Todo el sistema, desde la zona de producción hasta la emisión o sustracción de calor al ambiente, debe dimensionarse correctamente. A la hora de diseñar sistemas HVAC hay que tener en cuenta diversos factores antes de decidir sobre la carga térmica y/o de refrigeración, qué componentes de regulación más adecuados utilizar, cómo generar calefacción o refrigeración, etc.
Para decidir cuál es la solución más adecuada, hay que tener en cuenta diversos factores, como son el retorno de la inversión, el diseño, eficiencia energética, funcionamiento, mantenimiento y la precisión en el control del sistema.
Los sistemas de climatización deben cumplir dos requisitos fundamentales: garantizar un confort térmico de las personas que lo habitan y limitar el consumo de energía, para proteger el medioambiente, con bajas emisiones de dióxido de carbono (CO2).
La sensación térmica experimentada por un ser humano está relacionada, principalmente con el equilibrio térmico global de su cuerpo. Tal equilibrio depende de la actividad física y de la vestimenta del sujeto, así como de los parámetros ambientales: temperatura del aire, temperatura radiante, velocidad del aire y humedad del aire.
El bienestar térmico es aquella condición en la que existe satisfacción respecto del ambiente térmico. En estas condiciones de confort, los mecanismos fisiológicos humanos actúan para controlar la temperatura corporal. La situación ideal de referencia, denominada neutralidad térmica, es aquella en la cual no se siente ni frío ni calor.
Valores límite de referencia para el confort térmico establecidos en el RITE
| Estación | Temperatura operativa (°C) | Humedad relativa (%) |
| Verano | 23 a 25 | 45 a 60 |
| Invierno | 21 a 23 | 40 a 50 |
Para que esto sea posible, los circuitos hidráulicos que alimentan sistemas de climatización deben estar equilibrados, el objetivo es conseguir que cualquier punto del circuito cumpla con las necesidades de caudal previstas según proyecto, para que puedan calentar o refrescar dentro de los valores de diseño.
Según las leyes de transmisión de calor, la emisión o extracción de calor por parte de los terminales depende del caudal de fluido que lo atraviesa.
Por tal motivo, para asegurar la eficacia de la instalación, es preciso determinar con precisión el caudal que se envía a cada terminal. Si los terminales reciben el caudal adecuado de fluido, pueden funcionar en las condiciones nominales, es decir, en las condiciones para las que fueron dimensionados. En este caso se dice que el circuito está equilibrado.
Si el circuito está equilibrado, supone dotar a la instalación de indudables ventajas tanto de carácter técnico como de economía y eficiencia:
- Los terminales funcionan correctamente
- A todas las unidades terminales les llegan el caudal para el que fueron diseñados
- Se evitan velocidades del fluido demasiado elevadas, que pueden causar ruidos
- Evita cambios de temperatura, lo que supone un óptimo confort térmico
- Se impide que las bombas funcionen en condiciones de bajo rendimiento
- Se limitan las presiones diferenciales que actúan sobre las válvulas de regulación, asegurando el funcionamiento correcto de estos dispositivos
La utilización de las válvulas reguladoras de caudal, dan cumplimiento al Reglamento de instalaciones térmicas en la edificación (RITE), que, en sus diferentes Instrucciones Técnicas, establece la obligatoriedad de disponer de válvulas de cierre en la entrada y en la salida del fluido portador, que permitan medir y conocer los caudales nominales y la presión de cada circuito hidráulico.
Aplicaciones eficientes para sistemas de caudal constante
Para circuitos de caudal constante o con pocas variaciones de carga es recomendable utilizar válvulas de equilibrado estático. La regulación se efectúa mediante un mando manual que acciona el obturador para ajustar el paso del líquido. El caudal se regula en función del Δp, que se mide a través de las dos tomas de presión situadas en la válvula.
La regulación del caudal en este tipo de válvulas de equilibrado exige el uso de un instrumento adecuado para medir el diferencial de presión en el circuito. En este tipo de válvulas, a cada posición del mando de regulación le corresponde una determinada curva característica. Esto supone una nueva introducción de datos cada vez que se modifica la posición en la válvula.
El proceso de puesta en marcha solo puede iniciarse al final del proyecto con carga completa en el sistema y suficiente acceso a todas las válvulas de equilibrado y en caso de cambios en el sistema, es necesario realizar un reequilibrado.
En un circuito equilibrado manualmente en cada terminal, si no se utiliza una válvula de by-pass, cuando el caudal en el circuito disminuye a causa del cierre parcial de las válvulas de dos vías, las pérdidas de carga aumentan.
Aplicaciones eficientes para sistemas HVAC de caudal variable
A continuación, indicamos diversas soluciones recomendables para conseguir un funcionamiento eficiente del sistema. Cada sistema tiene sus particularidades, que debemos tener en cuenta a la hora de decidir qué tipo de solución es la más eficiente y adecuada.
En sistemas de caudal variable, no se recomienda el sistema de equilibrado manual porque las válvulas de equilibrado estático no pueden seguir el comportamiento dinámico del sistema de caudal variable y, durante un funcionamiento con carga parcial, se produce un sobrecaudal en las válvulas de control.
El sistema recomendado por ser más eficiente es utilizar válvulas de equilibrado independientes de la presión (PICV). En este caso, la estabilización de la presión se realiza directamente en la válvula de equilibrado, por lo que tenemos autoridad 100% y somos capaces de eliminar el caudal innecesario del sistema.
Otra solución eficiente es la utilización de válvulas PICV con diferentes tipos de actuadores, on/off o modulante. Con el control on/off, el actuador tiene dos posiciones, abierto y cerrado. Con el control modulante, el actuador puede ajustar cualquier caudal entre el valor nominal y el valor cero.
Estos tipos de control afectan al consumo energético general del sistema. Mientras que el control on/off garantiza un caudal del 100% o del 0% durante el funcionamiento, el control modulante permite minimizar el caudal a través de la unidad terminal de acuerdo con la demanda real.
El control on/off provoca fluctuaciones en la temperatura ambiente. El sistema no funciona de forma óptima porque el ΔT no está optimizado. Con un actuador modulante conseguimos un control de la temperatura ambiente estable y preciso para garantizar un ΔT alto y evitar que los actuadores se muevan de forma brusca. Adecuado para aplicaciones BMS para monitorizar el sistema y reducir el consumo de energía.
Con un caudal menor, se contribuye al ahorro energético en varios niveles:
- Menor caudal, menor coste de circulación, menor consumo de energía
- Alta eficiencia de la enfriadora, caldera y bomba, un menor caudal garantiza un ΔT mayor en el sistema
- Una menor oscilación de la temperatura ambiente garantiza un mayor confort y permite un mejor punto de ajuste de la temperatura.
La utilización de válvulas de equilibrado independientes de la presión (PICV) permite realizar la entrega del edificio por fases. También nos ahorramos de los complicados procedimientos de equilibrado. Buen control en todas las cargas, por lo que no hay quejas de los ocupantes.
Sistema de calefacción por radiadores a suelo radiante
Para su aplicación en un sistema de radiadores, se garantiza un caudal variable en las tuberías ascendentes con válvulas termostáticas de radiador. En caso de preajuste disponible en TRV (cabezal termostático), la válvula de control de la presión diferencial (o válvula de by-pass) garantiza una presión diferencial máxima.
Para evitar problemas de ruido, esfuerzos de los componentes y desgaste rápido del sistema, es recomendable utilizar dispositivos que controlen y regulen la presión diferencial en los distintos puntos del circuito de distribución.
En el caso de un sistema de suelo radiante, con la válvula de presión diferencial (ΔP) instalada entre el suministro y retorno del colector, garantizamos un caudal variable en la tubería de distribución y una diferencia de presión máxima en cada colector, independientemente de los cambios de carga y la fluctuación de la presión en el sistema.
La válvula de bypass tiene la función de mantener el punto de funcionamiento de la bomba lo más cercano posible a su valor nominal. En estas aplicaciones, el control de la temperatura de retorno desde el circuito hacia la central térmica es secundario frente a la sencillez y economía de la solución.
Equilibrado térmico en la circulación de ACS
En esta aplicación para garantizar un caudal variable en la tubería de circulación de ACS y una temperatura de consumo constante en cualquier grifo, independientemente de la distancia entre el depósito de acumulación y el uso temporal de agua caliente, es recomendable instalar una válvula de equilibrado térmico (CIV). Gracias a esta, reducimos la cantidad de agua de circulación durante todos los periodos. Esta válvula permite realizar la desinfección térmica de la instalación (65-70 °C).
Opcionalmente, podemos incorporar una válvula mezcladora termostática (TMV) para garantizar la máxima temperatura de consumo y evitar quemaduras.
En este tipo de instalaciones no es recomendado colocar válvulas de equilibrado estático o manual, debido a que el control estático no sigue el comportamiento dinámico del uso del agua caliente sanitaria.
Igual que el aislamiento térmico del edificio, es fundamental el control del sistema de climatización, a fin de que pueda responder de una forma precisa a la variación de las cargas térmicas en invierno y en verano, y conseguir una mejor eficiencia energética del sistema.
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