Diseño de sistemas HVAC para calefacción y refrigeración simultáneas

Hay casos en los que algunas áreas del edificio requieren calefacción, mientras que otras requieren aire acondicionado. Esto se puede solucionar con equipos de calefacción y refrigeración independientes para cada habitación, pero la instalación puede resultar muy costosa con este enfoque. En cambio, los ingenieros de MEP recomiendan un sistema HVAC centralizado que sea capaz de calentar y enfriar simultáneamente.

Algunos tipos de equipos HVAC tienen un modo de calefacción y un modo de enfriamiento, pero no pueden proporcionar ambas salidas simultáneamente. Las bombas de calor sin ductos son un ejemplo, diseñadas para funcionar como acondicionadores de aire durante el verano y como calefactores durante el invierno.

Los sistemas HVAC centralizados en edificios grandes normalmente tienen equipos de calefacción y refrigeración separados; por ejemplo, los edificios de gran altura suelen tener un enfriador y una caldera. Sin embargo, si las tuberías hidráulicas y los conductos de aire son compartidos, no se puede proporcionar calefacción y refrigeración al mismo tiempo.


Identifique la mejor configuración de calefacción y refrigeración para su edificio.


Este artículo proporciona una descripción general de tres configuraciones comunes de HVAC que permiten calentar y enfriar simultáneamente:

¿Cuándo necesitan los edificios calefacción y refrigeración simultánea?

Dependiendo del equipo que se encuentre en un edificio o de su distribución física, puede haber cargas de calefacción y refrigeración presentes al mismo tiempo. Considere los siguientes ejemplos:

Centros de datos producen grandes cantidades de calor y normalmente se requiere aire acondicionado durante todo el año, incluso durante el invierno. Sin embargo, los espacios de oficinas en el mismo edificio requieren calefacción para proporcionar una temperatura adecuada para los ocupantes.

Restaurantes y otros edificios con cocinas comerciales puede requerir enfriamiento del espacio incluso durante el invierno, para eliminar el calor liberado por los alimentos y el equipo de cocina.

Algunos diseños de edificios conducen a necesidades simultáneas de calefacción y refrigeración. Por ejemplo, las áreas cercanas a las paredes pueden necesitar calefacción durante el invierno, mientras que las habitaciones más cercanas al centro del edificio pueden necesitar refrigeración.

Sistemas HVAC de cuatro tubos

Los manipuladores de aire en instalaciones de HVAC hidrónicas normalmente tienen una tubería de suministro y una tubería de retorno. Como resultado, el sistema puede hacer circular agua caliente de una caldera o agua fría de un enfriador, pero no ambos. En otras palabras, todo el edificio recibe calefacción o refrigeración.

Una instalación de cuatro tubos tiene un diseño similar con un enfriador, una caldera y controladores de aire. Sin embargo, hay una diferencia importante: hay dos tuberías de suministro y dos tuberías de retorno para cada manipulador de aire, lo que permite elegir entre agua caliente y agua fría. En este caso, la enfriadora y la caldera pueden funcionar simultáneamente, ya que existe un circuito de agua independiente para cada unidad.

Otra ventaja de los sistemas de cuatro tubos es que permiten la deshumidificación sin equipo adicional:

  • Un manipulador de aire puede usar una salida de enfriamiento más alta para condensar la humedad del aire.
  • El sobreenfriamiento del proceso de deshumidificación se compensa con el serpentín de calentamiento.

Como era de esperar, el principal inconveniente de una instalación de cuatro tubos es el precio, ya que el sistema utiliza el doble de tuberías hidrónicas. Esta es la única forma de tener agua caliente y agua fría disponible en cada fan-coil.

Bombas de calor de fuente de agua

Como se mencionó anteriormente, las bombas de calor eléctricas pueden cambiar entre el modo de calefacción y refrigeración. Si un edificio está equipado con una bomba de calor de fuente de agua para cada área, es posible calentar y enfriar simultáneamente con una sola tubería de suministro y una tubería de retorno.

  • Las bombas de calor en modo calefacción extraen calor del agua en la tubería hidrónica.
  • Las bombas de calor en modo de enfriamiento eliminan el calor y lo liberan a través del circuito de tubería hidrónica.

En otras palabras, las bombas de calor de fuente de agua simplemente intercambian calor entre las áreas del edificio que necesitan enfriamiento y las áreas que necesitan calefacción. El exceso de calor se puede liberar al aire libre con la torre de enfriamiento cuando las cargas de enfriamiento son mayores, y se puede usar una caldera cuando las cargas de calefacción son mayores. Alternativamente, todo el sistema se puede conectar a una bomba de calor de alta eficiencia más grande para proporcionar el equilibrio entre calefacción y refrigeración.

Sistemas de flujo de refrigerante variable

Los sistemas de flujo de refrigerante variable tienen una eficiencia muy alta, utilizando líneas de refrigerante en lugar de tuberías hidrónicas. Los sistemas VRF utilizan unidades exteriores con funciones de calefacción y refrigeración, conectadas con ventiloconvectores interiores a través de líneas de refrigerante.

Hay dos configuraciones principales de VRF que pueden proporcionar calefacción y refrigeración simultáneas para áreas de edificios separadas:

  • Una línea de suministro y retorno para cada fan coil, con un selector de rama principal que proporciona refrigerante sobrecalentado o subenfriado según sea necesario.
  • Tres líneas para cada fan coil, donde dos corresponden a calefacción y refrigeración, y la tercera es un retorno común. En este caso, hay un selector individual en cada unidad interior.

Los sistemas VRF de dos tubos son más flexibles, ya que las líneas de refrigerante de todas las unidades interiores se encuentran en el selector de derivación, que actúa como un centro común. El sistema se puede expandir fácilmente agregando más líneas al selector. Los sistemas VRF de tres tubos tienen una eficiencia energética ligeramente superior, pero son más difíciles de expandir porque las líneas de refrigerante existentes deben modificarse.

Observaciones finales

La ingeniería HVAC se caracteriza por una amplia gama de opciones para calentar y enfriar edificios, incluso cuando se requieren ambas salidas simultáneamente. Al igual que con cualquier otra decisión de ingeniería, todas las opciones tienen fortalezas y limitaciones, y la mejor configuración del sistema está determinada por las condiciones específicas del proyecto. Los ingenieros profesionales de HVAC pueden analizar las necesidades de calefacción y refrigeración de su edificio y diseñar una solución óptima.