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SISTEMAS VAV Y FANCOILS
Julián Domene García.
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Es un sistema de climatización “todo aire”que pretende regular las condicionestérmicas de los locales modificando ovariando el caudal de aire introducido, sinmodificar la temperatura del mismo.
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Por ejemplo, si la carga térmica disminuye en ellocal:
deberá entrar aire igual de frío pero en menorcantidad
o bien la misma cantidad de aire a menortemperatura.
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El VAV utiliza el primer caso:
“menos aire a la misma temperatura”.
Para conseguirlo se emplean unas válvulas que seregulan automáticamente en función de latemperatura del local controlada por un termostato.
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DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA VAV
Local 1
Local 2
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ELEMENTOS A CONSIDERAR
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DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA VAV
Local 1
Si la carga térmica disminuye, la temperatura también. Con el
mismo caudal.
Cerrando la compuerta la temperatura volverá a subir
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Si la disminución de caudal ocurrierasimultáneamente en todos los ramales, seproduciría una variación de presión estática quepodría producir un aumento de caudal de aire enlos ramales en los que no ha habido regulación.
Para evitar esto, un presostato colocado en laimpulsión regula una compuerta motorizadasituada en la aspiración para tener siempre lamisma diferencia de presión en el ventilador.
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Local 1
Local 2
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Calcular el caudal total necesario que debe utilizarse enuna instalación VAV de aire acondicionado para treszonas A, B y C, cuyas cargas se indican en el cuadrosiguiente.Las condiciones interiores de cada zona serán de 26ºC yun 60% de humedad relativa.El factor de calor sensible efectivo será de 0,65 y el factorde by-pass de la batería de 0,20.
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lese
se
QQQFCSE+
=
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Suponemos que conocemos la carga térmica de cadauno de los locales que queremos climatizar.
La carga térmica será máxima a una hora determinadadel día, e incluso se puede producir a distinta hora encada local.
Se define la carga máxima contemporánea como elvalor máximo de la suma de cargas a una misma hora. (escon el que se calcula el caudal de aire que se debe tratarcon el sistema VAV).
Se define la carga máxima no contemporánea al valormáximo de las sumas de cargas máximas de todos loslocales.
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Notas a recordar:
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Hora del día
ZONASA B C A+B+C
Máximo contemporáneo10 4 3,5 7,3 14,811 4,5 4 10,9 19,412 6 6,5 12,4 24,913 8 8 8,9 24,914 15,5 11,3 7,5 34,315 13,2 14,2 7 34,416 9,5 17,8 6,4 33,717 8 15,4 5,9 29,318 7,5 13 5 25,6
Cargas térmicas a distintas horas del día y en las diferentes zonas, en KW.
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DIMENSIONADO DEL SISTEMA VAV :
El caudal máximo de aire que debe tratar elacondicionador en un sistema VAV, se calcula apartir del máximo contemporáneo:
( )( )RL
seaire ttf
QQ−−
=134,0
( )
:::
:/: 3
R
L
se
aire
ttf
QhmCaudalQ
Carga sensible efectiva (W)
Factor de by-pass batería
Temperatura local
Temperatura rocío máquinajudomene@ugr.es
34,4 kw26ºC
0,2
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Una vez obtenido el caudal
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Se aumenta un 5% para prevenir posiblesirregularidades en el funcionamiento de lostermostatos
Al elegir el ventilador, éste debe ser capaz desuministrar un caudal superior al 20% del valoranterior, para prevenir sobrecargas en el arranque.
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Calculo temperatura de rocío
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0,65
26ºC
60%
Punto de rocío
14ºCTemperatura de rocío
20
Sustituyendo valores:
( )( ) )1426)(2,01(34,034400
134,0 −−=
−−=
RL
seaire ttf
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hmQaire /417.10 3=
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hmQaire /417.10 3=
+ 5%
hmQaire /938.10 3=
+ 20% para ventilador
hmQaire /126.13 3=
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DESVENTAJAS DEL SISTEMA VAV
Se puede observar que es aconsejable tanto:
• Punto de vista de prestaciones• Punto de vista económico
Puesto que se produce el frío necesario paracontrarrestar la carga térmica en cada momento.
Pero no puede utilizarse en todos los casos:
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Si la carga térmica disminuye mucho, la reducción delcaudal sería muy acusada y el sistema de conducción deaire se desequilibraría, trabajando fuera de lascondiciones de diseño.
El sistema VAV sólo puede aplicarse cuando loscaudales deban bajar hasta un 70 % de los máximos.
En la práctica se consideran tolerancias más amplias.
Esta reducción del caudal es equivalente a laexperimentada por la carga a lo largo del período defuncionamiento.
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Comprobar si es aceptable un sistema VAV, si:
La carga sensible efectiva máxima de diseño es: 23.400 w
La carga sensible efectiva mínima a ser contrarrestada es: 11.500 w.
Variación: 11500 x 100 / 23400 = 49,1 %
Luego no sería correcto aplicar el sistema VAV, ya que la reducción delcaudal tendría que llegar a un 49,1 %.
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UNIDADES TERMINALES
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A estos se hace llegar agua fría mediante una red de tuberías.
El agua se enfría mediante una central enfriadora
El agua que llega al radiador del fan-coil enfría el aire del local aspiradomediante un ventilador.
En invierno la batería puede ser alimentada con agua caliente procedentede una caldera.
Es uno de los sistemas más populares que existen.
Está basado en instalar unos aparatos, serpentín yventilador (llamados fan-coils) en las habitaciones o localesque deben refrigerarse.
Son por lo tanto unidades terminales.
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UNIDADES TERMINALES
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ESQUEMA BÁSICO DE UN FAN-COIL
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UNIDADES TERMINALES
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UNIDADES TERMINALES
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UNIDADES TERMINALES
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a) Que tenga o no toma de aire de ventilación
b) Según la disposición y número de tubos deagua que acceden y salen del fan-coil
CLASIFICACIÓN
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1)El sistema puede diseñarse de forma que elventilador del fan-coil aspire aireúnicamente del recinto.
2)El fan-coil está previsto de una toma deaire exterior y el ventilador lo aspira. Paraevitar el efecto chimenea esta solucióndebe limitarse a edificios bajos yprotegidos del viento.
a) Aire de ventilación
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1) De dos tubos
2) De tres tubos
3) De cuatro tubos
b) Número de tubos
La finalidad de estas disposiciones es controlareficazmente la temperatura del agua que llega a labatería del fan-coil y en consecuencia la temperatura:
del aire enfriado en verano
del aire calentado en invierno
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Dos tubos1 2
Tres tubos
Cuatro tubos
1
1
2
2
3
3 4
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SISTEMA DE DOS TUBOS
BATERÍA DE CALEFACCIÓN
CENTRAL ENFRIADORA
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Se utiliza solamente en las zonas perimetrales de losedificios o locales comerciales.
El sistema puede incluir toma de aire independiente de losfan-coils
Es la versión más económica, sencilla y difundida de losfan-coils
Solo funciona con agua fría en verano y caliente eninvierno
Por esto se emplean los de tres o cuatro tubos
SISTEMA DE DOS TUBOS
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SISTEMA DE TRES TUBOS
Con este sistema la regulación es perfecta, si en un recintonecesita frío, la válvula deja pasar agua fría, si necesita calor,deja pasar agua caliente.
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BATERÍA DE CALEFACCIÓN
CENTRAL ENFRIADORA
El gran inconveniente de estesistema es el retorno común, porlo que resulta antieconómicapuesto que se mezcla el agua fríacon la caliente
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SISTEMA DE CUATRO TUBOS
Con este sistema las baterías de refrigeración y calefacciónpueden funcionar simultáneamente.
La esencia de la instalación está en el doble circuito deretorno.
Se consigue por lo tanto, que no se mezclen el agua fría y lacaliente cuando ocurra que unos fan-coils requieran agua fría yotros caliente en el mismo momento.
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Esta válvula detecta si senecesita frío o calor, pormedio del termostato,dejando pasar el aguacorrespondiente.
Esta actúa simultáneamente conla anterior, desviando el aguacaliente al circuito de aguacaliente, y la fría al circuito defría
Su misión es regular la cantidadde agua caliente o vapor, quellega a la batería de calefacción
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Es muy importante distinguir si se trata de unainstalación de fan-coils:
Con aire tratado centralmente
Sin aire centralizado.
Este aire, cuando lo haya, recibe el nombrede aire primario.
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Instalación con dos tubos y al mismo tiempo unared de conductos que distribuye aire a losambientes, tratado centralmente.
La misma máquina enfriadora de agua se utilizapara enfriar el aire.
Fan-coils con aire primario
El conjunto de fan-coils debe dimensionarse en base a la cargatérmica debida a la iluminación, ocupación y radiación.
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El caudal de aire primario que debe introducirse enlos ambientes se determina a partir de la cargasensible de transmisión.
Otras funciones del aire primario son:
Ventilar el local
Proporcionar la humedad relativa adecuada.
La central frigorífica debe dimensionarse en base ala carga total de todo el edificio o local.
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Cuando sean fan-coils de tres o cuatro tubos:El aire primario debe ser el mínimo necesario para:
1.- Contrarrestar la carga latente del ambiente
2.- Ventilar el local.
Los fan-coils contrarrestarán el resto, la carga sensibledebida:
1.- A la iluminación
2.- Radiación
3.- Transmisión
4.- Ocupación
5.- Etc.
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El agua fría que llega al aparato en verano, debe compensarla totalidad de la carga térmica de refrigeración.
En invierno, el agua caliente debe hacerlo con la carga decalefacción
Si tenemos varias zonas, debemos trabajar con el conceptode carga máxima contemporánea, para dimensionar la centralrefrigeradora.
Para elegir un modelo de aparato, tenemos que conocer por lotanto:
Caudal de aire necesario
Potencia frigorífica del mismojudomene@ugr.es
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1.- Caudal de aire:Se calcula mediante la expresión ya conocida:
La temperatura de rocío la podemos conocer por medio deldenominado Diagrama psicrométrico, mediante el factor decalor sensible efectivo:
( )( )RL
seaire ttf
QQ−−
=134,0
lese
se
QQQFCSE+
=judomene@ugr.es
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2.- La potencia frigorífica del fan-coil, se emplea:
( )SLaireF hhQN −⋅= 33,0
SestadoelenairedelEntalpíahLestadoelenairedelEntalpíah
WencaloríficaPotenciaN
S
L
F
____________
___
===
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Las entalpías se obtienen mediante:
El resultado vendrá expresado en kJ/kg
( )tWth ⋅++⋅= 86,16,2500004,1
O bien:
El resultado vendrá expresado en kcal/kg
( )tWth ⋅++⋅= 4,01,60024,0
Aunque se sigue empleando las Kcal, cada vez másse utiliza el Julio.
1 Kcal=4.187 Jjudomene@ugr.es
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La instalación de fan-coils es apropiada para las zonasperimetrales de los edificios con una fuerte variación de lacarga térmica.
No son apropiados para grandes aforos, debido a ladificultad de regular la humedad ambiente de una formaexacta.
La fiabilidad del sistema depende en gran medida de siutilizamos conjuntamente con los fan-coils aire primario,tratado centralmente.
De esta forma, podemos regular la humedad del local,debido a que el aire contrarresta la carga latente.
La regulación es más efectiva con fan-coils de tres o cuatrotubos, pero más cara.
CONCLUSIONES FINALES
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Finalmente, el tipo de instalación más utilizado es el de dostubos, sin aire primario y sin aire de ventilación; es decir, unsistema que sólo utiliza el agua como fluido frío en verano ycaliente en invierno.
A continuación se expresa en una tabla todas lasposibilidades con comentarios relativos a la capacidad deregulación y al costo.
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Costo de la instalación
Regulación de la temperatura
ambiente
Regulación de la
humedad ambiente
Costo de ejercicio
Dos tubos sin aire primario
De los tres tipos es el de menor costo
Regular Mala Bajo
Con aire primario
Medio Buena Buena Bajo
Tres tubos sin aire primario
Medio Buena Mala El más alto
Con aire primario
Alto Excelente Buena El más alto
Cuatro tubos sin aire primario
Alto Buena Mala El más bajo
Con aire primario
El más alto Excelente Buena El más bajo