Obtención de la demanda de calefacción y refrigeración de un

Procedimiento de Caracterización de la Demanda de Refrigeración y
Calefacción de Edificios Terciarios
CAPÍTULO 2
4. OBTENCIÓN DE LA DEMANDA DE CALEFACCIÓN Y
REFRIGERACIÓN DE UN EDIFICIO TERCIARIO
4.1 SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS: METASYS
El programa Metasys es una aplicación para Microsoft Windows desarrollada
por la empresa “Johnson Controls”.
Permite a los usuarios el control de una serie de funciones de los edificios en
los que se instale, como los sistemas de manejo del aire de climatización, iluminación,
seguridad y control de otras opciones, utilizando la infraestructura informática y de
comunicaciones interna del edificio.
Dicha aplicación ha sido instalada en la ESI para la monitorización y control de
los sistemas de climatización, iluminación, electricidad y fuerza del edificio.
Tanto para el cálculo de la demanda de refrigeración y calefacción como para
la evaluación de las medidas de ahorro energético que se detallarán posteriormente, es
necesario conocer las condiciones climáticas exteriores, más concretamente la
temperatura seca del aire exterior, la humedad relativa y la radiación global sobre
superficie inclinada orientada al norte, sur, este y oeste, correspondiéndose con las
orientaciones de cada una de las fachadas de edificio, así como las temperaturas a la
entrada y salida del evaporador de la enfriadora durante los meses de verano y las de
entrada y salida del condensador de la bomba de calor (BdC) los días de invierno.
Los datos referentes al sistema primario de climatización son recogidos por el
programa Metasys con una tendencia de 5 minutos, mientras que los datos climáticos
son tomados de la estación meteorológica del grupo de Termodinámica y Energías
Renovables, instalada en los laboratorios de la ESI. Esta estación cuenta con un
termómetro que recoge los valores de la temperatura del aire seco y la humedad
relativa del mismo con un intervalo de tiempo entre medidas de 5 segundos.
Así mismo, recoge los datos de la radiación directa, difusa y global sobre
superficie horizontal cada 5 segundos mediante un Pirheliómetro, una banda de
sombra y un Pirómetro respectivamente.
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CAPÍTULO 2
Figura 1 Izda.: Pirheliómetro, Centro: Ejemplo de banda de sombra, Drcha.: pirómetro
Para subsanar el problema de los diferentes intervalos de captura de cada
variable, así como el de presentación de los datos en intervalos de tiempo tan
pequeños que provocarían que las operaciones fueran demasiado laboriosas, se
procede a la programación de una Macro que unifique dichos intervalos de tiempo.
El fundamento de la misma es la toma de los diferentes datos cada 5 segundos
o cada 5 minutos y calcular un promedio de las temperaturas cada media hora
(intervalo de tiempo escogido para el tratamiento de datos).
A continuación se muestra una tabla resumen de los datos con los que se va a
trabajar, sus unidades y los intervalos de tiempo en los que se recogen.
VARIABLE
Temperatura entrada/salida evaporador
sistema primario
Temperatura entrada/salida condensador
sistema primario
UNIDADES TENDENCIA
ºC
5 minutos
ºC
5 minutos
Temperatura aire seco
ºC
5 segundos
HR aire (%)
Sin unidades
5 segundos
Radiación directa sobre superficie
horizontal
Radiación difusa sobre superficie
horizontal
Radiación global sobre superficie
horizontal
kWh/m2
5 segundos
kWh/m2
5 segundos
kWh/m2
5 segundos
Tabla 1. Resumen de las variables utilizadas y su tendencia
El significado de todas las variables utilizadas en este documento quedan
recogidas en el apartado 2 del mismo (Nomenclatura).
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CAPÍTULO 2
4.2 DEMANDA DEL EVAPORADOR DEL SISTEMA PRIMARIO:
REFRIGERACIÓN
La demanda de refrigeración del edificio se calcula de acuerdo a la siguiente
expresión:
· , · ∆
Ecuación 4.2.1
Siendo por tanto necesario conocer el caudal de agua movido por la bomba del
sistema primario y el salto de temperaturas en el evaporador.
Para la estimación del caudal de agua que circula por la bomba de la
enfriadora, se utiliza la curva característica aportada por el fabricante de la misma,
Grundfoos en este caso, y la medida del manómetro que tiene instalada.
A partir de la medida del manómetro se determina la altura vencida por la
bomba (en metros de columna de agua, H). Entrando por el eje de abscisas en la
gráfica de la curva característica de la bomba que se muestra a continuación, se
obtiene el caudal de agua en m3/h que circula por la misma.
Figura 2. Curva característica H/Q de la bomba de la enfriadora
De esta forma, sea la diferencia de presiones medida con el manómetro de 1.1
bar (11 m de columna de agua), de acuerdo con la curva anterior, el caudal de agua
movido por la bomba es de 255 m3/h.
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El delta de temperaturas necesario para el cálculo de la demanda puede ser
tomado como la diferencia de temperaturas a la entrada y salida del evaporador o la
del colector de impulsión y el de retorno.
Dado que las dos medidas son conocidas, se procede a un primer cálculo con
ambas, obteniéndose la gráfica siguiente para un día cualquiera de verano, tomando
como ejemplo el 1 de Julio de 2010:
kWh
1 JULIO 2010
650
600
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
15:00
18:00
21:00
0:00
Horas
Demanda de refrigeración con ∆T del evaporador
Demanda de refrigeración con ∆T del colector
Figura 3. Demanda de refrigeración tomando como ∆ las temperaturas en el evaporador y los
colectores
A la vista de los resultados obtenidos, dado que la potencia nominal de la
enfriadora es de 1000 frigorías/h, se determina seguir realizando los cálculos con las
temperaturas a la entrada y salida del evaporador ya que se ajustan más a los
resultados esperados.
El cálculo de la demanda a partir de las temperaturas de los colectores queda de
esta forma desestimada.
Se puede suponer que la gran diferencia entre ambas temperaturas es debido a
que los colectores de impulsión y retorno están conectados entre sí, pudiéndose
producir mezcla entre ambos que obstaculicen la medida del valor real.
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El encendido de la enfriadora a menudo se hace manualmente con un horario
que depende de las condiciones climáticas esperadas para cada día y por tanto de las
necesidades de refrigeración de la ESI.
Por dicho motivo, al representar la curva de demanda para el mes de Junio
(mes elegido como referencia para la realización de los cálculos durante el verano) se
observan irregularidades en la misma. Análogamente ocurre con los fines de semana y
los días festivos en los que el sistema de climatización permanece inactivo como
norma general.
Este es el motivo por el que de entre todos los días del mes de Junio solo se
trabaje con los días 1, 2, 4, 7, 8, 14, 15, 16, 17, 18, 21, 22, 23, 24, 25 y 29.
En el anexo se muestra la curva de demanda calculada por el procedimiento
anteriormente descrito para los días considerados representativos del mes de Junio de
2010 (Figura 40).
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4.3 DEMANDA DEL CONDENSADOR DEL SISTEMA PRIMARIO:
CALEFACCIÓN
En los meses de invierno, la demanda de calefacción de la Escuela se calcula
como sigue:
· , · ∆
Ecuación 4.31
Sin embargo, en este caso es la BdC la que combate las cargas de calefacción
de forma análoga a como la enfriadora lo hace para la demanda de refrigeración
durante el verano.
La bomba que impulsa el agua de calefacción es de la marca “WILO”, más
concretamente el modelo N-125-250 cuyas características principales se detallan a
continuación:
Diámetro nominal de la conexión de la tubería: DN 125
Diámetro nominal del conducto de impulsión: DN 270
Potencia nominal del motor: 22KW
Debido a la antigüedad del modelo no ha sido posible encontrar el catálogo con
las curvas características de la misma por lo que se han tomado las de otro modelo
similar (NL 125-270):
Figura 4. Curvas características de la bomba de la BdC
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Así, sea la diferencia de presiones medida con el manómetro de 2 bares, lo que
equivale a 20 m de columna de agua que es capaz de vencer la bomba, puede
aproximarse el caudal que circula por la misma con un valor de 215 m3/h.
Para la demanda de calefacción se toman directamente las temperaturas a la
entrada y salida del condensador de la BdC del sistema primario de climatización,
puesto que ya se comprobó para el cálculo de la demanda de refrigeración que las
medidas de temperaturas en los colectores se alejaban de los valores reales esperados.
Así mismo, se eligen los días 9, 10, 11 del mes de Noviembre y los días 1, 3,
13, 14, 15, 17, 20, 22, 23, 27, 28, 29 de Diciembre como representativos del
comportamiento de la demanda de calefacción de la ESI durante el invierno.
En el anexo se muestra la curva de demanda de calefacción para los días
escogidos (Figura 41).
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