Cálculo de cargas térmicas inicales CLIMA

Recuperamos el archivo con los valores del ejemplo de la unidad EIT07 y vemos que la carga térmica originada en septiembre por la radiación solar en los huecos es muy alta (julio y agosto eran meses en los que no se usaba el aula-laboratorio). Por ello, deberemos colocar algún tipo de protección de la radiación solar para mejorar la eficiencia energética.

Planteamos dos mejoras para reducir la radiación solar. Por un lado, deberíamos tener en cuenta el voladizo existente en el edificio en la fachada sur y, por el otro, podríamos colocar lamas horizontales que permitan mayor sombreamiento en verano, pero que, en invierno, dejen pasar la mayor parte de la radiación. Utilizaremos el programa Sustainable by Design, ya empleado anteriormente, y obtenemos los siguientes datos:

1. Las medidas del voladizo no son las más recomendables para una latitud de 42 º N, tal como vemos en la imagen. No obstante, la colocación de lamas horizontales lo hacen innecesario, salvo que su utilidad fuera para colocar los paneles solares FV sobre el mismo.
2. Si colocamos lamas horizontales con un ángulo de 0 º, conseguimos que no entre radiación directa en septiembre a través del muro acristalado. Sí que entrará radiación difusa y reflejada que, como vemos, ascendería 78%-74% = 4 %. Por ello, podemos considerar un factor solar de 0,04, que es el mismo a las 12 h o 13 h solares (14 h o 15 h oficiales). Lógicamente, está también la alternativa de poner cortinas especiales de tipo solar.
3. Cuando llegue el invierno o, en su caso, haya bajas temperaturas, las lamas horizontales pueden inclinarse un ángulo de 30 º hacia arriba para captar mayor radiación solar. En este caso se daría preferencia a la eficiencia energética frente a las vistas desde el aula-laboratorio. Obviamente, el sistema de lamas orientable o, incluso persianas eléctricas, podrían domotizarse con un simple circuito de control activado por sondas de temperatura y detectores de radiación.

De momento, optamos por la solución más simple y, en consecuencia, introducimos el factor solar de 0,04 en CLIMA y obtenemos la nueva carga térmica:

Lamas horizontales

Cálculo de cargas térmicas con mejoras CLIMA

Circuito hidráulico

El circuito de agua podría responer al siguiente esquema (no está representado el circuito de drenaje, en el que hay que conecatar los fancoils con un desagüe que evacue el  agua que pudiera condensarse) . En el gráfico, vemos el cálculo de los caudales para el funcionamiento en modo refrigeración, ya que es el modo más desfavorable y donde circulará mayor caudal de agua. También vemos que el salto térmico planteado es de 5 ºC y la temperatura del circuito de agua en verano hemos estimado que será de 16 ºC, para evitar condensaciones y crear un ambiente más agradable. Corrientes de aire a 10 ºC no son muy saludables.

Recuerda que:

Los valores de densidad y calor específico a 16 ºC los obtenemos de tablas o de la calculadora online "herramientas de ingeniería":

Selección fancoils

Al seleccionar un recuperador de calor entálpico, las cargas térmicas sensible y latente varían algo respecto a los cálculos que se hicieron en la Unidad 7, donde se seleccionó un recuperador sensible. Por lo tanto, los datos de partida esenciales son:

Carga térmica calefacción:    5 410 W (valor obtenido en el ejemplo de la UD07)

Carga térmica refrigeración:  5 690 W

Respecto a los emisores, podríamos utilizar la bomba de calor con suelo radiante como elemento de calefacción y también de refrigeración, ya que el suelo refrescante, en las zonas interiores de la Península, con bajas humedades en verano, lo permiten sin problema. Otra cosa son los suelos radiantes en zonas de alta humedad (zonas costeras), ya que se producen fácilmente condensaciones y, con frecuencia hay que complementar la instalación con alguna unidad deshumidificadora. En todo caso, las temperaturas de impulsión en el suelo radiante o en fancolis, deberemos aproximarlas a valores superiores a 12 ºC para garantizar que no se alcanza la temperatura de rocio.

En este problema, no obstante, para mostrar otro tipo de soluciones de las vistas hasta ahora (radiadores, aire por conductos y suelo radiante), vamos a optar en este caso por fancoils. En definitiva, tenemos una bomba de calor (BC) de tipo aire-agua, con apoyo FV y con fancoils como terminales. La selección de los equipos la haremos con ayuda de catálogos y programas de los distintos fabricantes.

El caudal de agua que deberá circular por cada fancoil, con un salto térmico de 5 ºC, es de aproximadamente 245 l/h. Se trataría de buscar en catálogos, los equipos que pudieran funcionar con esta condiciones. Por ejemplo, el modelo de la imagen, en su funcionamiento a menor velocidad (bajo ruido y menos molestias) nos puede servir. Hay que pensar que, al tener 4 fancoils iguales, cada uno debe aportar 1,5 kW aproximadamente.

En el del ejemplo, el modelo IQC30, con la menor velocidad aporta 1,82 kW en refrigeración, aunque con un salto térmico entre el fancoil y el ambiente de 27 - 10 = 17 ºC, suponiendo una temperatura media en el equipo de 10 ºC (entre 7 ºC y 12 ºC).

Como pensarás, acertadamente, con los fancoils ocurre lo mismo que con los radiadores. Su potencia depende de la temperatura media del equipo, de su salto térmico, de la temperatura ambiente y de las características del fancoil. En el radiador teníamos el exponente "n" y aquí tenemos, además de los mismos factores que en un radiador de convección natural, la velocidad del ventilador. Ya sabes que un fancoil es, de manere simplificada, una especie de radiador con un ventilador.

En nuestro caso, deseamos que la temperatura media sea de 16 ºC, por lo que el salto térmico entre el fancoil y el ambiente sería de 27 - 16 = 11 ºC.  Eso supone una potencia de refrigeración menor de 1,82 kW. Si, en ausencia de más datos por el fabricante, suponemos que el exponente del fancoil es n = 1,3 (lo supondremos constante para todas las velocidades del ventilador, lo cual no es rigurosamente cierto, pero supone una aproximación razonable):

Es decir, en caso necesario, para las horas de mayor temperatura, los fancoils pueden darnos una potencia de 1,69 kW, que es mayor que los 1,5 kW necesarios. En la mayor parte de los días del año, podrá funcionar a velocidades bajas, con bajo nivel de ruido (31 dB).

En este punto, debes conocer que existen programas de cálculo profesionales que, introduciendo los valores de partida, nos permiten seleccionar el equipo más adecuado de entre una amplia biblioteca de equipos y elementos de distintos fabricantes. Por ejemplo, en la selección del fancoil con el programa CYPE (no es gratuito), nos aparecen pantallas como la siguiente en la que no tendrías dificultad alguna en, con lo que has aprendido, realizar la selección del equipo adecuado.

Configuración de la instalación

La configuración de la instalación podría responder al siguiente esquema. En él vemos la instación fotovoltaica que está conectada en modo autoconsumo y que la energía eléctrica que no es necesaria para la bomba de calor, se inyecta a la red doméstica. En el circuito no se representan todos los elementos necesarios, pero sí los más importantes. Suponemos que la bomba de calor dispone de depósito de inercia para la instalación de los fancoils o, al menos una aguja (depósito adaptador de caudales), para adaptar caudales de circulación entre el primario y el secundario (la bomba de calor tiene un caudal mínimo de circulación que hay que respetar, por ejemplo 300 l/h). Posteriormente se seleccionará la bomba de calor.

Recuperador

La elección del recuperador la haremos con la herramienta de selección de Mitsubishi, Lossnay, de descarga gratuita una vez te registras. Introduciendo los datos del recuperador en verano y considerando una pérdida de carga estática en las tuberías de admisión del aire exterior de 50 Pa (podríamos calcularlo con datos reales), obtenemos el modelo Mitsubishi LGH-100RVXT-E, del cual vemos su precio en el catálogo de precios de la empresa.También podíamos hacer la selección con los datos del recuperadoren invierno y obtener un resultado muy similar (lógicamente variaría el rendimiento):

Bomba de calor

La bomba de calor la podemos seleccionar con WICA, además de obtener las aportaciones energéticas de la instalación FV a lo largo del año. Pero también podemos recurrir a un catálogo de otro fabricante. En este caso, consultaremos el catálogo de MItsubishi y elegiríamos, con los datos que tenemos, la siguiente bomba de calor, compuesta por una unidad exterior, otra interior y un sistema de control mediante Wifi.

Vemos que nos da potencias frigoríficas y de calefacción un poco por encima de nuestras necesidades: entre 6,50 y 6,80 kW en calefacción y entre 5,4 y 6,30 kW en frío, dependiendo de las temperaturs de impulsión. Por otro lado, aporta unos valores magníficos de eficiencia estacional  en calefacción SCOP: con temperaturas de impulsión del agua de 55 ºC tenemos un valor de 3,40 (clima medio) y con una temperatura de impulsión más baja, de 35 ºC, conseguimos un SCOP de 4,75.

Recuerda que el SCOP mide la eficiencia energética estacional de las bombas de calor calculando la relación entre la demanda anual de calefacción y el consumo anual de energía. Tiene en cuenta la eficiencia energética alcanzada para cada temperatura exterior en el clima medio de la norma EN-14825, ponderando su impacto por el número de horas observado para cada una de estas temperaturas.

Finalmente, hay que recordar, que no necesitamos ACS, pero que la unidad interior seleccionada dispone de un depósito de 200 litros. En este caso, hemos optado por disponer de agua caliente por si en el futuro fuera necesario (no encarece excesivamente la instalación).