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 volverse muy costosa con este enfoque. En cambio, los ingenieros del 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 conductos son un ejemplo, diseñadas para funcionar como acondicionadores de aire durante el verano y como calentadores de espacio 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 se comparten tuberías hidrónicas y conductos de aire, 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 calefacción y refrigeración simultáneas:

¿Cuándo necesitan los edificios calefacción y refrigeración simultáneas?

Según el equipo que se encuentre en un edificio o 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 refrigeración del espacio incluso durante el invierno, para eliminar el calor liberado por los alimentos y el equipo de cocina.

Algunos diseños de edificios conducir 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 controladores de aire en las instalaciones HVAC hidrónicas normalmente tienen una tubería de suministro y una tubería de retorno. Como resultado, el sistema puede hacer circular agua caliente desde una caldera o agua fría desde un enfriador, pero no ambas. 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 controlador de aire, lo que permite elegir entre agua caliente y agua fría. La enfriadora y la caldera pueden funcionar simultáneamente en este caso, 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 controlador 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 manera de tener disponible tanto agua caliente como agua fría 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 solo una tubería de suministro y una tubería de retorno.

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

En otras palabras, las bombas de calor de fuente de agua simplemente intercambian calor entre las áreas del edificio que necesitan refrigeración y las áreas que necesitan calefacción. El calor excedente se puede liberar al aire libre con una torre de enfriamiento cuando las cargas de enfriamiento son más altas, y se puede usar una caldera cuando las cargas de calefacción son más altas. 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 y utilizan líneas de refrigerante en lugar de tuberías hidrónicas. Los sistemas VRF utilizan unidades exteriores con funciones de calefacción y refrigeración, conectadas con fancoils 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 fancoil, con un selector de ramal principal que proporciona refrigerante sobrecalentado o subenfriado según sea necesario.
  • Tres líneas por cada fancoil, 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 mayor, pero son más difíciles de expandir porque se deben modificar las líneas de refrigerante existentes.

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 ventajas 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.