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Proyecto fin de Máster:

S3GET Simulación Simplificada de Sistemas de Grandes

Edificios Terciarios

Sevilla, Noviembre 2010

AUTOR Pilar Monsalvete Álvarez de Uribarri TUTOR Dr. José Luis Molina Félix

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Índice

0. INTRODUCCIÓN ...................................................................................... 21. HERRAMIENTA S3GET ......................................................................... 12

1.1 Estrategia de la simulación .............................................................. 121.2 Alcance e hipótesis simplificadoras ................................................. 141.3 Administrador ................................................................................... 211.4 Equipos ............................................................................................ 24

2 VALIDACIÓN DE LOS MODELOS ......................................................... 623 EJEMPLO PRÁCTICO ........................................................................... 80

3.1 Presentación del caso ...................................................................... 803.2 Datos generales ............................................................................... 813.3 Definición Constructiva .................................................................... 833.4 Definición Geométrica ...................................................................... 873.5 Definición de las Condiciones Operacionales y Funcionales COF .. 913.6 Definición de los Sistemas de Acondicionamiento ........................... 993.7 Cálculo de la calificación ................................................................ 1073.8 Resultados ..................................................................................... 107

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0. INTRODUCCIÓN

Este trabajo se desarrolla en el marco del proyecto CE3 (Calificación

Energética de Edificios Existentes), que pretende la dar una solución

simplificada a la simulación de sistemas de climatización de edificios

existentes, así como una guía de las medidas de mejora más habituales tanto

en los sistemas como en la envolvente del edificio, para una fácil calificación de

éstos. CE3 es un proyecto desarrollado por el Grupo de Termotecnia de la

Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Sevilla.

El producto de este trabajo es un paquete de software para simular de forma

simplificada el comportamiento energético de viviendas y edificios terciarios

existentes dividido en tres bloques bien diferenciados, Viviendas, Pequeño y

mediano terciario y Gran terciario. Al existir una gran diversidad de sistemas de

climatización en los grandes terciarios, dentro del proyecto ha habido que

generar un motor de cálculo específico para estos sistemas diferente a los

otros bloques que calculan los consumos de los sistemas con un método

simplificado basado en correlaciones desarrollado también por el Grupo de

Termotecnia. El motor de cálculo desarrollado para los sistemas de los grandes

edificios terciarios se llama S3GET (Simulación Simplificada de Sistemas de

Grandes Edificios Terciarios) y es el objeto de este trabajo.

Certificado de eficiencia energética En el Real Decreto 47/2007 de 19 de enero se aprobó un procedimiento básico

para la certificación energética de edificios de nueva construcción. Por tanto,

actualmente es obligatorio para todos los edificios de nueva construcción

disponer de un certificado de eficiencia energética que los consumidores y

usuarios deben exigir. Este Real Decreto está dirigido no sólo a los edificios de

nueva construcción, sino también a aquellos edificios existentes que sufran

modificaciones, reformas o rehabilitaciones y que tengan una superficie útil

superior a 1.000 m2 y en los que se renueve más del 25% del total de sus

cerramientos.

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Se espera que en breve se regule la certificación energética de edificios

existentes para cumplir por completo con las exigencias de la directiva europea

en materia de certificación energética de edificios. Se obligará a que todos los

edificios existentes, cuando se vendan o alquilen, dispongan de un certificado

de eficiencia energética, independientemente de que sufran o no

modificaciones, reformas o rehabilitaciones.

Además, se incrementa la exigencia fijada por la propia Directiva, al hacer

obligatorio que cualquier edificio que tenga una instalación centralizada con

una potencia nominal térmica en generación de calor o frío mayor de 400 kW,

con independencia de su venta o alquiler, deba disponer de un certificado de

eficiencia energética en unos plazos de tiempo determinados. Se pretende

conseguir así que el parque de edificios más consumidores de energía de

nuestro país se comience a calificar energéticamente de forma ordenada,

empezando en primer lugar por aquellos edificios con un mayor consumo

energético, gracias a que dispondrán de una serie de recomendaciones que les

permitirán reducir su consumo de energía.

El procedimiento de certificación de eficiencia energética de edificios existentes

debe tener en cuenta otras disposiciones que se han aprobado recientemente.

Entre ellas se encuentra la obligación de realizar una inspección periódica de

eficiencia energética de las instalaciones térmicas de los edificios, tal como

exige el nuevo Reglamento de Instalaciones Térmicas de los Edificios (RITE),

con la evaluación del rendimiento energético de los generadores de calor y frío

y de la instalación térmica completa, que debe incluir una propuesta de

medidas encaminadas a la mejora de la eficiencia energética de la instalación.

- Será necesario llevar a cabo una tarea de armonización técnica, entre

las inspección periódica de eficiencia energética y la certificación

energética de edificios, para que los edificios existentes no se vean

envueltos en una dinámica que obligue a repetir la misma tarea en

momentos diferentes, conduciendo esta multiplicidad de tareas a costes

innecesarios e incluso, eventualmente, a resultados contradictorios.

- Será de aplicación a todos los edificios existentes que no dispongan de

un certificado de eficiencia energética salvo aquellos tipos de edificios

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que la disposición excluya, como por ejemplo, los edificios que se

compren para su demolición.

- El propietario del edificio será responsable de:

o Encargar la realización de la certificación energética del edificio,

en los casos en que la disposición así lo exija.

o Conservar la documentación correspondiente.

- El certificado de eficiencia energética dará información exclusivamente

sobre la eficiencia energética del edificio y no supone en ningún caso la

acreditación del cumplimiento de ningún otro requisito exigible al edificio.

- El certificado de eficiencia energética del edificio existente contendrá,

entre otros, lo siguiente:

o La calificación de eficiencia energética del edificio expresada

mediante la etiqueta energética.

o Un documento conteniendo un listado con un número suficiente

de medidas, recomendadas por el técnico certificador,

clasificadas en función de su viabilidad técnica, funcional y

económica, así como por su repercusión energética, que

permitan, en el caso de que el propietario del edificio decida

acometer voluntariamente esas medidas, que la calificación

energética obtenida mejore como mínimo un nivel en la escala de

calificación energética, si la calificación de partida fuera la B, o

dos niveles, si la calificación de partida fuera C, D, E, F ó G.

- El certificado de eficiencia energética será suscrito por técnicos que

estén en posesión de la titulación académica y profesional habilitante

para la realización de proyectos de edificación o de sus instalaciones

térmicas, elegidos libremente por la propiedad del edificio.

- El certificado de eficiencia energética debe presentarse, por el

propietario del edificio, al órgano competente de la Comunidad

Autónoma, para su registro.

- Se prevé la posibilidad de que se establezca un Control Externo e

incluso Inspección del certificado de eficiencia energética para edificios

existentes, tal y como sucede con el certificado de eficiencia energética

de edificios de nueva construcción.

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- El certificado de eficiencia energética tendrá una validez máxima de diez

años.

- El propietario del edificio es responsable de la renovación o

actualización del certificado de eficiencia energética.

- El propietario podrá proceder voluntariamente a su actualización, cuando

considere que existen variaciones en aspectos del edificio que puedan

modificar el certificado de eficiencia energética. Todos los edificios de

titularidad pública o privada que presten servicios públicos (cuyos uso

sean: administrativo, sanitario, docente, comercial, cultural, residencial

público y de transporte de personas) a un número importante de

personas y que, por consiguiente, sean frecuentados habitualmente por

ellas, con una superficie útil total superior a 1.000 m2, exhibirán de

forma obligatoria, en lugar destacado y claramente visible por el público,

la etiqueta de eficiencia energética.

- La etiqueta de eficiencia energética debe ser incluida en toda oferta,

promoción y publicidad dirigida a la venta o arrendamiento del edificio.

Cuando se venda o alquile un edificio, total o parcialmente, el vendedor

o arrendador entregará al comprador o inquilino, según corresponda, el

certificado de eficiencia energética.

Actualmente existen varias líneas de apoyo económico para promover la

rehabilitación energética en edificios que permitan reducir el consumo de

energía:

- En calefacción y refrigeración de los edificios existentes, mediante la

rehabilitación energética de su envolvente térmica. Se debe cumplir con

la sección HE1-Limitación de demanda energética, del Código Técnico

de la Edificación.

- De las instalaciones térmicas existentes de calefacción, climatización y

producción de agua caliente sanitaria, destinadas a atender la demanda

del bienestar térmico e higiene de las personas. Se debe cumplir con el

Reglamento de Instalaciones Térmicas de los Edificios (RITE). -De las

instalaciones existentes de iluminación interior de los edificios,

garantizando un nivel luminoso adecuado a la actividad a realizar. Se

debe cumplir con los requisitos que figuran en el documento HE3-

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Eficiencia energética de las instalaciones de iluminación, del Código

Técnico de la Edificación.

El certificado de eficiencia energética de edificios existentes va a dar al

comprador o inquilino de un edificio una información objetiva de la eficiencia

energética del mismo y un listado de medidas recomendadas que mejorarán la

calificación energética del edificios en al menos un nivel (no siendo obligatorio

el llevar a cabo ninguna de las actuaciones).

Invertir en la eficiencia energética de un inmueble puede ser muy rentable. La

inversión necesaria para acometer dichas mejoras se recuperará en varios

años debido a la reducción del coste de la factura energética. Dichas mejoras

pueden dar lugar a una mejora de la calificación energética del inmueble,

aportando un valor añadido a este. Existen varias líneas de apoyo económico

que promueven la rehabilitación energética en edificios lo que facilitará que

estas mejoras se acometan. Es una buena opción que estas reformas puedan

llevarlas a cabo a través de Empresas de Servicios Energéticos (ESE), que se

asegurarán desde el inicio de la actuación que se consigan los ahorros

previstos, pues participarán de los ahorros conseguidos.

Resumen de exigencias del RD Certificación Energética Edificios Existentes Para calificar es necesario:

- Un indicador global que exprese la eficiencia energética.

- Una metodología para el cálculo del indicador.

- Un escenario de comparación.

- Un etiquetado del edificio.

Obligatoriedad

- Cuando el edificio se venda, alquile o transmita.

- Cuando el edificio cuente con una instalación centralizada de generación

de frío o calor mayor de 400 kW.

Procedimiento de Certificación Energética

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- Como máximo seis meses después de la entrada en vigor del RD.

Periodo de aplicación voluntaria

- Un año a contar desde que esté disponible el procedimiento de

certificación energética.

- Plazos para la obtención del Certificado de Eficiencia Energética para

Edificios Existentes.

A partir de la finalización del periodo voluntario los plazos de aplicación del RD

serán los siguientes:

- Edificios con potencia instalada P>1000 kW

- Vivienda: 30% primer año, 35% segundo año, 35% tercer año.

- Uso distinto a vivienda: 50% primer año, 50% segundo año.

- Edificios con potencia instalada 1000 kW ≥P>400 kW

- Vivienda: 30% cuarto año, 35% quinto año, 35% sexto año.

- Uso distinto a vivienda: 30% tercer año.

Resto de los casos

- Vivienda: carácter voluntario durante seis años, cuando se alquile venda

o transmita. Tras esa fecha, carácter obligatorio.

- Uso distinto a vivienda: carácter voluntario durante cinco años, cuando

se alquile venda o transmita. Tras esa fecha, carácter obligatorio.

CALENER El programa informático CALENER es una herramienta promovida por el

Ministerio de Industria, Turismo y Comercio, a través del IDAE, y por el

Ministerio de Vivienda, que permite determinar el nivel de eficiencia energética

correspondiente a un edificio.

Esta herramienta fue desarrollada para ayudar a los técnicos en la certificación

energética promovida por la entrada en vigor del Real Decreto 47/2007 que

regula la certificación de eficiencia energética de edificios, certificación con

semejanzas a la de productos como los electrodomésticos pero cuyo cálculo

requiere de una mayor complejidad. Para medir la eficiencia energética de

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inmuebles será necesaria la formación específica en aplicaciones informáticas

que permitan determinar sin un inmueble es de clase A (máxima eficiencia) o

hasta clase G.

Art.1: Objetivo

“La finalidad de la aprobación de dicho Procedimiento básico es la promoción

de la eficiencia energética, mediante la información objetiva que

obligatoriamente se ha de proporcionar a los compradores y usuarios en

relación con las características energéticas de los edificios, materializada en

forma de certificado de eficiencia energética que permita valorar y comparar

sus prestaciones.”

Art. 2: Alcance

- Edificios de nueva construcción

- Modificaciones, reformas o rehabilitaciones de edificios existentes de

más de 1000 m2 y se renueva más del 25% de sus cerramientos.

- Se excluyen, construcciones abiertas, monumentos, edificios de culto,

construcciones provisionales (menos de 2 años), edificios industriales o

agrícolas, edificios de menos de 50m2 de superficie útil.

La determinación del nivel de eficiencia energética correspondiente a un

edificio puede realizarse empleando dos opciones:

- La opción general, de carácter prestacional, a través de un programa

informático;

- y la opción simplificada, de carácter prescriptivo, que desarrolla la

metodología de cálculo de la calificación de eficiencia energética de una

manera indirecta.

La opción general se basa en la utilización de programas informáticos que

cumplen los requisitos exigidos en la metodología de cálculo dada en el RD

47/2007. CALENER, promovido por el Ministerio de Industria, Turismo y

Comercio a través del IDAE y la Dirección General de Arquitectura y Política de

Vivienda del Ministerio de Vivienda cuenta con dos versiones:

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- CALENER_VYP, para edificios de Viviendas y del Pequeño y Mediano

Terciario (Equipos autónomos).

- CALENER_GT, para grandes edificios del sector terciario.

La utilización de programas informáticos distintos a los de referencia está

sujeta a la aprobación de los mismos por parte de la Comisión Asesora para la

Certificación Energética de Edificios. Esta aprobación se hará de acuerdo con

los criterios que se establece en el Documento de Condiciones de Aceptación

de Procedimientos Alternativos a LIDER y CALENER.

La opción simplificada consiste en la obtención de una clase de eficiencia a

partir del cumplimiento por parte de los edificios afectados de unas

prescripciones relativas tanto a la envolvente del edificio como a los sistemas

térmicos de calefacción, refrigeración, agua caliente sanitaria e iluminación. El

conjunto de estas prescripciones se denomina solución técnica.

Para la utilización de la opción simplificada es necesaria la proposición de

soluciones específicas que tendrán la consideración de documentos

reconocidos previa aprobación de los mismos por parte de la Comisión Asesora

para la Certificación Energética de Edificios.

Esta aprobación se hará de acuerdo con los criterios que se establecen en el

Documento de condiciones de aceptación de Procedimientos Alternativos.

Procedimientos simplificados de certificación energética.

Se compara el consumo por unidad de superficie: Intensidad Energética; la

energía final, primaria o emisiones de CO2; y los servicios incluidos:

climatización, ACS e Iluminación.

En edificios de viviendas, las emisiones de CO2 (kg CO2 / m2) se calculan a

partir del consumo en ACS y Climatización. En edificios Terciarios, además se

tiene en cuenta la iluminación.

CE3-GT

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CE3-GT es un Procedimiento detallado de certificación energética para

edificios del sector terciario.

La calificación energética de los edificios existentes mediante este

procedimiento se basa en la extensión del programa oficial CALENER-GT. En

su versión más reciente, y desde su concepción inicial, el programa CALENER-

GT se destina a la calificación energética de edificios nuevos. Cuando se trata

de aplicar a edificios existentes, aparecen los siguientes problemas, que tratan

de resolverse gracias al CE3-GT:

- Las bases de datos no contemplan las soluciones constructivas,

condiciones operacionales y equipos que son habituales en los

edificios existentes, por lo que deben ampliarse.

- Alguno de los sistemas de acondicionamiento utilizados en edificios

existentes no están incluidos, por lo que debe arbitrarse la forma más

adecuada para definir este tipo de sistema utilizando el “principio de

equivalencia”.

- La definición geométrica, constructiva, y operacional, que se realiza

en los programas oficiales, debe adaptarse a las características de

los edificios existentes.

- Los edificios complejos, por su gran tamaño, o por sus instalaciones

térmicas no pueden tratarse.

- La evaluación de posibles medidas de mejora de la calificación

energética, obligatorias para los certificados de edificios existentes,

debe ser facilitada, desarrollando herramientas y documentos

pertinentes.

La idea que subyace en la solución que se propone a los problemas indicados

es que las herramientas oficiales de certificación se adapten a las

especificidades de los edificios existentes, incluyendo bases de datos

ampliadas y módulos adicionales específicos, siendo así posible contar con las

mismas herramientas para todo el proceso, sin que sea necesario cambiar

significativamente la metodología que ya lleva implantada tiempo suficiente.

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El objeto de este trabajo es la presentación del motor de cálculo S3GET que

subyace en la herramienta CE3-GT, así como de los modelos de los equipos

primarios. Este motor de cálculo, o administrador, recibe los datos de definición

del edificio y de los sistemas, así como los datos meteorológicos, a través de la

interfaz del CE3-GT y proporciona los consumos debidos al sistema que

posteriormente son tratados y comparados con un edificio de referencia, ya

fuera de este motor de cálculo, para proporcionar al usuario la calificación del

edificio, así como detalles de ésta que permitan la orientación en la búsqueda

de medidas de mejora.

Además, el proyecto presenta un apartado de validación de los modelos

comparándolos con CALENER-GT y un proyecto implementado en el programa

CE3-GT a modo de ejemplo de utilización.

Un proyecto paralelo a éste desarrollado por José Sánchez Ramos, “Software

de Simulación de Sistemas de Grandes Edificios Terciarios- Sistemas

Secundarios”, presentará los modelos de los equipos secundarios, así como

unas correlaciones también implementadas en la herramienta CE3-GT que

permiten hacer una estimación de la bondad de las posibles medidas de mejora

a analizar.

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1. HERRAMIENTA S3GET

La herramienta S3GET (Software de Simulación de Sistemas de Grandes

Edificios Terciarios) está pensado para ayudar en el cálculo del consumo de

los sistemas de climatización y ACS de un Gran Terciario (GT) de manera

simplificada. Todos modelos de los sistemas que incluye están basados en

los de CALENER-GT aunque con ciertas simplificaciones que se expondrán

en el apartado de hipótesis generales.

1.1 Estrategia de la simulación

La secuencia de funcionamiento del programa comprende los siguientes

apartados:

1. Entrada de los datos de definición del sistema.

A través de una interfaz estructurada en sencillos pasos se

introducen todos los datos necesarios para la simulación de los

sistemas de climatización y ACS.

2. Ciclo de simulación.

El ciclo de simulación parte de unos datos de demanda horarios

calculados con una herramienta desarrollada a tal efecto (PCSH-

Programa de Cálculo Simplificado Horario) y realiza hora a hora los

siguientes pasos:

1. La demanda sensible y latente y las condiciones de temperatura y

humedad de cada local se transmiten al secundario que la

combate. Así como los caudales de ventilación e infiltración y las

condiciones de temperatura y humedad exteriores.

2. Cada secundario, según del tipo que sea, cubre toda la carga

sensible y latente o solo la sensible y calcula el consumo

correspondiente en el transporte de aire o agua.

3. En el caso de autónomos, se calcula el consumo necesario para

cubrir toda la carga posible según su capacidad. En caso de no

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poder cubrirla toda, la hora en que eso ha ocurrido queda

registrada en un fichero de errores y el programa continúa sin que

la carga del edificio o el resto de los equipos se vean afectados.

4. En caso de secundarios no autónomos, éstos transmiten a los

primarios toda la demanda de las baterías, tenga capacidad

suficiente el secundario en cuestión o no.

5. Los primarios calculan el consumo en transporte de agua y el

suyo propio debido a la demanda recibida. En caso de no poder

cubrir toda la demanda por falta de capacidad, esa hora queda

registrada en el fichero de errores y el programa continúa sin

afectar a los demás equipos.

6. Por último, en caso de que algún primario esté condensado por

agua, la energía a disipar durante esa hora se pasa al sistema de

disipación al que esté conectado el primario y éste calcula su

consumo y el del transporte del agua.

Figura 1. Esquema del ciclo de simulación del S3GET

Cada hora se acumulan los resultados de consumos energéticos de

cada equipo según la demanda a la que esté asociado, calefacción,

refrigeración o ACS.

Demanda Secundarios Primarios Disipación

Consumo transporte (bombas y

ventiladores)

Consumo transporte (bombas)

Consumo transporte (bombas)

Consumo autónomos

Consumo primarios

Consumo disipación

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Finalmente, estos resultados pasan a la herramienta PUC (Programa

de Utilización de Correlaciones) que los compara con un edificio de

referencia para obtener la calificación.

1.2 Alcance e hipótesis simplificadoras

1.2.1 Componentes de consumo incluidos

Los tipos de energía disponibles en S3GET, al igual que en CALENER-

GT son:

- Carbón

- GLP (gases licuados del petróleo)

- Gasoil

- Fueloil

- Gas Natural

- Biomasa

- Electricidad

También se encuentran incluidos los captadores solares como apoyo a

las calderas y que deben ser definidos junto a éstas.

No se encuentran incluidos los sistemas de generación de electricidad

sin emisión de CO2 que sí pueden definirse en CALENER-GT.

1.2.2 Subsistemas primarios incluidos

Se entienden por subsistemas primarios todos aquellos equipos y

dispositivos encargados de la generación de la energía térmica,

calorífica y frigorífica, así como de su transporte y distribución desde los

equipos generadores hasta los consumidores, excepto los subsistemas

de condensación.

De acuerdo con la definición anterior los subsistemas primarios incluidos

en S3GET son:

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- Bombas

- Tuberías

- Plantas enfriadoras

- Bomba de calor de 2 tubos

- Bomba de calor de 4 tubos

- Calderas

- Equipos de cogeneración

1.2.3 Subsistemas de condensación incluidos

Se entienden por subsistemas de condensación todos aquellos equipos

y dispositivos encargados de la disipación de la energía térmica

sobrante, calorífica y frigorífica.

De acuerdo con la definición anterior los subsistemas de condensación

incluidos en S3GET son:

- Torres de refrigeración

- Sistemas de agua perdida

1.2.4 Subsistemas secundarios incluidos

La clasificación de los subsistemas secundarios tiene en cuenta tanto la

aplicabilidad de la herramienta a sistemas existentes como la variada

terminología empleada en el sector de la climatización. Los subsistemas

secundarios en S3GET se clasifican según el fluido que llega a los

locales:

- Todo aire: solo llega aire

- Todo agua: solo llega agua

- Todo refrigerante: solo llega refrigerante

- Mixtos: Agua-aire ó refrigerante-aire

Así pues, se incluyen los siguientes equipos y dispositivos:

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- Todo aire - Climatizadora:

o Caudal constante

o Caudal variable

o Climatizadora de aire primario

o Sólo ventilación

o Solo calefacción

o Recalentamiento terminal

o Enfriamiento evaporativo

o Doble conducto

- Todo refrigerante/mixtos refrigerante-aire - Autónomo:

o Caudal constante de aire

o Caudal variable de aire

- Todo agua:

o Fan-coil

o Radiador de agua

o Radiador eléctrico

o Suelo radiante

o Hilo radiante

No se incluye ningún equipo mixto.

1.2.5 Combinaciones posibles de los sistemas

En S3GET los equipos primarios y de disipación no se definen

individualmente sino agrupados de manera que cada secundario puede

ir unido a un único conjunto de primarios, aunque cada conjunto de

primarios puede alimentar a varios secundarios. Y cada equipo primario

que requiera disipación por agua, sólo puede unirse a un único conjunto

de sistemas de condensación.

Los conjuntos de primarios gestionan las llamadas a estos equipos para

combatir la carga requerida por los secundarios unidos a él.

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Hay tres tipos de conjuntos de primarios incluidos en S3GET:

- Conjuntos de primarios para calefacción y ACS, que pueden combatir

únicamente demanda de calor. Estos conjuntos admiten la conexión

de:

o Calderas

o Equipos de cogeneración

o Bombas de calor de 2 tubos

- Conjuntos de primarios para refrigeración, que pueden combatir

únicamente demanda de frío. Estos conjuntos admiten la conexión

de:

o Enfriadoras


- Conjuntos generales de primarios, que pueden combatir cualquier

demanda, calefacción, refrigeración y ACS. Estos conjuntos admiten

la conexión de:

o Calderas

o Equipos de cogeneración

o Enfriadoras



Los conjuntos de sistemas de condensación gestionan las llamadas a

torres de condensación y sistemas de agua perdida para disipar la

energía de los equipos primarios unidos a ellos.

Debido a la gran variedad de subsistemas secundarios, la exposición de

las distintas combinaciones se realizará según la siguiente clasificación:

- Secundarios sólo calefacción alimentados por agua:

o Climatizadoras sólo calefacción unizona y multizona.

o Radiador de agua.

o Suelo radiante.

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o Demanda de agua caliente sanitaria (ACS). Pese a no ser un

subsistema secundario real, el programa lo trata como tal y por

eso se incluye aquí.

- Secundarios sólo calefacción eléctricos:

o Radiador eléctrico.

o Hilo radiante.

- Secundarios de calefacción o refrigeración alimentados por agua:

o Fan coil 2 tubos.

- Secundarios de calefacción y refrigeración simultáneamente

alimentados por agua:

o Climatizadoras caudal constante y variable unizona y multizona.

o Equipos de doble conducto unizona y multizona.

o Fan coil 4 tubos.

- Secundarios de calefacción y/o refrigeración eléctricos:

o Autónomos de caudal constante y variable unizona y multizona.

- Elementos especiales:

o Climatizadoras con frío evaporativo.

o Climatizadoras sólo ventilación.

o Recalentamientos terminales.

o Climatizadoras de Aire Primario (CAP)

Así pues, la combinación de los subsistemas primarios y secundarios

permite simular los siguientes sistemas en S3GET:

- Secundarios sólo calefacción alimentados por agua unidos a

conjuntos de primarios para calefacción.

- Secundarios sólo calefacción eléctricos.

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- Secundarios de calefacción o refrigeración alimentados por agua

unidos a conjuntos generales de primarios que permitan inversión

sucesiva y estacional.

- Secundarios de calefacción y refrigeración simultáneamente

alimentados por agua unidos a conjuntos generales de primarios que

permitan inversión simultánea.

- Secundarios de calefacción y/o refrigeración eléctricos.

- Climatizadoras con frío evaporativo unidas a conjuntos de primarios

para calefacción.

- Climatizadoras sólo ventilación.

Además:

- Todos los subsistemas secundarios de aire pueden recibir el aire

pretratado por una CAP.

- Una zona puede estar acondicionada por un subsistema secundario

de agua y recibir aire neutro de ventilación a través de una CAP.

- Todos los equipos multizona alimentados por agua pueden tener

recalentamientos terminales a nivel de zona.

- Todos los equipos multizona tiene la posibilidad de seleccionar una

de ellas como zona de control.

1.2.6 Hipótesis generales

Las hipótesis generales en las que se basa el cálculo del S3GET y que

lo diferencia de CALENER-GT son las siguientes:

- En todas las horas se supone la demanda del edificio cubierta

totalmente, así puede desacoplarse el cálculo de demanda del

edificio del cálculo de los consumos de los equipos.

- Se considera que cada equipo combate la carga que se le asigna de

forma que, aún si no tiene capacidad suficiente, no se ven afectados

el resto de los equipos. Se consigue así desacoplar también el

cálculo de los equipos entre sí.

- No existen los circuitos. La comunicación entre equipos se realiza a

través de los árboles de conexiones, que permiten el paso de

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potencias de unos equipos a otros sin necesidad de conocer las

temperaturas que habría en cada punto del lazo hidráulico.

- Las únicas temperaturas que entran en juego son las de las masas

de aire -caudales de ventilación, de infiltración, retornos,

temperaturas internas de los locales y temperatura exterior-

necesarias para los cálculos psicrométricos de los secundarios de

aire y para el cálculo del consumo de los ventiladores de los equipos

disipados por aire.

- La cuantificación de las pérdidas en circuitos y conductos se hace a

través de un porcentaje de la potencia transportada tal y como se

define en la Instrucción Técnica IT.1 Diseño y dimensionado del

Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE). Las

pérdidas en conductos se traducen de esta manera en un aumento

de la carga sensible de la zona y las pérdidas en tuberías como un

aumento de la potencia demandada del secundario al primario o del

primario al sistema de condensación.

- Dado que no se conocen las temperaturas de los lazos hidráulicos,

se supone que las temperaturas de funcionamiento de todos los

equipos son las correspondientes nominales, salvo pequeñas

excepciones que se comentarán en el apartado de hipótesis

específicas de los equipos.

1.2.7 Hipótesis específicas de los equipos

Debido a las hipótesis generales que permiten la simplificación del

cálculo y el funcionamiento del programa, tanto los subsistemas

primarios como los secundarios requieren la aceptación de una serie de

hipótesis que permite su acoplamiento a la estructura general del

programa.

Hipótesis específicas de los primarios

- Los generadores de ACS definidos en CALENER-GT se definen en

S3GET como calderas.

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- Los equipos primarios se rigen por el mismo comportamiento que en

CALENER-GT utilizando las mismas curvas de comportamiento en

los casos que proceda:

o Todos los equipos se ven afectados por las curvas de

funcionamiento a carga parcial.

o Sólo los equipos condensados por aire se ven afectados por las

curvas de corrección según la temperatura en condensador.

o Sólo las enfriadoras y las bombas de calor de 2 y 4 tubos se ven

afectadas por las curvas de corrección según la temperatura de

impulsión de agua fría y caliente.

o Al contrario que en CALENER-GT, en S3GET no se utiliza la

electricidad generada por los equipos de cogeneración para

combatir parte de las necesidades de iluminación. Por contra, la

energía necesaria para generar esa electricidad y la energía

térmica correspondiente, que sí se utiliza, no se computa.

Hipótesis específicas de los sistemas de condensación

- Los sistemas de agua perdida se consideran disipadores perfectos

de frío y calor no consumidores de energía.

- Las torres de refrigeración se rigen por el mismo comportamiento que

en CALENER-GT utilizando las mismas curvas de comportamiento

excepto que sus ventiladores se consideran de caudal constante y,

por tanto, no hay corrección debido al caudal que circule o la

velocidad de giro.

1.3 Administrador

El administrador gestiona todas las llamadas a las rutinas de los equipos y

conjuntos de equipos, sus conexiones, lectura de entradas y escritura de

resultados.

Al estar programado como un sistema modular, cada elemento es una rutina

que se comunica con las otras a través de conexiones definidas en el sistema,

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cualquier conexión es posible, la interfaz es la que limita las conexiones a

aquellas que generan sistemas de climatización reales.

DESCRIPCIÓN EXTERNA

Argumentos:

Argumentos 1 Directorio en el que se encuentra el proyecto

2 Ciudad de cálculo

3 Altura sobre el nivel del mar de la ciudad (m)

4 Archivo de escritura de definición del sistema

5 Archivo de entrada de demanda y clima

DESCRIPCIÓN INTERNA.

El siguiente diagrama de flujo muestra el proceso del funcionamiento del

administrador.

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Inicio

Lectura argumentos

¿Peninsular?

Coeficientes paso peninsular

Coeficientes paso extrapeninsular

Lectura de archivo definición de caso

Escritura del archivo de informe del caso

Lectura de archivo demanda y clima

i=0, j=0

Qsen(j,i)= Qsen(j,i)*mult(i) Qlat(j,i)= Qlat(j,i)*mult(i) vvent(j,i)= vvent(j,i)*mult(i) vinf(j,i)= vinf(j,i)*mult(i)

i=i+1

j=j+1

¿j>8760?

¿i>num_zonas?

Area(i)=Area(i)*mult(i) masaa(i)= masaa(i)*mult(i)

Sí

No

Sí

No

Sí

No

24

Figura 2. Diagrama de flujo del administrador

1.4 Equipos

i=0

¿i>8760?

Cálculo de la humedad en las corrientes de retorno de

los locales

Llamada a las climatizadoras

Llamada a los secundarios

Llamada a los recalentamientos

terminales

Llamada a los primarios

Llamada a los sistemas de

condensación

i=i+1

Acumulación de las salidas en energía final

Escritura archivo resultados

Fin

Sí

No

Cálculo de energía primaria y emisiones d CO2 a través de coeficientes de paso

25

En este apartado se define cada uno de los equipos primarios y de

condensación incluidos en la herramienta S3GET, así como los conjuntos de

estos equipos.

1.4.1 Subsistemas primarios

1.4.1.1 Conjuntos de primarios: los conjuntos de primarios gestionan las

llamadas a estos equipos para combatir la carga requerida por los

secundarios unidos a él.

Existen tres tipos de conjuntos de primarios:

- Conjuntos de primarios para calefacción y ACS, que pueden

combatir únicamente demanda de calor. Estos conjuntos admiten

la conexión de:

Calderas

Equipos de cogeneración

Bombas de calor de 2 tubos

- Conjuntos de primarios para refrigeración, que pueden combatir

únicamente demanda de frío. Estos conjuntos admiten la

conexión de:

Enfriadoras


- Conjuntos generales de primarios, que pueden combatir cualquier

demanda, calefacción, refrigeración y ACS. Estos conjuntos

admiten la conexión de:

Calderas

Equipos de cogeneración

Enfriadoras



26


Entradas:

Entradas Para calor Para refrigeración

Generales

1 Dem

cal

Potencia demandada

de calefacción (kW) X X

2 Dem

ref

Potencia demandada

de refrigeración (kW) X X

3 Dem

ACS

Potencia remandada

de ACS (kW) X X

4 Hcal Horario de calefacción X X

5 Href Horario de

refrigeración X X

6 HACS Horario de ACS X X

7 Ta Temperatura exterior

(ºC) X X X

8 HRa Humedad exterior

(kg/kg) X X X

Parámetros:

Los parámetros de definición de los conjuntos de primarios se

muestran en la siguiente tabla:

Parámetros

1 Neq Número de equipos

2 Cinv Capacidad de inversión Estacional

Sucesiva

Simultánea

3 ConB Tipo de conexión de

bombas

Una bomba para todo el conjunto

Una bomba para cada equipo

4 TB Tipo de bomba De caudal constante

De caudal variable

27

5 MB Caudal nominal de la bomba (l/h)

6 FtB Factor de transporte de la bomba (W/(l/h))

7 IC Hora de inicio del periodo de calefacción

8 FC Hora de final del periodo de calefacción

9 IR Hora de inicio del periodo de refrigeración

10 FR Hora de final del periodo de refrigeración

11 Tub Se tienen en cuenta (1) o no (0) las pérdidas en tuberías

12 ptub,c Pérdidas en tuberías de agua caliente (%)

13 ptub,f Pérdidas en tuberías de agua fría (%)

Parámetro Para calor Para refrigeración Generales Neq X X X

Cinv X

ConB X X X

TB X X X

MB X X X

FtB X X X

IC X X

FC X X

IR X X

FR X X

Tub X X X

ptub,c X X

ptub,f X X

Valores por defecto

Neq -

Cinv Estacional

ConB Una bomba para cada equipo

TB De caudal constante

MB -

FtB 0.2

IC 1

28

FC 8760

IR 1

FR 8760

Tub 1

ptub,c 4

ptub,f 4

Salidas de la unidad:

Salidas

1 Pcub,cal Potencia cubierta de calefacción (kW)

2 Pcub,ref Potencia cubierta de refrigeración (kW)

3 Pcub,ACS Potencia cubierta de ACS (kW)

4 Pdis Potencia al equipo de disipación (kW)

5 CalRen Potencia de calefacción cubierta por

renovables (kW)

6 ACSRen Potencia de ACS cubierta por renovables

(kW)

7 RefRen Potencia de refrigeración cubierta por

renovables (kW)

8 Ptub Pérdidas en tuberías de agua de

primarios (kW)

9 Cel_C Consumo de electricidad en calefacción

(kW)

10 Cgo_C Consumo de gasoil en calefacción (kW)

11 Cfo_C Consumo de fueloil en calefacción (kW)

12 Cca_C Consumo de carbón en calefacción (kW)

13 Cgn_C Consumo de gas natural en calefacción

(kW)

14 CGLP_C Consumo de GLP en calefacción (kW)

15 Cbio_C Consumo de biomasa en calefacción

(kW)

16 Cel_ACS Consumo de electricidad en ACS (kW)

17 Cgo_ACS Consumo de gasoil en ACS (kW)

18 Cfo_ACS Consumo de fueloil en ACS (kW)

29

19 Cca_ACS Consumo de carbón en ACS (kW)

20 Cgn_ACS Consumo de gas natural en ACS (kW)

21 CGLP_ACS Consumo de GLP en ACS (kW)

22 Cbio_ACS Consumo de biomasa en ACS (kW)

23 Cel_R Consumo de electricidad en refrigeración

(kW)

24 Cgo_R Consumo de gasoil en refrigeración (kW)

25 Cfo_R Consumo de fueloil en refrigeración (kW)

26 Cca_R Consumo de carbón en refrigeración (kW)

27 Cgn_R Consumo de gas natural en refrigeración

(kW)

28 CGLP_R Consumo de GLP en refrigeración (kW)

29 Cbio_R Consumo de biomasa en refrigeración

(kW)

30 Cbom_C Consumo de electricidad de bombas en

calefacción (kW)

31 Cbom_ACS Consumo de electricidad de bombas en

ACS (kW)

32 Cbom_R Consumo de electricidad de bombas en

refrigeración (kW)


Se calcula la potencia que debe dar el conjunto de primarios

como:

ACSp

DemP

REFp

DemP

CALp

DemP

ctubACSACS

ftubrefref

ctubcalcal

⋅

+⋅=

⋅

+⋅=

⋅

+⋅=

1001

1001

1001

,

,

,

Donde CAL, REF y ACS son iguales a 1 si la hora que se calcula

está dentro de los períodos de calefacción, refrigeración y ACS

respectivamente; e igual a 0 en caso contrario.

30

Las pérdidas en tuberías se calculan como:

ACStubreftubcaltubtub

ctubACSACStub

ftubrefreftub

ctubcalcaltub

PPPP

ACSp

DemP

REFp

DemP

CALp

DemP

___

,_

,_

,_

100

100

100

++=

⋅⋅=

⋅⋅=

⋅⋅=

Los equipos del grupo son llamados uno a uno según el orden

que haya establecido el usuario en la creación del árbol, primero

el primer equipo creado, a continuación el segundo, etc.

Se calcula la potencia que debe cubrir cada equipo como:

∑

∑

∑

−

=

−

=

−

=

−=

−=

−=

1

1,,

1

1,,

1

1,,

i

jjACSACSiACS

i

jjrefrefiref

i

jjcalcalical

PPP

PPP

PPP

Además, en caso de que haya una única bomba para todos los

equipos, la potencia que debe cubrir el equipo se ve afectada por

una curva correctora en función de la parcialidad de la carga del

conjunto.

FCPiACSiACS

FCPirefiref

FCPicalical

fPP

fPP

fPP

⋅=

⋅=

⋅=

,'

,

,'

,

,'

,

Donde:

02.0=FCPf

31

Para calcular el consumo de la bomba en caso de ser una única,

se llama a la bomba con los parámetros definidos. En caso de

existir una bomba para cada equipo, la llamada se realizará desde

cada equipo.

El resto de las salidas se calculan como la suma de las salidas

correspondientes de los equipos a los que se llama desde esta

unidad.

32

Inicio

Lectura parámetros

Puesta a 0 de resultados

Lectura de entradas

Tipo de inversión

Estacional

Simultánea Sucesiva

Cálculo de las demandas de calefacción, refrigeración

y ACS totales


y ACS totales


y ACS totales


para el equipo

Fin

¿Horario de demanda?

Sí

No

i=0

i=i+1

Asignación de

entradas a equipos

Llamada a primario

Sí

No

¿i=num_equipos?

Lectura de salidas de equipos

Cálculo de potencia restante a combatir

Asignación de salidas

¿Tiene bomba?

Sí

No

Cálculo del consumo de la bomba

33

Figura 3. Diagrama de flujo de los grupos de primarios

1.4.1.2 Bombas: El sistema de bombeo realiza la distribución del fluido

desde el productor de frío o calor hasta el consumidor, o bien desde

los sistemas de producción de calor residual (condensadores de las

plantas enfriadoras) hasta el sistema de condensación

correspondiente.


Entradas:

Entradas

1 γ Control:

0 ó 1 si bomba de caudal contante

[0,1] si bomba de caudal variable

Parámetros:

Parámetros


De caudal variable



4 Curvas de comportamiento Variación de la potencia nominal de

la bomba con el caudal

Valores por defecto


MB -

FtB 0.2

Variación de la potencia nominal con el

caudal POT-BB_CAUDAL

34

Salidas específicas de la unidad:

Salidas

1 Pelec Potencia eléctrica consumida (kW)


Se calcula la potencia eléctrica consumida por la bomba como:

CAUDALBBPOTFtMP BBelec _−⋅⋅=

1.4.1.3 Tuberías: Representan el sistema de transporte, constituido por el

fluido caloportador. Añaden al sistema las pérdidas en el transporte.

No existe realmente una unidad Tuberías sino que, en cada una de

las unidades que pudieran verse afectadas con pérdidas en

transporte, se incrementa la potencia que deben proporcionar en un

porcentaje representativo de estas pérdidas. Así pues:

tubtransperd fpPP ⋅=

Donde Pperd es la potencia en kW perdida por los conductos o

tuberías, Ptrans es la potencia en kW que transporta el fluido

caloportador y fptub es el factor de pérdidas del conducto o tubería.

1.4.1.4 Plantas enfriadoras: Son los sistemas de producción de agua fría.

Los tipos de plantas enfriadoras consideradas son:

- Compresor eléctrico

- Eléctrico con recuperación de calor

- Absorción simple etapa

- Absorción doble etapa

- Absorción por llama directa

35

- Motor de combustión interna

El modelo utilizado para simular las enfriadoras utiliza las mismas

curvas de comportamiento que CALENER. Con éstas se obtienen

factores modificadores para las especificaciones nominales de la

máquina para así poder reproducir el comportamiento a carga

parcial.


Entradas:

Entradas

1 Prefrig Potencia requerida de refrigeración (kW)

2 Ta Temperatura ambiente (ºC)

3 Wa Humedad ambiente absoluta (kg agua/kg aire seco)

4 Hor Horario de funcionamiento de la bomba

Los parámetros de definición de estos equipos se muestran en la

siguiente tabla:

Parámetros:

Parámetros

1 Tipo Tipo de enfriadora Compresor eléctrico

Compresor eléctrico con

recuperador de calor

Absorción simple etapa

Absorción doble etapa

Absorción llama directa

Motor de combustión interna

2 Tipcond Tipo condensación Aire

Agua

3 Capnom Capacidad nominal de refrigeración (kW)

4 Pn,cond Potencia nominal en condensador (kW)

36

5 EERele EER (electricidad)

6 EERter EER (térmico)

7 Tcons Temperatura de consigna (ºC)

8 Comb Tipo de combustible Gas natural

Gasóleo

Fuel-oil

Carbón

GLP

Biomasa

9 ME ¿Tiene módulo evaporativo en condensador?

10 EffME Eficiencia del ME en caso de que lo tenga




14 Curvas de comportamiento

Variación capacidad enfriamiento

Variación EIR(T)

Variación EIR(FCP)

Variación HIR(T)

Variación HIR(FCP)

Variación de la potencia en

condensador(FCP)

Equipos condensados por aire:

Valores por defecto Compresor

eléctrico

Compresor

eléctrico con

recuperación

de calor

EER (electricidad) 3.8 4.5

EER (térmico) - -

Temperatura de consigna (ºC) 7 7

Tipo de combustible - -

ME 0 0

EffME 0 0

Curvas de Variación RecipAir-Cap- RecipAir-Cap-

37

compor-

tamiento

capacidad

enfriamiento

fCHWT&DBT fCHWT&DBT

Variación EIR(T) RecipAir-EIR-

fCHWT&DBT

RecipAir-EIR-

fCHWT&DBT

Variación

EIR(FCP)

RecipAir-EIR-

fPLR-

2Comp/Ckt

RecipAir-EIR-

fPLR-

2Comp/Ckt

Variación HIR(T) - -

Variación

HIR(FCP)

- -

Variación de la

potencia en

condensador

(FCP)

- -

Equipos condensados por agua:

Valores por defecto I Compresor

eléctrico

Compresor

eléctrico con

recuperación

de calor

Absorción

simple etapa

EER (electricidad) 3.8 4.5 -

EER (térmico) - - 0.63

Temperatura de consigna (ºC) 7 7 7

Tipo de combustible - - -

ME - - -

EffME - - -

Curvas de

compor-

tamiento

Variación

capacidad

enfriamiento

RecipH2O-Cap-

fCHWT&ECT

RecipH2O-

Cap-

fCHWT&DBT

Absor-1-Cap-

fCHWT&ECT

Variación EIR(T) RecipH2O-EIR-

fCHWT&ECT

RecipH2O-

EIR-

fCHWT&DBT

-

Variación

EIR(FCP)

RecipH2O-EIR-

fPLR&dT-

2Comp/Ckt

RecipAir-EIR-

fPLR&dT-

2Comp/Ckt

-

38

Variación HIR(T) - - Absor-1-HIR-

fCHWT&ECT

Variación

HIR(FCP)

- - Absor-1-HIR-

fPLR

Variación de la

potencia en

condensador

(FCP)

- - -

Valores por defecto II Absorción doble

etapa

Absorción

llama directa

Motor de

combustión

interna

EER (electricidad) - - -

EER (térmico) 1 1 1.4

Temperatura de consigna (ºC) 7 7 7

Tipo de combustible - Gas natural Gas natural

ME - - -

EffME - - -

Curvas de

compor-

tamiento

Variación

capacidad

enfriamiento

Absor-2-Cap-

fCHWT&ECT

Gas-Absor-

Cap-

fCHWT&ECT

Engine-Chlr-

Cap-

fCHWT&ECT

Variación EIR(T) - - -

Variación

EIR(FCP)

- - -

Variación HIR(T) Absor-2-HIR-

fCHWT&ECT

Gas-Absor-

HIR-

fCHWT&ECT

Engine-Chlr -

HIR-

fCHWT&ECT

Variación

HIR(FCP)

Absor-2-HIR-

fPLR

Absor-2-HIR-

fPLR

Engine-Chlr -

HIR-fPLR

Variación de la

potencia en

condensador

(FCP)

- Gas-Absor-

HCap-

fCoolPLR

-


39

Salidas

1 Pcub Potencia cubierta de refrigeración (kW)

2 Pgo Potencia consumida de gas-oil (kW)

3 Pfo Potencia consumida de fuel-oil (kW)

4 Pc Potencia consumida de carbón (kW)

5 Pgn Potencia consumida de gas natural (kW)

6 PGLP Potencia consumida de GLP (kW)

7 Pbio Potencia consumida de biomasa (kW)

8 Pe Potencia consumida de electricidad (kW)

9 Pdis Potencia al equipo de disipación (kW)

10 Pbomb Potencia consumida por las bombas (kW)


El funcionamiento de los equipos se ve modificado a través de las curvas que recogen el comportamiento de una propiedad determinada

cuando se modifican las condiciones bajo las cuales el valor de esa

propiedad fue establecida. De esta forma, se puede introducir, por

ejemplo, cómo varía la capacidad total de refrigeración cuando se

modifican las temperaturas a las cuales se encuentran sometidos el

evaporador y el condensador.

Las curvas que afectan a las enfriadoras son las siguientes:

- (POT-NOM_T) Variación de la capacidad de enfriamiento en

función de las temperaturas de impulsión del evaporador y de

entrada al condensador (ºF)

- (EER-ELEC_T) Variación del EIR en función de las

temperaturas de impulsión del evaporador y de entrada al

condensador (ºF)

- (EER-ELEC_FCP) Variación del EIR en función del factor de

carga parcial

- (EER-TERM_T) Variación del HIR en función de las


condensador (ºF)

40

- (EER-TERM_FCP) Variación del HIR en función del factor de

carga parcial

- (CAP-NOM-CAL_FCP) Variación de la capacidad de

calefacción en función del factor de carga parcial de

refrigeración. Curva sólo aplicable a plantas de refrigeración del

tipo absorción por llama directa o de accionamiento a gas. A

medida que disminuye la carga de refrigeración, menor será la

capacidad disponible para la calefacción.

Así pues, se calcula la potencia cubierta por la máquina como:

),( refrigrefcub PCapMINP =

Donde:

TNOMPOTCapCap nomref _−⋅=

La potencia eléctrica consumida:

FCPELECEERTELECEEREIRCapP nomnome __ −⋅−⋅⋅=

Y la de combustible:

FCPTERMEERTTERMEERHIRCapP nomnomcomb __ −⋅−⋅⋅=

Donde los coeficientes de las curvas dependen del tipo de

combustible.

Además, para el caso de las máquinas de absorción de llama

directa, la potencia a disipar en el condensador se ve afectada

también por una curva, de forma que:

FCPCALNOMCAPPP condncond _, −−⋅=

41

Por último, la temperatura en el condensador en las enfriadoras

disipadas por aire se reduce en caso de existir un módulo

evaporativo en el condensador de la siguiente manera:

( )bhaMAacond TTfEfTT −⋅−=

Siendo Tbh la temperatura de bulbo húmedo del aire en ºC para la

humedad absoluta especificada.

La potencia consumida por la bomba en caso de que cada equipo

tenga su propia bomba, se calcula del llamando a la rutina de la

bomba con los parámetros y entradas definidas.

1.4.1.4 Bomba de calor 2T: Son sistemas de producción de agua fría de

compresión mecánica eléctrica reversible. Suministra en unas

ocasiones agua fría y en otras, agua caliente.

El modelo utilizado para simular las bombas de calor de 2 tubos

utiliza las mismas curvas de comportamiento que CALENER-GT.

Con éstas se obtienen factores modificadores para las

especificaciones nominales de la máquina para así poder reproducir

el comportamiento a carga parcial.


Entradas:

Entradas

1 Pcalef Potencia requerida de calefacción (kW)




42

Parámetros:


siguiente tabla:

Parámetros

1 Tipo Tipo condensación Aire

Agua


3 Capnom

,cal Capacidad nominal de calefacción (kW


5 COPele COP (electricidad)

6 Tcons Temperatura de consigna (ºC)






Variación EIR(T)

Variación EIR(FCP)

Variación capacidad calefacción

Variación capacidad calefacción

cuando la Ta es suficientemente fría

como para congelar el

intercambiador

Variación EIR(T) en calefacción

Variación EIR(T) en calefacción

cuando la Ta es suficientemente fría

como para congelar el

intercambiador

Variación EIR(FCP) en calefacción

Valores por defecto BdC 2T condensado

por aire

BdC 2T condensado

por agua

EER (electricidad) 2.5 4

43

COP (electricidad) 2.5 3.5

Temperatura de consigna (ºC) 7 7

Curvas de

compor-

tamiento

Variación capacidad

enfriamiento

ChlrHPAirCoolCap-

fCHW&OAT

ChlrHPH2OCoolCap-

fCHW&ECT

Variación EIR(T) ChlrHPAirCoolEIR-

fCHW&OAT

ChlrHPH2OCoolEIR-

fCHW&ECT

Variación EIR(FCP) Herm- Rec- EIR-

fPLR

Herm- Rec- EIR-fPLR

Variación capacidad

calefacción cuando la

Ta es suficientemente

fría como para

congelar el

intercambiador

ChlrHPAirHeatCap-

fHW&39+

ChlrHPH2OHeatCap-

fHW&EET

Variación EIR(T) en

calefacción

ChlrHPAirHeatCap-

fHW&39-

ChlrHPH2OHeatEIR-

fHW&EET

Variación EIR(T) en

calefacción cuando la

Ta es suficientemente

fría como para

congelar el

intercambiador

ChlrHPAirHeatEIR-

fHW&39+

Herm- Rec- EIR-fPLR

Variación EIR(FCP)

en calefacción

ChlrHPAirHeatEIR-

fHW&39-

ChlrHPH2OCoolCap-

fCHW&ECT


Salidas



3 Pe,cal Potencia consumida de electricidad en calefacción (kW)

4 Pe,ref Potencia consumida de electricidad en refrigeración (kW)

5 Pdis Potencia al sistema de disipación (kW)

6 Pbom,c Potencia consumida por la bomba en calefacción (kW)

7 Pbom,r Potencia consumida por la bomba en refrigeración (kW)

44

DESCRIPCIÓN INTERNA

Las bombas de calor aire-agua pueden utilizar el calor recuperado en el

circuito de agua de condensación para proporcionar calefacción.

Las curvas que afectan a las BdC2T son las siguientes:




- (EER-ELEC_T) Variación del EIR en función de las temperaturas

de impulsión del evaporador y de entrada al condensador (ºF)


carga parcial

- (CAP-NOM-CAL_T) Variación de la capacidad de calefacción en

función de la temperatura de agua caliente de salida y la

temperatura del aire de entrada, cuando la temperatura del aire es

lo suficientemente alta como para prevenir la congelación del

intercambiador de calor (ºF)

- (CAP-NOM-CAL_T-C) Variación de la capacidad de calefacción

en función de la temperatura de agua caliente de salida y la

temperatura del aire de entrada, cuando la temperatura del aire es

lo bastante fría como para provocar la congelación del


- (COP-ELEC_T) Variación del valor nominal de la relación entre la

potencia eléctrica y la calorífica en función de las temperaturas de

impulsión del evaporador y de entrada al condensador (ºF)

- (COP-ELEC_T-C) Variación del valor nominal de la relación entre

potencia eléctrica y calorífica de la bomba de calor, en función de

la temperatura del agua caliente a la salida y la temperatura de

entrada del aire, cuando la temperatura del aire es lo

suficientemente fría como para provocar la congelación del


45

- (COP-ELEC_FCP) Variación del valor nominal de la relación entre

potencia eléctrica y calorífica de la bomba de calor, en función del

factor de carga parcial.

En el cálculo del funcionamiento de la BdC2T, se diferencian dos

tipos de comportamiento distintos, el modo calefacción y el modo

refrigeración.

En modo refrigeración, se calcula la potencia cubierta por la

máquina como:

),(, refrigrefrefcub PCapMINP =

Donde:

TNOMPOTCapCap nomref _−⋅=

La potencia eléctrica consumida en refrigeración:

CoolEIRCapP nomrefe ⋅=,

Siendo:

FCPELECEERTELECEEREER

CoolEIRelec

____1⋅⋅=

Y la potencia a disipar en refrigeración:

referefnomcond PPP ,, +=

En modo calefacción, la potencia de calefacción cubierta por el

equipo se calcula:

),(, calefcalcalcub PCapMINP =

Donde:

46

CTsiTCALNOMCAPCapCap eccalnomcal º7_, >−−⋅= CTsiCTCALNOMCAPCapCap eccalnomcal º7_, <−−−⋅=

Así, la potencia eléctrica consumida en calefacción queda:

HeatlEIRCalP calnomcale ⋅= ,,

Siendo:

CTsiFCPELECCOPTELECCOPCOP

HeatEIR ecelec

º7____1>⋅⋅=

CTsiFCPELECCOPCTELECCOPCOP

HeatEIR ecelec

º7____1<⋅−⋅=

Y la potencia a disipar:

( )calecalcubcond PPP ,, +−=

El consumo de la bomba en caso de que corresponda se calcula

desde la subrutina de la bomba.

1.4.1.5 Bomba de calor 4T: Son sistemas de producción principalmente de

agua fría de compresión mecánica que suministran simultáneamente

agua fría y caliente, evacuando el calor/frío sobrante con un sistema

de agua bruta.

El modelo utilizado para simular las BdC4T utiliza las mismas curvas

de comportamiento que CALENER. Con éstas se obtienen factores

modificadores para las especificaciones nominales de la máquina

para así poder reproducir el comportamiento a carga parcial.


Entradas:

47

Entradas





Parámetros:


siguiente tabla:

Parámetros



3 Tcons,fr Temperatura de consigna de agua fría (ºC)

4 Tcons,cal Temperatura de consigna de agua caliente (ºC)






Variación EIR(T)

Variación EIR(FCP)

Valores por defecto BdC 4T condensado

por agua

EER (electricidad) 4

Temperatura de consigna de agua fría (ºC) 7

Temperatura de consigna de agua caliente (ºC) 35

Curvas de

compor-

tamiento

Variación capacidad enfriamiento Lp2Lp-Cap-

fCHW&HWR

Variación EIR(T) Lp2Lp-EIR-

fCHW&HWR

Variación EIR(FCP) Lp2Lp-EIR-fPLR-

1Comp/Ckt

48


Salidas



3 Pe,cal Potencia consumida de electricidad en calefacción (kW)

4 Pe,ref Potencia consumida de electricidad en refrigeración (kW)

5 Pdis Potencia al sistema de disipación (kW)

6 Pbom,c Potencia consumida por la bomba en calefacción (kW)

7 Pbom,r Potencia consumida por la bomba en refrigeración (kW)


Las curvas que afectan a las BdC4T son las siguientes:




- (EER-ELEC_T) Variación del EIR en función de las


condensador (ºF)


carga parcial

Así pues, se calcula la potencia de refrigeración cubierta por la

máquina como:

( )refrigrefrefcub PCapMINP ,, =

Donde:

TNOMPOTCapCap refnomref _, −⋅=

49

Y la de calefacción:

( )calefcalcalcub PCapMINP ,, =

Donde:

( )CoolEIRTNOMPOTCapCap refnomcal +−⋅= _, Siendo:

FCPELECEERTELECEEREIRCoolEIR nom __ −⋅−⋅=

La potencia eléctrica consumida, que se asigna completamente a

la refrigeración, ya que la calefacción es un subproducto:

CoolEIRCapP refnomrefe ⋅= ,,

La potencia a disipar se calcula como:

calefcalcond PCapP −=

No existe la posibilidad de operar el equipo en modo máster

calefacción-submáster refrigeración.



1.4.1.6 Calderas: Son equipos generadores de energía térmica. Las calderas

incluidas en el programa son:

- Calderas de combustible:

50

a. Caldera convencional

b. Caldera de baja temperatura

c. Caldera de condensación

d. Caldera de biomasa

- Calderas eléctricas


Entradas:

Entradas




Parámetros:


siguiente tabla:

Parámetros

1 Tipo Tipo De combustible

Eléctrica

2 SubT Subtipo Convencional

Baja temperatura

Condensación

Eléctrica

3 Pn Potencia nominal (kW)

4 rendter Rendimiento térmico


Gasóleo

Fuel-oil

51

Carbón

GLP

Biomasa

6 Dep Tiene depósito Sí

No

7 Vdep Volumen depósito (l)

8 Pdep Pérdidas térmicas depósito (W/K)

9 Tdep Temperatura de agua del depósito (ºC)

10 Acap Área captadores (m2)

11 PCcap Porcentaje demanda cubierta por captadores (%)




15 Curvas de comportamiento Variación HIR(FCP)

Valores por defecto

Tipo De combustible

Subtipo Convencional

Rendimiento térmico 0.85

Tipo de combustible Gas natural

Tiene depósito No

Volumen depósito (l) 0

Pérdidas térmicas depósito (W/K) 0

Temperatura de agua del depósito (ºC) 75

Área captadores (m2) 0

Porcentaje demanda cubierta por captadores (%) 0

Curvas de

comportamiento

Variación HIR(FCP) Cald-HIR-Conv-

FPLR


Salidas

1 Pcub Potencia cubierta (kW)



52





8 Pe,cal Potencia consumida de electricidad (kW)

9 Pbomb Potencia eléctrica consumida por la bomba (kW)

10 Prevon Potencia cubierta por renovables (kW)


Hay una única curva de corrección de los parámetros de las calderas:

- (REND-ELEC-FCP o REND-TERM-FCP) Variación del

rendimiento en función del factor de carga parcial para calderas

eléctricas y de combustible respectivamente

Así pues, se calcula la potencia cubierta por la caldera como:

( )', calefncub PPMINP =

Siendo:

( )adepdepcap

calefcalef TTPPC

PP −⋅+

−⋅=

1001'

Y la potencia cubierta por renovables:

calefcap

renov PPC

P ⋅=100

Por último, la potencia consumida:

rendPP ncons ⋅=

53

Siendo:

eléctricacalderasiFCPELECRENDrendecombustibldecalderasiFCPTERMRENDrend

__

−=−=



1.4.1.7 Equipos de cogeneración. Permite la cogeneración de calor y

electricidad. El único tipo incluido es de motor alternativo realizando

un seguimiento de la demanda térmica.


Entradas:

Entradas




Parámetros:


siguiente tabla:

Parámetros

1 Pen Potencia eléctrica nominal (kW)

2 Ptn Potencia térmica nominal (kW)

3 Cons Potencia consumida en condiciones nominales (kW)


Gasóleo

54

Fuel-oil

Carbón

GLP

Biomasa




Valores por defecto Equipo de

cogeneración

Tipo de combustible Gas natural


Salidas

1 Pcub Potencia cubierta (kW)







8 Pe,cal Potencia consumida de electricidad (kW)

9 Pbomb Potencia eléctrica consumida por la bomba (kW)


Los equipos de cogeneración están concebidos como

generadores de energía térmica sin consumo ninguno, por tanto,

no se considera ni la electricidad que generan ni el consumo

energético necesario para producirla.



55

1.4.2 Subsistemas de condensación

1.4.2.1 Conjuntos de sistemas de condensación: los conjuntos de sistemas

de condensación gestionan las llamadas a estos equipos para disipar

la energía requerida por los primarios unidos a él.

Los conjuntos de sistemas de condensación pueden disipar tanto

energía térmica calorífica como frigorífica dependiendo de los

equipos que tenga conectados.


Entradas:

Entradas

1 Demcond Potencia demandada de condensación (kW)

2 Hor Horario de funcionamiento

3 Ta Temperatura exterior (ºC)

4 HRa Humedad exterior (kg/kg)

Parámetros:

Los parámetros de definición de los conjuntos de sistemas de

condensación se muestran en la siguiente tabla:

Parámetros

1 Neq Número de equipos

2 ConB Tipo de conexión de

bombas

Una bomba para todo el conjunto

Una bomba para cada equipo


De caudal variable


56


6 Tub Se tienen en cuenta (1) o no (0) las pérdidas en tuberías

7 ptub Pérdidas en tuberías (%)

Valores por defecto

Neq -

ConB Una bomba para cada equipo


MB -

FtB 0.2

Tub 1

ptub 4


Salidas


2 Ptub Pérdidas en tuberías de agua (kW)

3 Cel_C Consumo de electricidad en

condensación (kW)

4 Cbom_C Consumo de electricidad de bombas (kW)


Se calcula la potencia que debe disipar el conjunto como:

Horp

DemP tubcondcal ⋅

+⋅=

1001

Las pérdidas en tuberías se calculan como:

100tub

condtubp

DemP ⋅=

57

Los equipos del grupo son llamados uno a uno según el orden

que haya establecido el usuario en la creación del árbol, primero

el primer equipo creado, a continuación el segundo, etc.

Se calcula la potencia que debe cubrir cada equipo como:

∑−

=

−=1

1,,

i

jjcondcondicond PPP

Además, en caso de que haya una única bomba para todos los

equipos, la potencia que debe cubrir el equipo se ve afectada por

una curva correctora en función de la parcialidad de la carga del

conjunto.

FCPicondicond fPP ⋅= ,'

,

Donde:

02.0=FCPf

Para calcular el consumo de la bomba en caso de ser una única,

se llama a la bomba con los parámetros definidos. En caso de

existir una bomba para cada equipo, la llamada se realizará desde

cada equipo.

El resto de las salidas se calculan como la suma de las salidas

correspondientes de los equipos a los que se llama desde esta

unidad.

58

Figura 4. Diagrama de flujo de los grupos de condensación

Inicio

Lectura parámetros

Puesta a 0 de resultados

Lectura de entradas

Cálculo de la demanda de condensación total para el

equipo

Fin

¿Horario de demanda?

Sí

No

i=0

i=i+1

Asignación de

entradas al equipo

Llamada a torre

Sí

No

¿i=num_equipos?

Lectura de salidas de torre

Cálculo de potencia restante a disipar

Asignación de salidas

¿Tiene bomba?

Sí

No

Cálculo del consumo de la bomba

59

1.4.2.2 Torres de refrigeración. Las torres de enfriamiento son los equipos

encargados de evacuar al medio ambiente la energía térmica

resultante de la cadena de transferencia térmica realizada en el ciclo

frigorífico. S3GET no distingue entre torres de circuito abierto o

cerrado.


Entradas:

Entradas

1 Pcond Potencia a disipar (kW)


Parámetros:


siguiente tabla:

Parámetros

1 Pn Potencia nominal (kW)

2 Pvent Potencia ventilador por celda (kW)

3 N Número de celdas

4 Cont Control

Valores por defecto Torre de refrigeración

Número de celdas 1

Control Ventilador de una velocidad


Salidas

1 Pdisip Potencia disipada (kW)

60

8 Pe,ven Potencia consumida de electricidad en ventiladores (kW)


No existen curvas que modifiquen el comportamiento de las torres

de refrigeración en S3GET. Así pues, la potencia disipada se

calcula como:

( )condndisip PPMINP ,=

Y la potencia eléctrica consumida:

VENTPOTPP venvene _, ⋅=

Donde POT_VENT es la curva correctora del consumo del

ventilador en función de la carga parcial y la cercanía.

cercFCPfcercecercdFCPcFCPbaVENTPOT ⋅⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+= 22_

Siendo:

bhsal

ven

cond

TTcercPP

FCP

−=

=

Tsal es la temperatura de salida del agua de la torre que se

supone constante e igual a 29.5 ºC. Y Tbh es la temperatura

exterior de bulbo húmedo.

Y:

a b c d e F

-0.000425 1.419128 -0.329438 -0.012533 0.000204 -0.016478

61

1.4.2.3 Sistemas de agua perdida. Permite realizar el intercambio energético

entre una corriente de agua natural y el circuito de condensación.

Estos sistemas no tienen ningún consumo.

62

2 VALIDACIÓN DE LOS MODELOS

Se ha realizado una comparación exhaustiva de los modelos de los equipos

primarios de S3GET con los de CALENER con el objeto de validar los

resultados y asegurar así que los modelos con las hipótesis simplificadoras

consideradas siguen aportando buenos resultados.

Así pues, se han considerado los equipos primarios divididos en tres grupos,

equipos generadores de calor, equipos generadores de frío y sistemas de

disipación de energía. Estos grupos están formados por los siguientes equipos:

- Generadores de calor:

o Calderas

- Generadores de frío:

o Enfriadoras



- Sistemas de disipación:

o Torres de refrigeración

No se han validado los modelos de los equipos de cogeneración ni de los

intercambiadores de agua bruta ya que se consideran equipos no

consumidores.

Dado que el objetivo de la herramienta no es aportar valores absolutos, sino

relativos, la validación de los equipos se ha realizado en esta línea, aunque se

mostrará en este trabajo que los modelos se ajustan a los de CALENER

también en términos absolutos.

Durante la validación de los equipos, se ha comprobado la fuerte dependencia

del comportamiento de los equipos con ciertos parámetros que han llevado a

considerar límites en algunos de éstos que en un principio no se consideraban.

A modo de ejemplo, se puede citar la fuerte dependencia del comportamiento

63

de las enfriadoras con la temperatura de entrada al condensador o con el

funcionamiento a carga parcial.

- Efecto del límite en las curvas afectadas por la temperatura del aire en

enfriadoras condensadas por aire:

Gráfico 1. Temperatura de entrada al condensador de las enfriadoras

64

Gráfico 2. Rendimiento medio mensual de las enfriadoras antes de definir límites

Gráfico 3. Rendimiento medio mensual de las enfriadoras con un límite inferior en la temperatura

de entrada al condensador

65

- Efecto de la temperatura de entrada al condensador si en enfriadoras

condensadas por agua:

Gráfico 4. Efecto de distintos límites de temperatura de entrada al condensador

- Efecto del límite en el factor de carga parcial:

66

Gráfico 5. FCP para enfriadoras en CALENER

Gráfico 6. Efecto de distintos límites de FCP en enfriadoras

67

2.1 Equipos

Para la validación de los equipos se ha montado con la herramienta

CALENER-GT el edificio que define la ASHRAE para el cálculo de sistemas

de grandes edificios terciarios. Este edificio consta de un único espacio con

ventanas orientadas al sur y una alta carga interna. Tiene un área en planta

de 48 m2 y la altura del espacio es de 2.56 m. El área total de ventana es

de 12 m2.

Figura 5. Vista del edificio generado en CALENER

A éste edificio se le ha asignado una climatizadora de aire primario con una

potencia suficientemente alta tanto de calor como de frío y, conectados a

sus baterías, cada uno de los equipos bajo estudio. Esto ha generado la

siguiente lista de casos.

2.1.1 Generadores de calor:

a. Caso 1. Caldera eléctrica.

b. Caso 3. Caldera convencional.

c. Caso 5. Caldera de condensación.

68

d. Caso 7. Caldera de ACS eléctrica con acumulador y sin apoyo

solar.

e. Caso 8. Caldera de ACS eléctrica con acumulador y con apoyo

solar.

f. Caso 9. Caldera de ACS convencional con acumulador y con

apoyo solar.

2.1.2 Generadores de frío.

a. Caso 2. Enfriadora con compresor eléctrico condensada por aire.

b. Caso 4. Enfriadora con compresor movido por un motor de

combustión interna, condensada por aire.

c. Caso 6. Máquina de absorción de llama directa condensada por

agua.

d. Caso 10. Bomba de calor de 2 tubos condensada por agua.

e. Caso 11. Enfriadora con compresor eléctrico condensada por agua.

2.1.3 Subsistemas de disipación.

a. Caso 12. Torre de refrigeración de circuito abierto.

Todos estos casos han sido analizados para tres ciudades españolas

características, Madrid, Sevilla y Burgos, triplicando así la casuística. No se

ha considerado necesario definir más de un edificio ya que para la

validación de los sistemas primarios el comportamiento del edificio es

indiferente, no se ven afectados más que en la modificación de la demanda

y ésta se modifica también debido a los distintos climas, que sí se han

tenido en cuenta.

Para hacer la validación, se han obtenido numerosos resultados

intermedios de cada uno de los casos que han sido utilizados para mejorar

los modelos, como los comentados en el apartado anterior. Y como dato

comparativo final, se ha obtenido el rendimiento medio mensual de los

equipos tanto en CALENER, a través del PostCALENER, como en el

S3GET. Los resultados han sido graficados por bloques para una mejor

lectura.

69

- Generadores de calor:

Gráfico 7. Rendimiento medio mensual de equipos generadores de calor

Se puede observar en la gráfica cómo los resultados de S3GET se

ajustan de manera muy precisa a los resultados de CALENER,

quedando un poco por debajo de la línea de 45 grados (del lado de la

seguridad) en algunos casos. Estos casos se corresponden con meses

en los que el dimensionado de los equipos queda muy por encima de la

demanda, siendo en todos los casos el factor de carga parcial en cada

hora menor de 0.1. Y en el caso de los datos línea roja,

70

correspondientes al mes de agosto, el mayor FCP horario del mes es de

0.009.

- Generadores de frío:

Gráfico 8. Rendimiento medio mensual de equipos generadores de frío

Puede observarse también para el caso de las enfriadoras un buen

ajuste de los valores del S3GET con respecto a los de CALENER. Los

valores que quedan por debajo de la línea rodeados por un círculo rojo

vuelven a corresponderse con valores del FCP muy bajos.

- Subsistemas de disipación:

71

El único equipos de disipación que se ha validado es la torre de

refrigeración a circuito abierto ya que en CE3 no existen las torres

de circuito cerrado y los sistemas de agua bruta no consumen y,

por tanto, no necesitan ser validados.

En la documentación de CALENER no aparecen curvas de

funcionamiento que afecten a la capacidad de la torre de

refrigeración dependientes de los parámetros que afectan al

S3GET (FCP y temperaturas de funcionamiento), por tanto, el

primer paso ha sido sacar una correlación que simule el

comportamiento de la torre de CALENER con los parámetros que

afectan al S3GET.

La correlación obtenida ha sido la siguiente:

𝐶𝑜𝑛𝑠 = (𝑎0 + 𝑎1 ∙ 𝐹𝐶𝑃 + 𝑎2 ∙ 𝐹𝐶𝑃2 + 𝑎3 ∙ ∆𝑇 + 𝑎4 ∙ ∆𝑇2 + 𝑎5 ∙ 𝐹𝐶𝑃 ∙

∆𝑇) ∙ 𝑃𝑜𝑡 𝑛𝑜𝑚

Donde:

- FCP es el factor de carga parcial al que está funcionando la

torre en cada momento.

- ∆T es la diferencia entre la temperatura del agua a la salida de

la torre y la temperatura de bulbo húmedo.

Además,

a0 a1 a2 a3 a4 a5

-0.000425 1.419128 -0.329438 -0.012533 0.000204 -0.016478

Obteniéndose un R2 = 0.99930481

72

Gráfico 9. Correlación torre de refrigeración

Implementando esta correlación en el CE3, se obtienen los

siguientes resultados:

73

Gráfico 10. Rendimiento medio anual de torres de refriegración

74

Gráfico 11. Consumo eléctrico en torres de refrigeración

Puede observarse que la correlación aporta resultados excelentes

del comportamiento de la torre.

2.2 Medidas de mejora

Dado que el objetivo del programa CE3 y, por ende, el de la herramienta

S3GET, es hacer cálculos comparativos entre varias situaciones, las

pruebas más importantes de validación han estado orientadas a los efectos

sobre los consumos de las medidas de mejora que se pueden aplicar a los

equipos.

Las medias de mejora implantadas en el CE3-GT son las siguientes (en

cursiva las que afectan a los primarios):

- Modificación del nivel de aislamiento en muros de fachada cubiertas.

- Modificación del nivel de aislamiento en cubiertas.

- Modificación del nivel de aislamiento en suelos.

75

- Corrección de puentes térmicos.

- Modificación/sustitución de acristalamientos.

- Instalación y/o modificación de protecciones solares.

- Modificación del caudal de aire exterior (infiltración).

- Modificación del caudal de aire exterior (ventilación).

- Sustitución de planta enfriadora por otra de mejor rendimiento o mejora

del rendimiento.

- Sustitución de equipo autónomo por otro de mejor rendimiento.

- Fraccionamiento de la potencia frigorífica.

- Sustitución de la caldera por otra de mejor rendimiento o mejora del

rendimiento.

- Fraccionamiento de la potencia calorífica.

- Empleo de la producción térmica solar.

- Instalación de acumuladores, disminución de la temperatura de

acumulación.

- Mejora del aislamiento acumuladores.

- Incorporación de enfriamiento gratuito.

- Incorporación de recuperación aire de extracción.

- Incorporación de enfriamiento evaporativo a aire de ventilación.

- Incorporación de enfriamiento evaporativo a condensadores de aire.

- Preenfriamiento de unidades de tratamiento mediante agua de torre.

- Mejora del factor transporte de aire por reducción pérdidas de carga.

- Mejora del factor de transporte por mejora rendimiento ventiladores.

- Mejora del rendimiento en ventiladores de caudal variable por regulación

mediante variadores de frecuencia.

- Mejora del rendimiento de las luminarias y las lámparas.

- Mejoras por control de circuitos.

Así pues, se han aplicado estas medidas de mejora a los casos arriba

mencionados. Se ha graficado la mejora debida a la medida en concreto

como el incremento porcentual del rendimiento en función de un caso base.

Para el conjunto de las calderas se ha tomado como caso base el caso 1 y

para las enfriadoras el caso 2, para cada una de las ciudades calculadas.

76

- Equipos de generación de calor en Madrid:

Gráfico 12. Mejoras del rendimiento medio anual en equipos generadores de calor

a. Mejora 1: Se cambia el tipo de caldera eléctrica a caldera convencional

de gas natural.

b. Mejora 2: Se cambia el tipo de caldera eléctrica a caldera de

condensación de gas natural.

c. Mejora 3: Se añade a la caldera eléctrica un acumulador con Tcond=50ºC

y unas pérdidas de 10W/m2.

d. Mejora 4: Se añaden a la caldera eléctrica un acumulador con Tcond=50ºC

y unas pérdidas de 10W/m2 y un sistema de captación que cubre el 20%

de la demanda de calor.

e. Mejora 5: Fraccionamiento de potencia

- Equipos de generación de frío Madrid:

77

Gráfico 13. Mejoras del rendimiento medio anual en equipos generadores de frío

a. Mejora 1: Se cambia el tipo de enfriadora con compresor eléctrico

condensada por aire a enfriadora con motor de combustión interna.

b. Mejora 2: Se cambia el tipo de enfriadora con compresor eléctrico

condensada por aire a máquina de absorción accionada con llama

directa.

c. Mejora 3: Se cambia el tipo de enfriadora con compresor eléctrico

condensada por aire a bomba de calor de 2 tubos.

d. Mejora 4: Se cambia el tipo de enfriadora condensación de aire a agua.

e. Mejora 5: Fraccionamiento de potencia

2.3 Sistemas

78

Una vez comprobado que los equipos por separado se comportan de

manera adecuada, tanto primarios (en este proyecto) como secundarios

(en el proyecto Software de Simulación de Sistemas de Grandes Edificios

Terciarios- Sistemas Secundarios elaborado por José Sánchez Ramos), se

ha considerado necesario hacer una validación del sistema completo. Para

ello se ha modificado el S3GET haciendo que acepte como entrada de

datos del edificio los calculador por CALENER en lugar de los calculados

con el programa CE3 y así poder desacoplar la demanda del edificio del

funcionamiento de los sistemas ahora completos.

A modo de ejemplo, se han analizado los siguientes casos:

- Caso 1: El mismo edificio utilizado para las pruebas de los equipos,

situado en Madrid. Se pretende combatir la carga con una UTA de

caudal variable de 6 kW de potencia total en la batería de frío y 4 kW de

potencia en la de calor. A esta climatizadora se conecta un grupo de

primarios formado por una caldera de baja temperatura de 4.5 kW de

potencia y una enfriadora con compresor eléctrico condensada por aire

de 6.5 kW de potencia.

- Caso 2: Igual que el caso 1 pero situado en Burgos.

- Caso 3: Igual que el caso 1 pero la UTA tiene recuperador de calor.

79

Gráfico 14. Rendimiento medio anual de sistemas completos

Se debe hacer notar que los rendimientos de los equipos secundarios

calculados con la herramienta S3GET son menores que los calculados con

CALENER, de ahí la diferencia de resultados entre ambos programas.

80

3 EJEMPLO PRÁCTICO

El siguiente ejemplo pretende ilustrar el sencillo funcionamiento de la

herramienta de certificación CE3-GT.

3.1 Presentación del caso

Este caso corresponde a un edifico de oficinas, con una planta sótano y dos

plantas sobre rasante. El edificio corresponde a la tipología Gran Terciario. Su

año de construcción es el 2003 y está situado en una localidad genérica

correspondiente a la zona climática B3.

La definición geométrica en este primer caso se realizará mediante definición con ayuda de planos *.dxf y la definición constructiva mediante la opción por usuario (información detallada). La planta sótano tendrá una altura de 3m, mientras que la planta sobre rasante

tendrá una altura de 3,72m la primera y 2,75 m la segunda (no acondicionada).

A continuación, se muestran los esquemas de las tres plantas con su

distribución de espacios:

Planta Sótano Edificio de oficinas

81

Planta 1 Edificio de oficinas

Planta 2 Edificio de oficinas

3.2 Datos generales

Una vez se ha iniciado la aplicación, se debe crear un nuevo proyecto y, dentro

de éste, un nuevo caso. Aparece entonces, el primer formulario de entrada de

datos, que consta de dos fichas:

- Datos generales. En esta pantalla se debe introducir la información que

se muestra en la tabla siguiente:

DATOS GENERALES

TIPO DE EDIFICIO Edificio Gran Terciario

82

AÑO DE CONSTRUCCIÓN Entre 1979 a 2006

DEFINICIÓN GEOMÉTRICA Definición con ayuda de planos *dxf

OTROS DATOS GENERALES Localidad genérica zona climática B3

(altura 0m)

ORIENTACIÓN EDIFICIO 350º

Datos administrativos. En este formulario se añaden todos aquellos detalles

que, no siendo imprescindibles para el cálculo, proporcionan información sobre

el proyecto y su autor.

DATOS GENERALES

DATOS ADMINISTRATIVOS

83

3.3 Definición Constructiva Por usuario (información detallada) excepto los huecos que se definen por usuario (información general) En esta modalidad el usuario podrá introducir, utilizando las bases de datos de

elementos constructivos de LIDER/CALENER, la información de cada elemento

capa a capa. Se debe elegir el material de construcción y el espesor, y

añadirlos a la lista hasta completar la composición completa del cerramiento.

Cuando se complete la composición del cerramiento, éste se añadirá a la lista y

aparecerá registrado en el árbol del edificio. En el caso de huecos se

seleccionan los constituyentes del marco y acristalamiento, permeabilidad, etc.

Los cerramientos a definir en el edificio tienen la siguiente composición:

Fachada exterior:

84

Cubierta:

Tabiques interiores:

Forjado del vestíbulo de la planta baja:

Forjado plantas 1:

85

Cerramiento horizontal en contacto con el terreno:

Cerramiento vertical en contacto con el terreno:

Huecos (independientemente de su tamaño):

PROPIEDADES DEL HUECO

VIDRIO Doble 4-6-4

MARCO Metálico con rotura de puente térmico entre 4 y

12 mm

% MARCO 10

PERMEABILIDAD AL

AIRE

50 m3/(h/m2)

De esta manera se introducen todos los cerramientos del edificio, a modo

ilustrativo se muestra la pantalla correspondiente a la definición de la fachada y

de los huecos:

86

FACHADA

Los huecos se definen por usuario (información general) HUECOS

87

3.4 Definición Geométrica Definición con ayuda de planos *.dxf Con esta opción la definición geométrica del edificio se realiza importando a la

aplicación los planos de cada una de las plantas en formato dxf.

Para la realización de este caso práctico, se utilizarán los archivos dxf

correspondientes a las plantas sótano, primera y segunda. El primer paso es

cargar el fichero dxf de la planta sótano, seleccionándolo el directorio

correspondiente y pulsando el botón “Abrir”:

88

Una unidad del dibujo equivale a 0.01 metro. Por cada planta definida se

introducirá el valor correspondiente a la altura de las plantas y la cota a la que

se encuentran. Es aconsejable identificar cada tipo de línea del .dxf con el

cerramiento por defecto correspondiente, de manera que, al cargar los

cerramientos, éstos se asignen directamente. Se detalla a continuación a qué

cerramiento corresponde cada tipo de línea:

El tipo de línea "Continuous" equivale a la tipología “FACHADAS”

- El tipo de línea "LÍNEAS_OCULTAS" equivale a la tipología

“PARTICIÓN INTERIOR VERTICAL”

CARGAR PLANTA SÓTANO

89

Tras aceptar, ya aparece cargada la planta y todos sus espacios.

Una vez generadas la planta baja con sus espacios se pulsará el comando,

Crear forjados y posteriormente Crear cerramientos.

90

PLANTA SÓTANO

Se debe comprobar que la composición de cada cerramiento coincide con la

deseada, pulsando con el botón derecho del ratón en cada cerramiento creado.

91

Una vez finalizada la planta sótano, se procede de igual forma con las plantas

primera y segunda.

Una vez cargadas todas las plantas, se debe añadir la cubierta en las zonas

P01_E01, P01_E02, P02_E01, P02_E02, P02_E03, P02_E04, P02_E05,

P02_E06, P02_E07 y P03_E01 pinchando con el botón derecho sobre cada

zona y seleccionando “Crear cubierta”.

CASETÓN

3.5 Definición de las Condiciones Operacionales y Funcionales COF

Para los tipos de edificio pertenecientes a la categoría de edificio gran terciario,

las condiciones operacionales y funcionales se pueden definir en detalle,

espacio a espacio, mediante el botón COF (definición operacional).

En el presente caso práctico, los espacios habitables presentan dos tipos

distintos de condiciones operacionales que deben ser definidas por el usuario:

- Condición operacional “GT2”.

92

- Condición operacional “GT2-No_acondicionado”.

Nombre zona Planta Condición operacional

Sala polivalente Sótano GT2

Sala reuniones Primera GT2

Sala guías Primera GT2

Cap. Comarcal Primera GT2

Sala de visitas Primera GT2

Área administrativa Primera GT2

Área técnica Primera GT2

Resto espacios (Varias) GT2-No_acondicionado

Las condiciones operacionales en el edificio son las siguientes:

Descripción GT2 GT2-No_acond

Cargas internas

Ocupación Descripción = Ocupación

de sala

Descripción = Ocupación

de sala

Horario = GT2_cargas Horario = GT2_cargas

Área/personas =12 Área/personas =12

Iluminación Tipo iluminación =

fluorescente suspendida

Tipo iluminación =

fluorescente suspendida


W/Área =12 W/Área =12

Equipos W/Área =20 W/Área =20


Ventilación/Infiltración

Renovaciones/hora o caudal 1 ren/hora 1 ren/hora

Horario ventilación GT2_vent GT2_vent

Equipo de acondicionamiento

Tipo de espacio Acondicionado No acondicionado

Tª consigna máxima Horario refrigeración-t -

Tª consigna mínima Horario calefacción-t -

Funcionamiento del equipo GT2_eq -

Para las dos condiciones operacionales, debemos definir todos los valores y los

horarios correspondientes al edificio. Los horarios GT2_cargas, GT2_vent y

93

GT2_eq, vienen definidos en base horaria de la siguiente manera para una

semana tipo, que se repite la semana tipo a lo largo de todo el año excepto en

agosto (semanas 32 - 35) que su valor es nulo en todas las horas:

Horario para las cargas internas:

Hora De lunes a viernes (%)

Sábado (%) Domingo (%)

1 0 0 0

2 0 0 0

3 0 0 0

4 0 0 0

5 0 0 0

6 0 0 0

7 0 0 0

8 10 10 0

9 20 10 0

10 90 30 0

11 90 30 0

12 90 30 0

13 90 30 0

14 90 10 0

15 40 10 0

16 40 10 0

17 90 10 0

18 90 10 0

19 90 0 0

20 90 0 0

21 10 0 0

22 10 0 0

23 0 0 0

24 0 0 0

Horario para la ventilación y equipos:

Hora De lunes a viernes Sábado (%) Domingo (%)

94

(%)

1 0 0 0

2 0 0 0

3 0 0 0

4 0 0 0

5 0 0 0

6 0 0 0

7 0 0 0

8 100 100 0

9 100 100 0

10 100 100 0

11 100 100 0

12 100 100 0

13 100 100 0

14 100 100 0

15 100 100 0

16 100 100 0

17 100 100 0

18 100 100 0

19 100 0 0

20 100 0 0

21 100 0 0

22 100 0 0

23 0 0 0

24 0 0 0

El primer paso es definir el horario GT2, para las cargas, haciendo clic con el

botón izquierdo del ratón en la opción cargas internas y a continuación hacer

clic en el botón secundario del ratón y seleccionar la opción “Nuevo Horario”.

95

A continuación, se seleccionan los días correspondientes y se le asignan los

perfiles en base horaria apropiados (diferenciando en este caso tres esquemas

horarios distintos: los días de lunes a viernes, los sábados y los domingos).

Cada esquema horario se identifica en la tabla con un color diferente. Una vez

definidos todos los valores del horario se guarda con un nombre y aparecerá en

el árbol de horarios correspondiente a las cargas internas.

HORARIO GT2

96

Análogamente al horario de las cargas internas, se crea el horario

correspondiente a la ventilación:

HORARIO GT2_vent

97

E igualmente, el de funcionamiento de los equipos haciendo clic con el botón

derecho sobre Equipo Acondicionador y seleccionando “Nuevo horario” y

siguiendo los mismos pasos de definición que para el de ventilación.

Una vez definido los horarios, seleccionamos cualquiera de las COF que

existen en el árbol y le modificamos el nombre y pulsamos el botón aceptar, y

de esta manera se añade nuestra nueva COF en el árbol de Condiciones

operacionales, por lo que sólo queda completar el resto de campos que

describen la condición operacional y funcional con los valores de nuestro

edificio según las tablas anteriores.

CONDICIÓN OPERACIONAL GT2

Después de rellenar todos los campos, al pulsar el botón aceptar, aparecerá el

siguiente mensaje informativo por pantalla, que nos permite modificar la

condición (si hacemos clic en SI) o bien crear una nueva condición operacional

(si hacemos clic en NO) conservando además una copia de la anterior.

99

Para generar la condición operacional GT2_no acond, simplemente se debe

modificar de la COF GT2, el Tipo de espacio a No acondicionado de la

lengüeta Equipo de acondicionamiento y guardar la condición con el nombre

correspondiente.

CONDICIÓN OPERACIONAL GT2_no acond

3.6 Definición de los Sistemas de Acondicionamiento

Instalación de climatización El sistema de climatización está formado por fan coils y el equipo generador es una

bomba de calor de 2T condensada por aire situada en la planta cubierta. Las

características técnicas de la bomba de calor son las siguientes:

• Potencia nominal de refrigeración: 38.30 kW

• Potencia nominal de calefacción: 39.20 kW

• EER: 3

• COP: 3

• Temperatura de impulsión: 7 ºC

100

• Comienzo del funcionamiento en modo refrigeración: 1 de abril

• Comienzo del funcionamiento en modo calefacción: 1 de noviembre

• Se deprecian las pérdidas en tuberías

La bomba del subsistema primario tiene las siguientes características:

Nombre

Tipo de control

Potencia (kW)

Caudal (L/h)

Altura (m)

Rend motor

Rend mecánico

B Velocidad cte 0.75 7200 23.3 0.8 0.77

Los fan coils presentes tienen un factor de transporte (consumo específico

ventiladores) de 0.1 W/(m3/h) y se encuentran en las siguientes zonas del edificio (el

resto de espacios no se encuentran acondicionados):

Nombre zona Planta Tipo Fan coil

Sala polivalente Sótano FC1

Sala reuniones Primera FC1

Sala guías Primera FC1

Cap. Comarcal Primera FC2

Sala de visitas Primera FC3

Área administrativa Primera FC4

Área técnica Primera FC5

Los fan coils presentes en los planos de instalaciones las siguientes características:

Nombre

Potencia batería frío (kW)

Potencia calefacción (kW)

Control del ventilador

Caudal ventilador impulsión (m3/h)

Control de la bomba

Caudal nominal de la bomba (l/h)

FC 1 2.18 2.84 Caudal cte 472 V. de 2 vías 490





A todos se les supone unas pérdidas en tuberías correspondientes a tuberías

cortas y con un aislamiento alto.

101

Definición de los sistemas primarios/condensación Para la definición de los sistemas del edificio, en primer lugar se definen los

primarios. Para ello, comenzamos haciendo clic con el botón derecho del ratón

y seleccionando dentro de “Añadir conjunto de primarios” la opción “Conjunto

general de primarios”.

Seleccionamos una única bomba para todos los equipos y rellenamos toda la

información referente a los datos generales, la bomba, el tipo de control en

calefacción y refrigeración y las pérdidas en las tuberías.

GRUPO GENERAL DE PRIMARIOS

102

A continuación definimos la bomba de calor 2T, para ello hacemos clic con el

botón derecho del ratón y seleccionando la opción “Añadir bomba de calor 2T”.

103

BOMBA DE CALOR 2 TUBOS

104

Dado que la bomba de calor está condesada por aire, no es necesario definir

sistemas de condensación.

Definición de los sistemas secundarios En segundo lugar se definen los secundarios. Para ello, comenzamos haciendo

clic con el botón derecho del ratón y seleccionando dentro de “Añadir

secundario” la opción “Fan coil” y dentro de ésta la opción “Fan coil 2 tubos”.

Hacemos esto siete veces, una por fan coil que debemos definir.

105

Para una mejor organización, modificamos el nombre de los fan coils

asignándoles el nombre correspondiente al tipo de fan coil más una letra del

abecedario en caso de que haya varios fan coils de mismo tipo.

A continuación definimos cada uno de los fan coils, indicando todas sus

características y asignando cada uno a su espacio correspondiente del edificio.

A modo de ejemplo, se muestra la pantalla de definición del fan coil FC1a

FAN COIL FC1a

106

Definición de las asociaciones entre primarios y secundarios

En este caso tenemos un único primario que está asociado a todos los fan

coils.

Definición de los sistemas de iluminación En este caso todos los espacios poseen una iluminancia media de 300 lux y el

valor de la eficiencia energética de la instalación de referencia es de 3.5.

SISTEMA DE ILUMINACIÓN

107

3.7 Cálculo de la calificación

Una vez introducidos todos los datos del edificio en el programa, se procederá

a calcular la calificación. Para ello se debe pulsar el botón “Calificación” y el

programa comenzará a realizar los cálculos:

3.8 Resultados

Después de calcular se muestra un resumen de los resultados por pantalla.

108

Mediante la opción “Imprimir Informe Completo” se puede obtener un informe

completo donde se resumen los datos de entrada y los resultados del caso.

proyecto fin de máster: s3getbibing.us.es/proyectos/abreproy/70207/fichero/pfm_pmau_versión... ·...

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