Hay casos en los que algunas áreas del edificio requieren calefacción, mientras que otras requieren aire acondicionado. Esto se puede resolver con equipos de calefacción y refrigeración independientes para cada habitación, pero la instalación puede resultar 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 refrigeración, 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 durante el invierno.
Los sistemas centralizados de HVAC en edificios grandes suelen tener equipos de calefacción y refrigeración separados; por ejemplo, los edificios altos 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:
- Sistemas hidrónicos de cuatro tubos con enfriador y caldera.
- Bombas de calor alimentadas por agua con circuito de agua común.
- Sistemas de flujo de refrigerante variable (VRF)
¿Cuándo necesitan los edificios calefacción y refrigeración simultáneas?
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:
Los centros de datos producen grandes cantidades de calor y, por lo general, 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 a los ocupantes.
Los restaurantes y otros edificios con cocinas comerciales pueden requerir refrigeración del espacio incluso durante el invierno para eliminar el calor liberado por los alimentos y los equipos de cocina.
Algunas distribuciones de edificios generan necesidades simultáneas de calefacción y refrigeración. Por ejemplo, las áreas cercanas a las paredes pueden requerir calefacción durante el invierno, mientras que las habitaciones más cercanas al centro del edificio pueden requerir refrigeración.
Sistemas HVAC de cuatro tubos
Los manejadores de aire en instalaciones HVAC hidrónicas generalmente tienen un tubo de suministro y un tubo de retorno. Como resultado, el sistema puede hacer circular agua caliente desde una caldera o agua fría desde un refrigerador, pero no ambas. En otras palabras, se calienta o enfría todo el edificio.
Una instalación de cuatro tuberías tiene un diseño similar con un enfriador, una caldera y unidades de tratamiento de aire. Sin embargo, hay una diferencia importante: hay dos tuberías de suministro y dos tuberías de retorno para cada unidad de tratamiento 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 equipamiento adicional:
- Un controlador de aire puede utilizar una salida de enfriamiento más alta para condensar la humedad del aire.
- El sobreenfriamiento del proceso de deshumidificación se compensa mediante el serpentín calefactor.
Como es de esperar, la principal desventaja de una instalación de cuatro tubos es el precio, ya que el sistema utiliza el doble de tubería hidrónica. Esta es la única forma de tener agua fría y caliente disponible en cada fancoil.
Bombas de calor de fuente de agua
Como se mencionó anteriormente, las bombas de calor eléctricas pueden cambiar entre el modo calefacción y refrigeración. Si un edificio está equipado con una bomba de calor 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 refrigeración 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 áreas del edificio que necesitan refrigeración y áreas que necesitan calefacción. El exceso de calor se puede liberar al exterior 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 más grande y de alta eficiencia 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 a fan coils interiores a través de líneas de refrigerante.
Hay dos configuraciones principales de VRF que pueden proporcionar calefacción y refrigeración simultáneas para áreas separadas del edificio:
- Una línea de suministro y retorno a cada fan coil, con un selector de rama principal que suministra 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 existe 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 rama, que actúa como un centro común. El sistema se puede ampliar fácilmente agregando más líneas al selector. Los sistemas VRF de tres tubos son ligeramente más eficientes energéticamente, 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. Como ocurre 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 ideal.
