Climatización de un centro comercial en Valladolid

Abstract

El objetivo de este proyecto es el diseño de un sistema de climatización para un centro comercial en la provincia de Valladolid, España. El proyecto comienza con la descripción del sistema utilizado, estableciendo todos los requerimientos técnicos y legales que se deben de cumplir a la hora de elegir los distintos equipos. Al iniciar el diseño, se ha tenido en cuenta las características del edificio como por ejemplo los materiales constructivos, la ubicación (temperatura seca, temperatura húmeda y humedad de la localidad), la orientación de las fachadas y las condiciones exteriores tanto en invierno como en verano. El centro comercial posee dos plantas y una cubierta. En la planta baja se encuentran los locales comerciales cuyo área total es de 34002.03 m2 y una galería o Mall que posee un área de 6297.08 m2. El Mall es la zona común que conecta los locales de la planta baja por dentro del centro comercial. Todos los locales de la planta baja poseen una fachada de cristal a modo de escaparate. En la planta primera se encuentran locales utilizados por empleados, almacenes y cuartos de maquinaria que no son necesarios climatizar, y también una galería o Mall cuyo área es de 1657 m2 que si se ha climatizado. En la cubierta se localizan varios de los equipos de climatización. Tras definir las superficies a climatizar, se ha procedido al cálculo de cargas térmicas tanto en verano como en invierno. En el primer caso, se ha tenido en cuenta las cargas exteriores (radiación, transmisión, etc.) como las cargas interiores (aquellas producidas por la maquinaria, la ocupación o el sistema eléctrico), mientras que en invierno sólo se han considerado las cargas exteriores, ya que las cargas interiores resultan favorables para este cálculo. En el cálculo de cargas térmicas se han escogido la fecha (mes y hora) más desfavorable dependiendo de la orientación de la fachada, de tal forma que la carga en cada local sea la máxima. Otro factor tenido en cuenta a la hora de realizar estos cálculos son las condiciones interiores de confort en el edificio. Estas se rigen por el Reglamento de Instalaciones Térmicas en Edificios (RITE) y sus valores son 22ºC en invierno y 25º C y 50% de humedad relativa en verano. Una vez calculadas las cargas térmicas que tiene que combatir el sistema de climatización, se ha procedido a la elección de los equipos. En aquellos locales donde se han superado 16 KW de potencia requerida, se han utilizado un climatizador o varios (en caso de que fuese necesario), mientras que en los locales donde la carga es inferior a 16 KW se han utilizado Fancoils de Cassete de cuatro vías. La mayoría de los locales de la planta baja, así como las galerías “Mall planta baja” y “Mall planta primera” han sido climatizados con climatizadores. Las características de los fancoils y climatizadores (potencia útil y tamaño) han sido elegidas conforme a las cargas térmicas de los locales. También se han utilizado climatizadores para proporcionar aire exterior tratado a los fancoils. Para proporcionar agua al sistema de climatizadores y fancoils se han escogido calderas y grupos frigoríficos. Para el aporte de agua fría, se dispone de cinco grupos frigoríficos de una potencia de 1175 KW, mientras que para el aporte de agua caliente se dispone de cinco calderas de 900 KW. Después de establecer los equipos, se ha diseñado la red de tuberías del sistema cuya función es distribuir agua fría y caliente a los fancoils y climatizadores. El sistema consta de cuatro tuberías, dos de agua fría (ida y retorno) y dos de agua caliente (ida y retorno), ya que los equipos son de cuatro vías. El criterio para el diseño de la red ha sido acotado por dos factores, la pérdida de carga máxima y la velocidad. En cada tramo, la pérdida de carga no puede ser mayor de 30 mmca y la velocidad no puede superar el valor de 2 m/s. Las tuberías están recubiertas de aislamiento térmico para aumentar así la eficiencia de la red. Para la impulsión del agua fría y caliente desde los grupos frigoríficos y calderas se han utilizado diez bombas con sus respectivas bombas de reserva. Y para la impulsión hacia los locales por los circuitos de tuberías han sido necesarias seis bombas con sus respectivas bombas de reserva tanto en el circuito de frío como en el de calor. El diseño de estas bombas se ha calculado en base al caudal requerido por los locales y a la pérdida de carga máxima en los tramos de la red. Para calcular la pérdida de carga en los tramos se han considerado los cambios de trayectoria de la tubería, la pérdida en las baterías y la pérdida en las válvulas que se necesitan para la conexión de los fancoils o climatizadores con la tubería. Las dimensiones de la red de conductos se han establecido conforme al caudal que debe ser suministrado al fancoil o que debe ser impulsado por el climatizador. Las condiciones de diseño en los conductos de aire se han fijado de acuerdo a valores de pérdidas de carga, las dimensiones del falso techo por donde los conductos recorren el edificio desde la bajocubierta y la velocidad del aire. La máxima pérdida admitida en cualquier tramo es 0.08 mmca/ml, la máxima velocidad que puede alcanzar el aire es de 10 m/s y la altura del falso techo es de 1 metro. Los conductos distribuyen el aire en los locales a través de los difusores. El número de difusores en cada uno de los locales se ha estimado de acuerdo al caudal necesario para combatir las cargas térmicas. Para la extracción del aire se dispone de un circuito de retorno y las herramientas de extracción son rejillas rectangulares. El número de rejillas es la mitad del número de difusores establecidos. Tanto la red de tuberías como la red de conductos están representadas en planos donde se aprecia el recorrido, las dimensiones de cada tramo y en el caso de la red de conductos; la distribución de los difusores en cada local como en el Mall. Los parámetros como la temperatura o la presión son controlados por manómetros y termómetros a lo largo de la instalación. Además, las redes de conductos y tuberías están dotadas de válvulas de seguridad, de entrada y de salida para su regulación. Los equipos que se han utilizado en el diseño del sistema de climatización han sido escogidos en base al pliego de condiciones que se adjunta en la memoria. Los criterios principales en la selección se han basado en los cálculos, el cumplimiento de la normativa y el precio de los equipos. Por último, se ha hecho una valoración económica de los costes del sistema de climatización en donde se han incluido todos los elementos utilizados y los diferentes equipos. El resultado de esta valoración es de 3,252,387.68 €.

The purpose of this project is the design of an air conditioning system for a shopping mall in Valladolid, Spain. The project begins with a description of the system that has been used, stablishing all the technical and legal requirements that have to be accomplish when choosing the different equipment, machines and elements. After the previous step, it has been analyzed the building’s characteristics, for example the building’s materials, the location (that will provide the wet bulb temperature, the dry bulb temperature and the humidity), the faces’ orientation and the external conditions during winter and summer. The shopping mall has two floors and a rooftop. On the ground floor, there are located all the shops whose geometric are is 34002.03 m2 and a hallway called “Mall” whose area is 6297.08 m2 and also connects all the different shops on the inside of the shopping mall. All the shops have glass wall facing the outside acting as a showcase. On the first floor, there are several spaces used by employees, storages and machinery rooms that do not need to air conditioning them, and also another common area called “Mall” that needs to be air conditioned. This “Mall” on the first floor has an area of 1657 m2. On the rooftop, there are several air conditioning elements. The following step is to calculate the heating and the cooling loads during winter and summer. During the summer, it has been taken into account the external loads (such as radiation, transmission, etc.) and the internal loads (such as electric systems, occupation, and machinery), whereas in winter it has taken into account just the external loads because the internal loads make a positive load on the calculations. The calculation of the heating and the cooling loads have been done on the worst case scenario, choosing the date and the hour in which the loads reached the maximum values in every shop. Another fact that has been taken into account when doing the calculations are the comfort internal conditions on the building. RITE (Reglamento de Instalaciones Térmicas en Edificios) states that the values of dry bulb temperature during summer should be 24ºC and the relative humidity should be 50%, while in winter the dry bulb temperature should be 22ºC and the relative humidity should be 50%. Once the loads have been calculated, it has been chosen the different air conditioning machines. In shops where the required power is higher than 16 KW, the machine chosen has been one or more air conditioners depending on the loads, whereas in shops with a level of required power lower than 16 KW, it has been chosen a Cassete’s Fan-coil of four ducts. Most of the shops as well as the ground floor mall and the first floor mall have been air conditioned with one or several air conditioners due to the loads. The technical specifications (size and power) of Fan-coils and air conditioners have been designed depending on the different loads. Also, there are some air conditioners, called as primary air conditioners that supply treated air to the Fan-coils. For the water’s supply to Fan-coils and air conditioners it has been chosen boilers and refrigerating units. There are five refrigerating units that supply cold water and their power is 1175 KW each. There are five boilers that supply hot water and their power is 900 KW each. After stablishing the supply units, the duct system has been designed whose function is to distribute the cold and hot water to the Fan-coils and the air conditioners. The system has four ducts, two of cold water (go and return) and two of hot water (go and return) because the Fan-coils and the air conditioners have four ducts. The two parameters for the design of the water ducts are the speed of the water and the maximum duct loss. The maximum value of the speed is 2 m/s and the maximum duct loss allowed in any duct is 30 mmca. The ducts are covered with thermal insulation in order to increase the efficiency of the duct system. In order to pump the water from the refrigerator units and the boilers it has been used ten pumps with its substitution’s pump. Also, to pump the water to the shops through the duct system, it has been needed six pumps with its substitution’s pump for the heating and cooling circuits. The design of these pumps has been calculated with two parameters: the water’s flow required and the maximum duct loss on the longest paths. To calculate the maximum duct loss, it has been considered, the loss of the Fan-coils or air conditioners, the loss due to course changes and the loss on the valves needed to connect the ducts with the air conditioners or Fan-coils. The dimensions of the air duct have been calculated by taking into analysis two parameters: the air flow that must be supplied to the Fan-coil or the flow that has to be supplied by the air conditioner. These air ducts are also covered with thermal insulation to avoid energy losses in the air conditioning system. The design specifications have been stablished by looking at the duct losses, the dimensions of the space designated to the ducts and the speed of the air. The maximum duct loss admitted is 0.08 mmca/ml, the maximum speed of the air is 10 m/s and the height of the fake-roof is 1 meter. The ducts spread the air in the shops through the diffusers. The number of diffusers in every shop has been estimated according to the air flow needed in order to fulfill the shop’s necessities. The water duct as well as the air duct are represented on the blueprints on the Annex at the end of the memory description. The blueprints show the paths, the diameter of every duct and the distribution of the diffusers in every shop and in the mall. The parameters of temperature and the pressure are controlled by thermometers and manometers all over the system. Moreover, the air and water ducts have security valves, entrance and exit valves to regulate the flow. Lastly, it has been calculated an approximated budget of the cost of the air conditioning system. The budget includes all the used element as well as the different units. The amount of budget needed is 3,252,387.68 €.