Instalación térmica de un edificio de oficinas situado en Madrid

Abstract

El objeto de este proyecto es el diseño de las instalaciones térmicas: calefacción, climatización, ventilación y producción de agua caliente sanitaria mediante captación solar térmica. Para ello, se establecerán las condiciones técnicas y legales a las que han de ajustarse las instalaciones.

El edificio en cuestión tiene seis plantas sobre rasante, incluyendo planta baja y planta de cubierta. La entrada principal se encuentra en la planta baja donde también hay una zona de oficinas. El resto de oficinas se encuentran en las plantas 1ª a 4ª con una separación de 4,70 m, lo que permite disponer de una altura libre de suelo a forjado de unos 4m. Además, el edificio cuenta con una sala polifuncional o auditorio en planta primera, anexo al edificio. El ámbito de actuación del presente proyecto de ejecución ocupa sólo parte de la parcela, la superficie de afección es de 4.696,10 m2.

Para garantizar la correcta climatización del edificio, se partirán de las condiciones más desfavorables tanto en invierno como en verano. Las condiciones de confort a climatizar el interior son de 24 ºC y 50% HR en verano y 22 ºC y 30-65% HR en invierno. Otros factores a tener en cuenta son la velocidad media del aire, en torno a 0,17 m/s, y el nivel sonoro máximo, que no ha de sobrepasar los 50 dB. En cuanto al cálculo de ventilación, según norma para oficinas, se prevé un caudal de renovación de 12,5 litros por segundo.

Para el cálculo de las cargas térmicas de los distintos módulos, teniendo en cuenta las condiciones exteriores y de confort y, en función de sus características constructivas, orientación y uso, analizaremos los desequilibrios térmicos que afectan a cada una de ellas a través del programa de HAP de Carrier. En verano, se considerarán tanto las cargas externas por radiación solar y transmisión a través de los cerramientos, como las internas por ocupación, alumbrados, equipos, y transmisión a través de tabiques. En invierno, sin embargo, solo se considerará la trasmisión a través de cerramientos pues el resto de elementos se consideran como cargas favorables. En cuento a las infiltraciones, estas no se considerarán pues los locales estarán sometidos a sobrepresión.

Una vez conocidas las cargas térmicas de los módulos, el siguiente paso será la selección de los equipos. El sistema de climatización que se adoptará será empleando un climatizador de aire primario centralizado, que tratará el aire exterior y que posteriormente lo llevará a los fancoils situados cada planta. El sistema de climatización elegido es un sistema hidrónico de caudal variable. Estos sistemas constan de una unidad exterior de producción VRF estándar, un equipo controlador intermedio (HBC) y unidades terminales ventilo-convectores (fancoils) con baterías de agua. El gas refrigerante sirve como fluido para transportar la energía entre la unidad exterior y el controlador HBC, y desde este último componente se utiliza agua para el transporte de energía hasta las diferentes unidades interiores.

El diseño de la red de tuberías se hará partiendo del caudal requerido por los fancoils para combatir las cargas del local. Así, partiendo de este caudal se procederá al dimensionamiento de las tuberías y al cálculo de las pérdidas en cada circuito según los distintos accesorios tales como codos o derivaciones. En el caso de los conductos, que transportarán el aire de los climatizadores de aire primario a los fancoils, el proceso de dimensionamiento será equivalente. En el diseño de las dos redes se tendrán en cuenta los límites de velocidad y rozamiento establecidos por la normativa, que son de 30 mm.c.a y 2 m/s en el caso de la red de tuberías, y de 0,1 mm.c.a. y 10 m/s en el caso de la red de conductos.

Conforme CTE DB-HE4, se prevé el aprovechamiento de la energía solar térmica para la producción de ACS. Como sistema auxiliar de producción se emplearán dos bombas de calor de alta temperatura, para aquellos momentos en que la producción solar no sea posible por condicionamientos atmosféricos. Además, se incluirá una justificación de la selección del sistema comparando con otras alternativas posibles.

A continuación, se incluirá una memoria económica en la que se simulará el consumo anual de energía primaria no renovable y se calculará el coste anual normalizado de la instalación térmica.

Por último, se presentará la proyección de las instalaciones en los planos de arquitectura y los esquemas de principio de cada instalación.

Todos los equipos se han seleccionado en base a la normativa que se establece en el pliego de condiciones del proyecto, resultando en un presupuesto total de 482.348,46 €.

The purpose of this project is the design of the thermal installations: heating, air conditioning, ventilation and domestic hot water production by means of solar thermal collection. For this purpose, the technical and legal conditions to be met by the installations will be established.

The building in question has six floors above ground level, including first floor and roof floor. The main entrance is on the first floor where there is also an office area. The rest of the offices are located on the 1st to 4th floors with a separation of 4.70 m, which allows a free height from floor to floor slab of about 4 m. In addition, the building has a multipurpose room or auditorium on the second floor, attached to the building. The scope of this execution project occupies only part of the plot, the area affected is 4,696.10 m2.

In order to guarantee the correct air conditioning of the building, the most unfavorable conditions in both winter and summer will be taken as a starting point. The comfort conditions to be climatized in the interior are 24 ºC and 50% RH in summer and 22 ºC and 30-65% RH in winter. Other factors to be taken into account are the average air speed, around 0.17 m/s, and the maximum sound level, which should not exceed 50 dB. As for the ventilation calculation, according to the office standard, a renewal flow rate of 12.5 liters per second is foreseen.

For the calculation of the thermal loads of the different modules, taking into account the exterior and comfort conditions and, depending on their construction characteristics, orientation and use, we will analyze the thermal imbalances that affect each one of them through Carrier's HAP program. In summer, we will consider both external loads due to solar radiation and transmission through enclosures, and internal loads due to occupancy, lighting, equipment, and transmission through partitions. In winter, however, only the transmission through enclosures will be considered, since the rest of the elements are considered as favorable loads. As for infiltrations, these will not be considered since the premises will be subject to overpressure.

Once the thermal loads of the modules are known, the next step will be the selection of the equipment. The air conditioning system to be adopted will consist of a centralized primary air conditioner, which will treat the outside air and then be conducted through a network of ducts to the fan coils located on each floor. The air conditioning system chosen is a variable flow hydronic system. These systems consist of a standard VRF outdoor production unit, an intermediate controller unit (HBC) and terminal fan coil units with water coils. The refrigerant gas serves as the fluid to transport the energy between the outdoor unit and the HBC controller, and from this last component water is used to transport energy to the different indoor units.

The design of the piping network will be based on the flow rate required by the fan coils to combat the room loads. Thus, based on this flow rate, the pipes will be sized and the head losses in each circuit will be calculated according to the different accessories such as elbows or derivations. In the case of the ducts, which will transport the air from the primary air conditioners to the fan coils, the sizing process will be equivalent. The design of the two networks will take into account the velocity and friction limits established by the regulations, which are 30 mm.c.a and 2 m/s in the case of the pipe network, and 0.1 mm.c.a and 10 m/s in the case of the duct network.

In accordance with CTE DB-HE4, the use of solar thermal energy for the production of DHW is foreseen. A high temperature heat pump will be used as an auxiliary production system for those times when solar production is not possible due to atmospheric conditions. In addition, a justification for the selection of the system compared to other possible alternatives will be included.

Next, an economic report shall be included in which the annual consumption of non-renewable primary energy shall be simulated and the normalized annual cost of the thermal installation shall be calculated. Also, in this section, the compliance of the installation with the requirements of consumption limits established in the section of the technical building code DB-HE 0: Limitation of energy consumption will be checked.

Finally, the projection of the installations will be presented in the architectural drawings and the principle diagrams of each installation.

All the equipment has been selected based on the regulations established in the project specifications, resulting in a total budget of 482,348.46 €.