Climatización de un Edificio de Oficinas en Jaén

Abstract

El objetivo de este proyecto es el diseño del sistema de climatización de un edificio de oficinas localizado en Jaén, España. El documento, cálculos, dimensionado y elección de equipos se ha realizado teniendo en cuenta siempre las especificaciones e indicaciones del R.I.T.E. El proyecto queda organizado en cuatro documentos: memoria, planos, pliego de condiciones y presupuesto. El primer documento, la memoria, consta de una parte descriptiva, otra de cálculos y una última de anexos. El edificio de oficinas objeto de estudio está integrado en un conjunto de oficinas de cuatro bloques, denominados como núcleo A,B,C y D y un auditorio localizado en el centro del conjunto. Con este proyecto se realiza la climatización del núcleo C así como la del auditorio. La superficie total del 22 Edificio C es de 18.628 m y la del auditorio de 511 m . En el edificio de oficinas se diferencia el estudio de la planta baja, la cual cuenta con salas de distintas condiciones como son la cafetería, el gimnasio, el archivo, las salas de reuniones, del resto de plantas, las cuales son espacios abiertos de oficinas y que, para mejor estimación de las cargas, se han dividido en módulos. Se definen las condiciones internas y externas para un edificio de oficinas localizado en Jaén, así como las condiciones de ocupación, alumbrado, calidad del aire y ventilación en función del uso y características de cada sala. Para poder dimensionar los equipos de climatización hay que conocer primero las necesidades térmicas de cada sala. Para ello, se calculan por una parte las cargas frigoríficas o cargas de verano y por otra parte las cargas térmicas o cargas de invierno. Para ambos cálculos se tiene en cuenta los factores externos entre los que se encuentran el área y orientación de los cristales y paredes de la sala de estudio, la radiación solar a través de cristales y la transmisión a través de paredes, tejados y suelos. En el cálculo de las cargas de verano hay que incluir también los factores internos, entre los que se encuentran la ocupación, iluminación, aplicaciones y ventilación. Se procede a buscar la carga frigorífica en el momento más desfavorable, el cual es diferente para cada sala. Por ello, se inicia un proceso iterativo en el que se modifican la hora y mes hasta obtener la mayor carga posible. Para las cargas de invierno, estos factores internos no son considerados. Esto se debe a que la situación más desfavorable se corresponde con las 8 de la mañana del mes de enero, sin ocupación, iluminación ni aparatos funcionando y por ello, la carga térmica se compone de la carga aportada por ventilación y las pérdidas producidas por transmisión en los cerramientos de la sala. Con las necesidades térmicas y frigoríficas determinadas se puede proceder a determinar el sistema de climatización del edificio así como la elección de equipos. Se ha escogido para el edificio C un sistema aire-agua, en el que las unidades terminales son fancoils tipo cassette de cuatro tubos colocados en el falso techo de las salas. Los equipos requeridos para la climatización están colocados en la planta 5, destinada exclusivamente a la colocación de estos equipos. Se cuenta con dos bombas de calor, dos enfriadoras, dos climatizadoras, fancoils, una red de tuberías con agua fría y caliente, bombas, una red de conductos de impulsión y extracción, ventiladores y otros accesorios y elementos que aseguran el funcionamiento del sistema. En el auditorio, se ha escogido un sistema de climatización aire-aire. Los equipos terminales son difusores de tipo escalón, aprovechando la pendiente que se presenta. Se cuenta con una bomba de calor y un climatizador, localizados en el sótano 1, además de una red de conductos de impulsión y extracción, difusores, rejillas, ventiladores, bombas y resto de accesorios como válvulas, filtros o compuertas corta fuegos. La elección de la bomba de calor y de las enfriadoras se realiza partiendo del dato del cómputo global de las cargas de verano e invierno. En el caso de la carga total de verano, hay que calcularla considerando el edificio como una única sala y aplicando un coeficiente de simultaneidad del 80%, buscando ,como se hacía para cada sala, el momento en hora y mes más desfavorable o, lo que es igual, de mayor carga. En el caso de las cargas de invierno, se puede realizar la suma de la carga obtenida en cada sala ya se obtiene para la misma hora y mes. Los climatizadores se encargan de tratar el aire exterior para ventilación y lo impulsa hasta los fancoils en el Edificio C y hasta los difusores en el auditorio para asegurar las condiciones de diseño interior establecidas. Para dimensionar los climatizadores hay que calcular la potencia y caudal que debe proporcionar cada uno. Para la elección de los fancoils hay que considerar que estos deben ser capaces de proporcionar a velocidad media, tanto la potencia frigorífica total como la potencia frigorífica sensible de cada sala. Con estas dos consideraciones, se escogen fancoils de tipo cassette y se determina el modelo y número necesario por sala para cumplir con los requisitos explicados. El Edificio C cuenta con una red hidráulica para la distribución de agua tanto fría como caliente por toda la instalación hasta los elementos terminales. Se cuenta con dos tuberías de agua caliente, impulsión y retorno, y otras dos de agua fría. Por ello, los fancoils escogidos son de cuatro tubos. En los circuitos de tuberías se distingue entre circuitos primarios y secundarios. Los circuitos primarios conectan las bombas de calor con el colector de agua caliente y las enfriadoras y bombas de calor con el colector de agua fría. Para asegurar el circuito de agua, se cuenta con seis bombas primarias, dimensionadas para vencer la pérdida de carga de cada circuito. Se cuenta con seis circuitos secundarios, tres para agua fría y tres para agua caliente. Se ha establecido dos circuitos secundarios dirigidos a los climatizadores y los otros cuatro a los fancoils. Por tanto, se cuenta con seis bombas secundarias, dimensionadas también para superar la máxima pérdida de carga a la que puede tener que hacer frente cada circuito. En el documento no2 se muestran los planos con la representación de las tuberías y los esquemas de principio de los equipos además de las dimensiones de las tuberías en pulgadas.

La red de conductos cuenta con un circuito de impulsión y otro de extracción. Los conductos de impulsión o de aire exterior hacen llegar el aire tratado en el climatizador hasta los equipos terminales, fancoils en el edificio C y difusores en el auditorio. El caudal de ventilación queda determinado por el IDA y la ocupación de cada sala. Los conductos de extracción se encargan de retirar aire en aquellas salas en las que se produce más de 1⁄4 de sobrepresión y también en aquellas donde la normativa lo exige, como es el caso de los aseos donde se establece un caudal de extracción de 90 m3/h. Para ello, los conductos de extracción conectan las rejillas con el climatizador, donde el aire pasa por un recuperador, en el que se aprovecha parte de la energía y se expulsa del circuito. En cada climatizador se instalan dos ventiladores, uno para el circuito de los conductos de impulsión y otro para el circuito de los conductos de extracción. Por tanto, se cuenta con seis ventiladores. Para dimensionar los ventiladores se calcula, para el circuito más desfavorable, la pérdida de carga, siendo ésta la máxima. En el documento no2 quedan reflejados los circuitos de impulsión y extracción y sus dimensiones en cm. En el apartado de anexos se incluye el detalle de los cálculos realizados, tablas empleadas, hojas técnicas y especificaciones de los equipos. El pliego de condiciones establece las competencias del instalador y el presupuesto elaborado para la consecución del proyecto es de tres millones doscientos setenta mil ciento sesenta y cinco euros y cuarenta y ocho céntimos.The objective of this project is the design of the air conditioning system for an office building located in Jaen, Spain. The document, calculations, sizing and choice of equipment has been made always taking into account the specifications and indications of the R.I.T.E. The project is organized in four documents: report, drawings, specifications and budget. The first document, the report, consists of a descriptive part, a calculation part and a final part of annexes. The office building under study is made up of a group of offices in four blocks, known as core A, B, C and D, and an auditorium located in the center of the complex. This project includes the air- conditioning of core C as well as the auditorium. The total area of Building C is 18,628 m2 and that 2 of the auditorium is 511 m . In the office building, the study of the first floor, which has rooms with different conditions such as the cafeteria, gymnasium, archive, meeting rooms, is differentiated from the rest of the floors, which are open office spaces and which, for better estimation of the loads, have been divided into modules. The internal and external conditions are defined for an office building located in Jaén, as well as the conditions of occupancy, lighting, air quality and ventilation depending on the use and characteristics of each room. In order to size the air conditioning equipment, the thermal needs of each room must first be known. For this purpose, the cooling loads or summer loads are calculated on the one hand and the thermal loads or winter loads on the other hand. For both calculations, external factors are taken into account, including the area and orientation of the windows and walls of the study room, the solar radiation through the windows and the transmission through walls, roofs and floors. The calculation of summer loads must also include internal factors such as occupancy, lighting, applications and ventilation. The cooling load at the most unfavorable time, which is different for each room, is sought. Therefore, an iterative process is started in which the time and month are modified until the highest possible load is obtained. For winter loads, these internal factors are not considered. This is because the most unfavorable situation corresponds to 8 a.m. in January, with no occupancy, lighting or appliances operating, and therefore, the thermal load is made up of the load contributed by ventilation and the losses produced by transmission in the room enclosures. With the thermal and cooling needs determined, the air conditioning system for the building can be determined, as well as the choice of equipment. An air-water system has been chosen for building C, in which the terminal units are four-pipe cassette-type fan coils placed in the false ceilings of the rooms. The equipment required for air-conditioning is located on floor 5, which is used exclusively for the installation of this equipment. There are two heat pumps, two chillers, two air conditioners, fan coils, a network of pipes with hot and cold water, pumps, a network of supply and exhaust ducts, fans and other accessories and elements that ensure the operation of the system. In the auditorium, an air-to-air air conditioning system has been chosen. The terminal equipment are step-type diffusers, taking advantage of the slope. There is a heat pump and an air conditioner, located in basement 1, in addition to a network of supply and exhaust ducts, diffusers, grilles, fans, pumps and other accessories such as valves, filters or fire dampers. The choice of the heat pump and chillers is based on the overall calculation of the summer and winter loads. In the case of the total summer load, it must be calculated considering the building as a single room and applying a simultaneity coefficient of 80%, looking for, as was done for each room, the most unfavorable time and month or, what is the same, the highest load. In the case of winter loads, the sum of the load obtained in each room is obtained for the same hour and month. The air conditioners are in charge of treating the outside air for ventilation and supplying it to the fan coils in Building C and to the diffusers in the auditorium to ensure the established interior design conditions. To size the fan coils, the power and flow rate to be provided by each one must be calculated. In order to choose the fan coils, it is necessary to consider that they must be able to provide at average speed, both the total cooling capacity and the sensible cooling capacity of each room. With these two considerations in mind, cassette type fan coils are chosen and the model and number needed per room is determined to meet the above requirements. Building C has a hydraulic network for the distribution of both hot and cold water throughout the facility to the terminal elements. There are two hot water pipes, supply and return, and two cold water pipes. For this reason, the fan coils chosen are four-pipe. In the pipe circuits, a distinction is made between primary and secondary circuits. The primary circuits connect the heat pumps to the hot water manifold and the chillers and heat pumps to the chilled water manifold. To secure the water circuit, there are six primary pumps, sized to overcome the head loss of each circuit. There are six secondary circuits, three for chilled water and three for hot water. Two secondary circuits are directed to the air conditioners and the other four to the fan coils. Therefore, there are six secondary pumps, also sized to overcome the maximum head loss that each circuit can have to cope with. The drawings with the representation of the piping and the principle diagrams of the equipment as well as the dimensions of the pipes in inches are shown in document no2. The ductwork has a supply circuit and an extract circuit. The supply or outside air ducts deliver the air treated in the air conditioner to the terminal equipment, fan coils in building C and diffusers in the auditorium. The ventilation flow rate is determined by the IDA and the occupancy of each room.

The extraction ducts are responsible for removing air in those rooms where more than 1⁄4 of overpressure is produced and also in those where the regulations require it, as is the case of the toilets where an extraction flow rate of 90 m3/h is established. For this purpose, the extraction ducts connect the grilles to the air conditioner, where the air passes through a recuperator, where part of the energy is used and expelled from the circuit. Two fans are installed in each air conditioner, one for the supply duct circuit and one for the exhaust duct circuit. Therefore, there are six fans. In order to dimension the fans, the head loss is calculated for the most unfavorable circuit, this being the maximum head loss. Document No. 2 shows the supply and exhaust circuits and their dimensions in cm. The annexes section includes details of the calculations made, tables used, technical sheets and equipment specifications. The specifications establish the installer's competences and the budget for the project is three million, two hundred and seventy thousand, one hundred and sixty-five euros and forty-eight cents.