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ATEAN 2012 - Sistemas de difusión de aire

INTRODUCCIÓN

El objetivo de esta jornada es focalizar nuestra atención en algunos ejemplos deinstalaciones particulares o especiales. Enseñar a seleccionar el elemento de difusiónde aire más adecuado en estas aplicaciones, en función de unas condiciones dediseño y requisitos de la instalación.

1. Comentarios RITE / CTE relacionados con difusión de aire.

2. Difusión de aire en alturas de instalación reducidas y con equipos de expansión directa.

3. Difusión de aire para tratamiento perimetral de fachadas exteriores. Alturas reducidas y elevadas.

4. Grandes superficies. Solución con elementos de difusión de largo alcance.

5. Difusión de aire con ejecuciones de techos especiales (lamas, reticulares, difusores integrados en placas de falso techo perforadas,..)

6. Difusión por suelo y desplazamiento en Auditorios, Teatros, ….


1. COMENTARIOS RITE / CTE

Parámetros de diseño más importantes a considerar en la selección de una unidadterminal de difusión de aire:

Se exige mantener estos valores dentro del límite de zona

Condiciones interiores de diseño

Estación Temperatura operativa º C Humedad relativa %

Verano 23 .. 25 45 ….60

Invierno 21 .. 23 40…..50

• IT 1.14.1.2 Temperaturas operativas y humedad relativa:

Las condiciones de diseño de temperatura operativa y de la humedad relativa están calculados para personas con actividad sedentaria (1,2 met) y con grado de vestimenta 0,5 clo en verano y 1 clo en invierno, con un PPD entre un 10 y 15%.



• IT 1.1.4.1.3 Velocidad media del aire:

La velocidad media del aire en la zona ocupada se calculará de la manera siguiente:

smtV /07,0100

−=

Difusión por mezcla:

Para una intensidad de la turbulencia del 40% y PPD del 15%

smtV /10,0100

−=

Difusión por desplazamiento:

Para una intensidad de la turbulencia del 15% y PPD menor al 10%

Para valores de la temperatura seca t del aire dentro de los márgenes de 20ºC a 27 ºC.



• IT 1.2.4.5.3 Estratificación de aire:

En los locales de gran altura la estratificación se debe estudiar y favorecer durante los periodos de demanda térmica positiva y combatir durante los periodos de demanda térmica negativa.

No permitido un gradiente de temperatura vertical en zona ocupada superior a 3º C.

KOOLAIR tiene la solución perfecta con los sistemas termorregulables.



Uso del Edificio Tipo local dB(A) (7-23h) dB(A) (23-7h)

Sanitario Zonas de estanciaDormitoriosQuirófanosZonas comunes

45303050

35303030

Residencial EstanciasDormitoriosServiciosZonas comunes

40405050

3030--

Administrativo Despachos profesionalesOficinasZonas comunes

404550

---

• DB-HR. Nivel de ruido:

El documento básico HR, protección frente al ruido, establece los niveles de presión sonoramáxima admisible en función del tipo de local y uso horario.

KOOLAIR en todos sus catálogos da los valores de potencia sonora de los elementos dedifusión y aconseja a las ingenierías e instaladores a la hora de seleccionarlos. A estosvalores habrá que descontar un valor de atenuación de ruido propia del local, enfunción de los tiempos de reverberación, volumen del local, distancia a la fuentesonora, …



• DB-HR:

Uso del Edificio Tipo local dB(A) (7-23h) dB(A) (23-7h)

Docente AulasSalas de lectura y conferenciasZonas comunes

403550

-3040

Cultural TeatrosCinesSalas de exposiciones

303045

303035

Comercial 50 40

La norma UNE-EN 13779 define los niveles acústicos de presión sonora en dB(A) admisibles, en función del tipo del local. Refleja un rango de valores y valor por defecto recomendado


2. DIFUSIÓN DE AIRE EN ALTURAS DE INSTALACIÓN REDUCIDA Y CONEQUIPOS DE EXPANSIÓN DIRECTA.

• 2.1 Difusores rotacionales:

Alturas de instalación entre 2,4 - 2,7 m, con temperaturas en frío muy reducidas (hasta 9º C) y calor muy elevadas (>35º C), exige difusores de alta inducción con impulsión horizontal (Efecto Coanda).

• Difusores con niveles de inducción elevados.

• Velocidades residuales menores en la zona ocupada.

• Mayor uniformidad de temperaturas. Ausencia de gradiente térmico vertical.

• Disminución del nivel sonoro. Hasta 800 m3/h en un difusor rotacional de 600x600, para 35 dB(A).

• Altura instalación máxima recomendada 3,5 m, para sistemas de frío y calor. Distancia entre difusores rotacionales recomendada entre 2 – 5 m.

• Modificable la dirección de descarga de aire, en la versión de aletas móviles

• Versión en placa para sustituir falso techo modular (ej: 600x600, 1.200x300). Numerosos diseños (lama móvil, lama fija, integrados en chapa perforada, …) Posibilidad de fabricar en placa circular (rotacionales) para instalar en techos continuos.

• Tienen que incorporar plenum de conexión. Opción con compuerta de regulación para facilitar equilibrado.



• 2.1 Difusores rotacionales. Ejemplos de instalación:



• 2.2 Difusores circulares de inducción interna KOOLAIR modelo DAI:

Koolair dispone para las condiciones críticas de diseño anteriormente descritas, difusores de inducción interna de aire ambiente (Efecto Venturi).

• Difusores con niveles de inducción elevados.

• Velocidades residuales menores en la zona ocupada.

• Mayor uniformidad de temperaturas. Ausencia de gradiente térmico vertical.

• Disminución del nivel sonoro. Hasta 1000 m3/h en un difusor tamaño 355, para 35 dB(A).

• Altura instalación máxima recomendada 3,5 m, para sistemas de frío y calor. Distancia entre difusores recomendada entre 4 – 6 m.

• Versión en placa para sustituir falso techo modular (ej: 600x600).


3. DIFUSIÓN DE AIRE EN TRATAMIENTO PERIMETRAL FACHADAS EXTERIORES

• 3.1 Altura instalación < 4 m. Difusores lineales / rejillas lineales lama fija

En fachadas exteriores con vidrio en cual la carga perimetral es acusada, se requiere tratamiento perimetral a través de elementos de difusión de aire, para obtener en zona perimetral (a 1 m del paramento) temperaturas de consigna, es decir evitar gradiente térmico de perímetro a zonas interiores. Se evitan condensaciones del vidrio o carpintería de aluminio (imprescindible en piscinas).

• Difusor lineal presenta la ventaja frente a rejilla lineal, de orientar vena de aire con lamas deflectoras. Mayor flexibilidad en puesta en marcha (ej. salvar obstáculo perfil fachada, distanciar difusor de fachada).

• La solución con difusores lineales es bastante aceptada por los arquitectos, con un número moderado de vías, dado que son “menos visibles” que el resto. Solución más costosa a nivel instalación.

• En la selección de difusor buscar velocidad salida efectiva (2 – 4 m/s) = altura instalación (2,5 – 4 m).

• Mayor sección libre en rejillas (55% área libre) que en difusores lineales (100 m3/h x ml y vía)

• Mayor eficiencia del sistema con impulsión a nivel de suelo (habitual piscinas)

• Altura instalación máxima recomendada 4 m, para impulsión de frío y calor con dif. o rejilla lineal.

• Impulsión con unidad en posición horizontal (techo) o vertical (desde tabica o cortinero).

• Distancia recomendada a perímetro variable en difusor (no en rejilla) en instalación horizontal.

• Posibilidad de alternar en misma línea continua impulsión/retorno. Ojo en tabica distanciar al menos0,5 m para evitar cortocircuito.



• 3.1 Altura instalación < 4 m. Difusores lineales / rejillas lineales lama fija- Ejemplos de instalación:

Difusor lineal LK-70-1 vía Rejilla lineal lama fija 31-15



• 3.1 Altura instalación < 4 m. Difusores lineales / rejillas lineales lama fija- Ejemplos de instalación:

Difusor lineal KLD-3 vías

Rejilla lineal suelo 31-15-F

Instalación rejilla en tabica vertical



• 3.2 Altura instalación > 4 m. Placas multitoberas o toberas de largo alcance

En fachadas exteriores con vidrio con alturas elevadas (>4 m), se requiere de elementos de geometría especial (placa microtoberas o toberas de largo alcance), para obtener una barrido perimetral de toda su vertical con impulsión de aire frío y/o caliente, con ausencia de ruido. También se evitan condensaciones del vidrio o carpintería de aluminio (imprescindible en piscinas con impulsión desde techo).

• Placas microtoberas altura instalación máxima recomendada 7 aproximadamente (frío y calor)

• Toberas de largo alcance distribuidas perimetralmente, se puede dar solución a alturas de hasta 15 m aproximadamente (frío y calor)

• En la selección de tobera buscar velocidad salida efectiva = altura instalación.

• Mayor eficiencia del sistema con impulsión a nivel de suelo (grandes vestíbulos, terminal de aeropuertos). No existe necesidad de tratamiento de toda la vertical de fachada con aire frío.

• Impulsión con unidad en posición horizontal o vertical (desde tabica, conducto visto, …).

• Distancia recomendada a perímetro variable en función altura inst. , posibilidad orientación vena de aire. Posibilidad de combinar distintas orientaciones de vena de aire (tratamiento zona altas, bajas de vidrio, e impedir interferencias con obstáculos)



• 3.2 Altura instalación > 4 m. Placas multitoberas o toberas de largo alcance- Ejemplos de instalación:

Placa multitoberas DF-49-3-MT. Alt. inst. = 6 m Toberas DF-49-16. Alt. inst. = 14 m en conducto visto


4. GRANDES SUPERFICIES. SOLUCIÓN CON ELEMENTOS DE DIFUSIÓN DELARGO ALCANCE

• 4.1 Impulsión horizontal. Posición vertical de elemento de difusión

Impulsar elevados volúmenes de aire, con elevadas diferencias de temperatura (impulsión - ambiente), a gran altura y largos alcances, precisa difusores de geometría especial. Los difusores de largo alcance, tipo tobera, tienen como característica y criterios de selección:

• Niveles sonoros moderados, con obtención de largos alcances.• Instalación en pared o conducto visto, en locales en los que no es posible efectuar la impulsión desde

techo o a nivel de suelo por motivos técnicos, arquitectónicos y/o económicos. Solo aconsejable impulsión vertical para batir cerramiento perimetral.

• Altura de instalación entre 3,5 y 15 m.• Distancias entre elementos de difusión (2 -5 m aprox.), depende de alcance horizontal a cubrir.• Alcances horizontales hasta 30 m. • Solución con enfrentamiento entre venas de aire óptima en aporte de confort en instalación. • Velocidades efectivas de impulsión entre 6 a 20 m/s. Niveles de inducción muy elevados.• Tipo de vena de aire, cónica. Gran estabilidad de la vena de aire.• Considerar presión disponible de la máquina. Elevadas pérdidas de carga en unidad de difusión.

Impulsar elevados volúmenes de aire, con elevadas diferencias de temperatura (impulsión - ambiente), a gran altura y largos alcances, precisa difusores de geometría especial. Los difusores de largo alcance, tipo tobera, tienen como característica y criterios de selección:




- Tipos:




- Tipos:

Toberas termorregulables

La solución a las grandes alturas y largos alcances

Conseguimos confort en la zona ocupada reduciendo los costes de instalación y

mantenimiento


Condiciones de diseño:Almacén, dimensiones 19,8 x 13,7 x 6 m.

4.1. DIFUSION MEDIANTE TOBERAS.Justificación de la selección de tobera autorregulable térmicamente.Ejemplo de selección.


4.1. DIFUSION MEDIANTE TOBERAS.Justificación de la selección de tobera autorregulable térmicamente.Ejemplo de selección.


4.1. DIFUSION MEDIANTE TOBERAS. Justificación de la selección de tobera autorregulable térmicamente. Ejemplo de selección.



- Condiciones de calor


4.1 DIFUSION MEDIANTE TOBERAS. Justificación de la selección de tobera autorregulable térmicamente. Ejemplo de selección.

- Condiciones de frío



- Condiciones de calor. Manteniendo en la tobera el ángulo de frío.



- Condiciones de frío. Manteniendo en la tobera el ángulo de calor.

Sistemas de difusión

4.2 Solución a elevadas alturas de instalación. Difusores de techo de geometría variable (motorizados o termorregulables). Características principales:

Cuando existe la posibilidad de efectuar la impulsión desde el techo surge el modelo, difusor de geometría variable:

La dirección de impulsión de la vena de aire es modificable (geometría variable). Impulsión vertical con aire caliente y horizontal con aire frío. Accionamiento del mecanismo interno de difusor: manual, motorizado o termorregulable.

Imprescindible conocer y controlar la temperatura en la zona ocupada y la temperatura de impulsión.

Con alturas de instalación superiores a 3,5 m comienzan los problemas de estratificación de aire caliente si se impulsa con un difusor convencional (impulsión horizontal o con efecto coanda). El aire caliente se debe impulsar verticalmente.

Con los difusores autorregulables térmicamente modificamos la dirección de la vena de aire sin necesidad de energía exterior. Este cambio se realiza mediante un elemento térmico que se dilata o contrae en función de la temperatura del aire de impulsión, accionando un mecanismo interior que incorpora el difusor.

Este tipo (autorregulable) supone ahorro en costes de instalación y mantenimiento



• Niveles sonoros moderados, con obtención de largos alcances verticales.• Instalación en techo o conducto visto (posición horizontal de difusor)• Altura de instalación entre 3,5 y 15 m.• Distancias entre elementos de difusión (4 - 8 m aprox.), depende varios parámetros de diseño

(tamaño difusor, alcance horizontal, nivel sonoro a respetar, altura instalación, …).• Alcances verticales en modo calor hasta 15 m. . • Velocidades efectivas de impulsión entre 6 a 10 m/s. Niveles de inducción muy elevados.• Tipo de vena de aire, cónica. Gran estabilidad de la vena de aire.• Considerar presión disponible de la máquina. Elevadas pérdidas de carga en unidad de difusión.


4.2 Solución a elevadas alturas de instalación. Difusores de techo de geometría variable (motorizados o termorregulables). Características principales:



4.2 Solución a elevadas alturas de instalación. Difusores de techo de geometría variable (motorizados o termorregulables). Tipos:

Difusor geometría variable, DGV. Altura instalación máxima recomendada15 m



4.2 Solución a elevadas alturas de instalación. Difusores de techo de geometría variable (motorizados o termorregulables). Tipos:

Difusor rotacional autorregulable térmicamente, DFTR-V. Altura instalación máxima recomendada 7 m

Difusor circular autorregulable térmicamente, 44-SF-TR. Altura instalación máxima recomendada 5 m



4.2 Solución a elevadas alturas de instalación. Difusores de techo de geometría variable (motorizados o termorregulables). Ejemplo de instalación:

Difusor rotacional de geometría variable en instalación vista de conductos. Altura instalación máxima recomendada 12 m


4. SOLUCIÓN A ELEVADAS ALTURAS DE INSTALCIÓN. Difusores de techo de geometría variable (motorizados o termorregulables). Ejemplo de selección.

Condiciones iniciales de diseño:Vestíbulo de entrada, dimensiones 20 x 14 x 6 m. Caudal total de impulsión 12.000 m3/h, mediante difusores de techo. Impulsión aire frío (∆T = -10º C) y aire caliente (∆T= +14º C)Distribución inicial de elementos de difusión:



- Condiciones de frío: Impulsión horizontal de la vena de aire



- Condiciones de calor: Impulsión vertical de la vena de aire


5. DIFUSIÓN DE AIRE EN DISEÑOS DE FALSO TECHO ESPECIALES.

Por exigencias de arquitectura o necesidades de la instalación se ejecutan falsos techos especiales, con el objetivo de ocultar la instalación de conductos y difusores o por buscar una estética especial. A continuación se presentan algunos ejemplos :

• 5.1 Techos de lamas paralelas o formando retícula:

Las condiciones que se deben cumplir para que la instalación funcione correctamente son las siguientes:

• Se requiere de difusor especial de geometría variable.

• La distancia vertical del difusor a lamas debe ser >10 cm. Recomendable 20 cm cuando distancia entre difusores superior a 4 m.

• El área libre del falso techo debe ser superior a el área efectiva del difusor.

• Espesores o ancho de lamas reducidos (<10 cm). Incorrecto funcionamiento en calor.

• En impulsión de aire frío la vena de aire debe salir horizontalmente y provocar enfrentamiento de vena de aire por encima de techo.

• Calefacción requiere impulsión vertical si altura de difusor a suelo es superior a 3 m.



• 5.1 Techos de lamas paralelas o formando retícula:



• 5.2 Techos con obstáculos :

Difusor instalado en techo, con salida de aire horizontal con efecto coanda (tipo lineal, rotacional, …) si existe:• Descuelgue de tacón superior a 3 cm, localizado a una distancia del difusor < 0,7 x alcance difusor. Ocasionan problemas de corrientes de aire en zona ocupada y zonas sin tratar o “muertas”.

Buscar alternativas orientación de vena de aire, cambiando posición lamas deflectoras.



• 5.2 Techos con obstáculos :

- Ejemplo de instalación:

Lámpara descolgando de techo. Seleccionar elemento de difusión con lamas deflectoras verticales y horizontales de instalación en pared.



• 5.3 Difusores integrados en placa perforada:

Por necesidades de arquitectura, algunos fabricantes hemos ido desarrollando difusores (normalmente rotacionales) integrados en placas perforadas, con el objetivo de cuidar la estética final de la instalación diseño:

• Diseño combinado difusor + placa perforada previamente estudiado y desarrollado en laboratorio (sala aerólica).

• El área libre de la placa debe ser al menos igual al área libre del difusor (normalmente >30 %).

• Espesores de chapas perforadas inferior a 1,5 mm.

• Altura instalación máxima recomendada 3,5 m (para adecuado funcionamiento frío y calor)



• 5.3 Difusores integrados en placa perforada. Ejemplos:

Difusor rotacional DFRA-PRDifusor rotacional HDPR-C

6. DIFUSION POR SUELO Y POR DESPLAZAMIENTO EN TEATROS, AUDITORIO. Principios básicos.

Difusor de suelo DSA

Es preciso ser cuidadoso en la seleccióndado que efectuamos la impulsión en la zonade habitabilidad.

De manera análoga a la difusión pordesplazamiento, existe una “zona próxima”en la que las velocidades del aire sonsuperiores a las que exige la norma.

Los difusores deben tener un elevado nivelde inducción para conseguir una rápidareducción de velocidad e igualar latemperatura de impulsión a la de ambiente.Temperatura imp. Frío > 17º CTemperatura imp. Calor < 28º C


• 6.1 Difusión por suelo. Zona butacas:


La impulsión por suelo en teatros, auditorios, etc. presenta una serie de ventajas con respecto a otros sistemas clásicos:

Simplifica distribución de conductos de impulsión. Se trabaja con plenum de grandes dimensiones

Acústicas. No se alteran las condiciones acústicas del local al trabajar con potencias sonoras muy reducidas.

Estéticas. Prácticamente invisibles (bajo butaca).

Grado de confort. Velocidades reducidas y uniformidad de Tª. Se genera microclima por persona

Calidad de aire. Garantizamos el caudal de aire de ventilación a nivel individual.

Puesta a régimen. Muy rápida, al impulsar directamente en la zona ocupada.





Difusor de contrapeldaño DF-CP-MT

El aire introducido se desplaza de un lado a otro del local con un efecto de barrido, como un pistón enun cilindro.

• Impulsión de aire a nivel de suelo.• No existe mezcla significativa del aire impulsado con el aire del local a acondicionar.• El aire es impulsado a baja velocidad• El aire suministrado es frío respecto al ambiente.• La extracción de aire se efectúa a nivel de techo.• La calidad del aire en la zona de habitabilidad es superior a la que se obtendría en un sistema por

mezcla de aire.• La distribución del aire en el local está controlada por las diferencias de densidad del aire. La

distribución de aire se halla bajo “control térmico”.• No se emplea para calentar un recinto.• Sistema de elevada eficiencia energética, debido a que la temp. Impulsión es más elevada que un

sistema convencional y el free-cooling tiene un gran importancia.


• 6.2 Difusión por Desplazamiento. Zona Escenario:




TI - TA = 0 a – 6º CVI = 0,3 a 0,8 m/s

VA = 0,10 a 0,25 m/sTA < TR


El aire introducido se desplaza de un lado a otro del local con un efecto de barrido, como un pistón enun cilindro.

• Impulsión de aire a nivel de suelo.• No existe mezcla significativa del aire impulsado con el aire del local a acondicionar.• El aire es impulsado a baja velocidad• El aire suministrado es frío respecto al ambiente.• La extracción de aire se efectúa a nivel de techo.• La calidad del aire en la zona de habitabilidad es superior a la que se obtendría en un sistema por

mezcla de aire.• La distribución del aire en el local está controlada por las diferencias de densidad del aire. La

distribución de aire se halla bajo “control térmico”.• No se emplea para calentar un recinto.• Sistema de elevada eficiencia energética, debido a que la temp. Impulsión es más elevada que un

sistema convencional y el free-cooling tiene un gran importancia.





La difusión por desplazamiento favorece tanto la eficiencia de temperatura como de ventilación.

Se basa en la diferencia de la densidad del aire debido a la temperatura. Impulsamos aire frío, a baja velocidad, a nivel del suelo, la convección junto a las fuentes de calor generan un movimiento vertical del aire del local, también contaminado, que es extraído por la parte superior.

Aspectos a tener en cuenta:1. Análisis del proceso 2. Cálculos

- Tipo de actividad/Tipo de local - Caudal de aire- Nivel de actividad - Cálculo de cargas- Corrientes de convección. - Caudales aire de convección. Fuentes de calor internas- Dimensiones del local - Nivel sonoro resultante- Distribución de equipos y mobiliario - Zona próxima/zona lejana


av

bv

Zona próxima: zona cercana a la unidad terminal deimpulsión en la que la velocidad del aire es superior auna velocidad dada (generalmente 0,2 m/s eninstalaciones de confort y 0,3 m/s en instalacionesindustriales).Se define por av y bv.

Zona lejana: zona exterior a la próxima en la que segeneran corrientes de convección de aire pordiferencias de densidad del aire.




- Tipos o modelos:

Difusor por desplazamiento. Impulsión en 1 dirección S-90-R




-Tipos o modelos:

También se puede efectuar difusión por desplazamiento mediante rejillas lineales de suelo. Se recomienda deflexión lamas 15º hacia interior de recinto.

Rejilla lineal de suelo 31-15-F.




-Ejemplo de selección:


Condiciones iniciales de diseño:Zona Escenario Auditotio, dimensiones 18 x 8 x 7 m. Carga en refrigeración a combatir 25.000 Kcal/h, temperatura interior de diseño 25º C en zona ocupada de 2 m.

Cálculo de caudal de impulsión: Se estima un salto térmico ∆T (impulsión-retorno) de un sistema convencional de 10º C, por ej. 15º C impulsión y 25º C retorno.

Q (m3/h) = Carga a disipar (Kcal/h) / (0,29 * ∆T) = 8.620 m3/h

Cálculo de la temperatura de impulsión: se calcula mediante la fórmula,Ti = To – (2/3)*(∆T) * (Ho/H) - (∆T/3) = 19,7º C, dondeTi = temp. impulsiónTo = temp. ambienteHo = altura zona ocupada∆T = diferencia temp. impulsión-retorno sistema convencionalH = altura del local



-Ejemplo de selección:


Distribución inicial de elementos de difusión:

18 m

8 m




Selección del modelo más apropiado:

Unidad de desplazamiento rectangular 1 dirección, modelo S-90-R. 5 uds. por lateral ancho de escenario, caudal unitario de 862 m3/h.Conociendo el área efectiva del difusor (30%) y fijando una velocidad efectiva (salida) de máximo 0,6 m/s, se obtiene una dimensión frontal del difusor de 1.500 x 1000 mm.

- Obtención de zona próxima, pérdida de carga y nivel sonoro.

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