Climatización y ventilación de un edificio de oficinas en Madrid

Abstract

El objeto de este proyecto es el estudio y diseño de un sistema de climatización y ventilación en un edificio destinado a oficinas en la ciudad de Madrid. Para ello, se han aplicado todas las normativas legales vigentes y se han empleado métodos técnicos y económicos aplicados a las características del edificio. El edificio posee una forma circular. Los cerramientos exteriores verticales se han realizado con un muro cortina de cristal y la cubierta de hormigón armado. El edificio dispone de tres plantas y un sótano dedicado a almacenes, siendo objeto de estudio: planta baja, primera planta y segunda planta. Cada planta tiene una superficie de 2620,7 m2, siendo la superficie total a aclimatar de 7862,1 m2. El sótano y los baños que contiene el edificio se han considerado como locales no climatizados (LNC) y no han sido objeto de estudio. La superficie total que abarcan las zonas LNC es de 2941,4 m2. Cada planta está dividida en cuatro módulos bien diferenciados, a los cuales se les aplicarán un estudio independiente para luego sacar conclusiones generales sobre el sistema común a emplear. Se dispone de ocho oficinas en la segunda planta que se han estudiado de forma independiente. El área total que ocupan las oficinas es de 137 m2 La climatización y ventilación del edificio debe satisfacer las necesidades de confort tanto en verano (refrigeración) como en invierno (calefacción), incluyendo las cargas máximas que afectan a los distintos módulos del edificio. Para ello se emplea un sistema de: enfriadoras, calderas, climatizadores, fan coils, tuberías, conductos, difusores y rejillas para lograr aclimatar de manera eficiente todas las zonas de estudio invierno, para las cuales se han tenido en cuenta las condiciones externas en los meses de julio y enero respectivamente. Las cargas que afectan al edificio se clasifican en: exteriores o interiores y sensibles o latentes. En verano se tienen en cuenta las siguientes cargas: ocupación, tratamiento del aire exterior, iluminación y aparatos eléctricos, transmisión por LNC, transmisión por fachadas, transmisión por cubierta e irradiación a través de cristales. Además, para hallar la carga máxima de cada módulo o del edificio en su totalidad, se ha realizado un estudio de las distintas horas del día candidatas a producir la máxima carga, ya que hay que jugar con las cargas que producen la irradiación y la transmisión. En invierno solo se tendrán en cuenta las cargas exteriores por transmisión y las de tratamiento del aire exterior, ya que las demás cargas internas son favorables a la calefacción el edificio. Las cargas por transmisión se verán acrecentadas por los factores de régimen y viento, que son diferentes según la orientación de las fachadas del edificio. El aire exterior debe seguir siendo tratado para asegurar la ventilación, aunque en el cálculo de cargas se considere el edificio vacío. Una vez calculadas las cargas del edificio, se ha escogido el sistema de climatización y ventilación. Para ello, no se ha sumado la carga máxima de cada módulo, si no que se ha dimensionado el sistema tratando al edificio como un solo conjunto y se ha aplicando factores de simultaneidad de ocupación e iluminación para evitar así su sobredimensionamiento. La carga total a tratar será de 965,5 kW en verano y de 1049 kW en invierno. Se ha escogido un sistema de climatización de cuatro tubos, dos para refrigeración y dos para calefacción. El agua caliente está generada por dos calderas de condensación a gas Vitocrossal 200 modelo CM2 de 620 kW. El agua fría está generada por dos enfriadoras por condensación de aire de 506 kW marca CARRIER modelo 30RB 262-­‐802. Estos equipos, puestos en paralelo, son capaces de funcionar independientemente y aislados entre sí. Todos los equipos de generación están ubicados en la parte superior derecha de la cubierta del edificio. La renovación del aire se ha llevado acabo mediante un sistema de climatización de cuatro climatizadores. Estas baterías se encargan de tratar el aire primario e introducirlo en los diferentes fan-­‐coils para cumplir las exigencia de calidad de aire IDA 2 del RITE. Cada climatizador trata el aire de un mismo módulo para las tres plantas. Debido a la complicada atención de las exigencias locales de aire primario por parte de este sistema, se ha instalado en cada planta y antes de cada fan-­‐coil compuertas de control de caudal automáticas. El tratamiento de las cargas locales de cada módulo se ha llevado a cabo por un sistema de fan-­‐coils. Cada módulo posee tres fan-­‐coils Termoven CF-­‐51 (siendo en total de treinta y seis) capaces de contrarrestar las cargas máximas que se puedan producir en cada módulo. Las oficinas, debido a su menor tamaño y poca ocupación, se han aclimatado con ocho fan-­‐coils tipo cassette del modelo FCS de la empresa Termoven. La distribución de agua desde los equipos de producción a las distintas baterías, está constituido por un sistema de tuberías, siendo el agua motivada por un sistema de bombas. Existen diez circuitos independientes entre si: uno para enfriadoras con tres bombas (una auxiliar), uno para las dos calderas con tres bombas (una de auxiliar), dos circuitos (calefacción y refrigeración) para las baterías de climatizadores con dos bombas cada circuito (una auxiliar), seis circuitos (calefacción y refrigeración) correspondientes a las tres plantas con dos bombas cada circuito (una auxiliar). Cada bomba se encarga de contrarrestar la pérdida de presión de cada circuito de tuberías debido a: la fricción con la tubería, los cambios de flujo debidos a tes, codos y reducciones, pérdidas en las baterías, valvulería, elementos antivibratorios y filtros. En el dimensionamiento de las tuberías, se ha limitado la velocidad del agua a 2 m/s y una pérdida de carga máxima por metro lineal de 30 mm.c.a. El sistema de válvulas asegura el control del caudal y la presión de los circuitos. Las tuberías son de acero DIN 2240 y DIN2448 electrosoldado longitudinalmente. Existen tres tipos de circuitos de conductos. Uno de ellos va desde los climatizadores exteriores hasta los fan-­‐coils con el aire primario. Los otros dos tipos de circuitos corresponden a cada fan-­‐coil (salvo los de tipo cassette). Éstos poseen un conducto de impulsión y otro de retorno de aire secundario para lograr el intercambio de calor deseado en el módulo. Cada circuito de conductos posee una compuerta contraincendios. Para dimensionar los conductos, se ha establecido un máximo de perdida de carga de 0,1 mm.c.a por metro lineal y una velocidad máxima de 10 m/s. Los tubos son rectangulares debido a la falta de espacio en el falso techo. Siempre que se pueda, se mantendrá la medida en un lado en el conducto rectangular. Los conductos de los que se disponen en la instalación son de chapa galvanizada, aislados con protección de aluminio y de tipo Climaver fibra de vidrio Climaver Neto. Se ha establecido un ventilador por fan-­‐coil, motivando el aire tanto en el conducto de impulsión como el de retorno. Los climatizadores poseen su propio ventilador. Estos ventiladores combaten las pérdidas de carga del recorrido más desfavorable del circuito debidas a: fricción en conductos, cambios de caudal, pérdidas en difusión y compuertas. La difusión del aire procedente del conducto de impulsión de los fan-­‐coils es llevada a cabo por noventa y nueve difusores circulares Trox 600x48 mm de la empresa Technik. Se ha respetado una distancia mínima en su colocación y no superan un máximo de 45 dB de potencia sonora. Están distribuidos de manera que se consiga una homogeneización de la carga. Se han colocado un total de treinta y dos rejillas Trox 525Hx525L mm de la empresa Technik para el retorno del aire secundario, para después pasar a mezclarse con el aire primario antes de llegar al fan-­‐coil. Respetan una distribución para un retorno homogéneo del aire. Se han aislado las tuberías y los conductos correctamente para no perder más de un 4% de la potencia que transportan. Además, cuando estén expuestos a la intemperie, dispondrán de una protección de aluminio sobre el aislante de 0,6 mm. Los espesores de los aislante se pueden consultar en la sección IT 1.2.4.2 del RITE. De acuerdo con la normativa de instalaciones superiores a 70 kW, se debe de llevar una serie de controles, revisiones y mantenimientos preventivos según contempla la IT 3.3 del RITE. Se ha cumplido con la normativa IT 1.3.4.3 contra incendios. El presupuesto total del proyecto es de 1.746.394,08 euros.

The target of this project is to study and design the air conditioning and ventilation of an office building in Madrid. To do that, the valid laws and the technical and economic methods have been applied to the building characteristics. The building shape is circular. The building vertical envelopes have been designed with glass and the roof has been built with concrete. The building is provided with three floors and one cellar for warehouses. Each floor has 2.620 m2, with an overall conditioning area of 7862,1 m2. The toilets and the cellar have not been studied in this project, so they have been treated as non-­‐conditioned areas (LNC). The whole LNC have occupied 2941,4 m2. The floor lay out consists of four well-­‐ differentiated sectors, which have been studied in a separate manner to then make common conclusions about the conditioning system election. There are 8 offices in the second floor, which have been divided. All the offices occupied an area of 137 m2. The conditioning and ventilation of the building has to accomplish the requirements of comfort in summer (cooling) and winter (heating), including the maximum charges that affect the different sectors. A system of: chillers, boilers, conditioners, fan-­‐coils, diffusors and return grills have been used in an efficient way to fulfill the conditioning objectives. The first part of this project is concerned with thermical loads in summer and winter, where the maximum loads of the external conditions in July and January have been taken into account. The loads are divided in: externals or internals and sensitive and latent. These are the charges that have been considered in summer: occupation, treatment of the external air, illumination, electric devices, transmission loads due to LNC, transmission loads due to the roof and irradiation through the glass wall. To calculate the maximum sector or building load, it’s necessary to study the possible hours which are likely of producing the maximum load, this is due to the fact that irradiation and transmission have different maximums loads depending on time. In winter, the external loads are the only ones that have been considered, as the other internal loads make a favourable contribution to the building heating. The transmission loads have been increased by the regime and wind factors, which are different due to the building facade orientation. The external (primary) air has to be conditioned to ensure the ventilation, in spite of the fact that the calculation of the building has been considered without occupation. Once calculated the building loads, a conditioning and ventilation system has been chosen. To calculate this system, the maximum loads of each sector haven’t been summed to obtain the overall result, instead the system has been designed to condition the whole building as an unique sector. They have been applied with a simultaneous factors for illumination and occupation to avoid oversizing. The overall load to condition is 965,5 kW in summer and 1049 kW in winter. A four pipe systems has been chosen, two of them are dedicated to cooling and the other two are for the heating system. The hot water is produced by two gas-­‐condensed boilers Vitocrossal 200 CM2 model of 620 kW. Two air-­‐condensed chillers Carrier 30RB 262-­‐802 of 506 kW produce the cold water. These units have been connected in parallel and they are capable of working independently and in an isolated manner. Four conditioners arranged on the roof drive the internal air renovation. They are the responsible of conditioning the primary air, which will be led to the fan-­‐coil system placed in the building sectors. The quality of the air has to fulfill the IDA 2 specified in the RITE. Each condicionator conditions the same sector in the three studied floors. With this system, it’s very difficult to provide the local primary air required per fan-­‐coil and floor, thus there have been automatic control flow gates installed. The conditioning of the local loads of each sector consists of a fan-­‐coil system. Each sector has three fan-­‐coils Termoven CF-­‐51. All together they are capable of fighting the maximum loads that can be produced in each sector. The offices, due to their smaller size and their dew occupation, have been conditioned with eight fan-­‐coils cassette FCS model of the Termoven company. The distribution of the water from de production units to the fan-­‐coils and conditioners, are constituted by a pipe system. The water is driven with electropumps. There are eight independent pipe loops: one for the chillers with three pumps (one is auxiliary), one for the boilers with three pumps (one is auxiliary), two pipe loops (cooling and heating) for the conditioners with two pumps each one (one is auxiliary), six pipe loops (cooling and heating) corresponding to the three floors with two pumps (one is auxiliary). Each pump has to be capable to overcome the pressure drop of its corresponding loop. This pressure drop is due to: the pipe’s friction, changes of the flux path (t forms, reductions or elbows), valves, pressure drops in the conditioners and the fan-­‐coils, antivibrations devices and filters. To size the pipes, the water speed has been limited at 2 m/s and the pressure drop per linear meter has been restricted to 30 mm.c.a. The valve system ensures a right control of the flow and the pressure of each pipe loop. The pipes are arranged by steel Din 2240 and Din 2448 with a longitudinal electrowelded. There are three different ductworks. One of them is leaded from the primary-­‐air conditioners to the fan-­‐coils. Each fan-­‐coil (except the cassettes one) with an impulsion and return duct of secondary air to achieve the heat exchange in each sector. To size of the ductwork, it has been established two constraints: the threshold velocity in the ductwork is 10 m/s and the maximum pressure drop per linear meter is 0,1 mm.c.a. The ducts have a rectangular section due to the building is short of space in the ceiling. If it is possible, one size of the rectangle should be kept. The ducts are made of galvanized sheet isolated and with aluminium protection and Climaver fiberglass, Climaver Neto type. One fan per fan-­‐coil has been chosen, driving the air through the impulsion and return duct. The conditioners have their own fan. These fans have to have enough power to impulse the air through the most unfavourable pressure drop path. The diffusion of the secondary air is driven by ninety diffusors Trox 600x48 mm of Technik Company. They respect a minimum distance among them in their emplacement and they are behind the noise threshold of 45 dB. The lay out of the diffusors achieves a homogenization of the conditioned air. Thirty-­‐two put grids Trox 525Hx525L mm of Technik Company for the return of the secondary air have been put. After the return, the air gets back again to the fan-­‐coil, crossing a mixer where the primary and secondary air are mixed. All the pipes and the ducts have been isolated properly to not loosing more than a 4% of the power that they lead. Therefore, when they are exposed to weather, they have been protected with a 0,6mm protector layer of aluminium. The thickness of the insulator can be found in section IT 1.2.4.2 of the RITE. According to the regulations that apply to installations with a consumption higher than 70 kW of the IT 3.3 RITE, it is necessary to make preventive controls, revisions and maintenances. The regulations IT 1.3.4.3 of RITE against fire have been fulfilled. The total budget of the project is 1.746.394,08 euros.