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Estudio de zonificación de climatización con TK-CDT |
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La curva de carga térmica representa la potencia térmica demandada por un espacio a lo largo de un periodo de tiempo determinado.  La figura anterior muestra las curvas de carga térmica para un día de verano de dos espacios con orientaciones predominantes Este y Oeste. La Zonificación es un concepto que aparece como resultado de las diferencias entre las curvas de carga térmica de varios espacios. Estas diferencias en las formas de las curvas de carga térmica se deben a factores como la orientación de los cerramientos exteriores, así como al uso, ocupación y horario de funcionamiento de cada uno de los espacios. El sistema de climatización que se diseñe para el conjunto de espacios debe ser capaz de atender a estas diferencias, por tanto es fundamental tener un conocimiento completo de estos efectos y la posibilidad de cuantificarlos. El Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE), en su IT. 1.2.4.5.4 obliga a la zonificación de los sistemas de climatización con objeto de obtener un elevado bienestar térmico así como un ahorro de energía. TeKton3D incorpora en su módulo TK-CDT "Carga y demanda térmica", a partir de la versión 1.2.8.8., una herramienta diseñada para el estudio de la zonificación y dar la posibilidad de este modo de comprobar el cumplimiento del RITE.
Balance energético para dos zonas térmicas El módulo TK-CDT para cálculo de carga y demanda térmica de TeKton3D permite la zonificación de un edificio durante el diseño de su sistema de climatización. Para ello es necesario insertar una Unidad Terminal a la cual se le asignan las cargas térmicas correspondientes a dos o más espacios. En la figura siguiente se representan los espacios A y B con orientaciones Este y Oeste respectivamente, climatizados mediante una única unidad de tratamiento de aire (UTA) a caudal constante, cuyo funcionamiento está controlado desde un termostato ambiente situado en la zona A.  El caudal que es necesario impulsar en cada zona viene determinado por la potencia sensible máxima demandada y por la diferencia entre la temperatura del local y la de impulsión, según la siguiente expresión:  Dónde: Suponemos que en ambos espacios deseamos mantener la temperatura ambiente a 24°C. El aire de impulsión procede del mismo equipo de tratamiento de aire, por tanto las temperaturas de impulsión son idénticas. A igualdad de temperaturas de local (TL ) y de impulsión (Timp), es posible obtener una relación de proporcionalidad entre los caudales de impulsión y las potencias sensibles máximas de ambos espacios:  La potencia térmica suministrada a la zona A en el período θ, PA(θ) es exactamente la que compensa sus cargas térmicas, ya que el termostato regula la temperatura de impulsión de acuerdo a la evolución de la temperatura ambiental de esta zona. La potencia térmica suministrada a la zona B en el período θ, PB(θ) está relacionada con el caudal QB, y por tanto es proporcional a la potencia demandada por A, PA(θ):  La siguiente figura muestra la potencia de refrigeración demandada por el espacio A, PA durante un período de tres días de verano, la demandada por el espacio B, PB y finalmente la suministrada al espacio B, PSUM B que resulta proporcional a PA. 
Potencias térmicas suministradas en exceso y en defecto Como se expone en la IT. 1.2.4.5.4, la zonificación tiene dos consecuencias importantes: Por un lado afecta al bienestar térmico de los ocupantes, y por otro al consumo energético. A continuación vamos a describir los parámetros elegidos para cuantificar estos dos efectos. En el caso de las dos zonas que nos ocupa, la diferencia entre la energía consumida cuando se tratan los espacios A y B de forma independiente, o cuando se tratan conjuntamente dentro de la misma zona térmica, se obtiene restando en cada instante la potencia realmente suministrada al espacio B de la potencia que teóricamente demanda. En la figura siguiente se ha rayado de color claro el área comprendida entre PsumB y PB, es decir, los instantes en los que se está introduciendo en el espacio B más potencia de la que se necesita. Las zonas rayadas de color oscuro representan los instantes en los que la potencia suministrada es insuficiente. La integración de estas potencias en el tiempo, representadas por el área entre curvas de carga, es igual a la energía consumida en exceso o en defecto respectivamente por el espacio B.
 PA: Potencia suministrada al espacio A (= Potencia demandada A )
Parámetros de bienestar térmico Las curvas de carga térmica anteriores representan la potencia térmica sensible necesaria para mantener la temperatura interior del local dentro del estrecho margen que proporciona bienestar térmico definido por los valores comprendidos entre una temperatura de consigna alta TCALTA y una temperatura de consigna TCBAJA. Los efectos de una mala zonificación sobre el bienestar térmico se deducen inmediatamente, ya que un exceso de potencia frigorífica suministrada al espacio B implica un descenso de la temperatura ambiente por debajo de la temperatura de consigna, mientras que una potencia suministrada insuficiente supone que la temperatura ambiente sube por encima de la temperatura de consigna alta. Es decir, habrá un número de horas determinadas al año en las que la temperatura del ambiente no controlado por el termostato estará fuera de los márgenes de consigna. La siguiente figura muestra cómo los períodos de exceso o defecto de potencia suministrada al espacio B, tienen como consecuencia la fluctuación de la temperatura interior fuera de los límites de consigna.  TB: Temperatura resultante en el espacio B
Estudio de zonificación en TK-CDT TeKton3D es capaz de realizar un estudio de zonificación en base a los parámetros descritos anteriormente, cuantificando la energía suministrada en exceso y en defecto, así como horas de funcionamiento fuera del intervalo de consigna. Esta herramienta permite comparar el comportamiento de los sistemas de climatización para distintos tipos de zonificación, determinando el que mejor se comporta tanto desde el punto de vista del ahorro energético como desde la óptica del bienestar térmico. A modo de ejemplo, estudiaremos cómo afecta al consumo energético y al bienestar térmico el tipo de zonificación en un edificio de oficinas en el que hay despachos cuyas orientaciones dominantes son opuestas. La primera opción que se plantea es la de climatizar todos los despachos de la misma planta utilizando la misma unidad terminal a caudal constante, independientemente de la orientación de sus fachadas. En la siguiente figura se muestra el esquema de la instalación, en el que la UTA está situada en el falso techo de un local técnico y alimenta, mediante una red de conductos, a los grupos de despachos definidos como espacios ES-78, ES-66 y ES-67. El termostato de control se sitúa en el espacio 78 con orientación Oeste. 
Para definir este subsistema en TeKton3D es necesario insertar una unidad terminal e indicar en sus propiedades que ha de combatir las cargas correspondientes a los espacios indicados anteriormente, como se muestra en la siguiente figura.
Para establecer el espacio de control es necesario insertar un "Elemento de control" y conectarlo a la unidad terminal definida anteriormente. Una vez finalizado el proceso de cálculo "Dimensionar equipos" es posible generar el listado "Estudio de zonificación" incluido en el grupo correspondiente a "Unidades Terminales".
El documento "Estudio de zonificación" que aparece tiene el formato de la tabla siguiente:
 Dónde: ED: Energía demandada por el espacio sin considerar zonificación. Como sistema de climatización alternativo se propone subdividir la instalación, utilizando una unidad terminal para los despachos con orientación Este (ES-66 y ES-67) e instalando otra nueva unidad terminal para los despachos con orientación Oeste (ES-78). Los termostatos de control se sitúan en los espacios ES-78 y ES-66. La siguiente figura muestra el esquema de la instalación: 
A continuación se muestran los resultados del estudio de zonificación para esta segunda opción: UT-OESTE  UT-ESTE 
La energía total suministrada en ambos casos se obtiene como la energía demandada, más la energía en exceso menos la energía en defecto, es decir: Energía suministrada Opción 1= 13.756,20 + 874,1 - 596,5 = 14.033,80 kWh Energía suministrada Opción 2 = 5.567,6 + 8.188,6 + 68,1 – 199,0 = 13.625,30 kWh Comparando los resultados de las dos opciones descritas se pueden extraer las siguientes conclusiones:
De esta forma, TK-CDT y su herramienta “Estudio de Zonificación” permite evaluar diferentes diseños del sistema de climatización, comparando las inversiones iniciales y los ahorros energéticos obtenidos. También supone una herramienta imprescindible en los estudios de Auditorías Energéticas en Edificios, para los que permite comparar los sistemas de climatización existentes con otros en los que la zonificación se realice siguiendo otros criterios, pudiéndose estimar la rentabilidad de la inversión y los beneficios para los usuarios desde el punto de vista del confort térmico.
Fernando López Murube |
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