La climatización consiste en crear condiciones de temperatura, humedad y limpieza del aire adecuadas para la comodidad en espacios habitados. La climatización puede ser natural o artificial.
La normativa española define climatización como dar a un espacio cerrado las condiciones de temperatura, humedad relativa, calidad del aire y de presión necesarias para el bienestar de las personas y conservación de las cosas.
La climatización comprende tres factores: ventilación, calefacción o climatización de invierno y la refrigeración o climatización de verano. A partir de esta definición se desprende que el concepto Climatización equivale a lo que en inglés se denomina Heating, Ventilating and Air Conditioning, HVAC,
Actualmente la construcción de los edificios, los métodos de trabajo y los niveles de ocupación crean nuevos parámetros que los diseñadores han de tener en cuenta. Los edificios modernos sufren cargas térmicas por la temperatura exterior, laradiación solar, la ventilación, el nivel de ocupación (cada ocupante genera entre 80 y 150 W de carga térmica), la ofimática y la iluminación (estimada de 15 a 25 W/m²).
Todas estas cargas térmicas, para crear un ambiente confortable, deben compensarse a través de la climatización.
Los sistemas de climatización interior y tratamiento ambiental son los más importantes al ser los que percibe los clientes de un establecimiento. En los locales donde las personas realizan una actividad sedentaria (por ejemplo restaurantes) las condiciones de bienestar térmico se establecen mediante los valores de la temperatura operativa y la humedad relativa.
La temperatura operativa es el parámetro empleado para caracterizar la temperatura del local. Puede calcularse de forma aproximada como la media aritmética entre la temperatura seca del aire TS y la temperatura radiante media ponderada TR de las superficies de las paredes y ventanas del local. Lo conveniente es que en verano la temperatura operativa oscile entre 23 y 25ºC y una humedad relativa entre 45 y 60 %. En cambio en invierno la temperatura operativa ha de oscilar entre los 21º y 23º C con una humedad relativa del 40 al 50%.
Para evitar malestar térmico localizado, la velocidad del aire en la zona ocupada deberá ser baja. La limitación de la velocidad depende del tipo de difusión: por mezcla o por desplazamiento. La difusión por mezcla es la habitual en sistemas convencionales: difusores lineales, rotativos y rejillas. La difusión por desplazamiento se emplea en locales con mucha altura (como cines y teatros) y consiste en dejar el aire frío (o climatizado) a ras de suelo. El aire se calienta al entrar en contacto con las fuentes de calor (personas, máquinas) y sube a la parte superior del establecimiento.
Sistemas de climatización (LADILLO)
La ventilación en viviendas está regulada en el documento básico DB HE3 Calidad del aire interior. Es un sistema independiente del de climatización, no obstante es necesario considerar las cargas térmicas de la ventilación en el diseño de la climatización.
Los sistemas aire-aire por expansión directa más utilizados en viviendas consisten en equipos partidos (split) con una o varias unidades exteriores que conectan con unidades interiores que pueden ser de pared, techo o suelo (en estancias como dormitorios y salones); ya unidad interior con conductos que distribuyen el aire climatizado hacia distintas estancias de la vivienda.
En cambio el RITE, modificado por el RD 238/2013 de 5 de abril, regula las instalaciones térmicas y los sistemas de ventilación en locales. Este reglamento contiene exigencias normativas respecto de la ventilación, el filtrado del aire y la recuperación de calor que se deben aplicar a los sistemas de climatización.
Vamos a analizar los sistemas todo aire mediante expansión directa del refrigerante, para una potencia nominal menor de 70 kW y que generalmente son sistemas formados por dos subsistemas (mixtos):
–Subsistema de Unidad de Tratamiento de Aire (UTA) encargado de filtrar el aire antes de introducirlo en el local, y que admite o no realizar su tratamiento térmico. Puede incluir recuperador de calor del aire que se extrae al exterior.
–Subsistema de unidades terminales (split) pueden ser de techo, pared, suelo o con conductos. Generalmente están conectadas a una o varias unidades exteriores.
Aspectos del diseño de la ventilación en locales climatizados (LADILLO)
Los sistemas de ventilación diseñados según el RITE consideran la impulsión de aire exterior a los locales, al aportar en condiciones climatológicas extremas una carga térmica que hay que vencer en el interior del local climatizado. Un mal diseño afecta el sistema energético.
Los aspectos fundamentales que hay que considerar en el diseño de la ventilación son limitar la ventilación, el enfriamiento nocturno y el Free-cooling: (aprovechar las condiciones térmicas del exterior idóneas para enfriar el local exclusivamente mediante el uso del sistema de ventilación. Es Obligatorio en subsistemas de climatización del tipo todo aire, de potencia nominal mayor a 70 kW en régimen de refrigeración).
Climatización aire-aire expansión directa sin recuperador de calor (LADILLO)
Las soluciones para este tipo de sistemas, en los que no se precisa la instalación de recuperador de calor, son:
–Sistema mixto independiente con ventilación con y sin tratamiento térmico: consiste en un sistema formado por dos subsistemas independientes: el sistema de ventilación aporta aire del exterior, puede estar tratado térmicamente, y lo impulsa en el local de manera independiente a las unidades terminales de climatización, que tratan el aire interior.
En este caso, las unidades terminales deben diseñarse teniendo en cuenta las cargas de la ventilación, se ha de asegurar la correcta distribución del aire de ventilación. La unidad de tratamiento del aire puede tratarse térmicamente para resolver la carga que hay que vencer en las condiciones extremas climatológicas, simplemente atemperándolo o hasta igualar las condiciones interiores; también puede ser una resistencia eléctrica que actúen en invierno.
-Sistema mixto con ventilación conectada a las unidades interiores: se trata de un sistema en el que el aire de ventilación está conectado a la aspiración de las unidades terminales interiores siempre que el caudal de aire del primero no supere al de las unidades terminales. La solución consiste en limitar a un porcentaje del caudal impulsado por la unidad la cantidad de aire exterior que entre en los equipos.
-Sistema mixto con equipo compacto: consiste en utilizar un equipo compacto de climatización, y no partido (split). En este caso, dicho equipo toma y expulsa el aire por la fachada del local. También incorpora una unidad de ventilación por las pérdidas de presión en el equipo compacto.
-Sistema todo aire: en él existe un único equipo que realiza el tratamiento térmico y el filtraje del aire de ventilación tomado desde el exterior y previamente a su impulsión en el interior del local. La unidad de climatización interior está conectada a la unidad de tratamiento del aire.
Consta de una sonda de CO2 en el circuito de retorno para garantizar que la ventilación se realice adecuada y suficientemente. Por otro lado, la instalación de una sonda de temperatura del aire exterior permite la realización de enfriamiento gratuitoo free-cooling.
Climatización aire-aire expansión directa con recuperador de calor (LADILLO)
Las instalaciones térmicas incorporan subsistemas que permiten el ahorro, la recuperación de energía y el aprovechamiento de energía residual, como recoge el RITE. Éste también exige eficiencia energética y obliga a instalar un recuperador de energía del aire expulsado, en aquellos sistemas de climatización de los edificios, en los que el caudal de aire expulsado al exterior mecánicamente supere 0,5 m³/s.
Cuando se instale recuperador de calor hay que conducir la extracción del aire e instalar un controlador del sistema para que el ahorro en emisiones de CO2, a través del recuperador de calor, sea superior en emisiones de CO2 debidas al consumo eléctrico de los ventiladores. En estos sistemas todo aire existe la opción de instalar un sólo equipo que asuma las dos funciones de filtrar el aire antes de impulsarlo y tratarlo térmicamente.
-Sistema mixto independiente: está formado por dos subsistemas independientes, un subsistema de una o varias unidades terminales interiores (cassette o por conductos) conectadas a una o varias máquinas exteriores y un subsistema de tratamiento del aire que incorpora el recuperador de calor. Existen rejillas de impulsión y extracción de aire, independientes de las tomas para impulsión y toma de aire del aire climatizado.
-Sistema mixto con ventilación conectada a las unidades interiores: está constituido por una máquina de tratamiento de aire (incorpora recuperador) que toma el aire de ventilación (impulsado) y se conecta a la aspiración de las unidades de conductos. Así el aire que entra al local sea climatizado por la unidad terminal y de ahí se reparta en el local.
Existe un retorno que vuelve a ser climatizado y otras rejillas de extracción expulsan el aire hacia el exterior, pasando previamente por el recuperador.
La limitación de este sistema puede estribar en que las unidades terminales no sean capaces de impulsar el caudal de aire necesario para la ventilación. También se deberá procurar que no se genere demasiada presión en la conexión de la aspiración de las unidades terminales, al caudal de aire que entra desde el exterior debido a la ventilación (compuertas o variador de frecuencia del ventilador del recuperador).
-Sistema todo aire: es más compacto al utilizar un único equipo para climatizar el local. Es recomendable en locales de alta ocupación en los que se puede climatizar únicamente con el sistema de ventilación, por lo que la carga térmica debida a ventilación es superior al resto de cargas térmicas. La unidad exterior de climatización está conectada a la unidad de tratamiento del aire, que trata térmicamente el aire de impulsión, tras pasar por el recuperador.
Zonificación (LADILLO)
El objetivo de la zonificación es alcanzar el bienestar y ahorrar el consumo de energía en los espacios interiores climatizados. La compartimentación de los espacios interiores, la orientación, uso, ocupación y horario de funcionamiento son los parámetros a tener en cuenta en la división del sistema en subsistemas.
Uso de renovables y energías residuales (LADILLO)
Parte de las necesidades energéticas para satisfacer la demanda térmica pueden cubrirse por sistemas de energías renovables o calor residual, de manera que alcance los objetivos de ahorro de energía primaria y de emisiones de CO2 establecidos por el CTE. Éstas limitaciones se consideran en el diseño y selección de los equipos bajo los criterios de balance energético y rentabilidad económica.
Las fuentes de energía renovable y el calor residual pueden ser los integrados en la propia instalación del local, o que provengan de una red de distribución de distrito.
Nunca se climatizarán espacios no habitables, salvo con fuentes de energía renovable o energía residual.
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