Climatización de un edificio de oficinas en Cáceres

Abstract

Con el presente proyecto se busca diseñar y definir el sistema de climatización de un edificio de oficinas en Cáceres, realizando todos los cálculos necesarios para ello y respetando la normativa del Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios. El sistema de climatización incluye la refrigeración, la calefacción y la ventilación del edificio. En primer lugar, se ha analizado y definido las características constructivas del edificio. El edificio de oficinas objeto de estudio consta de siete plantas a climatizar. Cada planta se ha dividido en estancias, definiendo sus características para el posterior cálculo de cargas térmicas por estancia. Estas características incluyen las condiciones interiores de temperatura y calidad de aire, las condiciones de uso, que son las ocupación y el alumbrado, y las condiciones exteriores, que quedan determinadas por la localización del edificio, Cáceres. Una vez definidas todas las estancias y sus características, se procede al cálculo de cargas térmicas, donde se distingue entre cargas de verano, o frigoríficas, y cargas de invierno, o de calefacción. Ambas se calculan en las condiciones más desfavorables. En cuanto a las exigencias frigoríficas, estas van a depender de las dimensiones de la estancia, de la radiación solar, la transmisión de calor a través de los cerramientos, de la ocupación y de la carga térmica como consecuencia del alumbrado y otros equipos. Se calcularan las cargas de verano en las condiciones más desfavorables, mediante un proceso iterativo que permitirá dar con el mes y la hora en el que se dan estas condiciones. Una vez calculada la carga de verano para cada una de las estancias, se procede a realizar el cómputo global de verano, también en condiciones más favorables y tomando el edificio como un único bloque a climatizar. En el caso de las cargas de invierno, en cambio, solo se consideran factores externos ya que los internos favorecen las condiciones de confort. La carga de invierno se calculará como la suma de las pérdidas de calor por transmisión a través de los cerramientos y como consecuencia del aire exterior de ventilación. El cálculo de cargas de invierno se realiza en las condiciones más desfavorables, que se corresponde con el momento en el que hay mayor diferencia de temperatura entre el interior y el exterior. En el caso de estudio se ha considerado el mes de enero a las 8 de la mañana.Una vez calculada la carga de invierno para cada estancia del edificio, se procede al cálculo del cómputo global de invierno, también en las condiciones más desfavorables, que se corresponden con las de enero a las 8 de la mañana. Al haberse tomado el mismo mes y la misma hora en el cálculo de cargas de invierno por estancia, bastará con sumar las cargas de invierno de cada una de las estancias para obtener el cómputo global de invierno. Una vez calculadas las cargas de invierno y de verano, se procede al diseño del sistema de climatización. Se distinguen dos casos: los sistemas todo aire y los sistemas aire-agua. La elección de un sistema u otro va a depender de las exigencias térmicas de cada zona y sus dimensiones. De acuerdo a las características constructivas del edificio y atendiendo a los resultados obtenidos en el cálculo de cargas térmicas, solo se climatiza el salón de actos de la planta baja con sistema todo aire, estableciéndose un sistema aire-agua para el resto de estancias del edificio. En el caso de los aseos, estos se consideran locales no climatizados, aunque si cuentan con un sistema de extracción de acuerdo a las exigencias del RITE. Los sistemas aire-agua están compuestos por los fancoils, los climatizadores de acondicionamiento, una red de tuberías y una red de conductos. Los fancoils se seleccionan a partir de las exigencias térmicas de las estancias, pudiendo haber más de un fancoils por estancia. Los fancoils reciben el aire exterior previamente tratado en el climatizador de acondicionamiento, donde se mezcla con el aire de retorno. Esta mezcla se trata en el fancoil, intercambiando calor con el agua de las tuberías, y dando lugar al caudal de aire de impulsión en las condiciones óptimas que aseguran el confort a la estancia. Tanto el aire de retorno como el aire de impulsión, llegan y salen del fancoil sin necesidad de conductos. El sistema todo aire está compuesto por un climatizador, difusores, rejillas y una red de conductos de aire de impulsión, de retorno y de extracción. El climatizador se instala en la cubierta, y en él se trata la mezcla de aire exterior y aire de retorno. Este último llega al climatizador gracias a los conductos de aire de retorno. El caudal de aire resultante es el caudal de aire de impulsión, que gracias a los conductos de aire de impulsión, llega hasta los difusores distribuidos en el salón de actos. En cuanto a la red de tuberías del sistema aire-agua, esta es la responsable de hacer llegar el agua fría y el agua caliente a los fancoils, y está compuesta por dos tuberías de impulsión, una de agua fría y otra de agua caliente, y por dos tuberías de retorno, una de agua fría y otra de agua caliente. El sistema de impulsión y el retorno siguen el mismo esquema unifilar y todas las tuberías son de acero. Ha quedado igualmente definido todo el sistema de válvulas. La red de tuberías está dividida, a su vez, en un circuito de tuberías primero y otro secundario. En el circuito primario, se transporta el agua entre la máquina frigorífica y las bombas situadas en cada planta, en el caso de verano y entre la caldera y las bombas situadas en cada planta, en el caso de invierno. El circuito secundario, en cambio, se encarga del transporte del agua entre las bombas y los fancoils. Para la selección de las bombas se hacalculado las perdidas en el tramo más desfavorable de cada circuito secundario definido, dos por planta, incluyendo las pérdidas en las válvulas y en los distintos accesorios. Se ha dimensionado toda la red de tuberías y se ha dibujado el esquema unifilar para los cuatro tipos de tuberías que constituyen la red de tuberías en todas las plantas, se han numerado los nodos y se ha indicado el tramo más desfavorable, todo ello con el programa AUTOCAD. En cuanto a la red de conductos, estos son los responsables de transportar el aire. Se ha trabajado con cuatro tipos de conductos: conductos de aire de retorno, conductos de impulsión, conductos de aire exterior y conductos de extracción. Los conductos de aire exterior son los encargados de hacer llegar el aire exterior previamente tratado en los climatizadores de acondicionamiento hasta los fancoils, es decir, van desde los climatizadores de acondicionamiento situados en la cubierta hasta las distintas zonas climatizadas con fancoils. El aire exterior se obtiene a partir del cálculo de cargas frigoríficas y depende de la ocupación de la sala y, por tanto, de sus necesidades de ventilación. Los conductos de aire de impulsión llevan el aire de impulsión desde los climatizadores hasta los difusores, que en el caso de estudio solo ocurre en el salón de actos. Los conductos de aire de retorno llevan el aire de retorno desde las zonas a climatizar hasta el climatizador, donde se mezcla con el aire exterior y dan lugar al caudal de aire de impulsión. El aire de retorno será recuperado gracias a las rejillas, que se seleccionan teniendo en cuenta la pérdida de carga del conducto y el caudal de aire de retorno, que se calcula como la diferencia entre el caudal de aire de impulsión y el aire exterior. Los conductos de extracción transportan el aire extraído de las zonas cuya sobrepresión es demasiado alta. Para saber si una zona está a una sobrepresión muy alta se comparado el caudal de aire exterior con el volumen de la zona a climatizar. Estos conductos de extracción van desde las zonas a climatizar a un extractor independiente en el caso de los baños y al recuperador del climatizador en el resto de las estancias, cumpliendo así con las exigencias del RITE. Para seleccionar el ventilador de los climatizadores, se han calculado las perdidas en el tramo más desfavorable de los conductos. Para ello, se ha dimensionado y dibujado la red de conductos para cada planta, diseñando un esquema unifilar, numerando los nodos e indicando el tramo más desfavorable, todo ello con el programa AUTOCAD. El agua de necesaria en el sistema de climatización se enfriara y se calentará con una maquina frigorífica y con una caldera, respectivamente. La máquina frigorífica se selecciona a partir de los resultados del cómputo global de verano, y la caldera a partir de los resultados del cómputo global de invierno. Ambas se sitúan en la cubierta.Se han estudiado distintos catálogos para los equipos. Una vez seleccionados aquellos que cumplen las exigencias del sistema de climatización, se ha elaborado un presupuesto. El presupuesto final de la instalación es de 906.567,77 EUROS.

The objective of this project is to define and design the air conditioning system of an office building in Cáceres, Spain, carrying out all of the calculations needed and respecting the Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE). The designed system includes the refrigeration system, the heating system and the ventilation system. First of all, the building has been analysed, defining all of its constructive characteristics. The office building is made up of 7 floors to be acclimatized. Each floor has been divided in different rooms. Then, a further analysis has been conducted for each room, in which the thermal loads have been calculated. The characteristics defined for each room include its internal air quality and temperature, its usage and lighting conditions and finally, its external conditions. Once all of the rooms and their characteristics have been defined, the thermal loads must be calculated. The thermal loads must be calculated for summer conditions, to design the refrigeration system, and winter conditions, for the heating system. Both are calculated at the least favourable conditions. The summer thermal loads depend on the rooms’ dimensions, the solar radiation, the heat transfer through walls, the rate of occupation and the thermal loads resulting from the lighting system. These thermal loads have been calculated by an iterative process, which assures that the study is conducted under the least favourable conditions. After the summer thermal loads have been calculated for each of the rooms to be acclimatized, the summer’s global computing must be performed. To do so, the building is considered as one big block under the least favourable conditions. In contrast to the summer thermal loads, when calculating the winter thermal loads, only the external factors are considered, since the internal ones foster the desirable comfort conditions. The winter thermal load for each room is the result of the addition of the heat losses due to transmission through walls and due to the presence of ventilation external air. The winter thermal loads must be calculated at the least favourable conditions that, in this case, correspond to January at 8 a.m.Once the winter thermal loads have been calculated for each room, the winter’s global computing must be performed, also at the least favourable conditions, which is in January at 8 a.m. Since the same month and time have been taken into account for the winter thermal loads calculation when performed for each room, the winter’s global computing is the result of the addition of all of the winter thermal loads of each room. After both summer and winter thermal loads calculations are completed, the design of the air conditioning system can be carried out. There are two different cases of study: All-air systems and air-water systems. The optimal choice is dependent on the acclimatizing requirements of each room and its dimensions. According with the constructive characteristics of the office building in question, and taking the results from the load thermal calculations into account, it has been decided that only the conference theatre will be acclimatized using an all-air system, stablishing an airwater system for all of the remaining rooms. As for the toilets, which are considered no acclimatized rooms, they will have an extraction system, so that the RITE requirements related with quality of the ventilation air are met. The air-water systems include fancoils, air conditioners, networks of pipes and finally, networks of conducts. The fancoils have been selected according to the thermal load requirements of the room, given the cases where there are more than one fancoil per room. The fancoils receive the external air after treatment in the air conditioners, where it is mixed with the returning air. This mixture is treated in the fancoil, where it exchanges heat with the water that goes through the pipes, given place to a supply air flow at the optimal conditions. Both the returning and supply air, arrive and leave the fancoil without the need of conducts. The all-air system includes an air conditioner, diffusors, grilles and a supply, returning and extraction network of conducts. The air conditioner is located at the building’s roof, and the external and returning air is treated there. The returning air arrives in the air conditioner via the retuning conducts. The supply air flow arrives in the conference theatre through the supply conducts, and it is discharged in the room through the diffusors. A network of pipes is necessary in the air-water system to transport the water to and from the the fancoils. Pipes for both outgoing and returning water, both hot and cold, is necessary. Both the supply and returning network are made of steel and have been represented by the four identical single line schemes. The valves system has been also designed. The network of pipes is divided into a primary network of pipes and a secondary network of pipes. In the primary network of pipes, the cold water is transported from the refrigerating unit to the pumps located in each floor, and the hot water from the boiler to the pumps located in each floor. In order to select the appropriate pumps, the calculation of the pressure loss in the least favourable stretch must be calculated for each circuit of pipes that composesthe secondary network of pipes, including the loss due to the presence of valves and different accessories. Two circuits have been designed for each floor. The sizing of the pipes has been carried out for each circuit, both in the primary and secondary network, and they have been represented using a single line scheme in AUTOCAD. All of the nodes have been numbered and the least favourable stretch has been properly indicated. The conduct network is responsible for transporting the air. There are four different kinds of conducts: Returning air conducts, supply air conducts, extraction air conducts and external air conducts. The external air conduct is responsible for making the external air, previously treated in the air conditioner, reach the fancoil; in other words, these conducts go from the air conditioner located in the building’s roof to the fancoils located in the room to be acclimatized. The flow rate required is obtained when calculating the summer thermal loads and it depends on the occupation rate of the room and the ventilation needs. The supply air conducts transport the supply air from the air conditioners to the diffusors. The returning air conducts transport the returning air from the room acclimatized back to the air conditioner, where is mixed with the external air, resulting in the supply air. The returning air is taken from the acclimatized room thanks to the grilles that have been selected taking into account the pressure loss in the least favourable stretch of circuit and the flow of air that must go through each grille. The returning air is calculated as the difference between the supply air and the external air. The extraction conducts transport the extracted air from the rooms where the overpressure is too high. The overpressure is too high if the flow of external air is bigger than the volume of the room. The extraction conducts go from the room to an extractor. It has been established that there is an independent extractor for each of the toilets and a recovery section in each of the air conditioners for the remaining rooms, thus meeting the requirements of the RITE. In order to select the fans of the air conditioners, the pressure loss in the least favourable stretch of each circuit of conducts has been calculated. To do so, the sizing of the conducts had to be carried out, drawing a single line scheme for each circuit of conducts in each floor, numbering the nodes and indicating the least favourable stretch, using AUTOCAD. The water required in the air conditioning system is cooled and heated in the refrigerating machine and the boiler, respectively. The refrigerating machine and the boiler have been selected using the summer’s global computing and the winter’s global computing, respectively.The different catalogues have been studied in order to select the most suitable air conditioning equipment. Once they had been selected, a budget has been carried out. The final budget of the air conditioning system is 906.567,77 EUROS.