Acondicionamiento Térmico Artificial
Acondicionamiento Térmico Artificial
Acondicionamiento Térmico Artificial
Calefacción:
Sistemas centrales
Caldera central con radiadores o losas con
quemador a GN; gas oil , fuel oil o eléctricas.
Calderetas individuales a GN con radiadores o losas.
Abril 2008 1
Aire Acondicionado – objetivos:
Realizar el acondicionamiento térmico necesario para el
Programa (evaluación y elección del sistema).
2
Evaluación del sistema de A.A.
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Balance Térmico
Es la herramienta de cálculo que nos permite evaluar las
pérdidas o ganancias de calor de un Edificio.-
Nos permite definir la cantidad de energía térmica (calor)
que se requiere adicionar o extraer, para mantener
determinadas condiciones de confort.-
Factores que inciden:
Orientación del Edificio ( radiación solar)
Envolvente del Edificio y materiales empleados.
Condiciones de diseño interior y clima exterior.
Estanqueidad del Edificio (Infiltraciones).
Necesidades de ventilación sanitaria.
Cantidad de personas, cargas eléctricas y otros aportes
térmicos.
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Balance Térmico Invierno
Qc = Qt + Qi
5
Balance Térmico Verano
Carga Interior
Qc = Qt + Qr+ Qi + Qae
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Balance Térmico y Ahorro Energético
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Minimizar pérdidas
Realizar un
correcto
acondiciona-
miento natural
previo a la
elección de
sistemas de
acond. artificial
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Minimizar ganancias
Realizar un
correcto
acondiciona-
miento natural
previo a la
elección de
sistemas de
acond.
artificial
9
Parámetros a controlar en A.A.
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Acondicionamiento Térmico Artificial
Aire Acondicionado:
Sistemas de expansión directa:
Compactos de descarga directa:
Ventana.
Split .
Centrales con distribución de aire por conductos:
Roof top – Autocontenidos
Split
VRV.
Sistemas centrales de agua helada
Con enfriadores enfriados por aire y unidades
terminales fan coil y acondicionadores de aire.
Con enfriadores enfriados por agua y unidades
terminales fan coil y acondicionadores de aire.
Abril 2008 11
Esquema básico
El refrigerante
evoluciona en un circuito
Qcond
cerrado de refrigeración.
Componentes del 5
circuito de refrigeración:
5
1.Compresor (W)
2.Condensador (Qcond)
3.Válvula de expansión
4.Evaporador ( Qevap) 5
Qevap + W = Q cond W
Qevap
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Componentes de ciclo de refrigeración
El refrigerante evoluciona en el ciclo cambiando de estado
condensador
Válvula de
compresor
expansión
evaporador
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Rendimientos y eficiencias
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Tipos de Compresores
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Compresores en aire acondicionado
Equipos
chicos y
medianos
utilizan:
Reciprocante
Scroll
scroll
Equipos
reciprocante
de gran
capacidad
utilizan:
Tornillo
Centrífugo
tornillo centrífugo
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Tipos de Condensadores
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Condensador enfriado por aire
Ventilador
Elementos: axial
Carcasa
Ventiladores
Serpentina
Protecciones
Aire
Serpentina
Ext.
Tubos de
Cobre Aletas
Cu o Al
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Condensador evaporativo
Elementos:
Carcasa
Ventilador ventilador
Serpentina Aire
Bomba
Rociador Refrigerante
Agua vapor
Bandeja
Serpentina
bomba
agua
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Condensador enfriado por agua
Elementos:
Carcasa
Tubos
Agua Refrigerante vapor
Bomba caliente
Equipo
Asociado:
Torre de Agua
Enfriamiento
Líquido
Refrigerante
líquido Subenfriado
subenfriado
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Equipo asociado a condensadores enfriados por agua: TORRE DE
ENFRIAMIENTO
batea
Al Del
condensador condensador
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Dispositivos de Expansión
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Tipos de Evaporadores
REFRIGERANTE-AIRE REFRIGERANTE-AGUA
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Evaporador refrigerante-aire
Elementos: Refrigerante
liq./vapor
Serpentina
Distribuidor
Colector
Distribuidor
Aire Aire de líquido
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Evaporador refrigerante-agua
Elementos: Suministro
agua
Carcasa
enfriada
Tubos
Agua bafles
Bomba
Retorno de agua
enfriada
Refrig.
vapor
Refrig.
Tubos de Líq./vapor
cobre
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Equipos divididos: “mini - split”
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Equipo dividido central: “split”
U.Interior
U.Exterior
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Equipo Paquete: “rooftop”
“Rooftop”
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Enfriador de agua enfriado por aire
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Enfriador de agua enfriado por agua
30
Enfriador de agua enfriado por aire
Ventajas Desventajas
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Enfriador de agua enfriado por agua
Ventajas Desventajas
Grandes capacidades en Necesidad de Sala de
un solo equipo. Máquinas.
Tienen asociado otro equipo
Dimensiones pequeñas
para funcionar: torre de
Mejor rendimiento. enfriamiento.
Menor nivel de ruido. Necesidad de dos sistemas
de cañerías y bombas
circuladoras.
Mayor mantenimiento
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Unidades Terminales
Fan coil
Unidades pequeñas, usadas con o sin conductos
de aire, caudales pequeños.
Diseñadas para ambientes chicos.
Dificultad para toma de aire exterior.
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Fan coil
34
Acondicionadores
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Sistema de 2 caños
frío o
calor
(changeover)
enfriador caldera
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Sistema de 4 caños
enfriador caldera
37
Sistema central típico
Inyección
Retorno
Aire exterior
Pérdidas
En casos
especiales no
se realiza
retorno,
trabajando con
100% de aire
exterior
38
Sistema central para varias zonas
Problemas
con la
regulación de
temperatura
de cada zona
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Sistemas de agua helada
Enfriadores
de agua
enfriados
por agua,
cañerías y
serpentinas
de
acondicio-
nadores o
fan coil.
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Sistema de agua helada
Enfriadores de
agua enfriados
por aire, cañerías
y serpentinas de
acondicionadores
o fan coil.
Válvulas de tres
vías modulan el
caudal de agua de
acuerdo a
termostatos de
ambiente.
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Sistemas V.A.V.
42
Sistema típico VAV
Equipo rooftop
con descarga
vertical hacia
abajo y
distribución de
aire VAV
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Tipos de Cajas V.A.V.
44
Cajas VAV
45
Sistema VAV
46
Sistema VAV en un edificio
Conducto
troncal y cajas
de VAV por
ambiente o
zona a
acondicionar
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Sistemas V.R.V.
Es un sistema de expansión directa con una unidad
condensadora y varias unidades evaporadoras.
Regulan el caudal de refrigerante que alimenta las
unidades evaporadoras con un VF en el compresor o
compresores “inverter”.
Cada unidad evaporadora o interior posee un termostato
independiente.
El sistema de distribución de cañerías es similar al
sistema de agua enfriada pero en tubos de cobre por
donde se distribuye refrigerante a las unidades
evaporadoras.
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Distribución típica VRV
Varias unidades
interiores unidas
por cañería
refrigerante
desde una unidad
exterior
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Comparación con sistema agua enfriada
Ventajas Desventajas
Regulación óptima del Existen pocos
“set point” por variación proveedores.
del caudal de Riesgos de pérdida de
refrigerante. refrigerante.
Simple instalación, no No existe flexibilidad de
existen bombas, etc. ampliación.
Alto COP en cargas Mayor kg de refrigerante
parciales. y lt. Aceite por TR.
Consumo proporcional a Compresor:
la carga. gira a mayores RPM
Trabaja en calor y frío en operativo a carga
simultáneo ( 3 caños). parcial.
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Sistema de distribución V.R.V.
Tuberías de
cobre.
Colector
Distribución
Distancias
acotadas por
tamaño de las
unidades
evaporadoras
51
Tipos de unidades interiores V.R.V.
Sin gabinete: para colocar sobre cielorraso con o sin
conductos de distribución de aire.
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V.R.V.- Cassette
53
V.R.V.- Sin gabinete-conductos
54
V.R.V.- Piso y Techo
55
V.R.V.- Pared
56
Calefacción con sistemas de A.A.
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Bomba de Calor
Consiste en hacer pasar el aire que pretendo
acondicionar por el condensador del sistema de aire
acondicionado en vez de hacerlo pasar por el
evaporador.
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Esquema básico bomba de calor
Qevap
Aire exterior
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Análisis del sistema bomba de calor
Como el calor utilizado para calefacción es Qcond, Qcond
= Qevap + W; implica que el calor obtenido es mayor
que la potencia utilizada W.
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Consumo en bomba de calor
Si tenemos una residencia de 95 m², la cual el balance
térmico arroja la necesidad de un aporte de 6.880
Kcal/h (8 KW) en invierno.
61
Límite del sistema bomba de calor
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Evaluación de la bomba de calor
Ventajas Desventajas
Fácil de usar. Bajo rendimiento a bajas
No requiere de otros equipos temperaturas exteriores con
para calefaccionar. posibilidad de bloqueo ( no
Alto COP VRV).
Bajo consumo comparado con Uso continuo del compresor,
calefactores eléctricos por con el consiguiente desgaste.
efecto Joule. Mayor costo inicial de equipos
Aumento de potencia comparados con los
contratada subvencionada calefactores por efecto Joule.
(UTE).
63
Calefactores eléctricos
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Calefactores eléctricos
Ventajas Desventajas
Bajo costo inversión. Alto consumo, alto costo
No requiere de otros de funcionamiento.
equipos para Poca aplicación en cargas
calefaccionar.
grandes de calefacción.
Ocupan poco espacio.
Regulación ON-OFF
Gran aplicación en cargas
pequeñas de calefacción.
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Serpentinas de agua caliente o vapor
Consiste en incorporar a los sistemas de aire
acondicionado serpentinas por las cuales hago circular
agua caliente o vapor, las cuales ceden calor al flujo de
aire.
Se pueden incorporar en:
Conductos
Unidades interiores de “split”
Fan coil o acondicionadores
Cajas VAV
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Serpentinas de agua caliente o vapor
Ventajas Desventajas
Aprovechamiento del Costo de inversión
agua caliente generado elevado.
para otros usos (hoteles, Acondicionadores más
hospitales, clubes grandes, ocupando mayor
deportivos) espacio.
Regulación lineal del
caudal de agua con la
temperatura requerida.
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Accesorios: resistencias o serpentinas
Resistencias o
serpentinas de
agua o vapor
como
accesorios para
calefacción.
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Gas Natural – GLP o similar
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Intercambiador de GN en roof top
Los gases de
combustión
circulan por
dentro de los
tubos y se
canalizan al
exterior por
chimenea
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Rooftop con calefacción por GN
Equipo de
expansión directa
para el ciclo de
Equipo Rooftop
Refrigeración.
a Gas
Posee una cámara
de combustión
donde se quema
gas,
el aire se calienta
en
contacto con ella.
Quemador
a Gas
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Calefactor a GN en evaporador
Calefactor a
Gas
Accesorio-
Evaporador
Evaporador
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Ahorro energético en AA
Equipos eficientes.
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Elección de Equipos Eficientes
Calderas:
Eléctricas (horario de uso, inercia térmica)
Otros combustibles (rendimiento, tipo de quemador)
Enfriadores de agua
Compresores y sus rendimientos
Rendimiento global
Reaprovechamiento del calor “heat recovery”
Bomba de calor
Acondicionadores y “fan coil”
Eficiencia de motores de ventiladores
Eficiencia de la serpentina de intercambio de calor
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Elección de los otros componentes
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Válvulas de 3 vías en serpentinas
Permiten regular el
caudal de agua de
acuerdo a un “set
point” de temperatura.
Repercute en la
eficiencia global del
sistema, debido a que
el agua a 7 ºC que no
utilizo en la serpentina
regresa al enfriador y
este no funciona
nuevamente hasta
tener una temperatura
alta en el retorno, más
de 12ºC.
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Rejas y difusores de aire
La correcta distribución
del aire es factor de
eficiencia.
Deben seleccionarse
correctamente las rejas y
difusores de acuerdo al
caudal y alcance.
Debe cuidarse la
inyección de aire cerca de
las superficies vidriadas.
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Optimizar distribución de aire
Una mala
distribución de
aire implicará
más horas de
uso de equipos
Inyección
cenital, retorno
cenital.
Inyección
cenital y
retorno cenital.
Inyección bajo
piso y retorno
cenital.
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Válvula dos vías para “fan coil”
Cuando llega al
“set point” no
dejan pasar
agua por la
serpentina
El agua retorna
al equipo central
sin perder o
absorber calor.
Estrictamente
necesario en los
programas
donde se mide
el caudal de
agua enfriada
suministrada.
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Control centralizado
Control
centralizado
Registros
modulantes
Variación del
caudal de aire
de inyección de
acuerdo al “set
point”
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Control Central Total
To other systems
through BACnet
protocol
Controlador
De equipos
Software
Estación de Trabajo Controlador
Termostato
De pared
Enfriador
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Enfriadores con “heat recovery”
El calor cedido en
el condensador se
aprovecha para el
calentamiento de
agua para
servicios
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Ruedas recuperadoras de calor
Recupero la
energía del aire a
extraer del
edificio.
Existe una
transferencia de
calor hacia el aire
exterior que
ingresa
No hay
intercambio de
masa sólo de
calor sensible
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Intercambiadores del tipo tubo
Condición de invierno
EXTERIOR
Aire extracción enfriado
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Intercambiadores de calor tipo tubo
Aire frío
Flujo de calor
Aire caliente
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Bancos de hielo
Acumulación de frío en
bancos de hielo
En las horas de tarifa
eléctrica de valle los
enfriadores acumulan frío
en los bancos de hielo
para emplearlo en las
horas de pico
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