se especificará la
temperatura de impulsión en modo calefacción y en refrigeración
(control por temperatura constante).
- Control de la temperatura de impulsión para cada régimen de
funcionamiento.
- En multizona, posible control de una zona determinada.
- Control de las condiciones críticas de impulsión. Temperatura mínima y
máxima, humedad mínima y máxima de impulsión.
- Horario de funcionamiento de la climatizadora de aire primario, en forma
de hora del año de inicio de cada régimen.
Parámetros Definición Rango valor por
defecto Valor por
defecto
1 Sistema de caudal de aire
variable 1 - Sí 0 - No **
2 Temperatura impulsión en
calefacción 0 - 100 ºC 30ºC
3 Temperatura impulsión en
refrigeración 0 - 100 ºC 15ºC
4 Control de zona determinada
en multizona
1 - Existe control de
una de las zonas 0 -
No existe
0 - No existe
5 Control de la impulsión 1 - Existe 0 - No
existe 0 - No existe
6 Temperatura mínima del aire
de impulsión 0 - 100 ºC 12ºC
7 Temperatura máxima del aire
de impulsión 0 - 100 ºC 50ºC
Capítulo 2. S3GET-SS
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8 Humedad relativa mínima del
aire de impulsión 0 - 100 % 10%
9 Humedad relativa máxima del
aire de impulsión 0 - 100 % 80%
10 Hora del año de inicio del
modo calefacción 0 - 8760 7300
11 Hora del año de inicio del
modo refrigeración para CAP 0 - 8760 5100
12 Hora del año de inicio del
modo calefacción para CAP 0 - 8760 7300
* Datos imprescindibles a introducir por usuario
** Lo fija el tipo de unidad elegida
2.3.2.8.AHORRO DE ENERGÍA
Enfriamiento gratuito por aire exterior: el usuario especifica si se aplica
esta medida, y el tipo de control (por entalpía o por temperaturas). La
simulación considera que funcionará cuando la zona demande carga de
refrigeración, y sea aplicable.
Recuperador de energía del aire de expulsión: el usuario especifica si
existe esta utilidad y su eficiencia. La simulación no lo hará funcionar
siempre que el freecooling por aire exterior exista y se aplique.
Pre-enfriamiento evaporativo del aire primario: se elige el tipo de
evaporativo (directo/indirecto) y el consumo. El programa internamente
suprime el recuperador en el caso de que ambas medidas sean activadas y
aplicables.
Parámetros Definición Rango valor por
defecto Valor por
defecto
1 Enfriamiento gratuito –
Freecooling por aire exterior 1 - Sí 0 - No *
Capítulo 2. S3GET-SS
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2 Tipo de control del
Freecooling
1 -Por entalpía
0 - Por temperatura
0 - Por
temperatura
3 Enfriamiento gratuito con
agua de torre 1 - Sí 0 - No *
4 Recuperación de energía del
aire de expulsión
1 - Existe 0 - No
existe *
5 Eficiencia del recuperador 0 - 100 % 70%
6 Tipo de recuperador de calor
aire de expulsión
1 -Estático 0 -
Dinámico 1 - Estático
7 Consumo eléctrico
recuperador dinámico 0 - 1000 KW *
8 Pre-enfriamiento evaporativo
del aire primario
0 - No se aplica
1 - Aplica 0 - No se aplica
9 Eficiencia del pre-
enfriamiento evaporativo 0 - 100 % 60%
10 Consumo del pre-
enfriamiento evaporativo 0 - 100 W/(m3/h) 0.3
11 Tipo de pre-enfriamiento
evaporativo
1 - Directo 2 -
Indirecto 1 - Directo
* Datos imprescindibles a introducir por usuario
** Lo fija el tipo de unidad elegida
Capítulo 2. S3GET-SS
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2.3.2.9.EFECTO JOULE
Posibilidad de dar calefacción por efecto joule.
Parámetros Definición Rango valor por
defecto Valor por
defecto
1 Existe fuente de calor por
efecto Joule 1 Sí 0 No **
2 Potencia máxima del efecto
joule kW *
* Datos imprescindibles a introducir por usuario
** Lo fija el tipo de unidad elegida
2.3.2.10. ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO
El aire se refrigera por enfriamiento evaporativo, sea directo, indirecto o ambos.
Parámetros Definición Rango valor por
defecto Valor por
defecto
1 Enfriamiento evaporativo
0 - No existe 1 -
Existe y es directo 2 -
Es indirecto 3 -Ambos
**
2 Factor de consumo directo 0 - 100 W/(m3/h) 0.3
3 Fracción de aire de impulsión
tratada en el directo 0 - 100 100
4 Eficiencia del enfriamiento
evaporativo directo 1 - Sí 0 - No **
5 Factor de consumo indirecto 0 - 100 W/(m3/h) 0.3
6 Fracción de aire de impulsión
tratada (indirecto) 0 - 100 100
Capítulo 2. S3GET-SS
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7 Eficiencia del enfriamiento
evaporativo indirecto 1 – Sí 0- No 0 - No
8 Tipo de corriente secundaria
1 - Aire exterior 0 -
Aire de expulsión
1 - Aire
exterior
* Datos imprescindibles a introducir por usuario
** Lo fija el tipo de unidad elegida
2.3.3. MODELO DE SIMULACIÓN
En este apartado se resume el algoritmo matemático implementado en la simulación de
cada una de las funciones/elementos que componen los sistemas secundarios.
Para hacer una explicación sugerente de este modelo se recurre a la descripción de los
pasos involucrados y necesarios para el desarrollo de la simulación de las diferentes
unidades.
A. Cálculo de las condiciones de impulsión:
- Lectura de la carga sensible (QSEN (W), positiva en refrigeración y
negativa en calefacción); temperatura seca (TLOC) y humedad absoluta
(LOC) del local; temperatura seca (TEXT) y humedad absoluta (EXT) del
aire exterior/primario (puede venir pre-tratado).
- Las pérdidas en los conductos de aire se tienen en cuenta como un
aumento de la carga sensible.
- El pre-enfriamiento evaporativo del aire primario, transforma las
condiciones del aire exterior leídas con anterioridad, y cuantifica el
consumo eléctrico y el ahorro de energía que supone su aplicación.
Además se evita el paso de este aire pre-tratado por el recuperador.
A la salida de esta aplicación se tiene:
La temperatura húmeda del aire exterior, y la eficiencia del
sistema evaporativo.
Si el evaporativo es directo, conlleva un aumento de humedad:
El calor específico del aire húmedo, constante y de valor 1005 J/Kg
K, y la entalpía de vaporización del agua 2.300.000 J/Kg.
Capítulo 2. S3GET-SS
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El consumo eléctrico PWe de la aplicación se obtiene al multiplicar el
factor de consumo Fp.e. W/(m3/h de aire tratado) por el caudal de aire
exterior:
- Temperatura y caudal de impulsión, existen los siguiente casos:
- Unidad de caudal constante de impulsión , la
temperatura de impulsión sería:
- Unidad a caudal variable de impulsión, la temperatura impulsión
queda fijada como parámetro, y el caudal resulta:
Este caudal queda limitado al mínimo de ventilación.
- Unidad multizona con control de una zona determinada. Caudal
de impulsión a esa zona calculado a partir de los datos del
usuario, y si no es posible, ponderado por el área de la zona; por
lo que la temperatura necesaria de impulsión se calcula con la
carga de esa zona y este caudal.
B. Ventiladores:
- Consumo eléctrico de ventiladores PWe calculado a partir del Fc
potencia específica W/(m3/h), caudal impulsado y curvas de CALENER,
para dos casos:
- Funcionamiento a carga parcial de ventilador sin variador de
frecuencia:
Siendo Q el caudal impulsado por el ventilador (m3/h); y
el factor corrector del consumo, resultado de
aplicar la curva de CALENER (POT-VENT Q) con el grado de
parcialidad (Q/QNOM). Si funciona en régimen nominal, el factor
corrector vale la unidad.
- Funcionamiento a carga parcial del ventilador con variador de
frecuencia:
Similar al caso anterior pero la curva de CALENER (REND-
ELEC-FCP) ofrece un nuevo valor del factor corrector
del consumo.
Capítulo 2. S3GET-SS
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- Calentamiento del aire a su paso por ventilador si el motor se sitúa
dentro de la corriente de aire, toda la potencia eléctrica consumida por el
ventilador se disipa en forma de calor al aire:
Siendo M el caudal de aire por el ventilador Kg/s
C. Enfriamiento gratuito por aire exterior:
- Cuando exista demanda de refrigeración (carga sensible a combatir por la
máquina positiva) esta medida es aplicable. Se debe elegir el tipo de control:
por temperatura o por entalpía. El criterio de decisión es que cuando la
temperatura o entalpía del aire exterior sea menor que la del aire de la zona
(de retorno), se aumenta el caudal de aire exterior por la máquina.
- Pueden suceder varios casos: 1er
caso, en el que la temperatura exterior sea
mayor que la de impulsión solicitada por la máquina, por lo que todo el
caudal de aire de impulsión pasa a ser de aire exterior; 2º caso, en el que la
temperatura exterior sea menor que la de impulsión, por lo que se mezclará
parte del aire exterior con aire del retorno (siempre cumpliendo el mínimo de
ventilación). Este proceso de mezcla hasta una temperatura se resuelve
mediante el teorema del valor medio.
- El ahorro de energía que supone esta medida viene caracterizado por el
aumento del caudal de aire exterior y su menor temperatura con respecto al
aire recirculado:
D. Enfriamiento gratuito por agua de torre:
- El criterio de aplicabilidad es el siguiente: se puede conseguir ahorro
energético empleado el agua de la torre de refrigeración como fluido
refrigerante, siempre que se pueda conseguir la misma a una temperatura
inferior a 15ºC. Es por tanto, cuando las condiciones exteriores (temperatura
húmeda) permitan que el agua se sitúe a esas temperaturas.
- El ahorro energético se obtiene de evaluar el caudal de agua en la torre a una
temperatura menor de 15ºC (salto entre la temperatura), y la temperatura del
agua en la torre se entiende que alcanza el equilibrio térmico con el aire
exterior y se coloca a bulbo húmedo:
Capítulo 2. S3GET-SS
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E. Recuperador de energía de aire de expulsión:
- Es aplicable en los dos regímenes, tanto calefacción como refrigeración,
siempre y cuando el free-cooling no sea aplicable. Tiene un consumo
asociado (constante) cuando es del tipo dinámico y se aplique.
- Consiste en la simplificación de un intercambiador aire-aire (aire exterior –
aire expulsión de la zona), que esta caracterizado por la eficiencia fijada
por el usuario:
siendo
F. Enfriamiento evaporativo:
- Existen dos tipos: directo o indirecto. Pueden aparecer por separado o
combinados (primero actuaría el indirecto, y la corriente de salida se haría
pasar por el indirecto).
- En primer lugar se fija el aire a tratar por el sistema a través de un parámetro
introducido por el usuario, y siempre como mínimo el caudal de aire de
ventilación.
- Directo:
Fijada la eficiencia del intercambio y las propiedades de la corriente
de entrada se obtiene:
Con la temperatura seca y temperatura húmeda del
aire a la entrada de la unidad.
Se evalúa el consumo del sistema a partir de la potencia específica
suministrada como parámetro y el caudal de aire tratado; y la
temperatura de impulsión requerida, para en el caso de tener
capacidad ajustarse a la misma regulando el caudal de agua a
inyectar.
Si la fracción de aire tratada no es el 100%, a la salida del mismo se
mezcla con el resto de caudal de impulsión.
- Indirecto:
El cambio con el caso anterior, es que ahora no se vaporiza agua en la
corriente principal, sino en una secundaria. Esa corriente se satura y
es la que fija la temperatura de bulbo húmedo (máximo enfriamiento
posible), para después hacerla pasar por un intercambiador aire-aire
en el que se enfría la corriente principal (% tratado de la misma). Así:
Pero no hay cambio de humedad al ser directo:
El funcionamiento de la unidad es similar al caso anterior, con los
cambios mencionados.
Capítulo 2. S3GET-SS
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G. Unidad de refrigeración:
- Es la unidad encargada de enfriar la corriente de aire de impulsión.
- Como parámetros se tienen la corriente de aire antes de la batería de agua
fría o evaporador y la temperatura de impulsión requerida.
- Se fija el factor de by-pass a 0.3, y se calcula la temperatura de ADP:
: temperatura de impulsión requerida
: temperatura seca de la corriente antes de su paso por la unidad.
- El punto de ADP queda fijado por su temperatura debido a que es un estado
de aire saturado, por lo que se conoce la humedad del mismo.
- El enfriamiento puede ser solo sensible o sensible – latente. Solo es sensible
cuando la humedad del aire a la entrada de la unidad sea menor o igual a la
del punto ADP ( ; en cambio, conlleva una
condensación de agua siempre que la humedad del aire de entrada sea mayor
que la del punto ADP, lo que resultaría una humedad de salida:
- La potencia demandada en el secundario de frío es la suma de la carga
sensible y latente en la unidad, aumentada por el % de pérdidas en tuberías
H. Unidad de calefacción:
- Calentar el aire hasta una temperatura dada. Los parámetros y ecuaciones
son similares al caso anterior, salvo que ahora no hay cambio de humedad en
ninguno de los casos, es un calentamiento sensible.
I. Bombeo:
- En los hidrónicos, el usuario informa si tiene bomba asociada al sub-sistema
secundario. En el que caso que sea así, se fija un caudal de agua nominal de
circulación por la batería, y con este caudal y su potencia nominal, se
establece la variación de la potencia específica Pe (W/(L/h)) que consume la
bomba a partir de la curva de CALENER POT-BB_CAUDAL. Esta
corrección es función de la relación entre el caudal que mueve la bomba y el
caudal nominal de la misma, es decir, del grado de parcialidad de la potencia
de la batería cuando se regula con una válvula de dos vías (variando el
caudal), ya que si es tres vías la regulación se hace elevando la temperatura
de entrada en batería mediante recirculación del agua de salida (el usuario
elige el tipo de válvula de su batería).
Capítulo 2. S3GET-SS
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J. Autónomo:
- El tratamiento energético en cuanto a la refrigeración y calefacción es
idéntico, la diferencia se asocia al tratamiento de los consumos eléctricos
asociados y la aplicación de las curvas de CALENER.
- El usuario aporta el consumo de la máquina en condiciones nominales,
incluyendo o no el de ventiladores (incluirlo significa anular la potencia
específica asociada al bloque de ventilación).
2.4.CATÁLOGO
En este punto se exponen los modos de funcionamiento y las características de las
unidades existentes en el programa.
2.4.1. CLIMATIZADORA
Se entiende por climatizadora, un sistema centralizado que utiliza, en la mayoría de los
casos, agua como fluido caloportador, para intercambiar de forma indirecta con el aire.
Se engloban con esta nomenclatura, sistemas de calefacción por efecto Joule y
enfriamiento evaporativo. La ventilación es a través de la misma. Un esquema
simplificado de esta unidad podría ser:
Figura 2. 1: Esquema simplificado de una climatizadora
A la vista del esquema superior, se ofrece una descripción del funcionamiento de la
misma:
Zonificación – Unizona si climatiza a una sola zona; y multizona cuando varias zonas
reciben tratamiento de la unidad.
Capítulo 2. S3GET-SS
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Ventilación – Se eligen como parámetros los caudales de aire primario, aire recirculado
y aire de impulsión que mueve la unidad, así como la posición de ventiladores.
Refrigeración – A través de una batería de frío, combinado o no con un enfriamiento
evaporativo, o con este último únicamente.
Calefacción – Batería de calor o resistencia eléctrica.
Ahorro de energía – Recuperación de energía de aire de extracción, enfriamiento
gratuito por aire exterior o por agua de torre y pre-enfriamiento evaporativo del aire
primario.
Control – Tipo de regulación: caudal variable o constante, temperatura de impulsión,
control de zona. Control de impulsión: temperaturas y humedades mínimas y máximas
aceptables.
Otras consideraciones – Se tiene en cuenta: la posibilidad de tener una bomba asociada
al secundario, las pérdidas por conductos y tuberías, el sobrecalentamiento debido a
ventiladores y pérdidas de rendimiento en equipos por funcionamiento a carga parcial
(curvas de CALENER).
Se comentan las particularizaciones hechas al modo de funcionamiento convencional,
con el fin de obtener ciertas unidades presentes en las instalaciones:
2.4.1.1.CAUDAL CONSTANTE
La climatizadora funciona con caudal de impulsión constante, variando la temperatura
del aire a la salida de la misma para combatir la carga (de la/s zona/s climatizadas o
controladas).
2.4.1.2.CAUDAL VARIABLE
Se varía el caudal de aire de impulsión, pudiendo tener fijadas las temperaturas de
impulsión (modo calefacción y refrigeración), o siendo resultado del control de una de
las zonas.
2.4.1.3.SÓLO VENTILACIÓN
Son aquellos sistemas que sólo ventilan y/o extraen aire de los locales por lo que no
necesitan producción de frío ni de calor. No son capaces de suministrar calefacción ni
refrigeración. El único consumo de estos sistemas se debe a los ventiladores de
impulsión y extracción.
Capítulo 2. S3GET-SS
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2.4.1.4.MÓDULO ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO
Ofrece frío por enfriamiento evaporativo únicamente, además de ventilación. Se
simplifica la necesidad de acoplar otra unidad que ofrezca calefacción, ofreciendo la
posibilidad de establecer una fuente de calor independiente en esta unidad. Un esquema
simplificado de lo comentado es:
Figura 2. 2: Esquema simplificado de un módulo de enfriamiento evaporativo con calefactor
2.4.1.5. SOLO CALEFACCIÓN
Cuando sólo es capaz de aportar calor (batería de calor o efecto Joule) a los locales sin
poseer capacidad alguna de suministrar refrigeración.
2.4.1.6.RECALENTAMIENTO FINAL
Es una particularización de una climatizadora de forma más crítica, dando lugar a un
tratamiento final solo de calefacción. Esta unidad solo puede aparecer acoplada a
sistemas multizona. Se muestra un esquema simplificado:
Figura 2. 2: Esquema simplificado de una climatizadora
Capítulo 2. S3GET-SS
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2.4.1.7.CLIMATIZADORA DE AIRE PRIMARIO
Esta climatizadora responde al modelo comentado anteriormente, a diferencia, de que el
usuario establece un horario de funcionamiento para calefacción y refrigeración, fijando
la temperatura de impulsión de estos sistemas.
2.4.1.8.CLIMATIZADORA DOBLE CONDUCTO
Bajo esta nomenclatura se considera un caso particular de climatizadora en el que la
unidad produce aire frío y caliente simultáneamente. El caudal de aire que se
enfría/calienta se determina para que las condiciones del aire de impulsión (tras la
mezcla de las dos corriente) satisfagan la carga sensible a combatir por la unidad; por lo
que es variable el caudal que circula por cada sub-sistema (frío-calor). Resto de
consideraciones similares a la climatizadora convencional.
Figura 2. 3: Esquema simplificado de una climatizadora de doble conducto
2.4.2. AUTÓNOMO
Sistemas en los que hay un intercambio directo aire – refrigerante. La refrigeración/
calefacción se realiza por el cambio de fase del refrigerante. Se engloban sistemas:
compactos y divididos Split/ multi-split; y de descarga directa e indirecta.
Como muestra el esquema simplificado inferior, la unidad puede trabajar en modo solo
frío o como bomba de calor; así puede ofrecer el resto de servicios de la climatizadora
antes comentada. Teniendo como particularizaciones: unizona/multizona y caudal
constante/variable. Además en todos los autónomos modelados se permite que el
usuario elija entre condensación por aire o por agua.
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Figura 2. 4: Esquema simplificado de un sistema autónomo
2.4.2.1.CAUDAL CONSTANTE
El sistema autónomo funciona con caudal de impulsión constante, variando la
temperatura del aire a la salida de la misma para combatir la carga (de la zona/s
climatizadas o controladas).
2.4.2.2.CAUDAL VARIABLE
Se varía el caudal de aire de impulsión, pudiendo tener fijadas las temperaturas de
impulsión (modo calefacción y refrigeración), o siendo resultado del control de una de
las zonas.
2.4.2.3.BdC CIRCUITO CERRADO
Este sistema permite integrar su unidad exterior a un circuito de agua (condensador en
refrigeración o evaporador en calefacción), de tal manera que el calor residual lo cede a
ese circuito, pudiendo recuperarse. El usuario puede activar este modo de
funcionamiento, o simplemente instalar un sistema BdC.
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2.4.3. TODO AGUA
2.4.3.1.FAN-COIL
Figura 2. 5: Esquema simplificado de un
termoventilador
Esta unidad puede ser a dos tubos
o a cuatro tubos, pudiendo dar frío
o calor. Posibilidad de tener
asociado un sistema de bombeo y
un ventilador.
2.4.3.2.HILO RADIANTE
Figura 2. 6: Esquema simplificado de un hilo radiante
Funcionamiento en modo calefacción por
efecto joule; este calentamiento se disipa en
radiación y convección.
2.4.3.3.SUELO RADIANTE
Figura 2. 7: Esquema simplificado de un suelo radiante
Similar al anterior pero con agua caliente
Capítulo 2. S3GET-SS
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2.4.3.4.RADIADOR
Figura 2. 8: Esquema simplificado de un sistema autónomo
Ambos radiadores funcionan en modo calefacción
solamente. El calor a la zona se aporta tanto por
radiación como por convección.
2.4.4. RESUMEN DE SISTEMAS DE CLIMATIZACIÓN
Uds. Mixtas - Todo Aire VENTILACIÓN REFRIGERACIÓN CALEFACCIÓN
CLIMATIZADORA AIRE PRIMARIO X X X
CLIMATIZADORA X X X
CAUDAL CTE X X X
CAUDAL VBLE X X X
SOLO VENTILACIÓN X
SOLO CALEFACCIÓN X X
RECALENTAMIENTO FINAL
X
MOD. ENF. EVAPORATIVO X X *
CLIMATIZADORA DOBLE CONDUCTO X X X
AUTÓNOMO X X X
CAUDAL CTE X X X
CAUDAL VBLE X X X
BDC LAZO CERRADO X X X
* Existe la posibilidad de acoplarle un sub-sistema de calefacción.
Uds Todo agua VENTILACIÓN REFRIGERACIÓN CALEFACCIÓN
FAN-COIL
X X
RADIADOR DE AGUA
X
SUELO RADIANTE
X
HILO RADIANTE
X
RADIADOR ELÉCTRICO
X
Capítulo 2. S3GET-SS
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2.4.5. DEMANDA DE AGUA CALIENTE SANITARIA
La demanda de ACS debida a cocina, cuartos de baño, aseos… se define como un
secundario a través de los siguientes parámetros:
Parámetros
1 Demanda de ACS (l/día)
2 Fracción horaria de la demanda (de un día tipo)
3 Temperatura de producción de ACS (ºC)
4 Temperatura de red para cada uno de los meses del año (ºC)
Valor por defecto
Temperatura de referencia 60 (ºC)
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