Tema 4-1 Ambiente y Bienestar

TEMA IV.- C ALC ULOS TÉRMICO MIC OS 4.1.- INTRODUCCION 4.2.- EL AMBIENTE Y BIENESTAR 4.2.1.- Calidad Térmica del Ambiente. 4.2. 4.2.2. 2.-- C alidad del Aire Aire Interi Interior. or.

C URSO SOBRE SOBRE REALIZAC IÓ IÓN N DE PROYEC YECT TOS DE C LIMA IMAT TIZ IZA AC IÓ IÓN N Colegio Oficial de Ingenieros Industriales de la Comunidad Valenciana

CALCULOS TÉRMICOS: TÉRMICOS: Hoja 1 Ma yo-J unio 2.00 2.009 9

4.1.4.1.- INTRODUC DUC C IÓ IÓN. N. Los proyectos de instalaciones de Climatización son desde el punto de vista de diseño, selección, coordinación e integración con la obra civil profundamente singulares. Mientras en otros proyectos de ingeniería, ya sean para otro tipo de instalaciones, véase Fontanería, Baja tensión...etc. existe un procedimiento, una reglamentación y unas base a seguir, los proyectos de climatización adicionalmente requieren de la experiencia del Ingeniero proyectista y en la adecuación de esta al edificio en estudio para la elección del sistema optimo desde varios y diferentes puntos de vista, así como de su relación con el a rquitec quitec to, como co mo figur figura a esta esta c entra entra liza iza dor do ra del de l proyec proyec to de la edi ed ific fic ac ión final. final. Tod Todo o ello ello sin olvida olvida r a l usuari usuario o final, final, su c onfort onfort y los c ostes ostes de d e explotac explotac ión y mantenimiento mantenimiento dur d ura a nte toda tod a la vida vida útil útil de la ins instalac ión. DEFINIC DEFINICIO ION N E INT INTER ERPRET PRETA A C ION IO N DE LAS NECES NEC ESIDA IDADES DES Los Ingenieros proyectistas de este tipo de instalaciones nos encontramos c on lo lo que lla mamos, mamos, “El “El problema de la hoj ho ja en e n blanco blanc o “

¿QUE

HAGO? ¿QUE ELIJO?



Como he intentado expresar con el dibujo mejor que con palabras, la intención de este capitulo es dar una serie de ideas y aptitudes para enfrentarse c on el problema problema de d e “la hoja hoja en blanco”. blanco ”. Normalmente la contratación de la realización de un proyecto de climatización nos llega por parte de un arquitecto, esto implica que no estamos directamente en contacto con el promotor o con la propiedad, salvo excepciones. En esta fase debemos recolectar el máximo de información posible tanto sobre las características técnicas del edificio, que normalmente nos las darán, c omo de las c a ra c terí terístic tic a s de uso uso futur futuro o lo mas ma s detall de talla a da s pos po sibles. bles. Debemos realizarnos o realizar una serie de preguntas esenciales como son: • • • • • • • • • • • •

¿Q ue tipo tipo de edifi e dificc io es? es? ¿ Temperatur emp eratura a , humed humeda a d y presi presiones one s? ¿ C ómo va a ser ssu u uso uso previsto? previsto? ¿Se ¿Se puede p uede zonifi onific a r? Fiabilidad y Redundancia requeridas. ¿ Q uiero uiero una instalac instalac ión espe especc ifica ifica o por p or el c ontra ontra rio muy flexi flexible? ble? ¿De que q ue espa espacc io di d ispongo? po ngo? ¿ Existen isten otr o tra a s limi limitac tac iones téc téc nic nic a s o ec onómi onó micc a s? C oste oste de d e la pr p rimera imera Instalac Instalac ión. C oste oste de ex e xplotación. plotac ión. C oste oste de d e Ma ntenim ntenimiiento. ¿ Limi imitac iones ambient amb ienta a les les??

La respuesta a estas preguntas, junto con nuestra experiencia y en algunos casos también con la colaboración de los fabricantes de equipos, nos c onduc irá a la propuesta propuesta de d e instalac instalaciión. Puede que esta primera propuesta sea difícilmente realizable con la idea del proyecto del arquitecto, pero debemos trabajar en estrecha colaboración con él, aportando soluciones alternativas, integrando así la instalación y la obra civil en un todo. Es este un proceso iterativo que nos conducirá a la solución optima. El uso descrito o las hipótesis que realizaremos condicionaran nuestra decisión de selección de un tipo de instalación u otra. La selección de una tipologia de instalación de climatización vendrá determinada, entre otros, por las la s siguie siguientes ntes re re stric triccc iones ione s: • • •

Limitaciones térmicas, Temperatura, humedad y presión. C a pac pa c ida d di d isponi po nible. ble. (Potenc (Potenciia el e léc tri tric a di d isponi po nible ble o ..etc ..etc.) .) Espa c io dispo disponi nible. ble.



• • •

C ondiciona ond icionantes ntes a rquitectónico quitec tónicoss. ( Ruidos, Ruidos, vis visibili ibilida da d equi eq uipo poss ..etc ..etc.) .) Condicionantes económicos. (Presupuesto obra). Norma Norma tiva tiva vige vigente. nte.

En el siguiente siguiente c a pitulo pitulo d esarro esarro lla lla mos to to d os estos estos fac fa c tores. tores. ADECUAC ADEC UAC ION DE LA LA TIPOLOG IA DE LA LA INS INSTALAC ION Una vez conocidos los factores condicionantes para la elección de sistema o tipologia de la instalación, deberemos evaluarlos para tomar una decisión. Pa ra rea Par ealliza r esta esta evalu e valua a c ión pod p odemos emos emplear emplea r c ualquier ualquier métod método, o, como c omo puntuar los factores, sacar la media, marcar los mas importantes, o como propone prop one el AS A SHR HRAE AE cr c rea rnos una una matriz matriz de fac tores tores y puntac punta c iones. iones.

SIST ISTEMA EMA 1

SIST ISTEMA EMA 2

SIST ISTEMA EMA 3

C O M ENTA ENTA RIOS RIO S

C RITERIO ERIOS S DE SEL SELEC ECC C IÓN: IÓ N: Tempe Temperra tur tura y Humeda Humeda d. Salas especiales C ostes ostes de implanta mplanta c ión FAC TO RES RES IMPO IMP O RT RTA A NT NTES ES:: Flexibil lexibilida idad d de la instalac nstalac ión. Zonificacion. RES RESTRICC RIC C IONES IO NES:: Arquitectónicas. Esp a c ios disp disp o nibles. nibles. Económicas. M ETA S ESPEC ESPECIF IFIC ICA A S: Calidad ambiental alta. VIDA INST INSTA LAC ION: ION : Vida útil equipos. Costes explotación. C oste oste manteni ma ntenimi miento. ento. • • •

• •

• • •

•

• • •

EFIC EFICIE IENC NC IA ENERG ENERGET ETICA IC A : C umplimi umplimiento ento norma norma tiva tiva.. Innovación. PUNTUAC PUNTUAC ION IO N TO TO TA L • •

Ejemplo jemp lo Ma M a triz triz Fa c tores. tores.



Una vez rea rea liz liza do estos estos estudios estudios obtendremos ob tendremos la la propues prop uesta ta de ins instalac ión p a ra nuestr nuestro p royec oye c to que q ue seguirá seguirá las siguientes fa fa ses: 1. C a lc ulo ulo de d e c a rgas ga s térmi térmicc a s. 2. Inter Interpretac pretac ión de d e los res resul ultad tados os y selec selec c ión de equi eq uipo poss. 3. Des De sa rro llo llo memor memo ria y plano p lanoss. 4. Revisión cumplimiento normativa vigente. 5. Reda ed a c c ión fina fina l de pr p royec to defi de fini niti tivo. vo.

4.2.4.2.- EL AMBIENT MBIENTE Y BIEN BIENES ESTAR. Para el seguimiento del procedimiento de cálculo de los sistemas de climatización del edificio, se atenderá a lo dispuesto en la normativa vigente que afecta, denominada Reglamento de Instalaciones Térmicas en la Edificación (RITE), RD 1027/2007, de 20 de J uli ulio. Especial hincapié se atenderá en revisar y comprobar lo dispuesto en sus Instrucciones Téc Téc nic nic a s (IT (IT’s): ’s): •

IT 1.1.- Exigencia de Bienestar e Higiene.

•

IT 1.2.- Exigencia de Eficiencia Energética.

•

IT1.3. 1.3.-- Exige Exigenc ncia ia d e Segur eg urida idad d.

Las instalaciones térmicas deben diseñarse y calcularse, ejecutarse, mantenerse y utilizarse de tal forma que se obtenga una calidad térmica del ambiente, una calidad del aire interior y una calidad de la dotación de agua caliente sanitaria que sean a c eptables ep tables pa ra los usuar usuarios ios del de l edificio edificio si sin que se se pr p roduz od uzcc a menosc menosc a bo de la c a lida d a c ústi ústicc a del de l ambiente, c umpliend umpliendo o los requi eq uissitos de: de :

•

C a lida d Térmi érmic a del de l Ambiente. Ambiente.

•

C a lida lida d del de l Aire Aire Inter Interior ior..

•

Higiene.

•

Calidad del Ambiente Acústico.



4.2.1.- Calidad Térmica del Ambiente. Ambiente. El método Fanger para la valoración del confort térmico, fue propuesto en 1973 por P.O. Fanger, en la publicación Thermal Confort (New York, McGraw-Hill, 1973). Este método es en la ac a c tua tua lida d uno de los más extendi extendido doss par pa ra la esti estimac mac ión del d el confor co nfortt térmico,

reflejado

en

UNE-EN

ISO

7730.

A partir de la información relativa a la vestimenta, la tasa metabólica, la temperatura del aire, la temperatura radiante media, la velocidad relativa del aire y la humedad relativa o la presión parcial del vapor de agua, el método calcula dos índices denominados Voto medio estimado (PMV-predicted mean vote) y Porcentaje de personas insatisfechas (PPD-predicted percentage dissatisfied), dissatisfied) , valores ambos, que

aportan

información

clara

y

concisa

sobre

el

ambiente

térmico

al

evaluador.

La importancia y aplicación generalizada del método queda patente en su inclusión como parte de la norma

ISO

7730

relativa

a

la

evaluación

del

ambiente

térmico.

EL Voto medio estimado es un índice que refleja el valor de los votos emitidos por un grupo numeroso de personas respecto de una escala de sensación térmica de 7 niveles (frió, fresco, ligeramente fresco, neutro, ligeramente caluroso, caluroso, muy caluroso), basado en el equilibrio térmico del cuerpo humano (la

producción

interna

de

calor

del

cuerpo

es

igual

a

su

pérdida

hacia

el

ambiente).

El equilibrio térmico depende térmico depende de la actividad física, de la vestimenta, y de parámetros ambientales como: la temperatura del aire, la temperatura radiante media, la velocidad del aire y la humedad del aire.

El Voto medio estimado estimado predice el valor medio de la sensación térmica. No obstante, los votos individuales se distribuirán alrededor de dicho valor medio, por lo que resulta útil estimar el Porcentaje de personas ins atisfechas atisfechas por notar demasiado frió o calor, es decir aquellas personas que considerarían la sensación térmica provocada por el entorno como desagradable.

l índice PMV o “Predicted

M ea n Vote” es un índic índice e deduc de duc ido de d e los res esul ultad tados os de enc e ncues uestas tas rea liz liza da s a un número número c onsiderab onsiderable le de per pe rsonas ona s. Es Estudios es estad tadíístic tic os de sondeo ond eo de la per pe rc epc ep c ión de las c a ra c terí terístic tic a s fís físicas ica s del de l ambiente a pa rtir tir de una es e sc a la defini d efinida da previa previa mente.





Los par pa rá metros metros que nos no s defi de fini nirrá n la c a lidad ida d térmi térmicc a del de l Ambiente se se refleja reflejarrá n en:

•

Tempe Temperratura atura Ope O perra tiva tiva y Humeda Humeda d Relati Relativa: va: La temperatura operativa (to) es la temperatura uniforme de un recinto radiante negro en el cual un ocupante intercambiaría la misma cantidad de calor por ra diac ión y convec c onvec c ión que q ue en e n el ambient a mbiente e no unifor uniforme me rea reall. En En la mayor ma yor pa rte de los c a sos prác tic tic os, os, si si la la velocida veloc idad d relativa relativa del d el air a ire e (vra ) es e s b a ja (<0,2 m/s m/ s), o si la diferencia entre la temperatura radiante media (trm ) y la temperatura del aire (ta ) es pequeña (< 4°C), la temperatura operativa puede calcularse, con suficiente aproximación, como el valor medio de ta y trm.



Parra obtener Pa ob tener una una pr p rec isión isión mayor, puede pue de a dopta do ptarrse la ssigui iguiente ente fórmula fórmula to = A x ta + (1 - A) x t rm El valor va lor de A es e s función de d e la vel ve loc idad ida d relativa relativa del d el aire: aire:

vra A

<0,2 m/ s

0,2

y

0,6

m/s

0,5

0,6

0,6 y 1 m/ s 0,7

Definida así la temperatura operativa y la humedad relativa, nuestro sistema de c limatiz limatiza a c ión ha de ser ca pa z de mantener mantene r la s siguientes iguientes c ondicione ond icioness:

Estac ión

Temp emperatur eratura a

Humedad Relativa

Operativa

En %

En ºC

•

Verano

23….25

45….60

Invierno

21….23

40….50

Velocidad Media Me dia del de l Aire Aire En la zona ocupada se mantendrá dentro de los limites de bienestar, teniendo en cuenta la actividad de las personas y su vestimenta, así como la temperatura del de l aire aire y la intens intensida idad d de d e la turbulenc turbulencia. ia. La veloc veloc idad da d media a dmis dmisible en la la zona oc o c upada upad a V se se c alcula alcula par pa ra t sec sec a de 20° 20°C a 27° 27°C :



Para 20 ºC < Temp seca t < 27 ºC:

a) Difusión por Mezcla , Turbulencia 40% PPD 15%

b) Difusión por Desplazamiento , Turbulencia 15% PPD 10%

V = ( t / 100 ) - 0,07 m/s m/s

V = ( t / 100 ) - 0,10 m/s m/s

Temp seca operativa t 21 ºC 22 ºC 23 ºC 24 ºC 25 ºC

m/s

m/s

0,14 0,15 0,16 0,17 0,18

0,11 0,12 0,13 0,14 0,15

Estos parámetros serán los que se deben mantener dentro de la ZONA OCUPADA, es estab tablec leciéndo iéndosse ésta ésta seg según ún los los siguientes iguientes fac tores tores de medición: med ición:



4.2.2.- Calidad del Aire Interior. Interior. 1.2. 1.2.1. 1.-- Venti Ve ntilac lac ión. En los edificios no dedicados a vivienda, todo sistema de climatización dispondrá de un subsistema de ventilación capaz de garantizar el aporte de aire exterior con el suficiente caudal, para que evite la formación de elevadas concentraciones en los locales. Para ello los edificios se clasificarán en función de su uso y en cuanto a la calidad del aire que en él se debe respirar. La clasificación del aire interior se realiza en cuatro esc esc a la dos do s, (I (IDA, InDoor Air):

C las lasif ifica icac c ión Grado de C ali alidad dad Aplicaciones Aire IDA 1

Aire

de

óptima Hos Hosp p ita ita les les,, clí c línic nica a s, la la b o ra torios torios y gua rd e rías

calidad IDA 2

Aire

de

Buena Oficinas, residencias (locales comunes de

calidad

hoteles y similares, residencias de ancianos y de estudiantes), salas de lectura, museos, salas de tribunales, aulas de enseñanza y asimilables y piscinas.

IDA 3

Aire

de

calidad Edificios comerciales, cines, teatros, salones de

media

actos, habitaciones de hoteles y similares, restaurantes, cafeterías, bares, salas de fiestas, gimnasios, locales para el deporte (salvo piscinas) y salas de ordenadores.

IDA 4

Aire Aire de c ali alida dad d ba ja

A partir de esta clasificación, se establecen los CAUDALES MÍNIMOS A VENTILAR EN FUNCIÓN UNC IÓN DE LA LA C LA SIFIC IFICAC AC IÓN ANT A NTE ERIO RIO R. Los métodos que se pueden seguir para tal regulación son los siguientes: C URSO SOBRE SOBRE REALIZAC IÓ IÓN N DE PROYEC YECT TOS DE C LIMA IMAT TIZ IZA AC IÓ IÓN N Colegio Oficial de Ingenieros Industriales de la Comunidad Valenciana


•

Método Mé todo Indirec Indirec to de c a udal uda l de a ire por po r per pe rsona. ona .

•

Método direc direc to por po r c ali alida dad d del ai a ire per p ercc ibido.

•

Método direc direc to por c oncent onc entrrac ión de C O 2.

•

Método Mé todo indirec ndirec to de c a udal uda l de a ire por p or unida unida d de d e superf superfiic ie.

•

Método de dilución.

En cualquier edificio se nos presentará la necesidad de utilizar en paralelo algunos de los métodos descritos. Los métodos de medición directo y el método de dilución, son de difícil implementación y obtención en un edificio habitual, siendo los de mayor uso, en función de la actividad de cada local, los métodos indirectos, bien por persona, bien por po r superfi uperfic ie o c ombinando a mbos. mbos. Método Método Indir Indirect ec to de c audal audal de air a ire e por por pers persona: ona: CATEGORÍA

dm3/ s por pers persona

IDA 1

20

IDA 2

12,5

IDA 3

8

IDA 4

5

Método Método indir indirec ectto de caudal audal de air a ire e por por unidad unidad de superf uperficie icie:: CATEGORÍA

dm3/ (s por m2)

IDA 1

No aplic aplic ab ablle

IDA 2

0,83

IDA 3

0,55

IDA 4

0,28



1.2.2.- Filtración. Tod Todo o ai a ire exter exteriior aport ap orta a do a l sistema de c lima ima tiz tizac ión tendrá tendrá que ga ra nti ntiza r un a por po rte mínimo de contaminantes al interior de los edificios y en consecuencia con el grado de c a lida d de d e a ire inter interiior, de a c uerdo uerdo a la s c la sific fic ac iones de c a lida d (IDA). (IDA). Para ello las clases de filtración mínimas a emplear, en función de la calidad del Aire Exterior (OD (ODA A, OutD utDoor Air), y de la calidad interior requerida (IDA), son exigidas para c a da c ombinac ión, incluy incluyendo endo un equi eq uipo po y elementos elementos nec nec esa esa rios de fil filtra tra c ión que q ue a sí lo gar ga rantic antic en. La c las lasif ifica ica c ión del de l aire aire e ex xterior terior (ODA), (ODA ), se se real rea liza iza en ba b a se a :

C lasi lasiffic icac ación ión C alida alidad d del Air Aire e Ext xter erior ior ODA 1

Aire puro que puede contener partículas sólidas de forma forma tempora tempora l.

ODA 2

Aire Aire c on a ltas c oncentr onc entra a c iones de pa rtíc tíc ula ula s.

ODA 3

Aire con altas concentraciones de contaminantes gaseosos.

ODA 4

Aire con altas concentraciones de contaminantes ga seo eosso s y pa rtíc tíc ulas. ulas.

ODA 5

Aire

con

muy

altas

concentraciones

de

contaminantes gaseosos y partículas.

2) Efi Eficc iencia ienc ia Energé Energéti ticc a . Las instalaciones térmicas deben diseñarse y calcularse, mantenerse y utilizarse de tal forma forma que q ue se se red reduz uzcc a el e l c onsumo onsumo de e nergía nergía c onvenci onvenc ional ona l y, c omo c onsec onsec uencia, uenc ia, la la s emisiones de gases de efecto invernadero y otros contaminantes atmosféricos, mediante la utilización de sistemas eficientes energéticamente, de sistemas que



permitan la recuperación de energía y la utilización de las energías renovables y de las ener ene rgías gía s re siduales idua les,, cumpliend c umpliendo o los requis eq uisit ito os de:

•

Rendim end imient iento o Energético. nergético .

•

Distr Distribuc ibución ión de d e C a lor y Frio. Frio.

•

Regul eg ula a c ión y c ontrol. ontrol.

•

Contabilización de consumos.

•

Recuperación de energía.

•

Utilización de energías renovables.

3) Seguridad. Las instalaciones térmicas deben diseñarse y calcularse, mantenerse y utilizarse de tal forma que se prevenga y reduzca a límites aceptables el riesgo de sufrir accidentes y siniestros capaces de producir daños o perjuicios a las personas, flora, fauna, bienes o al medio ambiente, así como de otros hechos susceptibles de producir en los usuarios molesti molestia a s o enfermeda des de s.



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