Opciones de diseño mecánico para calentar y enfriar edificios residenciales

Existe una amplia gama de opciones de diseño mecánico disponibles para satisfacer las las necesidades de calefacción y refrigeración de los edificios residenciales. Normalmente, estos sistemas difieren en términos del medio utilizado para entregar su salida de calefacción o refrigeración.

  • Tubería de agua: Bombas de calor de fuente de agua, radiadores que usan enfriadores, torres de enfriamiento y calderas.
  • Conductos de aire: Unidades de techo empaquetadas, unidades suspendidas de techo empaquetadas
  • Líneas de refrigerante: Sistemas Split AC, sistemas VRF
  • Directo: Utilizado por acondicionadores de aire tipo ventana y unidades PTAC, que funcionan directamente entre ubicaciones interiores y exterioressin conductos.

Este artículo proporcionará una descripción general de algunos de los más opciones comunes de diseño mecánico utilizadas para interiores residenciales espacios, así como las fortalezas y limitaciones de cada tipo de sistema:

Sistema de climatización Medio de calentamiento/enfriamiento

1) Sistema de cuatro tubos con enfriador, torre de enfriamiento y caldera

2) Bomba de calor de fuente de agua con torre de enfriamiento y caldera

3) Sistema VRF con condensadores en la azotea y caldera de gas

4) Unidad PTAC con calentamiento por resistencia eléctrica

Tubería de agua

Tubería de agua

Tubería de refrigerante

Directo


Su solución HVAC debe adaptarse a sus necesidades, maximizando la eficiencia energética y minimizando los costos de construcción dentro de su edificio residencial.


Opción de diseño mecánico #1: Sistema de cuatro tubos con enfriador, torre de enfriamiento y caldera

Este diseño mecánico recibe su nombre del hecho de que tiene dos circuitos de agua separados, uno que lleva agua caliente y otro que lleva agua fría, cada uno con una tubería de suministro y retorno. El principio básico de funcionamiento de los sistemas de cuatro tubos es el siguiente:

  • El enfriamiento se logra mediante un enfriador y una torre de enfriamiento: un circuito de agua enfriada se usa para eliminar el calor de los espacios interiores y la torre de enfriamiento se usa para expulsarlo al exterior. Si el compresor del enfriador viene equipado con un variador de velocidad, este sistema puede ofrecer una eficiencia muy alta en modo refrigeración.
  • La eficiencia de calefacción está determinada por el tipo de caldera. En general, calderas de gas tienden a ser más rentables que los que funcionan con aceite o con resistencia eléctrica.
  • Las unidades fan-coil están equipadas con serpentines de agua fría y caliente, lo que les otorga la flexibilidad de cualquier modo de operación.

La principal ventaja de sistemas de cuatro tubos es su capacidad para utilizar ambos modos de funcionamiento de forma simultánea e independiente. Esto puede ser especialmente útil si necesidades de calefacción y refrigeración son diferentes entre las zonas de construcción, y especialmente en edificios de apartamentos y viviendas multifamiliares donde las preferencias y los horarios normalmente varían según el ocupante. Por supuesto, un sistema de cuatro tubos es costoso de instalar debido a la presencia de tres circuitos de agua separados: dos para la distribución de agua fría y caliente, y un tercero utilizado por el enfriador para expulsar el calor a través de la torre de enfriamiento.

Opción de diseño mecánico #2: Bombas de Calor Acuosotera con Torre de Refrigeración y Caldera

Una bomba de calor puede describirse en términos sencillos como un acondicionador de aire reversible: puede proporcionar refrigeración interior a través del ciclo de refrigeración, pero también puede funcionar en modo calefacción con una eficiencia mucho mayor que la mayoría de los tipos de calderas, especialmente las calderas de resistencia eléctrica.

Debido a su funcionamiento reversible, las bombas de calor hidroeléctricas ofrecen una gran flexibilidad en edificios residenciales. Las unidades individuales se pueden configurar para operar en diferentes modos, y en aplicaciones combinadas de calefacción y refrigeración, el sistema general puede ser extremadamente eficiente:

  • Las bombas de calor en modo refrigeración extraen el calor de los espacios interiores y lo liberan en un circuito de agua común.
  • Luego, las bombas de calor en modo calefacción pueden extraer el calor que ahora transporta el agua y liberarlo en el interior, según sea necesario.

El hecho de que las bombas de calor compartan el mismo circuito de agua significa que la torre de refrigeración y la caldera solo tienen que equilibrar las cargas del sistema, en lugar de cubrirlas por completo:

  • Si la carga de enfriamiento es mayor que la carga de calefacción, la torre de enfriamiento solo tiene que rechazar la diferencia de calor, no el calor total extraído de todos los espacios.
  • La misma lógica se aplica si la carga de calefacción es mayor que la carga de refrigeración: la caldera solo tiene que compensar la diferencia, no la carga de calefacción completa.
  • Si las cargas de calefacción y refrigeración se equilibran entre sí, tanto la torre de refrigeración como la caldera pueden permanecer apagadas.

Un sistema de cuatro tubos carece de estas capacidades: el enfriador debe asumir la carga de enfriamiento completa mientras que la caldera proporciona la carga de calefacción completa: todo el calor absorbido en el circuito de agua enfriada es rechazado por la torre de enfriamiento y no se puede usar para el espacio. calefacción porque los circuitos de agua son independientes.

Sistemas HVAC Las bombas de calor basadas en agua son extremadamente eficientes, aunque costosas debido al hecho de que cada zona debe estar equipada con una bomba de calor individualademás de contar con un circuito de agua común, una torre de enfriamiento y una caldera.

Opción de diseño mecánico #3: Sistema VRF con condensadores de techo y caldera de gas

VRF significa flujo de refrigerante variable, y sistemas VRF obtienen su nombre del hecho de que el refrigerante se usa para transportar calor en lugar de agua:

  • Uno o más condensadores ubicados en lugares remotos proporcionan un flujo de refrigerante para múltiples fan-coils interiores, y se utiliza un controlador de velocidad variable para regular el flujo de acuerdo con la carga. Las unidades también pueden proporcionar su propia calefacción.
  • Para la calefacción complementaria se puede añadir al sistema una caldera de gas con radiación perimetral.
  • Los sistemas VRF de dos tubos requieren que todos los fan-coils funcionen en el mismo modo, pero con los sistemas de tres tubos, es posible proporcionar calefacción y refrigeración simultáneas para diferentes áreas del edificio.

Además de la flexibilidad operativa, una ventaja de este opción de diseño mecánico es su facilidad de instalación: las líneas de refrigerante son más compactas que las tuberías de agua y los conductos de aire. Estos sistemas aún tienen una participación de mercado relativamente pequeña en los EE. UU., pero son muy comunes en Japón, donde se desarrollaron, y en Europa. Según ASHRAE, los sistemas VRF tienden a tener un costo comparable al de los sistemas basados ​​en enfriadores, potencialmente más alto si la tecnología debe importarse.

La naturaleza modular de los sistemas VRF es otro punto fuerte a favor de esta tecnología. Si se va a realizar una ampliación del edificio, es posible ampliar el sistema simplemente añadiendo un nuevo condensador y los correspondientes evaporadores interiores.


Su solución de sistema HVAC debe adaptarse a sus necesidades, maximizando la eficiencia energética y minimizando los costos de construcción dentro de su edificio residencial.


Opción de diseño mecánico #4: Unidades PTAC con Calentamiento por Resistencia Eléctrica

Las unidades de aire acondicionado terminales empaquetadas (PTAC) son sistemas compactos, muy similares a los viejos acondicionadores de aire tipo ventana: el sistema es autónomo y no requiere líneas de refrigerante, tuberías de agua o conductos de aire, reduciendo en gran medida el costo de instalación. Algunas unidades PTAC están equipadas con un calentador de resistencia, lo que les permite operar tanto en modo de calefacción como de refrigeración.

Las unidades PTAC ofrecen la ventaja de ser autónomas e independientes entre sí. Esto les da una ventaja en proyectos que se construirán en varias etapas, por ejemplo, edificios de apartamentos, ya que es posible ampliar la capacidad de HVAC según sea necesario sin tener un sistema común del que dependan todas las unidades.

La principal limitación de este sistema mecánico es que tienden a ser superados por otros sistemas en términos de eficiencia, especialmente cuando están en modo calefacción. El calentamiento por resistencia ofrece un coeficiente de rendimiento de 1,0, lo que significa que deben consumir un vatio de electricidad por cada vatio de calentamiento; por otro lado, las bombas de calor normalmente funcionan con un COP de 2,5 o más, o incluso por encima de 4,0 si se selecciona una bomba de calor de alta eficiencia.

Observaciones finales

Hay una amplia gama de tecnologías de calefacción y refrigeración disponibles para edificios residenciales, y también una alto grado de flexibilidad en la forma en que se puede configurar el sistema general. Ningún sistema puede considerarse superior al resto en todas las circunstancias: cada proyecto ofrece condiciones únicas que favorecen unas tecnologías sobre otras.

¿Qué tipo de diseño mecánico te ha funcionado mejor? Háganos saber comentando a continuación. Si desea obtener más ayuda para elegir el mejor sistema HVAC para usted, haga clic aquí para conocer nuestros servicios de ingeniería mecánica.