1F&C

Estimados socios y lectores:

La Cmara, junto con el Ministerio del Medio Ambiente, pos-tul en ChileValora para inscribir el Instalador y Mantenedor de Sistemas de Refrigeracin y Climatizacin en el registro de competencias laborales. A pesar de que los instaladores de nuestro rubro representan un pequeo porcentaje de la fuerza laboral en el pas, fue aceptado, principalmente por la importancia que tiene dentro de la poltica del manejo de los refrigerantes.

La especialidad quedar inscrita en el grupo Refrigeracin y Climatizacin, dentro del rubro Medio Ambiente.

Estamos en plena fase de firmar los contratos. El financiamiento est asegurado con fondos del PNUD, administrado por el Ministerio del Medio Ambiente y aportes de ChileValora.

Como podrn observar, la presente revista llama la atencin a promover la primera EXPO FRO CALOR CHILE 2012 que nuestra Cmara organiza. A 7 meses de la inauguracin tenemos 70 % de la superficie comprometida. Hemos logrado que las empresas del rubro ms importantes estn presentes para mostrar sus productos.Ahora se est trabajando intensamente en los siguientes temas:

Promover la exposicin a nivel internacional, con enfoque a Brasil y Argentina.

Contactar las Cmaras de Comercio e Industria extranjeras para que promueven la feria en sus pases.

Buscar profecionales e Instituciones a nivel nacional e internacional para presen-tar charlas tcnicas de inters general.

Buscar Auspiciadores y Patrocinadores.

Definir la estrategia como hacer conocida la feria para reunir una importante cantidad de visitantes.

Les puedo comunicar con tranquilidad, que el comit organizador que se form, junto a una empresa externa, garantizan un xito total en la realizacin de la pri-mera exposicin exclusivamente de nuestro rubro en Chile.

La Cmara mantendr a los socios permanentemente informados sobre la evolu-cin de los dos temas expuestos.

El Presidente, Heinrich Stauffer

Fro & CalorAo 21 N 111 Octubre 2011Revista Fro y Calor rgano Oficial de la Cmara Chilena de Refrigeracion y Climatizacin A.G. yDITAR Chile.

Anlisis comparativo de estrategias de operacin en sistemas de climatizacin centralizados por agua helada 4 - 10

Ahorro Energtico en Sistemas de Data Centersoluciones para lograr el mximo rendimiento frigorfico con el mnimo consumo elctrico en los Centros de Procesos de Datos 11 - 25

estudio de un sistema de climatizacion para un edificio de oficinas caso nacional, caso ashrae y caso con certificacion leed 26 - 38

Representante LegalHeinrich - Paul Stauffer

GerentaXandra Melo H.

Comit EditorialFrancisco AvendaoJulio GormazXandra MeloKlaus Grote

ColaboradoresToms CanPedro SarmientoFrancisco MirallesJoaqun Reyes

DireccinAv. Bustamante 16 Of. 2-CProvidencia, Santiago-ChileFonos: (56-2) 204 8805 (56-2) 341 4906Fax: (56-2) 204 7517E-mail: refriyclima@entelchile.netWeb: www.frioycalor.cl

Diseo y ProduccinDATONLINE E.I.R.L.Fono/Fax: (56-2) 274 37 82 E-mail: datonline.rs@gmail.com

Las opiniones vertidas en los artculos son de exclusiva responsabilidad de sus autores y no representan necesariamente el pensamiento de la Revista Fro y Calor. La publicidad es responsabilidad de los avisadores.

directorios

Cmara Chilena de Refrigeraciny Climatizacin A.G.

Presidente : Heinrich - Paul Stauffer, de Instaplan S.AVicepresidente : Cipriano Riquelme H., de CR Ingeniera Ltda.Tesorero : Toms Can C., de Refrigeracin y Repuestos S.A.C.Secretario : Alejandro Requesens P., de Business to Business Ltda.Director : Julio Gormz V., de Gormz y Zenteno Ltda.Director : Rubn Cspedes A., de RCA Ltda.Director : Peter Yufer S., de Rojo y Azul Ing. y Proyectos Ltda. Director : Jorge Sandrock H., de Rojas, Sandrock y Ca Ltda.Past President : Klaus Peter Schmid S, de Inra Refrigeracin Industrial Ltda.

Presidente : Manuel Silva L.Vicepresidente : Julio Gormaz V.Secretario : Francisco Avendao R.Tesorero : Jorge Sandrock H.Directores : Francisco Miralles S. Francisco Dinamarca Eduardo Mora E. Past President : Klaus Grote H.

Ditar - Chile

Editorial

Cmara Chilena deRefrigeracin y Climatizacin A.G.

International Associate Divisin Tcnica de Aire Acondicionado

y Refrigeracin de Chile

Instalacin de un sistema de climatizacin

F&C

2

Anlisis Comparativo de estrategias deOperacin en sistemas de climatizacin

Centralizados por Agua Helada

Artculo desarrollado por MSc. Juan C. Armas Valds, Dra. Margarita Lapido Rodrguez, Dr. Mario A. lvarez Guerra Plasencia, Sergio Montelier Hernndez. Centro de Estudios de Energa y Medioambiente (CEEMA), Cuba

jcarlos@fmec.ucf.edu.cu

RESUMEN

Se presenta un anlisis comparativo de las estrategias de operacin de un sistema de climatizacin centralizada por agua helada con el objetivo de reducir el consumo de energa elctrica, exponindose las ventajas y des-ventajas en cada alternativa. En particular se aborda el anlisis de la conexin de las enfriadoras en serie o en paralelo as como la utilizacin de vlvulas de dos o tres vas a la entrada del fan-coil en funcin de la variacin del volumen de agua movido por las bombas o la ope-racin a volumen constante.

Por ltimo se exponen las ventajas de la inclusin de variadores de velocidad para el accionamiento de las bombas de circulacin y su repercusin en el ahorro deenerga elctrica de la instalacin de climatizacin.

INTRODUCCIN

Dentro de los sistemas de climatizacin centralizados las enfriadoras de agua (chillers o sistemas todo agua como tambin se les conoce), son de los ms emplea-dos. Su principio de funcionamiento se basa en el bom-beo de agua helada hacia los locales que se desea cli-matizar, en los que por medio de unidades terminales (por ejemplo, fancoil) se logra intercambiar calor entre el aire de los locales y el agua helada. Una vez reali-zado el intercambio de energa, el agua retorna hacia las unidades enfriadoras siendo nuevamente enfriada y reenviada hacia los locales a climatizar. Existen diversas configuraciones de unidades enfriadoras de agua y cada opcin ser la ms adecuada, dependiendo de diversos factores como las caractersticas del local a climatizar, la disponibilidad y costo del agua, as como las tarifas de energa elctrica en el lugar de la aplicacin. Cuan-do se realiza la seleccin del equipo de refrigeracin puede considerarse que los equipos enfriados por agua son ms eficientes que los enfriados por aire (12), debi-do a que las temperaturas alcanzadas para la conden-sacin del refrigerante, son menores con agua que con aire. A pesar de lo anterior, no hay que olvidar que si analizamos globalmente la situacin, en la opcin de condensacin por agua, habra que involucrar los cos-tos de agua, del tratamiento de la misma y del consumo elctrico de las bombas de agua de condensacin y de los ventiladores de las torres de enfriamiento.

Desarrollo

El componente que consume la mayor parte de la ener-ga en una unidad enfriadora de agua es el compresor y este puede ser de diferentes tipos. En las Tablas 1.1 y 1.2 se muestran los principales tipos de compresores y su ndice de consumo promedio (Kw. por Tonelada de Refrigeracin) al 100% de su capacidad, de acuerdo al medio de condensacin:

Tabla 1.1

Tipo de Medio de Kw./T.R. Kw./T.R. Compresor Condensacin Promedio

Tornillo Agua 0.65 0.575

Centrfugo Agua 0.55 0.523

Centrfugo

c/Variador Agua 0.55 0.460

Tabla 1.2

Tipo de Medio de Kw./T.R. Compresor Condensacin

Reciprocante Aire 1.1

Rotativo Aire 1.1

(Scroll)

Tornillo Aire 1.1

Reciprocante Agua 0.9

Los datos de Kw/T.R. estn dados a condiciones ARI (American Refrigeration Institute). Aunque el Kw/T.R es una referencia inicial, no debe tomarse como algo abso-luto, ya que este valor se toma al 100% de la capacidad del equipo, es decir a las condiciones de diseo, las cuales son las condiciones ms crticas y ocurren solo el 1% del tiempo total de operacin del equipo durante un ao. Por lo anterior es que resulta muy importante co-nocer el comportamiento del equipo operando a cargas parciales, es decir, a condiciones por debajo del 100% de su capacidad.

3F&C

Articulo

Por la razn anterior, se muestra un promedio de los Kw/T.R. a cargas parciales en los casos de las unidades enfriadas por agua.

A diferencia de los datos anteriormente mencionados, que son de equipos nuevos, las eficiencias de sistemas antiguos son menores. La mayor parte de los equipos enfriadores de agua existentes con 10 o 15 aos de ex-plotacin son reciprocantes o centrfugos. En el caso de una unidad enfriadora tipo reciprocante enfriada por aire con 15 aos de operacin, su ndice de consumo de energa es de alrededor de 1.7 Kw/T.R. y el de un centrfugo enfriado por agua de la misma edad estar alrededor de 0.9 Kw/T.R. Lo anterior demuestra que las nuevas tecnologas pueden disminuir considerablemen-te las facturas de energa elctrica.

1.2. Estrategias de operacin en Sistemas de Climatiza-cin Centralizados por agua helada.

1.2.1 Mquinas mltiples.

La seleccin de maquinas mltiples para una carga co-mn se basa normalmente en la disponibilidad, con-fiabilidad y versatilidad: disponibilidad a causa de las limitaciones de tamao por razones econmicas de pro-duccin (8); confiabilidad a causa de poder trabajar con una parte de la carga cuando una maquina tiene que ser puesta fuera de servicio para su reparacin; y versa-tilidad a causa de aptitud para la eficiente adaptacin de la capacidad del compresor a los requisitos de carga parcial.

Las maquinas mltiples se emplean pocas veces con cargas de acondicionamiento de aire normales menores de 1.200.000 frigoras por hora.

Cuando se requieren dos o mas maquinas centrifugas para trabajar con una carga, pueden ser utilizadas con disposicin en paralelo o en serie de las enfriadoras. Estas disposiciones se controlan de manera anloga a la de las maquinas simples o nicas.

Disposicin en serie.

Cuando se consideran maquinas mltiples, puede ser ventajoso el flujo de agua a travs de enfriadoras en se-rie (Fig1.1). Generalmente, cuanto mas largo sea el sis-tema de distribucin de tuberas, mayor es el aumento de la temperatura del agua enfriada. Por ejemplo para enfriadores de agua con serpentines estrechamente acoplados tienen un aumento de temperatura econ-micamente optimo 4.4 - 4.5 C, mientras los sistemas de distribucin de agua enfriada a serpentines muy se-parados deben tener normalmente un aumento ptimo econmicamente de unos 8.3 - 11.1C. Para aumento de temperaturas mas elevados, el flujo en serie de agua a travs de los enfriadores puede reportar una economa de funcionamiento. La primera maquina puede funcio-nar a una temperatura de aspiracin mas alta por reque-rir menos potencia.

Cuando las enfriadoras estn conectadas en serie el mejor consumo de potencia se obtiene con una igual reduccin de la carga en cada maquina. El margen de estrangulacin de la maquina de etapa alta debe ser ajustada para conseguir que cada maquina trabaje con el mismo porcentaje de la carga del sistema, tanto en condiciones de proyecto como en la carga parcial.

En cualquier seleccin de montaje en serie el margen de estrangulacin necesario en la maquina de etapa alta es igual a la cada de temperatura del agua enfriada en la maquina de etapa baja mas el margen de estrangulacin de esta maquina de etapa baja.

Con flujo en serie de agua enfriada, la cada de presin en el enfriador es acumulativa y puede llegar a ser exce-siva si se instalan en serie mas de dos maquinas.

Disposicin en paralelo.

Cuando se instalan dos o mas mquinas con las enfria-doras conectadas en paralelo en el circuito de agua en-friada, cada maquina debe controlar la temperatura de su salida de agua enfriada para que se mantenga igual a la de proyecto, lo mismo que en una instalacin de maquina simple.

Para cada maquina se utilizar el mismo margen de es-trangulacin. Cuando se reduce la carga del sistema, ambas maquinas reducen simultneamente su capaci-dad, producindose as individualmente la misma tem-peratura de salida de agua enfriada.

Figura 1.2. Disposicin de enfriadoras en paralelo.

Fig1.1. Disposicin de enfriadora en serie

F&C

4

2. Las unidades enfriadoras debern enfriar toda el agua aunque la demanda no lo exija as, provocn-dose un gasto innecesario.

3. Como consecuencia, los dispositivos del sistema, bombas, vlvulas, etc., trabajan continuamente a mxima capacidad, sufriendo un desgaste innece-sario.

4. Los costos de mantenimiento y reposicin aumen-tan por el trabajo excesivo.

5. Para niveles de carga de las instalaciones menores a los mximos el sistema se est obligado a operar como en el caso de mxima carga para no deteriorar el confort, lo que ocasiona elevados gastos sin un respaldo en los ingresos, bajando an ms, hasta ni-veles insostenibles, la rentabilidad de la instalacin.

La operacin bsica que no permite aumentar la ren-tabilidad de este sistema, es el uso de un flujo de agua fra constante, que provoca el uso obligado de vlvulas de tres vas. A continuacin se analizaran otros sistemas hasta llegar a los que permiten un flujo de agua, que vara acorde con los niveles de ocupacin.

1.2.3 Sistema de Climatizacin con Flujo Total Cons-tante. Bombeo Primario Secundario Tradicional

La figura 1.4 muestra dos lazos de flujo de agua, las bombas del lazo primario no son regulables y estn cal-culadas para satisfacer las necesidades del flujo prima-rio y el secundario.

Figura 1.4

El lazo primario de ser lo ms pequeo posible siempre que soporte el flujo de agua necesario para el Sistema Primario y el Sistema Secundario, esto minimiza la re-sistencia en el lazo primario y los gastos energticos del flujo constante de las bombas del primario.

Una desventaja de este sistema con vlvulas de dos vas y flujo total constante, es que cuando disminuya la demanda en el Sistema Secundario, inevitablemente, al derivarse hacia el primario, el agua se enfriar r-pidamente por debajo de la temperatura prevista si las

Cuando cada enfriador esta provisto de una bomba de agua enfriada independiente como se muestra en la fi-gura 1.2, se pueden parar la bomba y el enfriador du-rante el funcionamiento con carga parcial.

Esto significa que el sistema debe poder funcionar con flujo reducido de aguaenfriada y que los motores de bomba deben ser elegidos de modo que no se sobrecar-guen cuando una de las bombas esta parada.

Si solo hay provista una bomba (fig1.5) o ambas bombas funcionan continuamente, cuando una maquina esta parada, la otra debe proveer el agua mas fra que la pro-yecto a fin de que sea sta la temperatura de la mezcla.

Cuando se requieren temperaturas bajas, se deben ins-talar controles apropiadas ara impedir el funcionamien-to a cortas intermitencia de la maquina cuando acta el interruptor de corte de agua enfriada a baja temperatu-ra. En las disposiciones serie o paralelo de las mqui-nas centrifugas hermticas, reduciendo la carga hasta el 35% aproximadamente, la potencia total necesaria para que funcionen simultneamente ambas maquinas es menor para que funcione una sola con reduccin de carga. La razn que esto ocurra es que el rea de la su-perficie del enfriador y del condensador es mayor con cargas ligeras en proporcin a la carga.

1.2.2 Sistemas de Climatizacin con Vlvulas de Tres Vas

Este sistema es el ms usado en nuestras instalaciones actualmente. El esquema se muestra en la figura. 1.3.

Figura 1.3. Sistema con vlvulas de tres vas.

Actualmente el desarrollo de nuevas tcnicas lo ha he-cho obsoleto (11), porque ocasiona gastos energticos innecesarios. Sus desventajas se derivan de:t

1. El sistema mueve con sus bombas el volumen total de agua fra constantemente. Para demandas inferiores a la mxima no es necesario utilizar todo el volumen de agua disponible, sin embargo, este sistema no lo tiene en cuenta, gastando una cantidad considerable energa en el trasiego de toda el agua constantemente por las tuberas.

5F&C

unidades enfriadoras no son capaces de desconectar los compresores a la misma velocidad, esto provocar dis-paros de las protecciones antihielo y la necesidad de una nueva activacin manual. Este sistema no es apro-piado para cambios bruscos en la demanda, lo cual es tpico en instalaciones hoteleras.

Mediante vlvulas de mariposa en las bombas del cir-cuito primario se da una solucin al problema buscan-do un balance en el flujo a costa de un gasto energtico innecesario.

La ventaja de los dos lazos radica en que las bombas secundarias pueden circular el agua por el resto del sis-tema y sin restricciones de presin de flujo mnimo, porla estabilidad que introduce el lazo primario debido al desacople con el secundario.

1.2.4 Sistema de Climatizacin con Bombeo Primario Secundario con Flujo Variable y Vlvulas de dos Vas.

En este sistema es conveniente separar las acciones para disminuir los gastos energticos y analizar el bombeo primario y el bombeo secundario por separado.

Bombeo Primario

Dependiendo de la magnitud del sistema, el consumo de las bombas del sistema primario puede ser significa-tivo y la utilizacin de variadores de velocidad permitedisminuir apreciablemente los valores de consumo.

Esta forma de operacin compensa automticamente los cambios de flujo en el sistema secundario, impidiendo que un cambio brusco en su flujo provoque variaciones de flujo en el sistema primario causando disparos de las protecciones antihielo.

Al regularse el flujo y mantener el necesario en el sis-tema primario para satisfacer la demanda del secunda-rio, se vara la velocidad de las bombas en vez variar presiones ajustando vlvulas, lo que se traduce en un ahorro importante de energa. El controlador PID de los variadores de velocidad se encarga de operar el sistema eficientemente.

Normalmente las bombas se calculan para una potencia que est entre un 15 % y un 25 % por encima de la ne-cesaria para prevenir cambios en las instalaciones.

Sin variadores de velocidad esta potencia se pierde en la vlvula de mariposa, con la utilizacin de estos se disminuye la velocidad de la bomba y se ahorra esa po-tencia.

La relacin entre la velocidad y la potencia consumida es cbica, razn por la cual cuando ajustamos el siste-ma disminuyendo el caudal con variadores de Veloci-dad, se logra un considerable ahorro de energa.

Adicionalmente se consiguen ahorros porque no son necesarias vlvulas de mariposa, arrancadores suaves,

bancos de condensadores para elevar el factor de po-tencia y protecciones adicionales, porque el variador de velocidad asume estas funciones.

Los costos de mantenimiento se reducen con el uso de variadores de velocidad, ya que permiten operar los equipos bajo condiciones mucho menos severas. Una ventaja adicional del uso de estos equipos es que tienen incorporado un controlador PID diseado especialmen-te para estos usos, lo que elimina la necesidad de insta-lar equipos adicionales para el control de la operacin.El clculo del tiempo de recuperacin de la inversin para el ejemplo anterior es de 0 a 0.5 aos:

[Costo del Variador + Costo de los Flujmetros costos de: (vlvulas de mariposa + arrancador suave + cablea-do + regulador del factor de potencia) ahorro en mon-tajes] / [Energa ahorrada + costo mantenimiento anual] = recuperacin de 0 a 0.5 aos.

Bombeo Secundario

En los sistemas con flujo variable, las bombas del sis-tema secundario son las encargadas de distribuir a la carga el agua producida por el sistema primario, acorde con las necesidades del flujo variable del sistema. De-bido a que el flujo es variable en el secundario, puede mantenerse la mnima presin necesaria para reducir el ruido en el sistema y mejorar la eficiencia.

La figura 1.5 muestra el nuevo estndar primario secun-dario con variadores de velocidad, con este se consigue un considerable ahorro de energa y una sustancial dis-minucin de los gastos de mantenimiento.

Figura 1.5

Ahora el flujo del sistema secundario es variable debi-do a que el control de las bombas se hace a travs de variadores de velocidad, estos facilitan que las bombas varen su velocidad respondiendo a la curva de reque-rimientos del sistema. Se consigue un ahorro de energa importante en las bombas y las enfriadoras al bombear-se solamente la cantidad de agua necesaria para cubrir la Carga Trmica instantnea. La sobre presurizacin de las vlvulas de dos vas se elimina y por ende disminu-yen las roturas y con ellas los gastos de mantenimiento.

Esto implica un cambio de un sistema con volumen va-riable y velocidad constante a un sistema con volumen

F&C

6

variable y velocidad variable, razn por la cual se puedeseguir ahora la curva del sistema en vez de la curva de la bomba. Con este cambio se satisfacen las verdade-ras necesidades del sistema, lo que permite entregar en cada caso slo la energa estrictamente necesaria para satisfacer la demanda.

Cuando se alcanza en las habitaciones la temperatura deseada, el control dehabitaciones cierra la vlvula de dos vas, aumenta la presin en el sistema, los presos-tatos diferenciales envan la seal a los variadores de velocidad que disminuyen la velocidad de las bombas para mantener el diferencial de presin fijado. Al redu-cirse la velocidad de las bombas estas trabajan ms des-ahogadamente y su desgaste es menor, aumentando su tiempo de vida y disminuyendo los gastos de manteni-miento. De igual forma al controlarse la presin a travs de las vlvulas de dos vas ests nunca se ven sometidas a una sobre presurizacin, sufriendo menos desgaste y evitndose aperturas indeseadas.

Consumo especfico de energa:

Las curvas de la figura 1.6 se corresponden con el caso de velocidad variable en las bombas por el uso de va-riadores de velocidad. La curva muestra los puntos de operacin que son la presin diferencial mnima nece-saria para garantizar un trabajo adecuado de las vlvu-las. La curva de control representa la presin mnima de descarga necesaria en las bombas secundarias para mantener el set point y vencer las fricciones.

Fig.1.6 curvas de la bomba con velocidad variable

El ahorro energtico con el uso de variadores de velo-cidad es evidente, sin embargo, la posicin donde se coloca el sensor es crtica. El ahorro de Energa que se consigue con el sensor puesto junto a la descarga de las bombas secundarias se muestra en la figura1.7.

La razn es obvia, cuando se sita el sensor junto a la descarga de las bombas el set point de presin debe ser mayor porque hay que considerar las perdidas en la tu-bera para que en las vlvulas de dos vas la presin sea

adecuada. Este valor de presin habr que mantenerlo como set point en todo el rango del flujo.

En el caso que el sensor se sita junto a las vlvulas de dos vas el valor de presin a la que se ajustar el set point ser a la mnima, para que las vlvulas operen adecuadamente y en este valor estarn consideradas las prdidas en las tuberas. En este caso, al disminuir el flujo y las prdidas, la velocidad del variador disminuir para mantener la presin prevista en las vlvulas y por ende el consumo del motor de la bomba.

Figura1.7

Conclusiones

1. Los sistemas de climatizacin centralizados segn el esquema de conexin de las unidades enfriadoras pueden clasificarse en serie o en paralelo. La co-nexin ms idnea ser en funcin de las condicio-nes a la que deber operar el sistema.

2. Los sistemas de climatizacin centralizados con volumen de agua constante y vlvula de tres vas, se han vuelto obsoletos en la actualidad por el alto consumo de energa elctrica que implica su ope-racin. Adems tienen como inconveniente el au-mento de los costes de mantenimiento por el trabajo excesivo al que estn sometidos los componentes del sistema.

3. Los sistemas de climatizacin centralizados con bombeo primario secundario con flujo variable y vlvulas de dos vas se imponen ante los sistemas de volumen de agua constante a pesar de su coste inicial elevado, pues disminuyen notablemente los costos asociados a mantenimiento y a consumo de energa elctrica, obteniendo periodos de recupera-cin de la inversin atractivos ( un ao).

4. El uso de variadores de velocidad en las bombas de los sistemas centralizados de climatizacin por agua helada, se torna una alternativa atractiva para el di-seo de sistemas eficientes por los beneficios que reportan.

7F&C

Bibliografa:

1. Armas Valds, Juan Carlos. Gestin Energtica y Potencialidades de Ahorro en el Sistema Centralizado de Climatizacin del Hotel Unin. / Ing. Juan Carlos Armas Valds; Margarita J. Lapido Rodrguez, Jos P. Monteagudo Yanes, tutor. Trabajo de diploma UCf (Cf), 2004. - 91h.: ilus.

2. ARTI Announces Final Report on the Benefits of Variable Primary for Chilled Water Systems.

3. Beyeene, Assfaww. A Preminary Assessment of Strategies to Raise the Off-Design Energy Efficiency of Chiller Machines. Ener-gy Institute Department of Mechanical Engineering, San Diego State University, CIEE Project Highlight, 2004.

4. Chiller Control Plant Michael Bitondo, Mark J. Tosi Carrier Corporation Syracuse New York August 1999.

5. Chiller- Plant Energy Performance York Internacional Corporation HVAC&R Engineering Mayo 2004.

6. Chiller-Plant Energy Performance. York International Corporation.. HVAC&R Engineering, Mayo 2004.

7. Parallel Chiller Sequencing. Tomado de http//tristate.apogee.net/cool/cfrcc.asp.

8. Related Efficiency Upgrades Chiller Sequencing Decoupler Systems. Tomado de http//tristate.apogee.net/cool/cfrcc.asp 9. Tos, Mark J. & Bitondo, Michael. Chiller Control Plant. Carrier Corporation, Syracuse, New Cork ,August 1999.

10. Variable Speed primary chilled water pump control with two way valve direct return system Bulletin D- 120 B Powersav ITT Industries, INC 2003.

F&C

8

Ahorro Energtico en Sistemasde Data Center

soluciones para lograr el mximo rendimiento frigorfico con el mnimo consumo elctrico en los Centros de Procesos de Datos

Escrito por Heinrich Stauffer, Gerente General de Instaplan S.A.instaplan@instaplan.cl - www.instaplan.cl

Es de conocimiento general que los sistemas de clima-tizacin precisa o Heavy Duty para enfriar DataCenter son de alto consumo energtico. Son instalaciones de enfriamiento continuo los 365 das del ao y 24 horas por da, verano e invierno. Por lo que deben garanti-zar una operacin ininterrumpida, integrando equipos y componentes de reserva para tener sistemas redun-dantes.

Los conceptos de Ahorro Energtico del presente art-culo se divide en 6 soluciones, donde las primeras dos estn bastante conocidas en el rubro y las dems poco o nada conocidas.

En general, salvo donde se indica, la base para com-parar el ahorro energtico es un sistema convencional de climatizacin de un DataCenter con Chiller, Clima-tizadores enfriados con agua helada, ventiladores cen-trfugos con traccin mediante poleas y correas, y con vlvulas de expansin presostticas. Es lo que comn-mente se encuentra hoy como instalacin tpica en un DataCenter mediano y grande.

1.1 Definiciones

Aire Acondicionado de Precisin, PAC (Precision Air Conditioning).

Aire Acondicionado de Salas de Computacin y Cli-matizadores para Datacenter, CRAC (Computer Room Air Conditioning).

Manejadoras de Aire para Datacenter, CRAH (Com-puter Room Air Handler).

Sistemas para mantener en una Sala la Temperatura y Humedad Relativa Constante y en Estrechas Tole-rancias, 24 hrs., 365 das al ao, en consecuencia el climatizador debe ser capaz de:

Enfriar Humidificar Deshumectar Post-Calentar Filtrar

El enfriamiento sensible debe ser mayor que 90%, ptimo es 100%. Solamente el enfriamiento sensible puede bajar la temperatura en la sala.

El enfriamiento latente debe ser mnimo, provoca re-duccin de la humedad en la sala.

Deshumidificar es una de las funciones de un climati-zador de precisin.

9F&C

1.2 Comparacin Climatizador Confort v/s Precisin tem Concepto Equipo Confort Equipo Precisin

1 Caudal de Aire. Tiene un caudal de aire pequeo y un salto Tiene un caudal de aire grande y un salto de temperatura grande a travs del serpentn de temperatura pequeo a travs de Serpentn de enfriamiento. de enfriamiento.

2 Temperatura Evaporacin del Refrigerante. Baja (bordean los 0 C). Alta (Temperaturas positivas, 5 a 8 C).

3 Superficie Serpentn de Evaporacin, a igual velocidad de pasos de aire. Pequea, por motivo del bajo caudal de aire. Grande, por motivo del gran caudal de aire.

4 Capacidad Sensible. 60 70 % de la capacidad total. 90 100 % de la capacidad total.

5 Capacidad Latente. 30 40 % de la capacidad total. 0 10 % de la capacidad total.

6 Formacin de Hielo Se forma hielo con bajas temperaturas No se forma hielo, gracias a una regulacin en el Evaporador en Invierno. exteriores, no hay regulacin individual de presin de condensacin constante en el en el condensador. circuito de refrigeracin, la cual mantiene estable la temperatura de condensacin, independiente de las temperatu- ras exteriores.

7 Humidificacin. No tiene humidificador integrado en el Tiene humidificador integrado. climatizador. Si se requiere humidificacin, La regulacin puede ser OnOff o proporcional. se coloca un humidificador independiente.

8 Deshumidificacin. El proceso de deshumidificacin es constante Tiene proceso de deshumidificacin controlado. por motivo de las bajas temperaturas de Tiene Post Calefaccin para corregir la deses- evaporacin y salto trmico grande. tabilizacin de la temperatura en la sala.

9 Seleccin de Calidad de Componentes para lograr una vida til de 12 a Componentes Heavy Duty para lograr una vida Componentes. 15 aos con 1.200 horas de funcionamiento til de 12 a 15 aos con 8.760 horas de por ao. funcionamiento por ao. 10 Nivel de Ruido. Nivel de ruido bajo por tener caudales de aire Nivel de ruido mediano - alto por tener caudales pequeos. de aire grandes. 11 Costo Equipo. Reducido costo de inversin Alto costo, 3 a 4 veces el costo del equipo (Produccin masificada). de confort (Series pequeas, a medida). 12 Ubicacin del Compresor. En unidad condensadora. Dentro del climatizador. 13 Desnivel entre Compresor y Compresor inferior o superior al evaporador, Compresor inferior al evaporador limitado Evaporador. generalmente sin problema. Ver limitantes que por motivo del retorno de lquido. indica el proveedor. 14 Control Inteligente. Controlador simple, se limita a controlar Amplia prestacin: Control de temperatura y la temperatura, tolerancias grandes. humedad relativa en estrechas tolerancias, sntesis de fallas, integra la filosofa de redundancia, rotacin entre equipos, enclavamientos, etc.

F&C

10

1.3 Posibles sistemas de enfriamiento

Expansin directa enfriado por aire Dual-Fluido, expansin directa enfriadopor aire y agua helada

Expansin directa enfriado por agua (se recupera el agua)

Dual-Fluido, expansin directa enfriadopor aire y agua helada

Agua helada Agua helada doble fuente

1.4 Disponibilidad del CPD segn Definicin TIER

11

F&C

1.5 Elementos influyentes sobre la eficiencia de la climatizacin en un CPD

1.6 Posibles sistemas de distribucin de aire

Por piso tcnico. Por piso tcnico con pasillos frios ycalientes.

Por piso tcnico con pasillos frios cerrados.

Climatizadores intercalados entre los Rack y pasillo caliente capsulado.

Climatizadores intercalados entre los Rack y pasillo fro capsulado.

Sistema de enfriamiento integradodirectamente en los Rack.

2. Sistemas de enfriamiento con posibilidades de aho-rro energtico.

2.1 Sistemas enfriados por aire

Integrar en los climatizadores ventiladores EC (Elctri-camente Conmutado) y vlvulas de expansin electr-nicas. El ahorro energtico en esta aplicacin est en el orden del 5%, haciendo la comparacin con un sistema idntico enfriado por aire. El ahorro est en los Ventila-dores y en el Mejoramiento del COP (Coefficient Of Per-formance). El ventilador funciona de forma ininterrum-pida durante todo el ao. Por lo tanto hay un aspecto fundamental en la tecnologa a emplear:

F&C

12

Caractersticas del Ventilador EC:

Elevada Eficiencia a un Bajo Consumo Elctrico.

Caudal de Aire Regulable desde el Controlador del climatizador.

Ausencia de Vibracin.

Ventilador Centrfugo con Transmisin Directa.

Ventajas:

Ahorro energtico.

Hacer Funcionar Climatizador Stand-By.

Incremento de la Capacidad Frigorfica Neta.

Fcil adaptacin a los cambios de condicin de la Sala.

Bajo Nivel Sonoro.

Unidades Silenciosas.

No requiere Mantenimiento.

No hay presencia de polvo por abrasin de Correas.

2.2 Sistemas enfriados por agua helada

Climatizadores enfriados por agua helada, integrando ventiladores EC, haciendo trabajar simultneamente to-dos los climatizadores, inclusive los que estn en stand-by, usando vlvulas de 2 vas para regular el caudal del agua helada en el lugar de vlvulas de 3 vas y en con-secuencia de stas, instalar bombas recirculadoras de agua con Regulacin de Velocidad. Los Chiller integran del lado condensador serpentines de agua para hacer FreeCooling en das de bajas temperaturas. El ahorro energtico que se logra est en el rango de 4 a 20%.

2.3 Free Cooling Indirecto, (IFC) Free Cooling Dinmico (DFC)

Son sistemas enfriados por agua mediante radiadores (DryCooler). Los climatizadores integran ventiladores EC y vlvulas de expansin electrnica. En cada clima-tizador se instala un serpentn de agua junto al evapora-dor. El agua proveniente de los DryCooler pasa primero por este serpentn para hacer un pre-enfriamiento del aire, siempre y cuando la temperatura del agua est por debajo de la temperatura de retorno del aire al Clima-tizador. La misma agua a su vez es la que transporta despus el calor de condensacin de los climatizado-res hacia los DryCooler. Las regulaciones de caudales de agua del serpentn y del condensador de placa se hacen mediante vlvulas de 2 vas. Las fluctuaciones del caudal de agua en la red hidrulica compensan las bombas con regulacin de velocidad. Los DryCooler a su vez tambin tienen ventiladores EC con control de velocidad. Estos sistemas ahorran alrededor de 40 % de Energa, dependiendo principalmente de la temperatura del aire exterior. Si la temperatura de agua proveniente desde el DryCooler est por debajo de la temperatura de retorno de aire del Climatizador, pasa primero por el serpentn de agua. La capacidad faltante aporta el compresor y evaporador. Si la temperatura del agua est muy baja, se detiene el compresor completamente.

DFC controla dinmicamente: ventiladores EC de los Dry Cooler, ventiladores EC de los CRAC, bombas con variacin de velocidad, vlvulas de 2 vas, vlvulas electrnicas de expansin, compresor, doble Intercam-biador de Calor.

13

F&C

Seleccin automtica del modo de operacin ms efi-ciente, dependiente de temperatura externa y carga trmica.

Operacin con compresor o solo Free Cooling en 4 modos.

La vlvula de expansin electrnica mejora el COP en modo mixto (Compresor + Free Cooling).

2.4 Free Cooling Directo con Aire Exterior

Enfriamiento directo de la sala con aire exterior. Aqu se abre una solucin nueva que todava requiere mucho trabajo en conjunto con los fabricantes de equipos IT y operadores de los DataCenter. Los proyectos que se basan en las normas ASHRAE, pueden usar estos siste-mas, gracias a que ASHRAE ampli el rango de las con-diciones climticas dentro de las salas. Estas soluciones dependern mucho de la calidad del aire exterior en la zona donde se construir la sala servidores. Es importan-te evaluar la carga de polvo y presencia de gases en el aire. El ambiente marino no es apto para estos sistemas. La superficie de filtros instalados en la succin de aire, depender de la frecuencia de cambio de los mismos. Estos sistemas, de acuerdo a la zona geogrfica, ahorran hasta un 90 % de energa elctrica. Los Climatizadores

deben integrar un sistema de enfriamiento con compre-sores enfriados por aire o con agua helada, para cubrir la demanda de fro los das de altas temperaturas del aire exterior o si ste contiene una humedad absoluta excesiva.

Nuevo campo de aplicacin segn ASHRAE

El nuevo Campo de Aplicacin abre nuevas ideas de sis-temas de enfriamiento de data center. Cabe aclarar que el enfriamiento directo se hace posible si la temperatura exterior es inferior a 18 C.

F&C

14

Articulo

Ventajas:

Mxima eficiencia por el enfriamiento directo.

No hay prdidas por la eficiencia de Intercambiado-res de calor.

Sistema modular que puede crecer junto con el incre-mento de la carga de la sala.

No requiere una Instalacin hidrulica Inicial de la capacidad final.

Costo inversin inferior en comparacin con el Free-Cooling indirecto.

El ms bajo consumo energtico en comparacin de todos los otros sistemas.

Condiciones a considerar:

Control de la humedad relativa en la sala limitada.

Pueden darse condiciones entre 20% y 80%.

Sistemas de humidificacin ultrasnicas de alta capa-cidad recomendadas.

Considerar la calidad de aire exterior en el momento de seleccionar el lugar de construccin.

Evitar proximidad a autopistas, ambientes mineras, zonas con fuerte contaminacin, etc.

Aceptar efectos momentneos de humo, gases, otros.

Aceptar menor seguridad del Edificio (Aberturas de las entradas y salidas del aire).

Ductos de aire cortos para mantener bajo el diferen-cial de presin.

Tomas de aire orientadas opuestas a la radiacin so-lar.

Construccin tpica de un climatizador para el Direct Free Cooling

Evaporador con cambio de posicin

Reduccin de la cada de presin del lado flujo de aire

Reduccin de consumo elctrico ventiladores

Funcionamiento con com-presores (DX), flujo de aire a travs del serpentn.

Funcionamiento en Free-Cooling, Serpentin en posi-cin fuera del Flujo de Aire.

Consumo elctrico a lo largo del ao

2.5 Regulacin presin piso falso

Estudios exhaustivos en un gran nmero de DataCenter han demostrado que ms del 50 % de las salas mue-ven el doble del aire de lo necesario para evacuar el calor producido por los equipos IT. El exceso de aire circula por zonas que no requieren enfriamiento. La preocupacin es el consumo elctrico innecesario de los ventiladores de los climatizadores. El consumo elc-trico para enfriar la sala es el mismo. La solucin est en descargar la cantidad justa de aire fro en frente de la fuente de calor, mediante rejillas y/o palmetas perfora-

15

F&C

Articulo

das de piso falso con regulacin (manual o motorizado con sensor de temperatura). Esto hace que la presin dentro del piso falso vara. Se toma esta presin y se compara con la presin de la sala, y en funcin de este diferencial aumenta o disminuye la velocidad de giro de los ventiladores EC de los climatizadores. Dentro del piso falso, en frente de los climatizadores, es necesario instalar una placa perforada para transformar la mayor parte de la presin dinmica en presin esttica. En el caso de tener un solo pasillo fro encapsulado, se mide el diferencial de presin del interior del pasillo con la sala, usando esta seal para regular la velocidad de giro de los ventiladores. En el piso del pasillo encapsulado estn los elementos de control de caudal de aire fro en funcin de la temperatura dentro de los rack. La presin en el interior del pasillo encapsulado no debe superar un valor mximo, para no daar los ventiladores en el interior de los servidores. En el caso de tener mltiples pasillos encapsulados, se instala una regulacin por pa-sillo, y una regulacin de presin general del piso falso. Reduciendo el caudal de aire a la mitad, el consumo elctrico es la octava parte, obedeciendo a la ley del comportamiento de los ventiladores.

Soluciones para Controlar la presin dentro del piso falso y dentro de los pasillos fros capsulados

Por qu controlar la presin dentro del piso falso?

Se suministra justo el aire que se necesita.

Significante ahorro energtico de los ventiladores si la sala tiene carga parcial.

Bajo volumen deaire.

Correcto volumen de aire.

Alto volumen deaire.

Requerimientos tcnicos del CRAH para realizar el control de presin diferencial

Ventilador EC, Velocidad Variable.

Microprocesador.

Cada CRAH con Sensor de Presin Diferencial.

Toma de Presin Esttica en Piso Falso.

Toma de Presin Esttica en la Sala.

Recomendaciones para el control de la presin dife-rencial

Seleccionar los climatizadores con un caudal de aire 70%.

Creado especialmente para climatizadores que traba-jan con agua helada.

Aplicacin para climatizadores DX limitado. Caudal de aire no menor a 60%.

Control de deshumidificacin mediante control de la vlvula de agua helada.

Los climatizadores CRAH pueden trabajar de forma

independiente o en grupos (zonas), donde el prome-dio de las lecturas de presin y temperatura son ajus-tables para cada una de las zonas.

Requerimientos para un piso falso

Solamente un piso elevado con suficiente altura y pal-metas con aberturas calculadas permitir una distribu-cin de aire uniforme. El piso falso debe estar sellado hermticamente.

Distribucin tpica de la presin esttica de un piso falso

Distribucin tpica de la presin esttica de un piso fal-so con placas perforadas dentro del piso falso en frente de los Climatizadores

F&C

16

Palmetas perforadas con regulacin y pasacables

Usar preferiblemente palmetas perforadas con dam-per rotatorio en el lugar de aletas opuestas.

Sellar todas las filtraciones del piso falso, usando por ejemplo pasa cables.

Los damper deben tener una perdida mnima en po-sicin cerrada.

El ajuste debe lograrase con un dispositivo que per-mita una regulacin fiina y bloqueo seguro para que no se vuelva a desajustar.

Control de presin en pasillo fro capsulado

Desafos El caudal de aire necesario para los servidores depen-

de de la capacidad de los servidores y de la tempera-tura de impulsin de aire.

Por ende la demanda de caudal de aire puede variar extremadamente.

Riesgo de daar el ventilador interno del servidor por tener exceso de presin del aire de suministro.

Observaciones tcnicas

Impulsar aire al pasillo fro capsulado desde el piso falso mediante rejillas.

Los rack deben tener un mnimo de falsos pasos de aire para tener mnimas prdidas de aire.

Los equipos IT tienen ventiladores internos con con-trol de velocidad variable que se ajustan a la disipa-cin de calor.

2.6 Humidificacin centralizada en Data Center

Sistemas Isotrmicos Sistemas Isotrmicos

Vapor Niebla fra

Los sistemas de humidificacin que normalmente se aplican se basan en electrodos sumergidos en agua que producen vapor (Humidificadores isotrmicos). En ge-neral, cada uno de los climatizadores incluye uno de estos humidificadores, los cuales se pueden reemplazar perfectamente por humidificadores ultrasnicos, pero el problema se produce en la alimentacin de agua. Se necesita un tratamiento de agua en base a Osmosis a la inversa. Esta agua es muy agresiva y requiere una distri-bucin en tubera inoxidable. Dada la buena caracters-tica del comportamiento de la humedad en el aire, que tienda a equilibrarse en poco tiempo, se hace posible aportar la humedad de forma centralizada. Hoy se en-cuentran en el mercado equipos de aporte centralizado de vapor, integrando humidificadores ultrasnicos. El humidificador ultrasnico tiene discos sumergidos en el agua que vibran con 1,65 Mhz, rompiendo la molcula del agua y produciendo vapor fro que se inyecta en la vena de aire. Se produce un enfriamiento adiabtico y de all sale tambin el nombre de sistemas adiabticos de humidificacin. Estos equipos centralizados integran directamente el tratamiento de agua que se requiere para un correcto funcionamiento. El consumo elctrico de estos sistemas es inferior al 10 % en comparacin de la produccin isotrmica de vapor.

Principio de operacin humidifacadores ultrasnicos (adiabticos)

17

F&C

Beneficios:

Humidificacin ultrasnica de alta eficiencia (Sobre 90% de ahorro de energa).

Enfriamiento adiabtico: hasta 29 kW de enfriamien-to adicional.

Excelentes caractersticas de control.

No depende de la conductibilidad del agua.

Para finalizar es recomendable que las empresas de in-geniera o de integracin de salas, incluyan en la fase de planificacin estas nuevas alternativas, sometindo-las a aprobacin del usuario final. Para presentar pro-yectos de menor consumo energtico con un tiempo de retorno razonable de la mayor inversin. Creando una conciencia y un compromiso con el ahorro energtico.

Heinrich-Paul Stauffer, curs sus estudios en la Escuela de Ingeniera en Lucerna, Suiza, donde obtuvo el ttulo de ingeniero ETS HVAC. Actualmente es el Gerente Ge-neral de la empresa INSTAPLAN S.A.

El Humidificador trabaja con el principio de nebuli-zacin ultrasnica.

El Voltage de 48VAC es transformado en un circuito de oscilacin y transferido a una seal de alta fre-cuencia de 1.65 Mhz.

Esta seal de alta frecuencia es transmitida a trans-ductores, instalados en el agua.

Carga electroesttica en data center

Causantes de Humedad Baja en el DataCenter:

Humedad removida por los procesos de enfriamiento.

Renovacin de aire por infiltraciones.

Alerta:

Si el aire es demasiado seco, se produce un importan-te potencial elctrico.

Componentes electrnicos pueden ser daados y des-truidos, a consecuencia de descargas electrostticas.

La carga electroesttica disminuye a una quinta parte, si la humedad sube de 10% a 55% rh.

Humidificador ultrasnico de alta eficiencia

Caudal de Aire: 10.000 m3/h.Enfriamiento Adiabtico: 29 kW.Humidificacin: 2 kg/h.No depende de la calidad de agua disponible.control proporcional de la humedad Ec Fan tecnology.Consumo elctrico: 3,5 kW.

30 C, 30% rH

21 C, 73% rH

F&C

18

Estudio de un sistema de climatizacion para un edificio de oficinas caso

nacional, caso ASHRAE y caso con certificacion leed

Documento resumen preparado por Raul Paz Rivera, basado en Estudio para el Magister de la UDD, Elaborado por Raul Paz y Oliver EstuardoCAD INGENIERIA S.A. - www.cad-ingenieria.cl

1.- Introduccin

El siguiente articulo es una presentacin resumida para un trabajo orientado a establecer una comparacin tcnico-eco-nmica entre tres diseos de climatizacin para un mismo edificio de oficinas, ubicado en Santiago con las siguientes opciones.

Edificio con diseo tradicional para aplicacin de oficinas, en Chile.

Edificio con diseo mnimo segn ASHRAE.

Edificio con exigencias mnimas para certificacin Leed.

El evaluar un edificio con estndares nacionales de diseo permite tener un punto de partida para iniciar el anlisis.

El edificio nacional se evala con envolventes comnmente utilizadas en nuestro pas, los diseos posteriores consideran mejorar la envolvente para cumplir con las exigencias mini-mas de ASHRAE.

Respecto de las cargas internas y la ventilacin, estas se man-tienen en los edificios Ashrae y Leed.

La diferencia entre el edificio ASHRAE y Leed para justamen-te poder cumplir con las exigencias Leed, es lograr una dis-minucin en su gasto de energa en al menos un 10% anual.Objetivo: Se pretende evaluar el disminuir este 10% solo me-diante la mejora en los sistemas de climatizacin, mantenien-do las caractersticas del edificio.

2.- Softwares de Calculo

Tradicionalmente y por muchos aos en nuestro pas se ha usado para disear los sistemas de climatizacin softwares estticos de fabricantes de equipamiento y diseadores in-dependientes. Estos softwares buscan en general encontrar las condiciones ms desfavorables desde el punto vista peak trmico del edificio en estudio, tanto en ciclo enfriamiento como en ciclo calefaccin, habitualmente estos softwares no consideran como aporte las cargas internas en ciclo de cale-faccin, quedando como crdito para la instalacin.

En los ltimos aos se han incorporado softwares dinmicos que permiten un diagnstico trmico ms detallados de los

edificios en estudio incorporando las condiciones climticas exteriores hora a hora y los 365 das del ao, pudiendo gene-rar curvas de energa y un sin numero de informacin com-plementaria que permite tomar mejores decisiones en cuanto a la operacin y consumo de energa de los distintos sistemas que se diseen para los edificios.

El propsito de este trabajo no es generar un comparativo en-tre estos software pero si es importante destacar que existen y que sus potencialidades son distintas. Igualmente y para una mayor comprensin de estos se desarrolla un anlisis compa-rativo bsico hacia el final de la presentacin.

En general podemos declarar, por la experiencia en diseos de sistemas de climatizacin, que los softwares dinmicos son muy apropiados para definir la Planta Trmica de un edi-ficio, dado que pueden optimizar los conceptos de consumo de energa global de esto.

Por otra parte el diseo y seleccin de las unidades termina-les (unidades fancoils, manejadoras de aire, cajas de volu-men variable, etc.).

Basado en lo anteriormente expuesto es que como base de trabajo se han usado dos tipos de softwares.

- Software dinmico marca TAS, para los anlisis de energa y definir las plantas.

- Software esttico marca Elite Soft. Para definir las unidades terminales.

3.- Arquitectura del edificio

19

F&C

Para los tres casos se ha considerado un edificio de 18 pisos con un primer nivel de doble altura. Este edificio se ubica en la ciudad de Santiago.

El edificio cuenta con una planta tradicional, rectangular con un ncleo central y de dimensiones geomtricas sencillas.

Sus dimensiones por planta son 69 m x 23 m (1.587 m2).

4.- Evaluaciones de Cargas Trmicas de los Edificios

4.1.- Variables

A continuacin se definen las variables a considerar para simulacin trmica (o clculo trmico) para los tres casos a estudiar.

NOTAS

- Para el edificio nacional, ASHRAE Y LEED se han conside-rado las barreras trmicas y condiciones interiores indica-das en la tabla anterior.

Respecto del equipamiento considerado se indica que inclu-ye todas las cargas miscelaneas del edificio, entendiendose por cargas miscelaneas el consumo de los motores de los as-censores, motores de las bombas de agua potable, etc.

- Para el edificio ASHRAE Y LEED las variables de envolven-te se han definido respetando lo indicado en el estndar ASHRAE 90.2-2007 que asigna para un edificio ubicado en Chile como un edificio en zona 4.

La ventilacin se ha definido considerando el estndar AS-HRAE 62.1-2007

Para la definicin de las cargas internas se ha considerado el uso de la CIBSE Guide A, Enviromental Design.

El edificio Leed presenta las mismas barreras trmicas y car-gas internas, de modo que entre el edificio Ashrae y el edifi-cio Leed, las cargas trmicas son iguales, luego la diferencia en el ahorro de energa la debe hacer la eficiencia de la plan-ta trmica

4.2.- Clculos Trmicos

Se desarrollaron con el software dimmico TAS, los resulta-dos son como sigue:

F&C

20

5.- Evaluaciones de Energa de los edificios

5.1.- MetodologaSe evaluar la energa consumida por el edificio ASHRAE y sobre este resultado se deber buscar una Planta Trmica que permita un ahorro de al menos un 10%, sin requerir cambios en las caractersticas de envolvente del edificio.

5.1.1.- Energa consumida de un Edificio se configura de la siguiente forma

En general los puntos 5, 6 y 7 se pueden considerar como constantes en el edificio, salvo la ocupancia, est incluida

como parte de las cargas de la planta trmica (Chillers), luego para este anlisis no se considera.

Los puntos 1 al 4 son variables y dependen en mucho de las caractersticas del clima en donde se encuentre el edificio, de su orientacin, envolvente y eficiencias de los sistemas.

La planta Trmica (enfriadores de agua) son las mquinas en-cargadas de retirar el calor del edificio, calor definido por las condiciones climticas y del edificio. Esta carga no es constante ni en el da ni durante el ao, por lo que se debe considerar un mtodo para estimar los gastos de energa que demanda esta planta para mantener las condiciones de con-fort trmico en el interior del edificio.

El mtodo a considerar es el ndice denominado IPLV, que se considera conocido para efectos del analisis.

El edificio Ashrae debe cumplir con una central trmica (chillers) que cumplen con ciertas efi-ciencias mnimas, y de-claradas en el Estndar 90.2-2007 de Ashrae.

Estas eficiencias se dife-rencian en funcin de la

potencia trmica de los equipos y la potencia trmica es dependiente en forma directa de la carga trmica del edificio, carga que ya ha sido calculada.

Considerando las cargas obtenidas para la condicin de edificio Ashrae:Dado que la capacidad total de enfria-miento de calculo trmico nos arroja una potencia peak de 385 [TR] (Tone-ladas de Refrigeracin) o su equivalente de 1355 [Kw], se puede concluir que la central clasifica en dos chillers tornillos de una capacidad mnima de 385/2 = 192,5 TR.

5.1.2.- Energa consumida caso edificio Ashrae

Para obtener la energa consumida por la Central Trmica del edificio se conside-ran los resultados de la simulacin entre-gada por software TAS.

Se generan bandas correspondientes a:

- Valores entre 0 y el 25% de la carga peak- Valores entre 25% y 50% de la carga peak- Valores entre 50% y 75% de la carga peak- Valores entre 75% y 100% de la carga peak

De este modo se pueden generar bandas de energa consu-mida y asociarlas a los rendimientos a cargas parciales de los equipos productores de agua helada (chillers), considerando el IPLV

21

F&C

Los consumos de los equipos auxiliares se han calculado consi-derando perfil de ocupacin y por la potencias consumidas, estan en funcin de la potencia de frio de la instalacin, a continuacin una muestra de cmo se ha calculado.

F&C

22

5.1.3.- Energa consumida edi-ficio Leed

Se mantienen las cargas trmi-cas, evaluadas para el edificio Ashrae y para este caso se mo-dificar el tipo de mquinas de la Central Trmica.

Tambin se mantienen los consumos de cargas auxiliares de la Central Trmica, con excepcin que se agrega un consumo adicional, dado que se reemplazan los calefactores elctricos por agua caliente proveniente de un equipo bomba de calor enfriado por aire. Estos equipos bombas de calor presentan un mayor COP que las resistencias elctricas (COP de 2.91 contra COP de 1.00)

Equipos Seleccionados

Enfriador de Agua tipo centrifugo, Cantidad = 1Equipo Bomba de Calor, Aire-Agua, Cantidad = 2En modo frio se ocupar el chiller centrifugo para optimizar el consumo elctrico y las bombas de calor en modo calefac-cin y solo como respaldo en modo frio.

23

F&C

5.1.4.- Resumen Edificio Completo

6.- Clculos de Cargas Estticas

Se han evaluado los casos de los edificios con software est-tico con dos propsitos.

a.- Comparar los valores de cargas trmicas resultantes entre un software dinmico y un software esttico

b.- Obtener las cargas trmicas mximas de condicin ve-rano / Invierno de modo de poder seleccionar el equipa-miento asociados a equipos auxiliares y termnales de las instalaciones de climatizacin.

6.1.- Cargas Trmicas

6.1.1.-Edificio Caso Nacional

6.1.2.- Edificio caso Ashrae

F&C

24

6.2.- Comparativo cargas Trmicas

7.- Conclusiones

7.1.- Acerca de los Programas de diseo.

Por los resultados obtenidos y por las diversas simulaciones adicionales efectuadas, podemos concluir que en general los

valores de Cargas Trmicas en ciclo enfriamiento son ms altas con el software esttico respecto del dinmico. Enten-diendo que el software esttico busca obtener la carga Peak bsicamente y el software esttico se orienta ms a los consu-mos energticos integrados durante el ao.

25

F&C

Segn la tabla anterior, lo valores en el software dinmico bajan notablemente al considerar una banda de humedad re-lativa ms amplia, del orden del 8%. Luego si esta banda se amplia ms la diferencia se incrementa, pudiendo disminuir el tamao de la planta. El lmite de la banda de temperatura estar acotada por el estndar ASHRAE 52.1-2004

Respecto del ciclo de calefaccin los valores en el software esttico particularmente resultaron ms bajos que el software dinmico y despus de algunas simulaciones variando la ventilacin no se presentaron diferencias significativas.

De acuerdo a lo anterior se concluye que resulta adecuado como diseo considerar los softwares dinmicos para definir la energa consumida por el edificio en las diferentes combi-naciones y tambin para definir la Planta Trmica, dado que dar cuenta de las simultaneidades de la instalacin, situa-cin que no es capaz de resolver adecuadamente un software esttico.

Por otra parte y para el dimensionamiento de las instalacio-nes externas a la Central Trmica, entindase las unidades terminales como las unidades fancoils, manejadoras de aire cajas VAV etc.

El usar el software esttico asegurar que para cada recinto, la unidad Terminal diseada cubrir la condicin ms desfa-vorable de operacin.

A nivel de inversin esta diferencia de inversin no es rele-vante pero en la operacin si ser importante.

7.2.- Acerca de los clculos y resultados.

Se verifica que hay una gran variacin en la carga trmica entre el edificio en el caso nacional y el caso Ashrae, la dife-rencia se presenta por un cambio en la envolvente y tambin en la ventilacin, la que debe cumplir el estndar, el cambio lo hace fuertemente el del tipo de vidrio.

El propsito central de este trabajo es evaluar la factibilidad de que solamente con un cambio del sistema de climatiza-cin, poder ahorrar el 10% o menos de la energa total con-sumida por el edificio base Ashrae.

Los nmeros indican que esto no es posible, llegando solo al 5,46%

Los numeros demuestran que la carga interna asignada al edificio pesa mucho, particularmente el equipamiento, aun cuando se ha declarado que este equipamiento contempla tambien los equipos auxiliares como motores de ascensores,

bombas de agua sanitaria, para centinas, etc.

Para poder bajar esta carga se analiza, considerando la guia CIBSE, que a continuacin se muetra lo pertinente de ella.

F&C

26

Buscando bajar la carga interna se evalua considerar que un 20% de las areas climatizadas son areas de pasillos y trnsito y el 80% restante seria de oficinas propiamente tal.

A continuacin en la tabla siguiente se hace la composicin de cargas segn lo anteriomente indicado.

Combinacin 1:

En este caso Combinacin 1, la tasa pormediada baja de 20 W/m2 a 18,4 W/m2, diferencial que podria no ser signi-ficativo.

En la siguiente Tablas se busca una combinacin que permita bajar aun mas la tasa de equipamiento, resultando un valor pormediado final de 18,0 W/m2

Combinacin 2

En ambos casos se considera un 80% de oficinas y un 20% de reas comunes y hecha la composicin la disminucin de la tasa de equipamiento no es significativa.

Lo significativo es considerar una condicin de operacin del edificio con:

- Menor densidad ocupacional.

- Menor disipacin de calor por equipamiento.

- Menor disipacin de calor por iluminacin.

Nota: Estos valores se mantuvieron constantes en el desarro-llo de los casos estudiados y analizados.

Siempre respetando la guia CIBSE, es posible encontrar valo-res ms bajos de cargas trmicas, pero no sabemos como se relacionarn con las cargas propias del edificio como lo son Iluminacin/Equipamiento/Personas, lo cual sera materia de otro estudio.

7.3.- Acerca del mtodo de trabajo

Inicialmente se comenz a trabajar con el software dinmico pero los resultados no fueron satisfactorios, luego se defini

usar algunos conceptos relevantes en este anlisis para obte-ner los consumos de energa en climatizacin del edificio y los consumos globales.

- Carga trmica, hora a hora, da a da.

- ndice de Carga Parcial (IPLV) aplicable a los equipos pro-ductores de fro.

- ndice COP para equipos en ciclo calefaccin.

- Consumos estimados de equipos terminales basados en las potencias peak obtenidas.

El mtodo desarrollado permite evaluar adecuadamente un edificio

7.4.- Niveles de Inversin.

Se han realizado evaluaciones economicas, las que son ex-tensas y no se detallan en esta presentacin, las que demos-traron que al comparar los sistemas, considerando como base el caso nacional, a partir del ao 11 se verifica que el sistema caso leed, pero con fancoils, lograr equilibrar la inversin/operacin del caso nacional, en todas las otras combinacio-nes, este periodo se extiende sobre los 15 aos.

27

F&C

8. Diagramas adicionales