Muchos sistemas HVAC utilizan tuberías hidrónicas como medio para proporcionar calefacción y refrigeración de espacios. Fancoils individuales sirven a cada zona, mientras que un enfriador y una caldera centrales asumen cargas completas de HVAC según sea necesario. Son posibles dos configuraciones principales del sistema: se puede usar el mismo circuito de tubería hidrónica para ambas funciones, o se puede usar una tubería hidrónica separada para calefacción y refrigeración.
- Sistema bitubular: Cuando la calefacción y la refrigeración comparten tubería hidrónica, cada fancoil tiene solo una tubería de suministro y una tubería de retorno.
- Sistema de cuatro tubos: Cuando la calefacción y la refrigeración tienen tuberías hidrónicas separadas, los fancoils tienen dos tubos de suministro y dos tubos de retorno.
Como ocurre con la mayoría de las decisiones de ingeniería, cada configuración del sistema tiene ventajas y desventajas. Este artículo proporcionará una descripción general de los sistemas de dos y cuatro tuberías, comparándolos con una alternativa más moderna: las bombas de calor con fuente de agua.
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Sistemas HVAC de dos tubos
Un sistema de dos tuberías utiliza la mitad de la tubería hidrónica requerida por un sistema de cuatro tuberías, lo que resulta en un menor costo y un tiempo de instalación más corto. El sistema también es más compacto, lo que reduce la necesidad de espacio en las salas de máquinas. El mantenimiento también es más sencillo en un sistema de dos tuberías, gracias al número reducido de válvulas y accesorios de tubería.
La principal limitación de un sistema HVAC de dos tubos es la falta de flexibilidad operativa. El circuito de tuberías hidrónicas que recorre el edificio se conecta a la caldera o al enfriador, según las necesidades generales, y todas las áreas del edificio deben funcionar del mismo modo; Con esta configuración del sistema no es posible calentar algunas áreas mientras se enfrían otras.
Los sistemas HVAC de dos tubos son una excelente opción para los climas tropicales, donde los edificios suelen funcionar durante todo un año sin necesidad de calefacción. Normalmente en estos casos se omite la caldera a menos que se requiera para agua caliente, pero en ese caso se trata de un sistema constructivo completamente diferente.
Sistema HVAC de cuatro tubos
Esta configuración del sistema utiliza el doble de tuberías que un sistema HVAC de dos tuberías y, por lo tanto, es más costosa y lleva más tiempo instalarla. Además, un sistema de cuatro tuberías requiere más espacio para acomodar dos bucles de tuberías hidrónicas que atraviesan el edificio. El mayor número de accesorios, válvulas y puntos de conexión también da como resultado un sistema más exigente en términos de mantenimiento.
Sin embargo, los sistemas HVAC de cuatro tubos ofrecen características de rendimiento que no están disponibles en un sistema de dos tubos. Por ejemplo, los fancoils pueden proporcionar refrigeración y deshumidificación simultáneas mediante el uso de 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.
- El serpentín calefactor compensa cualquier enfriamiento excesivo, proporcionando 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 son fijas a medida que fluye a través del fancoil. Una mayor deshumidificación requiere más enfriamiento y una temperatura del aire más alta da como resultado una mayor humedad.
Otra ventaja importante de un sistema de cuatro tubos es que se pueden refrigerar o calentar diferentes zonas del edificio simultáneamente. Basta con utilizar el circuito hidrónico correspondiente en los fan-coils que dan servicio a estas zonas.
Cómo utilizan la energía los sistemas de dos y cuatro tubos
En la ciudad de Nueva York, la mayor parte del enfriamiento de los espacios se logra con electricidad, mientras que la calefacción de los espacios generalmente depende del gas natural o del combustible para calefacción. Como la electricidad en Nueva York es muy cara, una tonelada-hora de refrigeración generalmente cuesta más que una tonelada-hora de calefacción. Por esta razón, las actualizaciones del sistema de refrigeración tienden a ofrecer un mayor retorno por dólar gastado, y las empresas de administración de propiedades pueden centrarse primero en ellas para maximizar el retorno de la inversión.
Por supuesto, puede haber excepciones a la regla anterior. Si un edificio tiene un refrigerador moderno de alta eficiencia y una caldera más antigua, el costo por tonelada-hora de calefacción puede ser mayor. Una auditoría energética es la mejor manera de identificar las mejoras de edificios más rentables.
Bombas de calor con fuente de agua: las mejores características de ambos sistemas
Si un sistema utiliza bombas de calor con fuente de agua en lugar de fan coils, puede ofrecer las ventajas de un sistema de cuatro tuberías y al mismo tiempo depender de un solo circuito de tubería hidrónica. Las bombas de calor alimentadas por agua pueden funcionar en modo refrigeración o calefacción con un circuito de agua común.
- Las bombas de calor extraen calor de las áreas que requieren refrigeración y el calor se rechaza 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 da como resultado una eficiencia operativa mucho mayor. Nunca es necesario que la enfriadora y la caldera funcionen simultáneamente: la enfriadora 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 considere que la eficiencia se informa de manera diferente para cada tipo de equipo:
- Las calderas de gas o petróleo utilizan la eficiencia de utilización anual de combustible (AFUE), que se informa como porcentaje. Por ejemplo, una caldera de gas con un AFUE del 95% proporciona el 95% del calor de combustión al agua que fluye por 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 integrada (IEER) para reflejar su eficiencia después de tener en cuenta factores estacionales y 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 el consumo de electricidad en vatios, similar al valor del consumo de combustible 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 un 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 geotérmica para sustituir la caldera y el enfriador. Estas unidades son tan eficientes como un enfriador enfriado por agua y pueden igualar el costo de hacer funcionar una caldera de gas en modo calefacción, aunque funcionan con electricidad. Sin embargo, las bombas de calor subterráneas requieren condiciones específicas del agua subterránea para ser viables. Pueden ser una excelente opción en construcciones nuevas donde no se han instalado la enfriadora y la caldera, o cuando tanto la enfriadora como la caldera son viejas e ineficientes. Si su refrigerador y caldera existentes ya son eficientes, es posible que actualizar a una bomba de calor geotérmica no sea financieramente viable.
