Comparación de sistemas HVAC de dos y cuatro tubos con bombas de calor de fuente de agua

Muchos sistemas HVAC utilizan tuberías hidrónicas como un medio para proporcionar calefacción y refrigeración a los espacios. Los fan-coils individuales sirven a cada zona, mientras que un enfriador central y una caldera asumen las cargas totales de HVAC según sea necesario. Son posibles dos configuraciones principales del sistema: se puede utilizar el mismo circuito de tubería hidrónica para ambas funciones, o se puede utilizar tubería hidrónica separada para calefacción y refrigeración.

  • Sistema de dos tubos: Cuando la calefacción y la refrigeración comparten tuberías hidrónicas, cada fan-coil solo tiene una tubería de suministro y una tubería de retorno.
  • Sistema de cuatro tubos: Cuando la calefacción y la refrigeración tienen tuberías hidrónicas separadas, los fan-coils tienen dos tuberías de suministro y dos tuberías de retorno.

Como en la mayoría de las decisiones de ingeniería, cada configuración de sistema tiene ventajas y desventajas. Este artículo proporcionará una descripción general de los sistemas de dos y cuatro tubos, comparándolos con una alternativa más moderna: las bombas de calor de fuente de agua.


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Sistemas HVAC de dos tubos

Un sistema de dos tubos utiliza la mitad de las tuberías hidrónicas que requiere un sistema de cuatro tubos, lo que se traduce en un menor costo y un menor tiempo de instalación. El sistema también es más compacto, lo que reduce los requisitos de espacio de las salas de máquinas. El mantenimiento también es más sencillo en un sistema de dos tuberías, gracias al número reducido de accesorios de tubería y válvulas.

La principal limitación de un sistema HVAC de dos tubos es la falta de flexibilidad operativa. El circuito de tuberías hidrónicas que atraviesa el edificio se conecta a la caldera o al enfriador según las necesidades generales, y todas las áreas del edificio deben operar en el mismo modo; calentar algunas áreas mientras enfría otras no es posible con esta configuración del sistema.

Los sistemas HVAC de dos tubos son una excelente opción para climas tropicales, donde los edificios a menudo permanecen durante un año entero sin requerir calefacción. La caldera normalmente se omite en estos casos, a menos que se requiera para agua caliente, pero en ese caso es un sistema de construcción completamente diferente.

Sistema HVAC de cuatro tubos

Esta configuración de sistema utiliza el doble de tuberías que un sistema HVAC de dos tuberías y, por lo tanto, es más costoso y lleva más tiempo instalarlo. Además, un sistema de cuatro tubos requiere más espacio para acomodar dos circuitos de tuberías hidrónicas que atraviesan el edificio. El mayor número de accesorios, válvulas y puntos de conexión también resulta en un sistema más exigente en términos de mantenimiento.

Sin embargo, los sistemas HVAC de cuatro tubos ofrecen características de rendimiento que no están disponibles con un sistema de dos tubos. Por ejemplo, los fan coils pueden proporcionar enfriamiento y deshumidificación simultáneos usando los serpentines de agua fría y caliente al mismo tiempo:

  • El serpentín de agua enfriada se utiliza a su máxima capacidad para eliminar la mayor cantidad de humedad posible del aire, incluso si el aire se enfría por debajo de la temperatura requerida.
  • Luego, cualquier enfriamiento excesivo se compensa con el serpentín de calentamiento, entregando aire con una temperatura y humedad aceptables.

Un sistema de dos tubos no permite esta flexibilidad, ya que la temperatura y la humedad del aire se fijan una vez que fluye a través del fan-coil. Una mayor deshumidificación requiere más enfriamiento y una temperatura del aire más alta da como resultado una mayor humedad.

Otra ventaja significativa de un sistema de cuatro tubos es que diferentes áreas del edificio se pueden enfriar o calentar simultáneamente. Es solo cuestión de utilizar el correspondiente circuito hidrónico en los fan-coils que dan servicio a esas zonas.

Cómo utilizan la energía los sistemas de dos y cuatro tubos

En la ciudad de Nueva York, la mayor parte de la refrigeración de espacios se realiza con electricidad, mientras que la calefacción de espacios generalmente se basa en gas natural o aceite de calefacción. Dado que la electricidad en Nueva York es muy cara, una tonelada-hora de enfriamiento generalmente tiene un costo más alto que una tonelada-hora de calefacción. Por esta razón, las actualizaciones del sistema de enfriamiento tienden a ofrecer un mayor rendimiento por dólar gastado, y Las empresas de administración de propiedades pueden enfocarse en ellos primero para maximizar el retorno de la inversión..

Por supuesto, puede haber excepciones a la regla anterior. Si un edificio tiene un enfriador moderno de alta eficiencia y una caldera vieja, el costo por tonelada-hora de calefacción puede ser mayor. Una auditoría energética es la la mejor manera de identificar las mejoras de edificios más rentables.

Bombas de calor de fuente de agua: las mejores características de ambos sistemas

Si un sistema utiliza bombas de calor de fuente de agua en lugar de fan-coils, puede ofrecer las ventajas de un sistema de cuatro tubos mientras se basa en un solo circuito de tuberías hidrónicas. Las bombas de calor de fuente de agua pueden funcionar en modo de refrigeración o calefacción con un circuito de agua común.

  • Las bombas de calor extraen el calor de las áreas que requieren enfriamiento y el calor se expulsa al circuito de agua.
  • La calefacción de espacios es posible simultáneamente y esta energía térmica se puede extraer del mismo circuito de agua mediante bombas de calor en modo calefacción.

Con esta configuración del sistema, las cargas de calefacción y refrigeración se equilibran entre sí, lo que resulta en una eficiencia operativa mucho mayor. Nunca es necesario que el enfriador y la caldera funcionen simultáneamente: el enfriador funciona cuando la carga de refrigeración es mayor y la caldera funciona cuando la carga de calefacción es mayor.

Para reducir aún más los costos operativos, se pueden utilizar calderas y enfriadores de alta eficiencia, pero tenga en cuenta que la eficiencia se informa de manera diferente para cada tipo de equipo:

  • Las calderas de gas o aceite utilizan la Eficiencia de utilización anual de combustible (AFUE), que se informa como un porcentaje. Por ejemplo, una caldera de gas con un AFUE del 95% entrega el 95% del calor de combustión al agua que fluye en la tubería hidrónica.
  • Los enfriadores utilizan el índice de eficiencia energética (EER) para informar su eficiencia en condiciones de prueba estándar, y el índice de eficiencia energética integrado (IEER) para reflejar su eficiencia después de considerar los factores estacionales y la variabilidad de carga. El EER y el IEER no son valores porcentuales, sino más bien una relación entre la producción de refrigeración en Btu / hora y la entrada de electricidad en vatios, similar al valor de rendimiento de la gasolina de un automóvil.

Las calderas más eficientes del mercado tienen un AFUE superior al 95%, mientras que las enfriadoras enfriadas por agua más eficientes tienen una EER superior a 20. Las enfriadoras enfriadas por aire son menos eficientes que sus contrapartes enfriadas por agua.

También es posible utilizar una bomba de calor de fuente terrestre para reemplazar tanto la caldera como el enfriador. Estas unidades son tan eficientes como un enfriador enfriado por agua y pueden igualar el costo de funcionamiento de una caldera de gas cuando están en modo de calefacción, aunque funcionan con electricidad. Sin embargo, las bombas de calor de origen subterráneo requieren condiciones específicas del agua subterránea para ser viables. Pueden ser una gran opción en construcciones nuevas donde no se han instalado enfriadores ni calderas, o cuando tanto el enfriador como la caldera son viejos e ineficientes. Si el enfriador y la caldera existentes ya son eficientes, el la actualización a una bomba de calor de fuente terrestre puede no ser económicamente viable.

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