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! ! Proyecto Fin de Carrera Instalación de un sistema de climatización para la Catedral de León Memoria(1/2) Autor Julio Flecha Lescún Director Carlos Monné Bailo Escuela de Ingeniería y Arquitectura 2013 ! ! “Un amigo me preguntaba porqué no construíamos ahora catedrales como las góticas famosas, y yo le dije: los hombres de aquellos tiempos tenían convicciones; nosotros, los modernos, no tenemos más que opiniones, y para elevar una catedral gótica hace falta más que una opinión” Heinrich Heine ! ! ! ! Agradecimientos! Después! de! realizar! un! proyecto! de! tal! magnitud! y! que! ha! costado! tanto! tiempo,!esfuerzo!y!dedicación,!falta!echar!la!vista!atrás!y!ser!generosos!con!quien! nos! ha! prestado! su! ayuda! sin! recibir! nada! a! cambio.! Por! tanto,! quiero! dejar! constancia! que! este! proyecto! no! hubiera! sido! posible! sin! las! personas! que! a! continuación!nombro:! • D.!Máximo!Gómez!Rascón,!director!del!Museo!CatedralicioFDiocesano!de!León,! quien!me!recibió!en!el!mes!de!agosto!de!2012!para!comentarle!este!proyecto!y! que!en!octubre!de!ese!mismo!año!me!dieron!la!oportunidad!de!entrar!en!todas! las!dependencias!de!la!Catedral!y!cogiera!cuantos!datos!fueran!necesarios.! • D.!Santiago!Lescún!Romero,!mi!tío:!se!molestó!en!llamar!a!cuantas!personas! fueran!necesarias!para!que!me!pudieran!echar!una!mano!en!la!elaboración!de! los!primeros!paso.!Además!del!libro!sobre!la!Catedral!que!me!ha!servido!de! mucha!ayuda.! • D.!Juan!Carlos!Ponga!Mallo,!encargado!del!patrimonio!artístico!de!la!ciudad!de! León!en!el!Excelentísimo!Ayuntamiento!de!esta!localidad,!quien,!gracias!a!él,! dispuse!de!los!planos!de!la!Catedral.! • D.!Carlos!Monné!Bailó,!director!de!este!proyecto,!quien!me!dio!la!oportunidad! de!desarrollarlo!al!proponérselo,!así!como!sus!consejos!a!lo!largo!de!todo!este! último!año!de!carrera.! • D.!Enrique!Cano!Suñen,!profesor!del!área!de!Construcción!en!la!EINA,!el!cual,! siempre!me!respondió!sabiamente!acerca!de!la!construcción!de!Catedrales.!! • A!todas!las!personas!que!trabajan!en!la!Catedral!de!León,!por!darme!su!apoyo! y!mostrar!interés!en!el!trabajo!realizado!en!el!interior!del!templo.! • D.!Miguel!Ángel!Ariza!Gracia,!compañero!de!promoción,!casi!un!hermano!para! mí,!que!tanto!me!ha!ayudado,!no!sólo!en!este!proyecto,!sino!también,!a!lo!largo! de!toda!la!carrera.!! • A! todas! esas! personas,! tanto! amigos! y! familia,! que! siempre! han! mostrado! interés!por!lo!que!hago!y,!a!su!manera,!han!!intentado!ayudarme.! ! ! ! ! Resumen! La! primera! parte! de! un! proyecto! de! estas! características,! con! un! alto! contenido! artístico,! implica! un! estudio! para! ver! cómo! está! construido! y! ver! la! problemática!que!entraña!un!proyecto!de!calefacción.!Por!tanto,!el!primer!paso!del! proyecto!es!ir!a!al!Catedral,!estar!en!su!interior!para!contabilizar,!bancos,!luces,! detalles!referentes!a!la!construcción,!planos!que!eran!necesarios!para!desarrollar! el!proyecto.!! Tras!la!investigación!de!la!construcción!de!los!sillares!de!la!Catedral!y!la! formación! de! vidrieras,! así! como! los! materiales! de! los! que! están! formados,! se! calculan! los! coeficientes! globales! de! transmisión! de! calor.! Para! ello,! como! era! necesario! las! superficies! de! los! cerramientos,! solera,! cubiertas! y! de! los! amplios! ventanales,!se!realiza!un!modelo!tridimensional!a!escala!para!que!fuera!más!fácil!la! adquisición!de!estos!datos.!! Posteriormente,!se!analizan! los!diferentes!sistemas!de!conseguir!el!calor:! suelo! radiante! y! sistema! convencional! por! radiadores.! Se! dimensionan! las! instalaciones.!El!sistema! de! suelo!radiante!se!encuentra!sectorizado,!esto!es,! ! la! planta!se!encuentra!dividida!en!cinco!zonas:!girola,!altar!mayor,!crucero,!coro!y! trascoro! (las! cuales! se! dividen! a! su! vez! en! más! circuitos),! las! cuales! tienen! un! conjunto!de!circuitos!independientes!entre!sí,!permitiendo!que!cada!zona!trabaje! cuando! sea! necesario.! Se! plantea! una! instalación! de!radiadores! de! baja! temperatura!con!el!tamaño!adecuado!para!su!situación!en!los!bancos!de!la!iglesia.! La!segunda!instalación,!de!alta!temperatura!plantea!al!instalación!de!radiadores!al! ras!del!suelo,!para!evitar!que!dañen!la!visión!del!conjunto!gótico!arquitectónico.! Los!grupos!generadores!de!calor!serán!3!calderas!de!condensación!de!gas! natural!y!una!de!biomasa.!! Como! fuente! alternativa! para! calentar! el! agua! de! la! instalación! de! suelo! radiante,!se!estudian!dos!tipos!de!colectores!solares:!plano!y!de!tubos!de!vacío.!! A!continuación,!se!presupuesta!la!instalación!completa!dividiéndose!en!baja! y!alta!temperatura.!Se!realiza!un!presupuesto!básico!sin!tener!en!cuenta!coste!de! mano!de!obra,!costes!de!adquisición!de!permisos!y!licencias,!etc!y!únicamente!se! tiene!en!cuenta!el!coste!de!los!equipos.! Para! finalizar! se! realiza! una! simulación! cualitativa!de! la! evolución! de! las! temperaturas!en!el!interior!de!la!Catedral!considerando!la!solución!adoptada.!Con! ella!se!podrá!afirmar!que!a!la!altura!de!1.80!metros!se!obtiene!una!temperatura!de! confort!de!21°C!y!una!humedad!relativa!de!50%,!cumpliéndose!las!condiciones!de! diseño! ! ! ! 9! Índice'de'Contenidos! 1.#INTRODUCCIÓN#.....................................................................................................................................#15! 1.1#ANTECEDENTES#.......................................................................................................................................#15! 1.2#ALCANCE#..................................................................................................................................................#15! 1.3#OBJETIVO#.................................................................................................................................................#15! 1.4#SECCIONES#...............................................................................................................................................#16! 1.5#ANEXOS#....................................................................................................................................................#16! 2.#GENERALIDADES#..................................................................................................................................#19! 2.1CONCEPTOS#PREVIOS#...............................................................................................................................#19! 2.1.1!FUNDAMENTOS!DE!TRANSFERENCIA!DE!CALOR!...............................................................................................!19! 2.1.2!SISTEMA!DE!CALEFACCIÓN!POR!SUELO!RADIANTE!............................................................................................!19! 2.1.3!SISTEMA!DE!CALEFACCIÓN!CONVENCIONAL!.......................................................................................................!21! 2.2PROCEDIMIENTOS#E#INSTALACIÓN#..........................................................................................................#22! 2.2#TIPO#DE#INSTALACIÓN#.............................................................................................................................#23! 2.3#FUENTE#DE#ENERGÍA#...............................................................................................................................#23! 2.4#POTENCIA#TOTAL#INSTALADA#................................................................................................................#24! 2.5#REGLAMENTO#Y#NORMATIVA#APLICADA#................................................................................................#24! 3.#DESCRIPCIÓN#ARQUITECTÓNICA#....................................................................................................#25! 3.1#SITUACIÓN#Y#GEOMETRÍA#DE#LA#CATEDRAL#..........................................................................................#25! 3.2#DESCRIPCIÓN#DE#LAS#DEPENDENCIAS#DE#LA#CATEDRAL#.......................................................................#27! 3.3CARACTERIZACIÓN#DE#LAS#VIDRIERAS#....................................................................................................#29! 3.3.1!VENTANALES!ALTOS!...............................................................................................................................................!30! 3.3.2!VENTANALES!ALTOS!DEL!PRESBITERIO!..............................................................................................................!30! 3.3.3!VENTANALES!ALTOS!DEL!CENTRO!DEL!ÁBSIDE!..................................................................................................!30! 3.3.4!ROSETÓN!OESTE!......................................................................................................................................................!31! 3.3.5!ROSETÓN!SUR!Y!NORTE!..........................................................................................................................................!31! 3.3.6!TRIFORIO!DE!LAS!NAVES!LATERALES!...................................................................................................................!31! 3.3.7!TRIFORIO!DEL!PRESBITERIO!..................................................................................................................................!31! 3.3.8!TRIFORIO!DEL!ÁBSIDE!............................................................................................................................................!31! 3.3.9!TRIFORIO!DE!LOS!ROSETONES!...............................................................................................................................!31! 3.3.10!MAINELES!Y!TRACERÍAS!DE!LAS!NAVES!BAJAS!................................................................................................!31! 3.3.11!MAINELES!Y!TRACERÍAS!DE!LAS!CAPILLAS!DE!LA!GIROLA!.............................................................................!32! 4.#CÁLCULO#DE#LOS#COEFICIENTES#DE#TRANSMISIÓN#.................................................................#33! 4.1#DESCRIPCIÓN#DE#LOS#ELEMENTOS#DE#CONSTRUCCIÓN#..........................................................................#33! 4.1.1!CERRAMIENTOS!.......................................................................................................................................................!33! 4.1.2!VIDRIERAS!................................................................................................................................................................!33! 4.1.3!TECHUMBRE!DE!LA!CATEDRAL!.............................................................................................................................!35! 4.1.4!SUELO!DE!LA!CATEDRAL!........................................................................................................................................!35! 4.2#CÁLCULO#DE#LOS#COEFICIENTES#DE#TRANSMISIÓN#................................................................................#35! 5.#CONDICIONES#EXTERIORES#DE#CÁLCULO#....................................................................................#41! 6.#CONDICIONES#INTERIORES#DE#CÁLCULO#.....................................................................................#43! 7.#CÁLCULO#DE#LAS#CARGAS#TÉRMICAS#............................................................................................#45! 7.1#CARGA#TÉRMICA#POR#TRANSMISIÓN#DE#CALOR#.....................................................................................#45! 7.2#CARGA#TÉRMICA#DE#VENTILACIÓN#.........................................................................................................#46! 1.!Introducción!! 16! Se!adjuntará!al!proyecto!de!un!presupuesto!inicial!que!dé!una!primera!idea! del! grueso! del! coste! de! la! instalación,! ya! únicamente! se! tendrá! en! cuenta! los! elementos!y!dispositivos!y!no!la!mano!de!obra!o!las!operaciones!que!en!toda!la! planta!de!la!catedral!habrá!que!realizar.!! Finalmente! se! redactarán! las! conclusiones! y! recomendaciones! en! base! al! estudio!de!la!instalación.!! 1.4#Secciones# • Generalidades:! se! explican! brevemente,! conceptos! sobre! transferencia! de! calor,!suelo!radiante!y!radiadores.!Se!comenta!el!procedimiento!que!se!va!a! seguir! en! construcción! del! proyecto,! el! tipo! de! instalación! y! la! fuente! de! energía!y!se!terminará!haciendo!mención!a!la!normativa!empleada.! • Descripción!arquitectónica!de!la!Catedral:!se!detalla!la!localización!del!templo! y!se!hacen!mención!a!las!dependencias!y!las!obras!que,!en!su!interior,!guardan,! así!como!de!la!descripción!de!las!vidrieras.! • Cálculo! de! las! cargas! térmicas:! se! calculan! los! coeficientes! globales! de! transmisión!de!calor!a!través!de!cerramientos,!solera,!cubiertas!y!ventanales! para!determinar!las!pérdidas!de!calor.! • Condiciones! exteriores! e! interiores! de! cálculo:! datos! necesarios! para! dimensionar!la!instalación.! • Cálculo! y! dimensionado! de! la! instalación:! se! explican! y! calculan! las! instalaciones!de!suelo!radiante!y!radiadores.!! • Energía!solar:!posibilidad!de!utilizar!la!radiación!del!sol!para!calentar!el!agua! destinada!al!circuito!de!suelo!radiante.!! • Presupuesto:!se!hace!una!estimación.! • Proceso!de!evolución!del!calor!en!el!programa!Abaqus!CAE!y!en!Therm!en!la! sección!de!la!Catedral!y!comparación!de!resultados.!! • Conclusiones:! sirve! como! cierre! del! proyecto,! y! se! concluye! con! la! opinión! personal!del!proyectista!de!qué!instalación!elegir.! 1.5#Anexos# • Anexo! 1:! Conceptos! de! transferencia! de! calor.! Viene! a! ampliar! conceptos! y! fórmulas! que! si! bien! no! están! en! la! memoria,! son! importantes! para! comprender!los!fenómenos!que!se!estarán!dando.! • Anexo!2:!Suelo!radiante.!Explica!en!una!mayor!profundidad!en!que!se!hace!en! la!memoria.! • Anexo!3:!Sistema!de!calefacción!convencional.!Se!amplía!la!información!sobre! la!instalación!de!radiadores.! • Anexo!4:!Dependencias!de!la!Catedral.!Se!explica,!en!mayor!profundidad!los! huecos!y!obras!de!arte!de!cada!dependencia!del!templo.! • Anexo! 5:! Vidrieras! de! la! Catedral.! Donde! se! explica! la! composición! de! las! mismas!y!se!detallan!las!tablas!con!sus!superficies.! • Anexo!6:!Energía!Solar.!Se!detalla!el!proceso!de!cálculo!del!método!fFchart!para! el!cálculo!de!la!cobertura!solar.! • Anexo!7:!Resultados.!Se!incluyen!todas!las!tablas!y!resultados.! • Anexo! 8:! Planos! y! esquemas.! Son! necesarios! para! el! entendimiento! del! proyecto.! Aquellos! que! superen! el! DIN! A3! se! adjuntan! en! la! carpeta! del! proyecto.!! 1.!Introducción! 17! • Anexo!9:!Metodología!en!Abaqus!CAE!y!en!Therm.!Explica!el!proceso!seguido! en!ambos!programas.! • Anexo! 10:! Hojas! de! Fabricantes.! Recoge! las! hojas! de! características! de! los! equipos.! 1.!Introducción!! 18! 2.!Generalidades! ! 19! 2.#Generalidades! 2.1 #Conceptos#previos# 2.1.1$Fundamentos$de$Transferencia$de$Calor$ La!transferencia!de!calor!abarca!una!amplia!gama!de!fenómenos!físicos!que! hay!que!comprender!antes!de!proceder!a!desarrollar!la!metodología!que!conduzca! al!diseño!térmico!de!los!sistemas!correspondientes.!! Es! importante! recordar! que! cuando! hay! una! diferencia! o! gradiente! de! temperaturas!(magnitud!potencial)!la!energía!se!trasladará!de!la!zona!más!caliente! a! la! más! fría! hasta! llegar! a! un! equilibrio! térmico.! La! energía! en! tránsito,! de! naturaleza!microscópica,!es!el!calor.!! Los!tres!mecanismos!existentes!en!la!transferencia!de!calor!son!conducción,! convección! y! radiación.! Más! información! sobre! la! transferencia! de! calor! se! incorpora!en!el!Anexo!1:!Conceptos!de!transferencia!de!calor.![12]! 2.1.2$Sistema$de$calefacción$por$suelo$radiante$ La!calefacción! por! suelo! radiante! consiste! en! una! tubería! empotrada! en! la! capa! de! mortero! que! discurre! por! toda! la! superficie! del! local! a! calefactar.! Esta! tubería!conduce!agua! caliente! (a!baja!temperatura!respecto!a! otros! sistemas!de! calefacción)!producida!por!un!grupo!generador!de!calor:!grupos!de!calderas!y/o! colectores!solares.!! El! agua! cede! calor! al! suelo! a! través! de! la! tubería! y! el! suelo,! a! su! vez,! lo! transmite! al! ambiente! del! edificio,! por! tanto! la! potencia! calorífica! emitida! al! ambiente!es!un!porcentaje!menor!de!la!total!generada!debida!a!las!pérdidas!que! originan!el!paso!de!los!materiales.! Dicho!sistema,!permite!cualquier!fuente!de!calor!tanto!de!baja!como!de!alta! temperatura,!con!cualquier!tipo!de!energía!(gas,!gasóleo,!bomba!de!calor,!paneles! solares,!biomasa!etc.).!La!energía!más!económica!en!cada!momento.! ! Figura!1:!Distribución!de!calor!con!distintos!sistemas!de!calefacción! La! Figura! 1! muestra! que! la! calefacción! por! suelo! radiante! es! un! sistema! racional!que!nos!mantiene!los!pies!calientes!y!la!cabeza!despejada,!ya!que!el!calor! se! emite! desde! abajo! y! el! aire! caliente! se! va! enfriando! a! medida! que! se! va! separando! del! suelo.! Lo! que! permite! calentar!la! zona! habitable! y! no! los! techos! como!ocurre!con!el!resto!de!los!sistemas.!Al!calentar!el!suelo,!proporciona!al!local! de!una!gran!inercia!térmica,!pues!mientras!éste!se!encuentre!a!una!temperatura! 2.!Generalidades! ! 20! más!alta!que!el!aire!ambiental,!seguirá!habiendo!fenómenos!de!transferencia!de! calor.!! Este!sistema!de!climatización,!es!radiante!porque!la!mayoría!de!su!emisión!se! hace! por! irradiación,! aunque! también! trabaja! por! conducción,! desde! los! tubos,! terreno! y! suelo,! y! por! convección.! Por! todo! esto,! se! considera! que! no! siendo! el! sistema!ideal,!es!el!que!más!se!le!aproxima.! Las! principales! ventajas! que! ofrece! la! instalación! de! suelo! radiante! son! distribución! ideal! de! la! temperatura,! estética,! libertad!de! elección! de! suelo,! no! ensucia!las!paredes,!ofrece!unas!garantías!de!seguridad,!es!ecológico,!mantiene!una! temperatura!uniforme!en!todo!el!local,!considera!la!calefacción!más!confortable!y! saludable!ahorrando!energía.! Los!elementos!de!los!que!se!compone!la!instalación!de!suelo!radiante!son!el! forjado,!panel!aislante,!grapas!de!sujeción!y!grapadora!de!montaje,!tubería,!banda! perimetral,! aditivo! fluidificante! y! retardante,! sistema! de! colectores,! accesorios! adicionales! necesarios! para! la! instalación! y! el! correspondiente! sistema! de! regulación.! Para!conseguir!un!reparto!uniforme!del!calor!a!lo!largo!de!las!superficies!a! calentar,!se!pueden!utilizar!varios!sistemas!de!distribución!de!los!tubos!en!el!suelo.! Distribución#en#serpentín# La!distribución!del!tubo!empieza!por!un!extremo!del!local!y!termina!en!el! extremo!opuesto!avanzando!en!líneas!paralelas!equidistantes!unas!de!otras.!Esta! distribución! es! la! más! sencilla! pero! presenta! un! gran! inconveniente,! aunque! proporciona!una!cantidad!de!tubo!por!metro!cuadrado!idéntica!en!cualquier!punto! del!local,!el!reparto!del!calor!no!es!igual!ya!que!el!agua!se!va!enfriando!a!lo!largo! del!circuito.!Una!representación!esquemática!se!puede!ver!en!la!Figura!2.! ! Figura!2:!Distribución!en!serpentín! Distribución#en#doble#serpentín# Al! igual! que! la! distribución! en! serpentín,! se! va! de! un! extremo! a! otro! avanzando! en! líneas! paralelas! equidistantes! unas! de! otras! pero! dejando! huecos! donde!van!colocadas!las!líneas!de!retorno!hasta!llegar!otra!vez!al!punto!de!partida.! Esta!distribución!elimina!el!inconveniente!mencionado!anteriormente!y!se!adapta! perfectamente!a!locales!irregulares!o!alargados!(Figura!3).!! 2.!Generalidades! ! 21! ! Figura!3:!Distribución!en!doble!serpentín! Distribución#en#espiral# Como!su!nombre!indica,!se!realiza!en!forma!de!espiral!de!forma!cuadrada!o! rectangular! empezando! por! un! extremo! avanzando! de! fuera! a! dentro! dejando! huecos!para!volver!al!punto!de!partida!al!llegar!al!centro!del!local.!Este!sistema! iguala!perfectamente!la!temperatura!del!suelo!ya!que!se!alterna!un!tubo!de!ida!y! otro!de!retorno!(Figura!4).![15]![24].! ! Figura!4:!Distribución!en!espiral! Para!más!detalle!se!encuentra!el!Anexo!2:!Suelo!Radiante.! 2.1.3$Sistema$de$calefacción$convencional$ La! instalación! de! calefacción! por! radiadores! es! la! más! habitual! y! la! que! comúnmente! se! instala! en! viviendas,! aunque! la! Basílica! de! san! Isidoro! de! León! incorpora! estos! elementos! en! los! bancos! y! sirve! de! idea! para! desarrollar! este! proyecto.!El!fenómeno!de!transferencia!de!calor!principal!es!la!convección!desde!la! superficie!del!radiador!hacia!el!local!que!se!quiere!calentar.!Aunque!el!nombre!de! los!emisores!sean!radiadores,!el!efecto!radiante!no!es!tan!importante.!! Los!radiadores!se!localizan!en!puntos!determinados!del!local,!trabajando!a! temperaturas! medias! que! en! ningún! caso! deben! superar! los! 80°C! (RITE! ITE02.4.11).!! La!circulación!del!aire!en!la!estancia!se!produce!por!convección.!Se!calienta!el! aire!en!las!proximidades!del!radiador!y!comienza!un!ascenso!a!las!zonas!altas!de!la! estancia.!Al!enfriarse!en!su!recorrido,!el!aire!baja!nuevamente!volviendo!a!pasar! por!el!radiador.!! Influye!mucho!en!la!circulación!del!aire!que!el!radiador!se!encuentre!parcial!o! totalmente!tapado!por!un!muro!y!algún!accesorio!decorativo.! Cuanta!mayor!superficie!emisora!de!calor,!más!confort.!! La!potencia!calorífica!que!emiten!los!radiadores!depende!de!la!temperatura! del!agua!que!llega!desde!las!calderas,!el!caudal!que!circula!por!el!interior!y!de!la! temperatura!ambiente!del!local!en!donde!se!encuentra.!Esta!potencia!cubrirá!todas! las!necesidades!del!edificio!cuando!las!temperaturas!exteriores!sean!muy!bajas.! 2.!Generalidades! ! 22! Al!dimensionar!la!instalación!para!unas!condiciones!críticas!de!temperatura,! generalmente!no!se!alcanzará!la!potencia!máxima!disponible,!sino!que!la!necesaria! será!menor.!Esto!conlleva!a!incorporar!un!sistema!de!regulación!para!adaptar!la! potencia!emisiva!a!las!condiciones!exteriores!de!cada!momento.!! Las!dos!formas!de!conectar!los!radiadores!entre!sí!son!monotubo,!en!la!que! todos! los! elementos! estarán! conectados! en! serie! (Figura! 5),! o! bitubo,! en! la! que! estarán!en!paralelo!(Figura!6).!Dentro!de!este!tipo!de!instalación!y!dependiendo! desde!donde!esté!dirigido!el!retorno!se!encuentran!de!retorno!directo!o!simple!y! retorno!invertido.![21]! En!el!Anexo!3:!Sistema!de!calefacción!convencional!se!amplía!esta!información.! ! Figura!5:!Instalación!monotubo! ! Figura!6:!Instalación!bitubo! 2.2 #Procedimientos#e#instalación# Para!la!realización!de!dicho!proyecto,!partiendo!de!los!planos!de!la!Catedral! y!de!su!localización,!se!aplicarán!los!métodos!y!normativa!vigente!para!calcular! adecuadamente!la!potencia!térmica!máxima!de!la!instalación.! Se! realiza! un! balance! energético! del! edificio! para! obtener! las! necesidades! caloríficas!y!estimar!el!valor!de!carga!térmica!máxima.!Para!poder!obtener!este! valor,!se!hace!necesario!fijar!las!condiciones!interiores!y!las!peores!condiciones! ambientales! en! el! exterior.! Una! vez! realizado! y! comprobado! este! cálculo! se! procede! al! dimensionado! y! cálculo! del! sistema! de! suelo! radiante! clásico! y! a! la! instalación!por!radiadores!para!hacer!frente!a!todas!las!pérdidas.!Finalmente,!se! procede!a!la!elección!y!justificación!de!los!equipos!de!ambas!instalaciones.!! Por!tanto,!los!pasos!genéricos!que!se!van!a!seguir!para!la!estimación!de!la! instalación!de!la!calefacción!en!la!Catedral!serán:! • Cálculo!de!los!coeficientes! de! transmisión! a!través!de!los!cerramientos!y! techos!de!las!naves.!! • Cálculo! del! valor! de! la! carga! térmica! necesaria! para! la! instalación! de! calefacción!a!partir!de!unas!condiciones!interiores!que!vienen!descritas!en! la!norma!NBEFCT_79!y!en!el!CTEFHE1.!! • Dimensionado!de!la!instalación!de!suelo!radiante!clásico!para!hacer!frente!a! la! mayor! potencia! térmica! sin! poder! hacer! frente! a! toda! ella,! pero! obteniéndose!una!sensación!de!confort!la!parte!baja.!! • Dimensionado!de!la!instalación!de!radiadores!para!hacer!frente!al!resto!de! la!demanda!energética!del!edificio.! 2.!Generalidades! ! 23! • Especificación!y!justificación!de!los!distintos!equipos.! • Estimación!de!un!presupuesto!del!proyecto.!! Para!el!cálculo!de!los!coeficientes!de!transmisión!se!construye!una!hoja!Excel! para! estimar! los! de! las! paredes.! Sin! embargo,! la! techumbre! y! debido! a! su! construcción!abovedada,!arcos!típicos!del!Gótico,!se!hace!necesaria!la!utilización! del!programa!THERM,!que!permite!obtener!el!valor!del!coeficiente!de!transmisión! en!secciones!irregulares.! Para!el!cálculo!de!las!cargas!térmica,!mediante!una!hoja!Excel,!se!tendrá!en! cuenta! las! condiciones! constructivas! de! la! Catedral,! así! como! las! condiciones! ambientales!del!emplazamiento.!!! El!dimensionado!de!la!instalación!de!suelo!radiante!se!realiza!mediante!una! hoja! Excel! siguiendo! el! manual! de! instalación! para! suelo! radiante! clásico! de! la! empresa!Polytherm.!! El!dimensionado!de!la!instalación!de!radiadores!se!realiza!mediante!una!hoja! Excel,!partiendo!de!la!situación!que!plantea!el!proyectista!en!los!bancos!del!altar! mayor! y! crucero,! y! los! emisores! de! calor! colocados! al! ras! de! la! solera! de! la! Catedral,!en!el!perímetro!de!la!misma.!! Posteriormente! se! procede! al! cálculo! de! un! presupuesto! de! ambas! instalaciones.!Se!realizan,!por!separado,!el!presupuesto!de!alta!temperatura!y!el!de! baja!temperatura.!! Se! acompaña! al! cálculo! e! instalación! una! simulación! por! ordenador! de! la! evolución!del!calor!en!el!interior!del!templo!y!observar!qué!ventanales!son!los!más! afectados!debido!a!la!emisión!de!calor!desde!el!suelo!radiante.! 2.2#Tipo#de#instalación# La!instalación!que!se!proyecta!para!la!climatización!del!edificio!es!del!tipo! suelo!radiante!clásico!y!radiadores,!los!cuales!actúan!como!calefacción!alimentado! mediante! un! grupo! generador! de! calor! consistente! en! varias! calderas! de! condensación! (para! baja! temperatura)! y! una! caldera! de! biomasa! (alta! temperatura),!ubicadas,! ambas! en! sala! de! calderas! en! la! parte! inferior! de! las! capillas! que! rodean! a! la! girola.! La! impulsión! del! caudal! de! agua! necesario! para! abastecer! las! dos! instalaciones! se! hará! mediante! grupos! de! bombas! ya! que! se! plantea!una!sectorización!de!la!planta,!y!cada!una!de!ellas!lleva!asociada!su!bomba! de!impulsión.!! 2.3#Fuente#de#energía# El!agua!se!calentará!gracias!a!un!grupo!generador!de!calor!constituido!por! calderas! de! condensación!que! usan! como! fuente! de! energía!gas! natural!para! la! instalación!de!baja!temperatura,!y!caldera!de!biomasa!para!la!instalación!de!alta! temperatura,! en! forma! de! pellets:! pequeños! trozos! de! serrín! prensado! y! compactado! con! una! resina! de! carácter! natural.! Se! deben! usar! dos! grupos! generadores!de!calor!debido!a!que!se!proyectan!dos!instalaciones,!de!baja!y!alta! temperatura.!Además!se!proyecta!la!posibilidad!de!utilizar!el!sol!para!calentar!el! agua!de!la!instalación!de!suelo!radiante!lo!que!conlleva!a!un!ahorro!en!gas!natural.! Gracias!a!la!utilización!de!la!biomasa!y!energía!solar,!la!Catedral!de!León!se!une,!de! 2.!Generalidades! ! 24! esta!forma,!a!la!Basílica!de!San!Isidoro,!situada!en!la!misma!ciudad!de!León!en!la! utilización!de!las!energías!renovables!en!iglesias.!! 2.4#Potencia#total#instalada# Para!el!correcto!funcionamiento!de!la!instalación,!se!realizará!previamente!el! cálculo!de!pérdidas!de!carga!en!los!meses!más!fríos!reflejado!en!el!7!“Cálculo!de! cargas!térmicas”.!Una!vez!conocidas!estas!pérdidas!se!podrá!dimensionar!tanto!la! instalación!de!emisores!como!del!grupo!generador!de!calor.!En!este!proyecto,!estos! valores!serán!de!F1.142.913,703!W!para!las!pérdidas!de!carga!en!los!meses!fríos! del!año.! 2.5#Reglamento#y#normativa#aplicada# Previo!a!cualquier!cálculo!se!debe!tener!en!consideración!diferentes!aspectos! relativos!a!la!normativa!de!aplicación!vigente:! • Reglamentación!Instalaciones!Térmicas!de!Edificios!(RITE):!! o ITE02.2! La! temperatura! que! se! debe! alcanzar! en! el! interior! del! edificio!debe!estar!entre!21°C!y!23°C.! o Quedan! prohibidas! las! calderas! de! carbón! y! deben! tener! un! rendimiento!superior!al!90%.! o ITE02.6.!Fraccionamiento!de!potencia.!Solamente!se!podrán!instalar! grupos!generadores!de! calor! que! proporcionen!como!máximo!400! kW.! Si! es! necesario! más! potencia,! los! grupos! se! conectarán! hidráulicamente!en!paralelo!y!estarán!independizados.!! ! • Código!Técnico! de!la!Edificación,!Ahorro!Energético!1!(CTEFHE1):! cuanto! más! fría! sea! la! localidad! donde! se! va! a! situar! la! instalación,! mayor! aislamiento!debe!tener.!(el!único!aislamiento!del!edificio!en!cuestión!son!los! propios!muros!de! piedra! y! los!tejados!la!cámara!de!aire! que! se!deja!por! construcción).!España!está!dividida!en!zonas!climáticas!(I!la!más!cálida!y!V! la!más!fría).!León,!lugar!de!la!instalación,!pertenece!a!zona!V.!! ! • Código! Técnico! de! la! Edificación,! Salubridad! 3! (CTEFHS3):! relativo! a! pérdidas!de!renovación!e!infiltración,!que!dictan!la!calidad!de!aire!que!debe! tener!un!espacio!interior! ! • Para!calderas!de!potencia!mayor!de!70!kW,!debe!haber!un!sitio!en!el!bloque! de!viviendas!dedicado,!exclusivamente,!a!su!instalación.! ! • Según! directiva! 92/42! CEE,! las! calderas! estándar! utilizan! para! la! producción! de! agua! caliente! trabajando! a! una! temperatura! constante! del! agua!de!salida!entre!70°C!y!90°C.! ! • Norma!UNE!60F601,!sobre!distribución!y!dimensión!de!la!sala!de!calderas.!! ! • Norma!EN13384F1!y!EN13384F2,!sobre!el!dimensionado!de!la!instalación! de! la! chimenea! en! caldera! normal! y! centralizada,! respectivamente.! 3.!Descripción!arquitectónica! ! 25! 3.#Descripción*arquitectónica! 3.1#Situación#y#geometría#de#la#Catedral# Se! proyecta! el! estudio! de! calefacción! sobre! la! Catedral! de! Santa! María! de! Regla,!localizada!en!la!plaza!de!Regla!s/n!de!la!localidad!de!León!(Figura!7!y!!Figura! 8).!El!edificio!es!una!Catedral!gótica!del!siglo!XIII!compuesta!por!una!nave!central! de! 30! metros! de! altura! y! dos! filas! de! naves! laterales! que! se! encuentran! a! 11,5! metros.!Las!dos!filas!de!naves!laterales! se! unen! entre! sí!a!través! de! una! girola,! dispuesta,!también!a!11,5!metros.!Alrededor!de!la!girola!se!encuentran!5!capillas!a! la!misma!altura!que!esta!última.!Por!último,!en!los!laterales!del!altar!mayor,!pasado! el!crucero,!se!encuentran!dos!capillas!adicionales.! ! Figura!7:!Plano!de!situación:!Plaza!de!Regla!s/n,!León! ! Figura!8:!Mapa!satélite:!Plaza!de!Regla!s/n,!León! ! 3.!Descripción!arquitectónica! ! 32! 3.3.11$Maineles$y$tracerías$de$las$capillas$de$la$girola$ Las!15!últimas!vidrieras!se!dividen!en!las!5!capillas!que!rodean!el!ábside!y! que!forman!la!girola!de! la! Catedral.!Cada!una!se!compone! de! dos!huecos!y!una! roseta!en!la!parte!alta.!Tienen!la!misma!altura!que!los!maineles!y!tracerías!de!las! naves! bajas,! anteriormente! citados.! Todas! ellas! han! sufrido! el! proceso! de! restauración.!Suman!190,959!m2!de!vidriera!en!la!zona!este!de!la!Catedral.![1]!y![2]! Más!información!acerca!de!cómo!se!encuentra!divididas!los!huecos!en!las! vidrieras!se!disponen!en!el!aparatado!A5.2!del!Anexo!5:!Vidrieras!de!la!Catedral!de! León!y!los!planos!de!las!vidrieras!se!disponen!en!el!Anexo!8:!Planos!y!Esquemas.! ! ! 4.!Cálculo!de!los!coeficientes!de!transmisión! ! 33! 4.#Cálculo#de#los#coeficientes#de#transmisión! Uno!de!los!apartados!más!importantes!del!documento,!porque!con!el!cálculo! del!coeficiente!global!de!transmisión!podremos!obtener!las!pérdidas!que!tiene!la! Catedral!y!así!disponer!de!la!caldera!necesaria,!así!como!de!las!correspondientes! instalaciones!de!suelo!radiante!e!instalación!convencional.! 4.1#Descripción#de#los#elementos#de#construcción# 4.1.1$Cerramientos$ Las! paredes! de! la! Catedral! de! León! están! constituidas! por! sillares! relativamente!regulares!de!origen!calizo.!Los!tipos!de!roca!presentes!en!la!fábrica! de! la! catedral! de! León! son:! dolomías! cristalinas! (piedra! procedente! de! Boñar),! piedras! margosas! (piedras! del! país)! y! calizas! bioclásticas! (piedra! de! Hontoria).! Estos!tres!tipos!de!piedra!están!repartidos!por!los!diferentes!componentes!de!la! Catedral,!así!pues!se!puede!observar!que!la!piedra!de!Boñar!se! encuentra!en!la! mayor!parte!de!la!iglesia:!torre,!hastial!y!arbotantes!del!sur,!torre!de!la!Limona,!el! claustro!y!el!exterior!de!las!capillas.!La!piedra!del!País!aparece,!entre!otras!zonas,! en! la! torre! y! arbotantes! del! Norte,! pórtico! y! hastial! oeste! y! en! el! interior! del! templo.!Por!último,!la!piedra!de!Hontoria,!menos!presente!en!la!catedral,!y!de!más! reciente! utilización! en! las! obras! de! restauración,! aparece! en! balaustradas,! ventanales,!barandillas!y!otros!adornos!menores.!! Gracias!a!los!arbotantes,!que!son!los!que!reparten!el!peso!de!la!fábrica,!el! espesor!de!los!muros!es!de!simplemente!de!40!cm.!Se!podría!decir!que!los!muros! están! para! soportar! el! peso! de! las! vidrieras! y! hacer! de! cerramientos.! Para! simplificar!los!cálculos,!se!toma!como!conductividad!térmica!la!de!la!piedra!caliza,! ya!que!se!compone,!principalmente,!de!ésta.!Para!obtener!la!demanda!de!calor,!la! conductividad!de!la!piedra!caliza!es!de!2,2097!W/mK.!! Los!cerramientos!interiores!no!juegan!un!papel!relevante,!porque!todo!el! espacio! a! calefactar! se! encuentra,! en! los! cálculos,! a! la! misma! temperatura.! No! obstante,! los! muros! interiores! se! construyen! con! los! mismos! tipos! de! piedra! comentados!anteriormente;!además!se!pueden!ver!que!hay!distintos!materiales!en! el!interior:!alabastro!para!los!sepulcros!del!crucero!y!de!las!capillas!de!la!girola,!así! como! para! el! trascoro;! la! sillería! del! coro! es! de! madera! de! nogal! tallada! con! diferentes!santos!de!la!iglesia!católica;!las!rejas,!barandillas,!cerraduras!y!canceles! que!protegen!los!sepulcros!y!cierran!las!capillas!de!la!girola,!excepto!la!presacristía! (es!piedra!de!Boñar!tallada),!se!hacen!mediante!elementos!de!forja.!También!hay! que!considerar!que!hay!paredes!que!tienen!frescos!pintados!y!que!es!importante! mantener! la! catedral! a! una! cierta! temperatura! y! humedad! suficientemente! agradables!para!las!personas!pero!sin!que!dañen!estos!elementos.![3],![4],![6],![8]!y! [9].! 4.1.2$Vidrieras$ Adicionalmente! al! apartado! 3.3! “Caracterización! de! las! Vidrieras”,! surge! éste!que!viene!a!describir!los!materiales!de!los!que!se!componen!los!ventanales!de! la!catedral.! ! 4.!Cálculo!de!los!coeficientes!de!transmisión! ! 34! Los!principales!componentes!de!las!vidrieras!son!su!contenido!en!sílice,!su! contenido! en! iones! alcalinos! y! su! contenido! en! óxido! de! calcio.! El! contenido! en! sílice!determina!el!comportamiento!físico!químico!de!la!vidriera.!Cuanto!más!baja! es! la! composición! en! sílice,! mayor! deterioro! tendrá.! La! elevada! proporción! de! alcalinos! en! la! composición! de! las! vidrieras! las! hace! muy! vulnerables.! El! más! común! de! los! que! se! solían! utiliza! era! el! óxido! de! sodio,! aunque! también! era! frecuente!la!utilización!de!óxido!de!potasio,!ya!que!ambos!se!obtenían!de!cenizas! de!plantas,!y!los!lugares!donde!predomina!el!sodio!son!cerca!del!Mediterráneo;!por! tanto,!el!óxido!potásico!se!obtenía!de!cenizas!de!plantas!de!interior.!El!contenido! de!óxido!cálcico!suele!ser!muy!bajo!(menor!del!20%).! Junto! a! estos! tres! componentes! hay! otros,! que! son! una! constante! en! la! composición!de!la!mayoría! de! las! vidrieras:!los!más!comunes!son!los!óxidos!de! magnesio,!bario,!plomo,!aluminio!y!titanio.!Los!que!se!encuentran!colorados,!habrá! que!considerar,!también,!los!componentes!de!su!coloración.!Los!más!comunes!son! el!óxido!de!cobalto,!culpable!del!color!azul!intenso;!el!óxido!de!manganeso,!se!usa! como!colorante!para!producir!el!rosa!de!las!carnaciones,!también!se!utilizaba!con! la! función! de! decolorante,! danto! color! oscura! parda;! el! óxido! de! hierro,! responsable!de!una!coloración!azulada!verdosa,!si!es!óxido!ferroso,!o!amarillenta! parda,!si!es!óxido!férrico;!el!óxido!de!cobre,!gracias!al!cual!se!tiene!un!color!azul! turquesa,!si!se!combina!con!óxido!cúprico!con!férrico!se!llega!a!obtener!un!color! verdoso,!por!último,!el!cobre!desempeña!un!papel!fundamental!en!la!creación!de! rojo!rubí;!el!color!amarillo!intenso!de!las!vidrieras!lo!suministraba!los!compuestos! de!plata.! También!es!muy!importante!que!hay!vidrieras,!que!no!han!sufrido!ningún! proceso!de!restauración!y,!debido!a!los!agentes!climáticos!y!al!tráfico!rodado,!que! anteriormente!circulaba!por!los!alrededores!de!la!Plaza!de!Regla,!se!encuentran! capas!de!grisalla!que!son!de!naturaleza!vítrea.!Están!formadas,!generalmente,!por! mezclas! de! sustancias! vitrificables! usando! óxido! de! plomo! como! fundente.! El! problema!es!que!alguna!de!las!vidrieras!que!tienen!esta!capa!de!grisalla!se!puede! encontrar!desprendida!debido!a!una!mala!adhesión!o!a!diferencias!de!tensiones! producidas!por!sus!diferentes!coeficientes!de!dilatación.!Por!último,!si!la!capa!de! grisalla!se!encuentra!corroída,!el!daño!es!irreparable.!! Una!vez!que!los!vidrios!están!preparados!se!disponen!sobre!la!plantilla!(o! tabla)!para!su!emplomado.!El!perfil!o!verga!de!plomo!se!compone!de!un!alma!y!dos! alas.!El!emplomado!consiste!en!unir!las!piezas!cortadas!de!vidrio!con!las!vergas!de! plomo.!Un!diseño!irregular!implica!un!montaje!más!complejo.!Una!vez!emplomada! la!vidrieras!se!sueldan!las!uniones!de!los!perfiles!de!plomo!con!una!aleación!de! plomo!y!estaño,!quedando!perfectamente!unidas!y!siendo!imposible!que!los!vidrios! se! suelten.! Finalmente,! la! vidriera! queda! terminada! tras! el! enmasillado,! que! consiste!en!rellenar!los!huecos!entre!el!plomo!y!la!vidriera!con!una!pasta!o!masilla! para!dotarla!de!consistencia! y!unidad.!En!el!Anexo!5:!Vidrieras!de!la!Catedral!de! León!se!muestra!con!mayor!detalle!las!composiciones!de!los!componentes!de!las! vidrieras.! Las! vidrieras! de! la! catedral! de!León! se! pueden! clasificar! en! tres! tipos! químicos!que!los!designamos!como!I,II!y!III.!Los!vidrios!del!Tipo!III,!que!datan!del! siglo!XV!son!claramente!diferentes!a!los!del!Tipo!I!y!II.!Los!tipos!más!tardíos!se! parecen!químicamente!entre!sí!aunque!no!son!idénticos.!! 4.!Cálculo!de!los!coeficientes!de!transmisión! ! 35! El!Tipo!III!se!caracteriza!por!su!alto!contenido!en!K2O!y!CaO!con!tan!sólo!un! moderado!contenido!de!MgO,!mientras!que!los!Tipos!I!y!II!tienen!un!alto!contenido! en!K2O,!medio/alto!de!CaO!y!alto!MgO,!a!veces!combinado!con!una!alto!contenido! de!P2O5.!! Al! ser! imposible! tener! en! cuenta! todos! los! componentes! de! las! vidrieras! para! el! cálculo! de! la! conductividad! térmica,! se! hace! una! simplificación! que! distingue!entre!vidriera!no!restaurada!y!vidriera!restaurada.!La!conductividad!del! vidrio!será,!cualquier!caso,!0,067!W/mK.!Lo!que!hará!diferente!una!de!otra!será! que!la!vidriera!restaurada!lleva!un!segundo!vidrio!de!protección!y!se!encuentra! separada!del!muro!de!piedra!unos!5!mm,!favoreciendo!a!la!ventilación!y!a!que!el! propio!aire!genere!una!película!de!protección.!Además!también!hay!que!considerar! que!las!juntas,!que!llamaremos!marco,!serán!de!latón!(81!W/mK)!en!las!vidrieras! restauradas!y!de!plomo!(35!W/mK)!en!las!no!restauradas.![5]! 4.1.3$Techumbre$de$la$Catedral$$ Se!pueden!distinguir!dos!zonas!de!bóvedas!en!la!Catedral.!Las!bóvedas!de!la! nave!central,!que!son!más!elevadas!que!los!de!la!segunda!zona,!las!de!las!naves! laterales!y!capillas!de!la!girola.!! Bóveda#de#las#naves#bajas# Poseen!una!luz!de!arco!que!mide!7,43!metros!al!comienzo.!El!punto!más!alto! de!la! bóveda! está! a! 11,5! metros.!El! arco! es! de! estilo! gótico! y!se!modela! de! esa! forma!cuyas!capas!están!formadas!por!piedra,!arlita,!cuya!conductividad!es!de!0,08! W/mKm,!que!hace!de!medio!aislante!y!sirve!para!distribuir!peso;!luego!hay!una! capa!de!aire!(0,024!W/mK),!vigas!de!madera!de!pino!(0,163!W/mK)!antes!de!la! techumbre!en!teja!(0,76W/mK).!! Bóveda#de#la#nave#central# Su!punto!más!alto!está!a!30!metros!de!altura!y!la!anchura!del!arco!alcanza! los!16!metros.!Las!capas!de!las!cuales!se!compone!esta!techumbre!son!las!mismas! que!las!naves!bajas!pero!con!diferentes!espesores.![2],![3],![6]!y![10]! ! 4.1.4$Suelo$de$la$Catedral$ La! catedral! construida! encima! de! los! cimientos! de! la! antigua! catedral! de! estilo!Románico!se!compone!de!dos!tipos!de!suelo!de!piedra! caliza!pulida!y!sin! pulir! (se! considera! a! efectos! de! cálculo! la! misma! conductividad! que! la! piedra! caliza)!y!baldosín!cerámico!a!lo!largo!del!pasillo!que!une!el!coro!con!el!altar!mayor.! [2]! Las!diferentes!capas!de!las!que!se!compone!el!suelo!son!baldosín!cerámico! de! 0,67! W/mK! o! la! piedra! caliza! más! el! terreno,! cuya! conductividad! será! de! 2! W/mK.!Los!espesores!de!ambas!capas!varía!pues!en!conjunto!deben!medir!55!cm.! Si!el!suelo!es!de!baldosín!cerámico!el!espesor!es!el!propio!del!baldosín!(5!cm)!y!si! es!de!piedra!será!el!del!propio!bloque,!unos!25!cm.!El!resto!será!terreno.![6]! 4.2#Cálculo#de#los#coeficientes#de#transmisión# Para!el!cálculo!de!los!coeficientes!globales!de!transmisión!para!los!distintos! tipos!de!cerramientos,!el!Código!Técnico!de!la!Edificación!establece!que!se!calculan! según!la!siguiente!expresión:!! 4.!Cálculo!de!los!coeficientes!de!transmisión! ! 36! 𝐾 != 1 1 ℎ! +1 ℎ! +𝐿! 𝜆! ! donde:!! hi:!coeficiente!superficial!de!transmisión!de!calor!interior![W/m2K].!Viene! dado! por! el! CTEFHE1! como! función! de! la! situación! y! posición! del! cerramiento!y!sentido!del!flujo!de!calor!a!través!del!mismo.! he:!coeficiente!superficial!de!transmisión!de!calor!exterior![W/m2K].!Viene! dado! por! el! CTEFHE1! como! función! de! la! situación! y! posición! del! cerramiento!y!sentido!del!flujo!de!calor!a!través!del!mismo.! Li:!espesor!de!la!capa!de!material!iFésima![m].! 𝜆!:!conductividad!térmica!del!material!que!forma!la!capa!iFésima![W/mK].! 𝐾 !:!coeficiente!global!de!transmisión![W/m2K].! Así!los!valores! de!Kg!obtenidos!para! los!diferentes!tipos!de! cerramientos! son!los!siguientes.! • !Muros!exteriores.!! ! ! Figura!14:!Cerramiento!exterior! 𝐾 != 1 1 ℎ! +1 ℎ! +𝐿! 𝜆! = 1 0,13 +0,04 +0,4 2,2097 =2,84884 𝑊 𝑚!𝐾! ! • !Muros!interiores! ! Figura!15:!Cerramiento!interior! ! 4.!Cálculo!de!los!coeficientes!de!transmisión! ! 37! 𝐾 != 1 1 ℎ! +1 ℎ! +𝐿! 𝜆! = 1 0,13 +0,13 +0,3 2,2097 =2,52675 𝑊 𝑚!𝐾! ! • Vidriera!no!restaurada.!! ! Figura!16:!Vidriera!no!restaurada! o Vidrio:! 𝐾 != 1 1 ℎ! +1 ℎ! +𝐿! 𝜆! = 1 0,13 +0,04 +0,004 0,067 =4,35347 𝑊 𝑚!𝐾! ! o Marco!de!plomo! ! 𝐾 != 1 1 ℎ! +1 ℎ! +𝐿! 𝜆! = 1 0,13 +0,04 +0,005 35 =5,877414 𝑊 𝑚!𝐾! ! • Vidriera!restaurada.! ! Figura!17:!Vidriera!restaurada! o Vidrio:! ! 𝐾 != 1 1 ℎ! +1 ℎ! +𝐿! 𝜆! = 1 0,13 +0,04 +0,004 0,067 +0,005 0,02926 +0,004 0,067 =4,35347 𝑊 𝑚!𝐾! ! ! 4.!Cálculo!de!los!coeficientes!de!transmisión! ! 38! o Marco!de!latón! ! 𝐾 != 1 1 ℎ! +1 ℎ! +𝐿! 𝜆! = 1 0,13 +0,04 +0,005 81 =5,88022 𝑊 𝑚!𝐾! ! [6],![7]!y![14]! • Cubierta!de!las!naves!laterales.! ! ! Figura!18:!Cubierta!de!las!naves!laterales! Dada!la!forma!de!arco!gótico,!se!hace!necesaria!la!utilización!del!programa! Therm! para! poder! obtener,! mediante! elementos! finitos,! el! coeficiente! global! de! transmisión! de! calor.! Dibujando! el! arco! en! AutoCad,! se! trabaja! con! él! en! el! programa!de!cálculo.!!Se!definen!los!materiales!y!se!imponen!las!condiciones!de! contorno!de!F3,8°C!fuera!y!dentro!21°C.!Gracias!a!esto!obtenemos!que!el!valor!del! coeficiente!global!de!transmisión!es!1,0467!W/m2K.!En!la!Figura!19!se!muestra!la! distribución!de!temperaturas!y!el!flujo!de!calor!en!el!arco.![6],![10]!y![11]! ! ! Figura!19:!Distribución!de!temperaturas!en!las!naves!bajas/laterales! ! 4.!Cálculo!de!los!coeficientes!de!transmisión! ! 39! • Cubiertas!de!la!nave!central.!! ! Figura!20:!Cubierta!de!la!nave!central! Análogamente!a!la!cubierta!de!las!naves!laterales,!se!hace!necesario!volver!a! utilizar! Therm! para! poder! obtener! el! coeficiente! de! transmisión! de! calor.! Únicamente! cambia! el! tamaño! del! arco! y! la! consideración! del! canalón! de! acero! inoxidable.!El!valor!del!coeficiente!es!de!0,2699!W/m2K.!De!nuevo,!la!¡Error!+No+se+ encuentra+el+origen+de+la+referencia.!muestra!la!distribución!de!temperaturas!en! la!nave!central.![6],![10]!y![11]! !! Figura!21:!Distribución!de!temperaturas!en!nave!central! • Forjado! ! o Baldosín!cerámico! ! Figura!22:!Baldosín!cerámico! ! 4.!Cálculo!de!los!coeficientes!de!transmisión! ! 40! 𝐾 != 1 1 ℎ! +1 ℎ! +𝐿! 𝜆! = 1 0,17 +0,17 +0,05 0,67 +0,5 2 =1,504603 𝑊 𝑚!𝐾! ! o Piedra!caliza! ! Figura!23:!Suelo!de!piedra!caliza! 𝐾 != 1 1 ℎ! +1 ℎ! +𝐿! 𝜆! = 1 0,17 +0,17 +0,25 2,2097 +0,3 2 =1,658 𝑊 𝑚!𝐾! ! [6],![7]!y![14]! 5.!Condiciones!exteriores!de!cálculo! ! 41! 5.#Condiciones#exteriores#de#cálculo! Se!toma!como!fuente!de!información!los!datos!suministrados!en!la!“Guía! Técnica:!Condiciones!climáticas!exteriores!del!proyecto”!que!a!su!vez!toman!como! fuente!los!proporcionados!por!la!Agencia!Española!de!Meteorología!(Tabla!1).!! Provincia) Estación) León) León)(Virgen)del)Camino)) ! a.s.n.m)(m)) Latitud) Longitud) T)media)seca) Hum.)relativa) T)terreno) 916) 42,36º) 5,3º)Oeste) 10,9) 14,601) 5,838) ! TSMIN(°C)) TS99,6)(°C)) TS99)(°C)) OMDC) HUMcoin(%)) OMA)(°C)) 9,1) P5) P3,8) 11,2) 89,2) 36,8) Tabla!1:!Condiciones!exteriores!del!proyecto!de!calefacción! Cada!uno!de!los!datos!anteriores!significa:!! a.s.n.m:! altura! sobre! el! nivel! del! mar! de! la! estación! donde! se! toman! los! datos.! T!media!seca:!Temperatura!seca!media!anual.!! TS99,6:!Temperatura!seca!de!León!con!un!percentil!99,6%.! TS99:!Temperatura!seca!de!León!con!un!percentil!99%.! OMDC:!Oscilación!media!diaria!(máximaFmínima!diaria)!de!los!días!en!los! que!alguna!de!sus!horas!están!dentro!del!percentil!del!99%.! HUMcoin:!Humedad!relativa!media!coincidente!(se!da!a!la!vez!que!se!tiene! el!nivel!de!percentil!99%!en!TS.! OMA:! Oscilación! máxima! anual! de! temperatura! seca.! Se! define! como! la! diferencia!de!temperatura!seca!con!un!nivel!de!percentil!0,4%!respecto!a!la! temperatura!seca!con!un!99,6%!de!percentil.! 𝑂𝑀𝐴 =𝑇𝑆!,!% −𝑇𝑆!!,!%! Por!último!mostramos!la!rosa!de!los! vientos! para! indicar! la! intensidad! y! direcciones!predominantes!del!viento:! ! Figura!24:!Rosa!de!los!vientos!de!León! ! ! 7.!Cálculo!de!las!Cargas!Térmicas! 48! El! signo! menos! en! la! tabla! anterior! implica! pérdidas! de! calor.! Una! descripción! más! detallada! de! los! resultados! de! las! pérdidas! a! través! de! los! cerramientos!y!vidrieras!se!encuentra!en!el!apartado!A7.2!del!Anexo!7:!Resultados.! Observando! los! resultados! obtenidos,! la! caldera! a! instalar! deberá! poseer! una! potencia! nominal! superior! a! las! pérdidas! de! carga! obtenidas! para! poder! garantizar!un!sistema!de!calefacción!óptimo.!Para!la!elección,!se!tendrá!que!tener! en! cuenta! también! las! pérdidas! de! calor! producidas! a! lo! largo! de! toda! la! instalación.!Dichos!cálculos!junto!con!la!elección!de!la!caldera!se!desarrollan!en!el! apartado!8.3!del!presente!proyecto.!! ! ! 8.!Cálculo!y!Dimensionado!de!la!Instalación! ! 49! 8.#Cálculo#y#dimensionado#de#la#instalación! El!presente!capítulo!viene!a!resumir!las!instalaciones!necesarias!para!poder! hacer! frente! a! las! pérdidas! de! calor! que! sufre! el! tempo,! así! como! los! grupos! generadores! que! son! necesarios! para! suministrar! la! potencia! calorífica! que! calienten!el!agua,!los!vasos!de!expansión!y!chimenea!para!evacuar!los!gases.!! Para! poder! hacer! frente! a! las! pérdidas! de! calor! a! través! de! las! paredes,! cubiertas!y!vitrales,!se!plantean!dos!instalaciones,!que!han!de!trabajar!de!forma! conjunta:!de!alta!y!de!baja!temperatura.!La!instalación!de!baja!temperatura!está! formada!por!el!suelo!radiante!y!radiadores!en!los!bancos.!La!instalación!de!alta! temperatura!está!formada!por!elementos!emisores!que!se!encuentran!dispuestos!a! nivel!del!suelo.!! El!suelo!radiante!de!la!instalación!de!baja!temperatura!se!encuentra!en!una! disposición!sectorizada!debajo!de!la!toda!la!planta!de!la!Catedral.!Se!dimensiona! siguiendo! el! modelo! comercial! Polytherm! clásico.! Gracias! a! la! sectorización,! el! usuario!puede!encender!las!zonas!cuando!se!requiera,!con!el!consiguiente!ahorro! energético! y! de! dinero! que! en! gas! natural! supone.! Cada! sector! llevará! tantos! circuitos!de!suelo!radiante!como!sean!necesarios!para!mantener!la!temperatura! del!suelo!por!debajo!de!los!29°C!reglamentarios,!asumiendo!la!separación!entre! tubos!que!determina!el!método.!! Se!emplean! para! la! instalación! de!los! radiadores! dos! tipos! del!fabricante! Zehnder.!Uno!de!ellos!es!un!haz!de!tubos!horizontal!con!el!tamaño!adecuado!para! poder!situarlo!en!las!espaldas!de!los!bancos!funcionando!a!baja!temperatura;!y!el! otro!tipo,!el!de!alta!temperatura,!se!instala!de!tal!forma!que!las!rejillas!del!emisor! se!encuentran!a!la!misma!altura!que!la!planta!de!la!iglesia.!!! La!instalación!de!baja!temperatura!recibe!el!agua,!procedente!de!un!grupo! generador!de!calor!que!usa!como!combustible!gas!natural,!a!una!temperatura!de! 50°C!y!la!devuelve!a!43°C,!proporcionando!un!salto!térmico!logarítmico!de!25,5°C.! En!el!capítulo!9!del!presente!proyecto,!se!aborda!la!posibilidad!de!apoyar!a!este! grupo!generador!de!calor!mediante!colectores!solares!situados!en!los!tejados!del! Palacio!Arzobispal,!situado!en!dirección!sur,!en!frente!del!templo.!Si!bien!es!verdad! que! la! superficie! para! colocar! los! receptores! de! radiación! directa! está! limitada,! estos!podrían!cubrir!un!25%!de!la!demanda.!! La!instalación!de!alta!temperatura!implica!que!el!agua!de!impulsión,!a!75°C! procede!de!un!sistema!generador!de!calor,!cuya!fuente!de!energía!es!la!biomasa.!El! retorno!lo!realizará!a!65°C.!Esta!instalación!se!divide!en!2!ramales,!ya!que!si!se! hiciera!en!uno,!los!diámetros!de!los!tubos!serían!demasiado!grandes.!!! 8.1#Cálculo#y#dimensionado#de#la#instalación#de#baja#temperatura# Como!se!ha!comentado!en!la!introducción!del!capítulo,!la!instalación!de!baja! temperatura!conlleva,!a!su!vez,!la!instalación!de!suelo!radiante!y!los!radiadores!en! los!bancos!del!templo.!En!la!Figura!25!se!muestra!un!esquema!muy!simple,!pero! aclaratorio!de!lo!que!se!va!a!abordar.!La!instalación!completa!se!proyecta!en!los! planos!22!al!28!del!Anexo!8:!Planos!y!esquemas.! 8.!Cálculo!y!Dimensionado!de!la!Instalación! 50! ! Figura!25:!Esquema!simplificado!de!la!instalación!de!baja!temperatura! 8.2.1$Instalación$de$suelo$radiante$ Una! vez! calculadas! las! necesidades! caloríficas! de! toda! la! catedral! se! procederá!a!estimar!la!instalación!de!suelo!radiante!clásico!necesaria,!calculando!el! número! de! circuitos! a! instalar! en! cada! sectorización,! la! distancia! entre! tubos,! longitud! total! de! tubo,! temperaturas! máximas! de! superficie! y! distribuidor! a! instalar.! La! potencia! que! se! instalará! en! la! instalación! de! suelo! radiante! será! la! máxima! que! nos! permita! la! instalación! ya! que! esta! ha! de! cumplir! la! normativa! correspondiente!(UNEFEN!1264)!que!limita!la!temperatura!del!suelo!y!la!distancia! entre!los!tubos.!! Según!UNEFEN!1264,!una!calefacción!por!suelo!radiante,!bien!proyectada!y! ejecutada,!se!considera!como!el!sistema!ideal!de!distribución!de!calor.!El!calor!es! uniforme!y!extremadamente!agradable,!siempre!que!se!mantenga!una!temperatura! de!superficie!dentro!de!los!límites.!! En! cualquier! calefacción! por! suelo! es! imprescindible! mantener! la! temperatura! de! superficie! del! suelo! por! debajo! de! unos! límites! para! que! no! empiece!a!perder!ese!bienestar!que!proporciona!este!tipo!de!calefacción.! La!temperatura!máxima!admisible!de!superficie!del!suelo!que!fija!la!norma! UNEFEN!1264!es!de!29°C!para!un!edificio!como!la!Catedral.!! Cumpliendo! con! la! normativa,! la! potencia! que! cubrirá! el! suelo! radiante,! como!máximo!será!de!677!kW.!! Se! plantea! una! sectorización! de! la! instalación! para! mayor! facilidad! en! el! montaje!y,!posteriormente!para!su!utilización.!Los!sectores!en!los!que!se!divide! esta!instalación!serán!los!siguientes!y,!de!esta!forma!se!denominarán!cuando!se! quiere!hacer!referencia!a!ellos.! • Girola:! incluye! las! 5! capillas! de! la! girola,! la! capilla! del! santo! Cristo! y! el! corredor!que!une!estas!dependencias.! 8.!Cálculo!y!Dimensionado!de!la!Instalación! ! 51! • Altar!mayor:!dividido,!a!su!vez!en!tres!regiones,!altar!mayor!1!(AM1),!altar! mayor!(AM)!y!altar!mayor!2!(AM2).!Tanto!AM1!como!AM2!tienen!la!misma! superficie!de!suelo.! • Crucero:! dividido,! también,! en! tres! regiones.! Crucero! 1! (CR1),! Crucero! (CR)!y!Crucero!2!(CR2).!CR1!y!CR2!tendrán!la!misma!superficie.! • Coro!(CO).! • Trascoro:! Este! también! se! encuentra! dividido! en! tres! zonas,! Trascoro! 1! (TR1),!Trascoro!(TR)!y!Trascoro!2!(TR2).!TR1!y!TR2,!misma!superficie.!! Estas! zonas! se! pueden! observar! en! la! Figura! 26!que! recoge! todas! estas! regiones!en!la!planta!de!la!catedral.! ! Figura!26:!Denominación!de!las!regiones!de!suelo!radiante! Para! ello! se! deberán! tener! en! cuenta! los! siguientes! premisas! básicas! establecidas! por! el! manual! técnico! para! instalación!de!suelo!radiante!clásico!de! Polytherm,!así!como!aclaraciones!para!una!mayor!compresión.!! Se!parte!de!la!superficie!de!cada!zona,!de!la!potencia!que!debe!emitir!cada! una,!el!tipo!de!pavimento!del!suelo!y!la!distancia!al!colector.! Con!los!datos!proporcionados,!la!potencia!que!debe!emitir!cada!sector!será! el! cociente! entre! la! potencia! total! y! la! superficie! de! cada! región! que! recibe! el! nombre!de!calor!específico.!! 8.!Cálculo!y!Dimensionado!de!la!Instalación! 52! Con! estos! datos! se! acude! a! la! Tabla! 4! que! nos! da! como! resultado! la! temperatura!media!del!suelo!(No!debe!ser!superior!a!29°C),!la!distancia!entre!los! tubos!en!centímetros,!que!se!denomina!RA,!y!los!metros!cuadrados!de!superficie! admisibles!en!cada!circuito.!Los!datos!de!entrada!a!esta!tabla!serán!la!temperatura! de!agua!caliente,!de!50°C!para!todos!los!casos,!la!temperatura!ambiente!de!20°C,!y! el!tipo!de!suelo,!piedra/cerámica.!! Posteriormente! se! pasa! a! calcular! el! número! de! circuitos! que! tiene! cada! región!aplicando!la!fórmula!siguiente:! 𝑛º𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜𝑠!=𝑆𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒! 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒!/𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜! El!subíndice!i!representa!cada!una!de!las!secciones!y!regiones!en!las!que!se! divide!la!planta!de!la!Catedral.! Después! se! calculan! los! metros! lineales! que! cada! circuito! debe! disponer.! Para!ello!se!emplea!la!Tabla!3!que,!en!función!de!RA,!se!obtiene!los!metros!lineales! por!superficie!siguiendo!la!expresión:! 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑!𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑙!=2·𝑆!·𝐿!! donde:!! 2:!considera!circuito!de!ida!y!de!retorno.! Si:!Superficie!de!la!región!i!en!m2.! Li:!necesidades!de!tubo!de!cada!región!i!(Tabla!3):!metros!lineales!por!m2.!! ! Distancia)entre)tubos)RA)(cm)) RA8) RA16) RA25) RA33) Necesidades)lineales)de)tubo) (metros)lineales/m2)) 11) 6) 4,25) 3) Superficie)máxima)por)circuito) 11) 20) 28) 40) Tabla!3:!Necesidades!de!Tubo! Para!calcular!la!longitud!total!de!tubo!necesaria!habrá!que!considerar!los! metros!lineales!existentes!entre!la!caldera!y!los!colectores.!Como!no!se!dispone!de! este!dato,!porque!habría!que!medir!en!el!espacio!donde!se!instalaría!se!supone!una! distancia,!por!exceso,!de!4!metros.! 8.!Cálculo!y!Dimensionado!de!la!Instalación! ! 53! ! Tabla!4:!Método!Polytherm,!sistema!clásico! La! Tabla! 5! muestra! un! resumen! de! los! resultados! para! cada! región.! Únicamente!se!incluyen!la!superficie,!el!calor!específico,!el!RA!y!los!metros!lineales! de!cada!circuito.!! Hueco) Girola) )) Altar)Mayor) )) Crucero) Coro) )) Trascoro) Superficie) (m2)) 1392,811) AM1) 746,933) CR1) 328,197) 165,184) TR1) 578,826) AM) 664,880) CR) 634,127) TR) 599,787) AM2) 746,933) CR2) 328,197) TR2) 578,826) Potencia) térmica) (W)) 135000) AM1) 72000) CR1) 32000) 17000) TR1) 60000) AM) 69000) CR) 66000) TR) 62000) AM2) 72000) CR2) 32000) TR2) 60000) q=Q/S) (W/m2)) 96,926) AM1) 96,394) CR1) 97,503) 102,916) TR1) 103,658) AM) 103,778) CR) 104,080) TR) 103,370) AM2) 96,394) CR2) 97,503) TR2) 103,658) RA)(cm)) 25) AM1) 25) CR1) 25) 16) TR1) 16) AM) 16) CR) 16) TR) 16) AM2) 25) CR2) 25) TR2) 16) nº) circuitos) 70) AM1) 38) CR1) 17) 9) TR1) 29) AM) 34) CR) 32) TR) 30) AM2) 38) CR2) 17) TR2) 29) metros) lineales/) circuito) 169,127) AM1) 167,08) CR1) 164,10) 220,25) TR1) 239,51) AM) 234,66) CR) 237,80) TR) 239,92) AM2) 167,08) CR2) 164,10) TR2) 239,51) Tabla!5:!Resumen!de!resultados!de!Suelo!Radiante!! A! continuación! se! debe! calcular! los! grupos! de! bombas! que! serán! las! encargadas!de!mover!el!agua!de!la!instalación.!Las!bombas!estarán!colocadas!en!el! 8.!Cálculo!y!Dimensionado!de!la!Instalación! 54! cuarto! de! la! caldera.! Para! ello! es! necesario! obtener! las! pérdidas! de! carga! del! circuito!de!cada!región!más!alejado!y!el!caudal!total!que!debe!mover!cada!bomba.!! El!caudal!de!cada!región!se!calcula!según!la!siguiente!expresión!analítica:! 𝑞!=𝑄! 𝑐!·𝑇 !−𝑇 ! ·𝜌! Donde:! qi:!caudal!de!cada!región,!en!l/h.! Qi:!potencia!calorífica!de!cada!región!y!por!circuito.! Cp:!calor!específico!del!agua!(1!kcal/kg°C)! Te:!temperatura!de!entrada!en!°C.! Tr:!temperatura!de!retorno!en!°C.! 𝜌:!densidad!del!agua!(1!kg/l)! El! caudal! que! debe! mover! cada! bomba! será! la! suma! de! cada! uno! de! los! caudales!cada!zona.!! Para!dimensionar!las!pérdidas!de!carga!es!necesario!determinar!primero!el! diámetro!de!cada!tubo!del!circuito!de!suelo!radiante!que!se!obtiene!a!partir!de:!! 𝑑= 4·𝑞! 𝜋·𝑣! Donde!cada!término!significa:!! d:!diámetro!de!la!tubería!en!m.! qi:!caudal!de!cada!región,!en!m3/s.! v:!velocidad!del!fluido!en!el!interior!en!m/s.!Se!toman!0,3!m/s.! La!gráfica!de!la!Figura!27!(Tubos!del!fabricante!Wirsbo)!va!asociada!a!la! Tabla!4!y!muestra!las!pérdidas!de!carga!por!metro!lineal!del!circuito.!El!parámetro! de!entrada!es!el!caudal!de!cada!región!en!litros!por!segundo.!! Por!último!se!debe!multiplicar!las!pérdidas!de!carga!obtenidas!por!el!factor! de! corrección! 1,05! que! tiene! en! cuenta! que! la! temperatura! que! circula! por! los! tubos!es!de!50°C!y!por!los!metros!lineales!del!circuito!más!alejado!a!la!bomba!que! debe!suministrar.!Estos!metros!lineales!incluyen!la!longitud!de!ida!y!de!retorno!del! circuito!y!la!distancia!de!ese!circuito!al!colector.!! La!Tabla!6!muestra!las!pérdidas!de!carga!que!se!obtienen!para!cada!circuito! de!diámetro!16!mm!y!para!el!caudal!que!circula!por!el!mismo.!! )) )) GI1) GI2) AM1) AM) AM2) CR1) Caída)de)presión) (mm.c.a/m)) 18,9) 18,9) 17,85) 19,95) 17,85) 18,375) )) )) CR) CR2) CO) TR1) TR) TR2) Caída)de)presión) (mm.c.a/m)) 21) 18,375) 17,85) 21) 21) 21) Tabla!6:!Pérdidas!de!carga!de!cada!circuito!de!cada!región! ! 8.!Cálculo!y!Dimensionado!de!la!Instalación! ! 55! ! Figura!27:!Diagrama!de!pérdidas!de!carga!en!tubos!WirsboRevaIPEX!I! Los! esquemas,! que! a! continuación!se! presentan! son! un! resumen! de! la! instalación! que! se! debe! hacer! en! cada! división! de! la! planta! para! abordar! la! completitud! de! los! circuitos! que! se! deben! instalar.! La! instalación! completa! se! encuentra!en!los!planos!correspondientes.!!! Las!pérdidas!de!carga!de!cada!uno!de!los!tubos!de!la!acometida!principal!de! cada!región!y!los!tubos!de!unión!entre!esta!acometida!y!cada!uno!de!los!colectores! se!obtienen!de!la!gráfica!representada!en!la!Figura!28.!! ! ! Figura!28:!Diagrama!de!pérdidas!de!carga!en!tubos!WirsboRevaIPEX!II! ! 8.!Cálculo!y!Dimensionado!de!la!Instalación! 56! Girola# La!instalación!de!70!circuitos!en!el!tramo!de!la!girola!hace!imprescindible! que!se!divida!la!instalación!en!dos!bombas,!que!se!denominan!GI1!y!GI2.!La!bomba! GI1!alimentará! a! 3! colectores! de! 12! entradas! y! 12! salidas! y! la! bomba! GI2! proporciona!caudal!a!dos!colectores!de!12!entradas!y!12!salidas!y!1!colector!de!10! entradas!y!10!salidas.!Por!cada!circuito!del!suelo!radiante!circulará!165,83!l/h!de! agua.! La! Figura! 29! muestra! un! esquema! simplificado! de! la! instalación;! que! se! corresponde!con!el!plano!23!del!Anexo!8:!Planos!y!esquemas.!Los!diámetros!que!se! pueden!observar!en!esta!figura!corresponden!con!las!siguientes!pérdidas!de!carga! (se!aplica!el!coeficiente!de!mayoración!1,05!por!circular!el!agua!a!50°C).!Por!cada! instalación!circula!un!caudal!diferente,!por!tanto,!las!pérdidas!de!carga!también!lo! serán!pues!dependen!directamente!de!él.!! Bomba!GI1:! 𝑑=50!𝑚𝑚 →!∆𝑃=4,41!𝑚𝑚.𝑐.𝑎/𝑚! 𝑑=75!𝑚𝑚 →!∆𝑃=2,52!𝑚𝑚.𝑐.𝑎/𝑚! 𝑑=90!𝑚𝑚 →!∆𝑃=1,31!𝑚𝑚.𝑐.𝑎/m! Bomba!GI2:! 𝑑=50!𝑚𝑚 →!∆𝑃=3,675!𝑚𝑚.𝑐.𝑎/𝑚! 𝑑=75!𝑚𝑚 →!∆𝑃=2,52!𝑚𝑚.𝑐.𝑎/𝑚! 𝑑=90!𝑚𝑚 →!∆𝑃=1,575!𝑚𝑚.𝑐.𝑎/𝑚! Para! dimensionar! las! bombas! se! hace! necesario! calcular! las! pérdidas! de! carga! de! los! circuitos! más! alejados.! Estos! corresponden! con! el! circuito! 12! del! colector! D3! y! con! el! circuito! 10! del! colector! D6.! La! distancia! entre! ambos! colectores!y!el!circuito!más!alejado!es!de!84,32!metros,!que!se!suma!a!la!longitud! del!circuito!ya!que!ambos!tubos!tienen!el!mismo!diámetro!(Tabla!5).!! ! Figura!29:!Instalación!de!colectores!de!la!Girola! Sumando!las!pérdidas!de!carga!de!los!tramos!más!desfavorables,!teniendo! en!cuenta!las!pérdidas!que!se!producen!en!cada!circuito!(Tabla!6)!se!obtiene!los! resultados! finales! de! caída! de! presión! para! cada! tramo,! que! se! muestran! en! la! Tabla!7.!La!obtención!de!este!valor!se!amplía!en!el!Anexo!7:!Resultados.! 8.!Cálculo!y!Dimensionado!de!la!Instalación! ! 57! ! Altar#Mayor# La! región! del! altar! mayor! del! suelo! radiante! de! la! Catedral! se! encuentra! dividida,!como!se!ha!visto,!en!tres!regiones!denominadas!AM1,!AM!y!AM2.!Cada! región!lleva!su!propia!bomba!de!impulsión.! !Para!cubrir!los!38!circuitos!de!la!región!AM1!son!necesarios!tres!colectores! de!10!entradas!y!10!salidas!y!uno!de!8!entradas!y!8!salidas.!Por!cada!circuito!de! esta!región!circulan!162,92!l/h!de!agua.!La!distancia!entre!el!colector!y!el!circuito! más!desfavorable!(circuito!8!del!colector!A4)!es!159,28!metros.! Los!34!circuitos!que!conforman!la!región!AM!se!dividen!en!dos!colectores! de!12!entradas!y!12!salidas!y!un!colector!de!10!entradas!y!10!salidas.!El!caudal! circulante! por! cada! circuito! de! esta! región! es! 174,50! l/h.! La! distancia! entre! el! colector!y!el!circuito!más!alejado!(circuito!10!del!colector!B3)!es!160,249!metros! La!región!AM2!es!similar!a!la!región!AM1.!La!única!diferencia,!como!se!verá! más!adelante!es!las!pérdidas!de!carga,!que!son!mayores!en!esta!región!por!estar! sus! circuitos! más! alejados! de! los! colectores.! La! distancia! mas! desfavorable! (circuito!8!del!colector!C4)!es!215,289!metros.!! La!Figura!30!muestra!un!resumen!simplificado!de!la!instalación!completa! que!corresponde!con!el!plano!24!del!Anexo!8:!Planos!y!esquemas.!! ! Figura!30:!Instalación!de!colectores!del!Altar!Mayor! Las!pérdidas!de!presión!por!metro!de!tubería!para!la!acometida!principal!y! para!las!conexiones!a!cada!colector!se!obtienen!de!la!gráfica!representada!en!la! Figura!28:!Las!pérdidas!de!presión!dependen!del!caudal!que!circula!por!cada!tubo.! Bomba!AM1:! 𝑑=40!𝑚𝑚 →!∆𝑃=6,825!𝑚𝑚.𝑐.𝑎/𝑚! 𝑑=63!𝑚𝑚 →!∆𝑃=3,15!𝑚𝑚.𝑐.𝑎/𝑚! 𝑑=75!𝑚𝑚 →!∆𝑃=2,73!𝑚𝑚.𝑐.𝑎/m! 𝑑=90!𝑚𝑚 →!∆𝑃=2,30!𝑚𝑚.𝑐.𝑎/m! ! 8.!Cálculo!y!Dimensionado!de!la!Instalación! 64! 𝑃 !" =𝑃 !" · ∆𝑇 50 ! ! Donde:! P25,5:!es!la!potencia!del!radiador!para!un!salto!térmico!de!25,5°C.! P50:!es!la!potencia!del!para!un!salto!térmico!de!50°C,!! !∆𝑇:!Salto!térmico!de!25,5°C,!en!este!caso.! n:!exponente!característico!del!fabricante.! A! continuación,! la! Tabla! 8! muestra,! para! cada! radiador! la! potencia! que! realmente!emite!cada!uno,!la!potencia!por!banco!y!la!potencia!total.! Modelo) n) P50)(W)) P25,5)(W)) Potencia/banco) (W/banco)) nº)bancos) Potencia) total)(W)) KLHDP022) (L=2,1)m)) 1,26) 1134) 485,458) 970,916) 74) 71847,753) KLHDP022) (L=2,2)m)) 1188) 508,575) 1525,724) 100) 152572,449) # ) ) ) ) Potencia)total) 224420,202# Tabla!8:!Potencia!de!los!radiadores! En!la!Figura!36!se!muestra!el!esquema!de!distribución!de!los!bancos!a!lo! largo!de!la!planta!de!la!Catedral.! ! Figura!36:!Disposición!de!los!bancos!en!la!planta! Los! dos! o! tres! radiadores! dispuestos! en! los! bancos! de! 4,34! metros! o! 7! metros,!respectivamente,!se!dispondrán!según!la!configuración!bitubo!debido!a!su! principal!ventaja!de! que!!hay!una! distribución!uniforme!del!calor!a! lo!largo!del! radiador.!! Para! hacer! una! instalación! más! eficiente,! se! plantean! cuatro! bloques! que! tendrán!la!mismas!características,!es!decir,!tamaño!de!radiador!y!banco,!mismas! 8.!Cálculo!y!Dimensionado!de!la!Instalación! ! 65! pérdidas! de! carga,! caudal! circulante;! para,! posteriormente,! poder! realizar! un! equilibrado!del!sistema!hidráulico!con!las!válvulas!correspondientes.!Los!bloques! en!los!que!se!encuentra!dividida!esta!instalación!son:!! BLOQUE!1:!Radiadores!del!Altar!Mayor.!Son!de!7!metros,!por!lo!que!se!utilizan!3! radiadores!de!2,2!metros!en!cada!banco.!En!total!lo!forman!60!bancos,!divididos!en! 30!bancos!en!cada!lado.!! BLOQUE! 2:! Radiadores! de! la! Capilla! de! Santa! Teresa.! Lo! forman! una! fila! de! 17! bancos!de!4,34!metros,!por!lo!que!cada!banco!lleva!acoplado!2!radiadores!de!2,1! metros.! BLOQUE!3:!Bancos!de!la!Capilla!de!la!Virgen!del!Carmen.!Misma!instalación!que!el! bloque!2,!diferenciada,!únicamente!por!las!pérdidas!de!carga,!ya!que!la!distancia! entre!el!bloque!3!y!la!acometida!principal!es!más!larga!que!el!bloque!2.! BLOQUE!4:!Bancos!del!Crucero.!Están!formados!por!40!filas!de!bancos,!donde!cada! fila!se!construye,!a!su!vez,!con!un!banco!de!7!metros!(3!radiadores!de!2,2!metros)!y! uno!de!4,34!metros!(2!radiadores!de!2,1!metros).!Este!bloque!es!el!que!presenta!la! pérdida!de!carga!más!elevada!de!los!cuatro!y!es!la!que!se!utiliza!para!dimensionar! la!bomba!de!los!radiadores!de!baja!temperatura.!! Cada!bancada!de!cada!bloque!está!conectada!en!paralelo!con!la!acometida! principal!correspondiente!y!ésta,!a!su!vez!con!la!acometida!general.!! La!distribución!de!las!bancadas!y!de!los!tubos!se!muestran!en!la!Figura!37.! El! esquema! completo! se! encuentra! en! los!planos! 17! y! 28! del! Anexo! 8:! Planos! y! esquemas.! ! Figura!37:!Distribución!de!los!bloques!de!bancos! ! 8.!Cálculo!y!Dimensionado!de!la!Instalación! 66! Una!vez!decidida!cual!va!ser!la!distribución!de!los!bancos!y!cuanta!potencia! emite!cada!uno!de!ello,!el!siguiente!paso!será!calcular!los!caudales!que!circulan!por! los!tramos!de!la!instalación,!hallar!el!diámetro!y!las!pérdidas!de!carga!de!cada!uno! de!los!tubos,!comprobando!que!no!sobrepasan!el!límite!de!15!mm.c.a/m.!! Para!calcular!las!diferentes!pérdidas!de!carga!de!los!conductos!que!unen!los! radiadores!en!una!misma!bancada!y!la!unión!entre!bancadas!se!emplea!la!siguiente! fórmula.! ∆𝑃=𝐾1·𝐿!" ·𝑄!! donde:!! ∆𝑃:!es!la!pérdida!de!carga,!en!mm.c.a.! K1:!Factor!de!rozamiento!del!cobre,!cuyos!valores!se!expresan!en!la!Tabla!9.! !! Diámetro) 3/8") 1/2") 5/8") 3/4") 1") 1"1/4) 1"1/2) K1) 4,68) 0,53) 0,30) 0,12) 0,04) 0,0116) 4,991EP03) ! 1"3/4) 2"1/2) 3") 3"1/2) 3"3/4) 3"7/8) 5"1/2) 6"1/2) 2,425EP03) 4,568EP04) 1,946EP04) 9,455EP05) 6,845EP05) 5,871EP05) 1,140EP05) 5,214EP06) Tabla!9:!Coeficientes!de!rozamiento!de!tuberías!de!cobre! Leq:!es!la!suma!de!la!longitud!real!de!la!tubería!y!las!longitudes!equivalentes! de!codos,!derivaciones!en!Tee,!válvulas,!etc.! Q:!caudal!que!circula!por!cada!tramo,!en!l/min.! Finalmente,! para! seleccionar! la! bomba! es! necesario! el! caudal! total! de! la! instalación,! 27.687,5! l/h! y! las! pérdidas! de! carga! más! desfavorables! de! los! diferentes!bloques,!que!corresponden!a!las!del!bloque!4!con!1,605!mca.!Siguiendo! con!los!criterios!de!selección,!previamente!comentados,!la!bomba!del!fabricante! Sedical!que!ofrece!unas!mejores!condiciones!económicas!es!la!SAP!50/9!T!y!las! más!silenciosa!de!las!posibles!conforme!a!estos!datos!es!la!SIM!80/190.1F0.37/K.! Las! hojas! de! características! de! estas! bombas! se! encuentra! en! el! Anexo! 10:! Fabricantes.! Las!tablas!donde!se!representan!todos!los!resultados!se!hallan!en!el!Anexo! 7:!Resultados,!y!no!se!incluyen!en!su!totalidad!en!la!memoria!debido!a!la!enorme! extensión! de! cada! una! de! ellas.! En! esta! memoria,! se! incluye! la! Tabla! 10! como! resumen!de!los!resultados:! ) Potencia) Transmitida)(kW)) Caudal) (l/h)) Pérdidas)de) carga)(m.c.a)) Diámetro)de)la) acometida)de)cada) bloque)(mm)) Diámetro)unión) radiadores)en)cada) bancada)(mm)) BLOQUE)1) 91,543) 11244,745) 1,078) 90) 15) BLOQUE)2) 16,732) 2055,218) 0,675) 40) 10) BLOQUE)3) 16,732) 2055,218) 1,141) 40) 10) BLOQUE)4) 100,397) 12332,303) 1,305) 90) 17) TOTAL# 225,404# 27687,483# 1,605# 159# P) Tabla!10:!Resumen!de!resultados!de!la!instalación!de!radiadores!de!BT! Para! finalizar! el! cálculo! de! la! instalación! de! baja! temperatura! (suelo! radiante! y! radiadores! de! BT)! es! necesario! calcular! el! grupo! de! bombas! que! impulsan!todo!el!caudal!del!circuito!primario,!es!decir,!desde!el!grupo!generador! 8.!Cálculo!y!Dimensionado!de!la!Instalación! ! 67! de!calor!hasta!los!colectores!de!impulsión/retorno.!Como!se!colocan!tres!calderas,! se!divide!todo!el!caudal!en!tres!bombas,!gracias!a!esto!los!diámetros!serán!más! pequeños!que!si!se!planteara!una!única!bomba!de!impulsión.!! El! caudal! total! que! se! debe! impulsar! se! obtiene! como! suma! de! todos! los! ramales!que!acometen!el!secundario!y!que!han!sido!comentados!en!las!páginas! anteriores.!El!caudal!total!de!la!instalación!es!de!85.899!l/h,!que!se!divide!en!tres! caudales! que! deberán! impulsar! cada! bomba.! Para! dimensionar! las! pérdidas! de! carga!se!ha!de!escoger!la!más!desfavorable!de!los!13!ramales!del!secundario.!Esta! es!la!acometida!de!la!región!TR2!con!15,6!m.c.a.!Pero!aplicando!un!coeficinte!de! seguridad!para!asegurar!la!circulación!de!agua!a!todos!los!circuitos!se!toma!como! pérdida!de!carga!20!m.c.a.!El!diámetro!del!circuito!primario!es!de!159!mm!para! unas!condiciones!de!caudal!28,63!m3/h!y!una!velocidad!de!0,5!m/s.!! !Con! estos! datos,! se! selecciona! la! bomba! del! fabricante! Sedical! SIM! 50/265.1F3.0/K.!Esta!bomba!cumple!con!los!dos!supuestos!iniciales!a!la!hora!de! elegir!una!bomba:!es!la!más!económica!y!la!más!silenciosa!de!las!posibilidades!que! ofrece!el!fabricante!para!el!caudal!y!pérdidas!de!carga!calculados.!! Las! hojas! de! características! de! las! bombas! se! añaden! en! el! Anexo! 10:! Fabricantes.! 8.2#Cálculo#y#dimensionado#de#la#instalación#de#alta#temperatura# Con! la! instalación! de! baja! temperatura! únicamente! se! cubren! 901,5! kW! (suma! de! la! potencia! que! emite! el! suelo! radiante! y! los! radiadores! de! baja! temperatura)! de! los! 1.142,91! kW! que! son! necesarios! cubrir! para! garantizar! las! condiciones! internas! de! 21°C! y! 50%! de! humedad.! Por! tanto,! es! necesario! una! instalación!adicional!para!poder!hacer!frente!al!resto!de!pérdidas!de!calor.!! En! un! primer! momento! se! intento! realizar! esta! instalación! en! baja! temperatura!pero!el!número!de!emisores!era!tan!elevado!que!era!inviable!llevarla! a! cabo.! Por! tanto,! se! decide! realizar! una! instalación! a! parte! de! la! de! baja! temperatura.! Para!este!caso,!se!elige!el!modelo!“Terraline”!del!fabricante!Zehnder!cuya! instalación! se! realiza! al! ras! del! suelo;! en! la! Figura! 38! se! muestra! un! corte! transversal!del!radiador!una!vez!colocado!en!el!suelo.!! ! Figura!38:!Sección!Transversal!del!radiador!Terraline! La!temperatura!de!entrada! a!este!elemento!será!de! 75°C! y!la!de!retorno! será!de!65°C.!El!salto!térmico!que!se!produce!en!este!radiador!es!de!49°C.!! 8.!Cálculo!y!Dimensionado!de!la!Instalación! 68! Se!instalarán!a!lo!largo!del!perímetro!de!la!Catedral,!tal!y!como!se!muestra! en!la!Figura!40!correspondiente!al!plano!18!del!Anexo!8:!Planos!y!Esquemas.! Se! utilizan!dos!tipos!de!este!tipo!de!radiador,!cuya!diferencia!radica!en!la!longitud!y!la! potencia!calorífica!que! emite! cada! uno:! uno! de! ellos!será!de!4!metros! de! largo,! emitiendo!2316W!y!el!otro!de!3,8!metros,!cuya!potencia!de!emisión!serán!2191W.! La!distribución!esquemática!de!la!instalación,!que!se!muestra!en!la!Figura! 39,!!divide!la!instalación!en!tres!ramales.! • 1er!Ramal:!Abarca!la!zona!derecha!de!la!planta!de!la!Catedral!colocando! 44!radiadores!de!4!metros!y!7!de!33,8!metros.!! • 2º!Ramal:!Abarca!la!zona!izquierda!de!la!planta!de!la!Catedral!colocando! 45!radiadores!de!4!metros!y!7!de!33,8!metros!(simétrica!a!la!anterior).!! • 3er!Ramal:!zona!central!del!ábside!distribuyendo!6!radiadores!Terraline,! (dos!de!ellos!de!3,8!metros).! El!segundo!y!tercer!ramal!comparten!la!misma!bomba,!ya!que!las!pérdidas! de!presión!y!el!caudal!que!circula!por!el!tercer!ramal!son!demasiado!bajas.!! Gracias! a! todos! estos! elementos! emisores! se! consigue! una! potencia! calorífica! de! 250,44! kW,! suficiente! para! que,! con! la! instalación! de! baja! temperatura,!abordar!todas!las!pérdidas!caloríficas!que!tiene!la!Catedral.!! ! ! Figura!39:!Esquema!simplificado!de!la!instalación!de!alta!temperatura! ! 8.!Cálculo!y!Dimensionado!de!la!Instalación! ! 69! ! Figura!40:!Distribución!de!los!radiadores!Terraline!en!la!planta! Cada!radiador!Terraline!estará!conectado,!al!igual!que!en!la!instalación!de! radiadores!de!baja!temperatura,!en!conexión!bitubo.!! Una! vez! que! se! ha! proyectado! la! instalación,! cuyo! esquema! completo! corresponde!al!plano!29!del!Anexo!8:!Planos!y!Esquemas,!se!procede!al!cálculo!del! 8.!Cálculo!y!Dimensionado!de!la!Instalación! 70! caudal!que!recorre!la!instalación!y!las!pérdidas!de!carga!para!dimensionar!el!grupo! de!impulsión!perfectamente!y!garantizar!el!flujo!de!agua!en!cada!radiador.!! Ramal#1# Los!radiadores!“Terraline”!que!componen!esta!instalación!se!distribuyen!de! la!siguiente!manera!sobre!la!planta!de!la!Catedral:!! • 2!radiadores!en!la!capilla!de!la!Virgen!Blanca.! • 5!radiadores!en!la!capilla!de!San!Antonio.! • 5!radiadores!en!la!presacristía.! • 4!radiadores!en!la!capilla!del!Santo!Cristo.! • 8!radiadores!en!la!capilla!de!la!Virgen!del!Carmen.! • 10!radiadores!en!la!región!del!crucero.! • 17!radiadores!en!la!región!del!trascoro!(7!de!ellos!serán!de!3,8!metros).! Tanto! el! caudal! como! el! diámetro! de! la! instalación! del! primer! ramal,! se! realizan!conforme!a!las!ecuaciones!expuestas!en!la!página!49!de!este!documento.!! Las!pérdidas!de!carga!se!calculan!según!la!expresión!descrita!en!la!página! 58!de!la!memoria!escrita.!! La! Figura! 41! muestra! una! instalación! esquemática! de! la! situación! de! los! radiadores!y!cómo!se!unen!entre!sí.!El!esquema!se!observa!con!mayor!claridad!en! el!plano!19!del!Anexo!8:!Planos!y!esquemas.! A! la! hora! de! calcular! el! caudal! circulante! entre! los! tramos! que! unen! los! radiadores,! siempre! se! procede! desde! el! total! de! los! radiadores! hasta! que! sólo! queda! uno.! Al! haber! varios! tramos! en! paralelo,! es! necesario! agrupar! los! que! conforman!cada!rama,!la!cual!está!conectada!en!serie.!Así!pues,!la!definición!de!las! divisiones!o!ramas!que!aparecen!en!la!tabla!de!resultados!es!la!siguiente.!Partiendo! de!la!potencia!117,241!kW!total!que!emiten!todos!los!radiadores.! • DIV!1:!radiadores!XVII!a!LI,!todos!ellos!transmiten!una!potencia!de!80,185! kW.! • DIV!2:!radiadores!XV!y!XVI!transmitiendo,!en!conjunto,!4,632!kW.! • DIV!3:!radiadores!de!XIX!a!LI,!aportando!75,553!kW.!! • DIV!4:!radiadores!XVII!y!XVIII,!emitiendo!4,632!kW! • DIV!5:!radiadores!de!XXV!A!LI,!en!total,!emiten!61,657!kW.! • DIV!6:!radiadores!XXIII!y!XXIV,!al!igual!que!la!DIV!2!y!la!DIV!4,!transmiten! 4,632!kW.! • DIV!7:!radiadores!de!XVII!a!LI,!transmitiendo!57,025!kW.!! • DIV!8:!radiadores!XXV!y!XXVI,!similar!a!la!DIV!2,!DIV!4!y!DIV!6,!4,632!kW.!! • DIV!9:!radiadores!de!XLV!a!LI,!lo!conforman!los!7!radiadores!de!3,8!metros! que,!en!total,!transmiten!15,337!kW.! • DIV! 10:! radiadores! de! XXXVII! a! XLIV,! radiando! una! potencia! calorífica! igual!a!18,528!kW.!! La!tabla!de!resultados!se!encuentra!a!disposición!del!lector!en!el!Anexo!7:! Resultados!y!en!esta!memoria!únicamente!se!representan!los!datos!significativos! de!caudal!y!pérdida!de!carga,!así!como!los!diámetros!de!las!tuberías.!! 8.!Cálculo!y!Dimensionado!de!la!Instalación! ! 71! ! Figura!41:!Esquema!de!la!instalación!del!1er!Ramal!de!Alta!Temperatura! ! 8.!Cálculo!y!Dimensionado!de!la!Instalación! 72! El!caudal!circulante!total!de!la!instalación!son!10080,91!l/h,!y!los!diferentes! elementos!que!componen!el!ramal!1!crean!unas!pérdidas!de!carga!equivalentes!a! 1248,41!mm.c.a.!De!la!intersección!de!estos!dos!resultados!se!selecciona!la!bomba! del!fabricante!Sedical!cuyo!modelo!más!económico!será!la!bomba!SAP!40/8!T!y!la! menos! ruidosa! será! la! SIM! 50/150.1F0.20/K,! cuya! hoja! de! características! se! encuentra!en!el!Anexo!10:!Fabricantes.! Por! último,! se! seleccionan! los! diámetros! de! las! tuberías! de! cobre! que! enlazan!todos!los!elementos!formando!el!conjunto!de!esta!instalación:!el!diámetro! de!la!acometida!principal!(desde!el!colector!de!ida!hasta!el!primer!radiador)!es!de! 90!mm.!Los!diámetros!de!los!ramales!DIV!2,!DIV!4,!DIV!6!y!DIV!8,!al!transmitir!la! misma!potencia,!por!ellos!circulará!el!mismo!caudal!por!una!tubería!de!diámetro! de!20!mm.!El!diámetro!de!la!entrada!y!salida!de!los!radiadores!será!de!15!mm.! Finalmente,!el!diámetro!del!resto!de!ramales!será!el!mismo!que!el!de!la!acometida! principal,!porque,!aunque!el!diámetro!teórico!calculado!es!menor!de!90!mm,! se! toma! este! diámetro! para! que! la! instalación! sea! más! cómoda! de! realizar! y! únicamente!halla!dos!cambios!en!el!tamaño!de!las!tuberías.!! Ramal#2# Como!en!el!caso!del!Ramal!1,!primero!se!define!el!número!de!radiadores! “Terraline”!que!se!disponen!en!las!diferentes!regiones!que!componen!este!ramal:!! • 3!radiadores!en!la!capilla!de!la!Virgen!Blanca.! • 5!radiadores!en!la!capilla!de!la!Virgen!de!la!Esperanza.! • 5!radiadores!en!la!capilla!del!Nacimiento.! • 4!radiadores!en!la!entrada!a!la!Capilla!de!la!Virgen!del!Camino.! • 8!radiadores!en!la!capilla!de!Santa!Teresa.! • 10!radiadores!en!la!región!del!crucero.! • 17!radiadores!en!la!región!del!trascoro!(7!de!ellos!serán!de!3,8!metros).! Tanto!el!caudal!como!el!diámetro!de!la!instalación!del!segundo!ramal,!se! realizan! conforme! a! las! expresiones! enunciadas! en! la! página! 49! de! este! documento.!! Las!pérdidas!de!carga!se!pueden!obtener!según!la!ecuación!descrita!en!la! página!58!de!la!memoria!escrita.!! La! Figura! 42! muestra! la! instalación! esquemática! de! la! situación! de! los! radiadores!y!cómo!se!unen!entre!sí.!El!esquema!se!puede!ver!en!mayor!detalle!en! el!plano!19!del!Anexo!8:!Planos!y!Esquemas.! Se!definen,!al!igual!que! en! el! Ramal! 1,! las! diferentes!divisiones!pues!hay! ramas! que! están! unidas! entre! sí! en! serie,! pero! se! enlazan! con! el! resto! de! la! instalación! en! paralelo.! Por! tanto,! la! definición! de! las! divisiones! o! ramas! que! aparecen!en!la!tabla!de!resultados!es!la!siguiente.!Partiendo!de!la!potencia!119,557! kW!total!que!emiten!todos!los!radiadores.! • DIV! 1:! radiadores! XVIII! a! LII,! todos! ellos! transmiten! una! potencia! de! 80,185!kW.! • DIV!2:!radiadores!XVI!y!XVII!transmitiendo,!en!conjunto,!4,632!kW.! • DIV!3:!radiadores!de!XX!a!LII,!aportando!75,553!kW.!! • DIV!4:!radiadores!XVIII!y!XIX,!emitiendo!4,632!kW! • DIV!5:!radiadores!de!XXVI!A!LII,!en!total,!emiten!61,657!kW.! • DIV!6:!radiadores!XXIV!y!XXV,!al!igual!que!la!DIV!2!y!la!DIV!4,!transmiten! 4,632!kW.! 8.!Cálculo!y!Dimensionado!de!la!Instalación! ! 73! ! Figura!42:!Esquema!de!la!instalación!del!2º!Ramal!de!Alta!Temperatura! 8.!Cálculo!y!Dimensionado!de!la!Instalación! 80! diámetro! externo! que! coincide! con! el! del! colector.! La! velocidad! de! los! gases!a!potencia! nominal!será!de!2,4! m/s!y!cuando!la! caldera!trabaje!a! potencia!mínima!será!de!1,6!m/s.!! Se! hace! una! comprobación! de! que! cumple! con! los! requisitos! de! caudal,! presión!y! temperatura!a!potencia! nominal!y!mínima! de!la!caldera!que!marca! la! norma!de!cálculo.!! Toda! esta! información! y! adicional! se! puede! contemplar! en! el! Anexo! 10:! Fabricantes.!! Alta#Temperatura# Al! igual! que! ocurre! en! el! caso! de! la! chimenea! de! baja! temperatura! y! siguiendo! las! instrucciones! del! programa! facilitado! por! la! empresa! se! van! introduciendo!los!datos!necesarios!para!el!cálculo!de!la!instalación:!primero,!los! datos!meteorológicos!y!geográficos!de!la!Catedral,!después!potencia!nominal!(267! kW),!rendimiento!de!la!caldera!(90%)!y!tipo!de!combustible!utilizado!(biomasaF pellets),!así!como!la!temperatura!de!los!gases!(80°C).!Son!necesarios,!también!las! condiciones!atmosféricas!de!la!localización!del!sitio.! Una! vez! introducidos! los! datos! de! la! localización! y! el! tipo! de! caldera! a! emplear,! se! debe! suministrar! al! programa! de! las! longitudes! de! los! tramos! horizontal!y!vertical.! Calculando!la!instalación!y!comprobando!los!requisitos!mínimos!de!caudal,! presión!y!temperatura!a!potencia!nominal!y!mínima!se!concluye!que!la!instalación! consta!de:!! • CONDUCTO!DE!UNIÓN:!T600!N1!D!V2!G(XX)!con!un!diámetro!interno!de! 350!mm!y!externo!de!410!mm.!Se!consigue!una!velocidad!de!salida!de!los! gases!de!2,4!m/s!a!potencia!nominal!y!de!0,7!m/s!a!potencia!mínima.! • TRAMO!VERTICAL:!T600!N1!D!V2!G(XX).!Los!diámetros!y!velocidades!de! salida!de!los!gases!coinciden!con!los!del!conducto!de!unión.! La!instalación!de!la!chimeneas!y!los!datos!de!la!misma!se!encuentran!en!el! Anexo!10:!Fabricantes.!! [25]! 8.4#Vasos#de#expansión# Para! poder! seleccionarlos,! es! necesario! haber! calculado! previamente! el! volumen!de!agua!de!las!instalaciones.!Al!tener!dos!instalaciones!independientes,! habrá!al!menos!uno!vaso!de!expansión!en!cada!una.!! 8.4.1$Vaso$de$expansión$de$la$instalación$de$baja$temperatura$ Como! se! ha! comentado! en! la! introducción! del! apartado! 8.4,! es! necesario! calcular,!primero,!el!volumen!de!esta!instalación.!Para!ello!se!procede!calculando!el! volumen!que!recorre!los!tubos!de!suelo!radiante!y!los!elementos!emisores!de!baja! temperatura.!Seguidamente,!se!calcula!el!volumen!que!circula!por!las!tuberías!que! enlazan!estos!elementos,!para!finalizar!con!el!dato!del!fabricante!del!volumen!de!la! caldera.!! 8.!Cálculo!y!Dimensionado!de!la!Instalación! ! 81! Volumen#de#los#circuitos#de#suelo#radiante# Para! hacer! el! cálculo! del! volumen! que! recorre! cada! circuito! por! cada! colector! que! forman! parte! de! esta! instalación! es! necesario! conocer! tanto! el! diámetro!de!los!tubos!como!la!longitud!de!los!mismos.!Se!hace!una!aproximación! en!cuanto!a!la!distancia!que!hay!entre!el!colector!y!cada!uno!de!los!circuitos!de!los! que!se!compone,!pues!únicamente!se!conoce!el!dato!del!circuito!más!alejado!en! cada!colector.!La!distancia!a!cada!circuito!se!aproxima,!por!tanto,!como!el!cociente! entre!la!distancia!más!alejada!y!el!número!de!circuitos!de!los!que!se!compone!cada! colector.!! El! volumen! que! recorre! cada! tubo! se! calcula! mediante! la! fórmula! del! volumen!de!un!cilindro:!! 𝑉 !=𝜋· 𝐷! ! 4·𝐿!! Donde:!! Vi:!Volumen!del!tramo!considerado,!en!m3.! Di:!Diámetro!del!tramo!considerado,!en!m.! Li:!Longitud!del!tramo!considerado,!en!m.! La!distancia!que!se!tienen!en! cuenta! para! el! cálculo! del!volumen!en!esta! primera!parte!que!sólo!incluye!suelo!radiante!son!las!que!se!ven!reflejadas!en!la! Figura!46!donde!se!toma!uno!de!los!tramos!de!la!región!GI1,!como!caso!general.! Las!dimensiones!que!aparecen!en!la!Figura!46!está!en!metros!y!hacen!referencia!a! dos! tuberías! (ida! y! retorno)! pero! únicamente! se! muestran! en! conexión! unifilar! para!facilitar!la!lectura!del!dibujo.!! ! Figura!46:!Dimensiones!de!las!tuberías!de!una!conexión!genérica! ! 8.!Cálculo!y!Dimensionado!de!la!Instalación! 82! A!continuación!se!representa!la!Tabla!11!con!los!volúmenes!de!cada!tramo,! así!como!el!volumen!total!de!agua!que!es!necesario!para!el!suelo!radiante.!! ! Región) GI1) GI2) AM1) AM) AM2) CR1) TOTAL)SUELO) RADIANTE) Volumen)(l)) 6658) 6573) 7058) 7147) 7295) 997) Región) CR) CR2) CO) TR1) TR) TR2) 62138# Volumen)(l)) 1899) 1103) 639) 7470) 7650) 7650) Tabla!11:!Capacidad!de!la!instalación!de!suelo!radiante! Volumen#de#los#radiadores#de#baja#temperatura# La!ecuación!para!calcular!el!volumen!de!agua!que!circula!por!cada!tubería! que!enlaza!las!bancadas!entre!sí,!y!cada!bloque!de!bancadas!con!la!toma!principal! es!la!misma!que!la!empleada!para!calcular!el!volumen!que!circula!por!los!tubos!del! suelo!radiante.!! El!único!dato!que!se!necesita!para!cerrar!la!instalación!del!secundario!de! baja!temperatura!es!la!capacidad!que!tiene!cada!radiador!empleado.!Este!dato!se! recoge!en!la!hoja!de!características!del!modelo!elegido!y!que!se!encuentra!en!el! Anexo!10:!Fabricantes.!La!capacidad!del!radiador!KLEO!HDF22!de!2200!mm!es!4,62! litros! y! la! del! radiador! KLEO! HDF22! de! 2100! mm! es! 4,41! litros.! La! Tabla! 12! muestra!el!volumen!de!agua!que!circula!por!cada!bloque!de!bancadas!y!el!total!de! esta!parte!del!secundario.!! Región) 1er)Bloque) 2º)Bloque) 3er)Bloque) 4º)Bloque) TOTAL) Volumen)(l)) 1407) 245) 307) 1810) 3769) Tabla!12:!Capacidad!de!la!instalación!de!radiadores!de!baja!temperatura! Para!acabar!de!calcular!el!volumen!de!agua!que!circula!por!la!instalación!de! baja!temperatura,!falta!por!hallar!el!que!transcurre!por!el!primario,!es!decir,!por!la! tubería!que!une!los!grupos!generadores!de!calor!con!los!colectores!de!ida/retorno,! así!como!la!capacidad!de!agua!que!tienen!estos.!La!capacidad!de!agua!que!pueden! albergar!las! calderas! de! baja! temperatura,! al!no! proporcionar! el! fabricante! este! valor,! se! estima! en! 800! litros.! La! distancia! entre! las! calderas! y! el! colector! de! ida/retorno!es!de!2!metros!en!total!(1!de!ida!y!1!de!vuelta)!y!el!diámetro!de!los! conductos! es! de! 159mm.! El! volumen! total! del! primario! considerando! los! tres! ramales!que!unen!las!calderas!con!los!colectores!y!la!capacidad!de!cada!una!de! ellas!es!de!2519,1!litros.! El!volumen!total!de!la!instalación!de!baja!temperatura,!sumando!todos!los! volúmenes!y!considerando!que!el!coeficiente!de!dilatación!del!agua!para!50°C!es! 1,21%,!es!70635!litros.!! El!vaso!de!expansión!se!elige!conforme!al!fabricante!“Sedical”!considerando! que!se!tiene!una!presión!estática!de!15!metros!(altura!desde!la!sala!de!calderas! hasta!el!inicio!de!la!instalación).!Para!hacer!frente!al!volumen!de!expansión,!1500! litros,! son! necesarios! 3! vasos! del! tipo! S500,! cuya! hoja! de! características! se! encuentra!en!el!Anexo!10:!Fabricantes.!La!situación!de!estos!vasos!de!expansión!se! puede!observar!en!el!plano!22!del!Anexo!8:!Planos!y!esquemas.!Una!extracción!de! este! plano! donde! se! muestran! los! vasos! de! expansión! se! muestra! en! la! figura! (aparecen!en!un!círculo!rodeados).!! 8.!Cálculo!y!Dimensionado!de!la!Instalación! ! 83! ! Figura!47:!Situación!de!los!vasos!de!expansión!de!baja!temperatura! Todos!los!resultados! de! los! vasos! de! expansión! de!baja! temperatura! que! aparecen! en! la! memoria! se! hallan! extendidos! en! el! anexo! de! resultados! correspondiente.! 8.4.2$Vaso$de$expansión$de$la$instalación$de$alta$temperatura$ Al!igual!que!en!el!caso!de!baja!temperatura,!también!necesitamos!un!vaso! de!expansión!en!la!de!alta,!para!poder!absorber!las!fluctuaciones!que!sufra!el!agua! por!el!interior!de!los!conductos.!! Se!hace!necesario!tomar!del!modelo!“Terraline”!del!fabricante!“Zehnder”!el! volumen!de!agua!que!pueden!albergar!los!radiadores!que,!de!este!tipo!han!sido! elegidos:!el!modelo!de!4!metros!albergará!7,4!litros!y!el!de!3,8!metros!7!litros.!! Aplicando! la! expresión! para! el! cálculo! del! volumen! en! conductos! y! considerando! el! número! de! radiadores! que! tiene! cada! ramal,! se! obtienen! los! resultados!de!la!Tabla!13!que!hacen!referencia!al!secundario.! ) Volumen) Terraline)4)m) Volumen) Terraline)3,8)m) Volumen) conductos) de)90)mm) Volumen) conductos) de)30)mm) Volumen) conductos) de)20)mm) Volumen) de)la) región) 1er)Ramal)) 325,60) 49,00) 3254,66) P) 16,96) 3646,22) 2º)Ramal) 333,00) 49,00) 3338,54) P) 16,96) 3737,50) 3er)Ramal) 29,60) 14,00) P) 110,30) P) 153,90) ) ) ) ) ) TOTAL# 7537,62# Tabla!13:!Capacidad!del!secundario!de!la!instalación!de!baja!temperatura! Al! volumen! total! del! secundario! falta! por! incorporar! el! del! primario,! es! decir,!la!capacidad!de!la!caldera!de!biomasa,!920!litros!(fabricante!de!la!caldera!de! alta! temperatura,! anexo! correspondiente),! y! el! volumen! que! transcurre! los! conductos!que!comunican!la!caldera!con!el!colector!de!ida/retorno!cuya!longitud!y! diámetro!son,!respectivamente,!2!metros!(1!metro!de!ida!y!1!metro!de!vuelta)!y! 133!milímetros.!! El!volumen!total!de!la!instalación!de!alta!temperatura,!sumando!todos!los! volúmenes!y!considerando!que!el!coeficiente!de!dilatación!del!agua!para!75°C!es! 2,59%,!es!8705,56!litros.!! El! vaso! de! expansión! elegido! corresponde! al! modelo! S400! del! fabricante! “Sedical”!que!para!una!presión!estática!de!15!metros!(correspondiente!a!la!altura! entre!la!sala! de!calderas!y!el!inicio! de!la!instalación)!se!obtiene!un!volumen!de! expansión! de! 400! litros.! La! hoja! de! características! de! este! modelo! de! vaso! de! expansión!se!encuentra!en!el!Anexo!10:!Fabricantes!y!la!situación!del!vaso!se!puede! 8.!Cálculo!y!Dimensionado!de!la!Instalación! 84! observar!en!el!plano!29!del!Anexo!8:!Planos!y!esquemas.!La!Figura!48!muestra!un! extracto! de! dicho! plano! donde! se! puede! ver! dónde! se! colocará! este! vaso! de! expansión.!! ! ! Figura!48:!Situación!del!vaso!de!expansión!de!alta!temperatura! ! 9.!Energía!Solar! ! 85! 9.#Energía#solar! Este! capítulo! surge! de! la! necesidad! de! dotar! a! la! instalación! de! baja! temperatura! de! un! sistema! de! carácter! renovable.! Considerando! que! el! sistema! solar!sólo!podrá!sustituir!un!25!%!de!la!demanda!de!calefacción,!se!calcula,!para! dos!modelos!de!colector,!plano!con!cubierta!transparente!y!!de!tubos!de!vacío,!el! número! de! colectores! que! se! pueden! instalar,! dado! que! el! área! del! tejado! del! Palacio!Arzobispal!(Figura!49)!es!limitada,!y!la!cobertura!solar!que!se!obtiene;!no! es!necesario!cumplir!la!normativa!de!contribución!solar!para!la!zona!climática!en! la!que!se!encuentra!León!porque!no!se!trata!de!una!instalación!de!agua!caliente! sanitaria.!! ! Figura!49:!Mapa!satélite:!Plaza!de!Regla,!7! Para! desarrollar! todos! estos! cálculos! se! aplicará! el! método! fFchart,! consistente! en! identificar! las! variables! adimensionales! (X,Y)! del! sistema! de! calentamiento!solar!y!utilizar!la!simulación!de!funcionamiento,!para!dimensionar! las!correlaciones!entre!estas!variables!y!el!rendimiento!medio!del!sistema!para!un! dilatado! periodo! de! tiempo.! Las! dimensiones! se! presentan! por! medio! de! ecuaciones!y!de!forma!gráfica.!! 𝑓=1,029 ·𝑌−0,065 ·𝑋−0,245 ·𝑌!+0,0018 ·𝑋!+0,0215 ·𝑌!! Donde:!! f:!fracción!de!carga!calorífica!mensual!aportada!por!el!sistema!de!energía! solar.!Debe!estar!entre!0!y!1.!! Parámetro! X:! expresa! la! relación! entre! las! pérdidas! de! energía! en! el! captador,! para! una! determinada! temperatura,! y! la! carga! calorífica! de! calentamiento!durante!un!mes.!Debe!estar!entre!0!y!18.! Parámetro!Y:!expresa!la!relación!entre!la!energía!absorbida!por!la!placa!del! captador!plano!y!la!carga!calorífica!total!de!calentamiento!durante!un!mes.! 9.!Energía!Solar! 86! Es!un!proceso!de!cálculo!suficientemente!exacto!para!largas!estimación,!no! se!puede!aplicar!para!estimaciones!de!tipo!semanal!o!diario.!Para!desarrollarlo!se! usan!medios!mensuales!meteorológicos.! El!proceso!de!cálculo!del!método!fFChart!se!describe!en!el!Anexo!6:!Energía! solar.!! La!temperaturas!de!entrada!y!de!salida!al!colector!se!corresponden!con!las! temperaturas!de!entrada!y!salida!de!agua!a!la!instalación!de!suelo!radiante.!! La!superficie!efectiva!donde!se!instalarán!los!captadores!solares!mide!1600! m2! (superficie! medida! en! el! programa! Sigpac! del! Ministerio! de! Agricultura,! Alimentación!y!Medio!Ambiente).!Se!colcarán!los!paneles!sobre!el!tejado!que!se! estima!con!una!inclinación!de!35°.! El! primer! inconveniente! del! método! es! que! es! necesario! conocer! la! demanda!mensual!de!calefacción!en!términos!de!energía!y!no!de!potencia,!como!se! tiene!calculado.!Aparece!la!utilidad!de!los!gradosFdía,!indicador!de!la!rigurosidad! climática! de! un! sitio! ya! que! relaciona! la! temperatura! media! con! una! cierta! temperatura!de!confort!para!calefacción.!Se!obtiene!como!suma!de!las!diferencias! horarias!de!la!temperatura!media!del!aire!exterior!inferior!a!una!temperatura!base! de!calefacción,!con!respecto!a!este!valor!para!todos!los!días!del!año.!! 𝐺𝐷 =𝑇𝐵!− 𝑇 !á!+𝑇 !í! 2 ! !!! ·!𝑁!·𝑋!!! Donde:! TBc:!Temperatura!base!de!calefacción,!21°C.! Tmáx:!Temperatura!máxima!diaria.! Tmin:!Temperatura!mínima!diaria.! Ni:!cantidad!de!días!del!mes!considerado! Xc:!coeficiente!lógico! que!valdrá!1!cuando! la!temperatura!media!mensual! sea!menor!a!la!TBc!y!cero!cuando!sea!mayor.! Para!León!los!gradosFdía!del!año!2012!se!representan!en!la!Tabla!14.! ) Enero) Febrero) Marzo) Abril) Mayo) Junio) Grados)día) mensuales)21/21) 596) 536) 405) 438) 250) 130) ) Julio) Agosto) Septiembre) Octubre) Noviembre) Diciembre) Grados)día) mensuales)21/21) 110) 99) 154) 296) 434) 522) Tabla!14:!GradosRdía!para!la!localidad!de!León! !Las! fórmulas! necesarias! para! recalcular! la! demanda! total! de! calefacción,! tanto!para!la!carga!de!transmisión!como!para!la!de!infiltración,!son!las!mismas!que! las!anteriores,!sin!más!que!cambiar!la!diferencia!de!temperatura!para!el!caso!de! potencia!por!los!grados!día!para!obtener!energía:!! 𝐸!=𝑘!·𝐴·𝐺𝐷! 9.!Energía!Solar! ! 87! 𝐸!=𝑉 !"# ·𝑐!·𝐺𝐷! Es!importante!mencionar!que!para!obtener!julios!como!unidad!de!energía,! hay!que!multiplicar!por!el!factor!de!conversión!correspondiente.!! La!Tabla!15!muestra!los!valores!mensuales!de!la!demanda!de!calefacción! obtenidos,! sin! aplicar! el! porcentaje! de! demanda! que! cubrirá! la! instalación! de! energía!solar.! ) Enero) Febrero) Marzo) Abril) Mayo) Junio) Qtransmisión)(MJ)) 2,405E+06) 2,163E+06) 1,634E+06) 1,767E+06) 1,009E+06) 5,245E+05) Qventilación)(MJ)) 3,637E+05) 3,271E+05) 2,472E+05) 2,673E+05) 1,526E+05) 7,933E+04) Qtotal)(MJ)) 2,768E+06# 2,490E+06# 1,881E+06# 2,034E+06# 1,161E+06# 6,038E+05# ) Julio) Agosto) Septiembre) Octubre) Noviembre) Diciembre) Qtransmisión)(MJ)) 4,438E+05) 3,994E+05) 6,213E+05) 1,194E+06) 1,751E+06) 2,106E+06) Qventilación)(MJ)) 6,713E+04) 6,042E+04) 9,398E+04) 1,806E+05) 2,649E+05) 3,186E+05) Qtotal)(MJ)) 5,109E+05# 4,599E+05# 7,153E+05# 1,375E+06# 2,016E+06# 2,425E+06# Tabla!15:!Valores!de!demanda!de!calefacción!en!términos!de!energía! !Aplicando!el!método!de!fFChart,!cuyas!tablas!de!resultados!se!encuentran! en! los! apartados! A7.5! y! A7.6! del! Anexo! 7:! Resultados,! se! pueden! resumir! los! siguientes!resultados!para!cada!uno!de!los!dos!tipos!de!colectores!empleados! 9.1#Colector#solar#plano.# Se!elige!como!modelo!de!cálculo!el!modelo!SOL!250!H,!del!fabricante!Baxi! Roca,!cuya!hoja!de!características!se!encuentra!en!el!Anexo!10:!Fabricantes.!! La!curva!de!rendimiento!de!este!colector!muestra!los!datos!de!rendimiento! óptico! y! coeficientes! de! pérdidas! (no! se! tiene! en! cuenta! el! término! de! segundo! orden).! 𝜂=0,812 −3,641 · 𝑇 !"#!,!−𝑇 !"# 𝐺! Con!este!tipo!de!colector!son!necesarios!647!paneles!que!cubrirían!1539,86! m2.!Gracias!a!estos!se!obtiene!una!cobertura!solar!del!22,06%.!! 9.2#Colector#de#tubos#de#vacío.# Se!elige!como!modelo!de!cálculo!el!modelo!AR30,!del!fabricante!Baxi!Roca,! cuya!hoja!de!características!se!encuentra!en!el!Anexo!10:!Fabricantes.!! La!curva!de!rendimiento!de!este!colector!muestra!los!datos!de!rendimiento! óptico! y! coeficientes! de! pérdidas! (no! se! tiene! en! cuenta! el! término! de! segundo! orden).! 𝜂=0,832 −1,14 · 𝑇 !"#!,!−𝑇 !"# 𝐺! Para!cubrir!el!28%!de!la!demanda!de!calefacción!de!baja!temperatura!son! necesarios!653!colectores!de!este!tipo!que!cubren!una!superficie!de!1554,14!m2.!Se! consigue!una!cobertura!solar!de!25,79%.!! En!el!plano!30!del!Anexo!8:!Planos!y!esquemas,!se!puede!observar!cómo!se! acoplaría!el!sistema!solar!a!la!instalación!de!baja!temperatura.! 9.!Energía!Solar! 88! ! ! 10.!Presupuesto! ! ! 89! 10.$Presupuesto! Se!suministran!dos!presupuestos!correspondientes!con!las!instalaciones!de! baja!y!alta!temperatura!que!tienen!calderas!independientes.!El!resultado!final!es!la! suma!de!ambos.!! El!presente!proyecto!no!tiene!en!cuenta!mano!de!obra,!puesta!en!marcha!de! la!instalación!ni!mantenimiento,!simplemente!se!basa!en!el!precio!de!la!cuantía!del! material! necesario! para! llevarla! a! cabo.! Los! resultados! se! muestran! en! la,! los! precios!están!sin!IVA.!! 10.1#Presupuesto#de#baja#temperatura# En!la!Tabla!16!y!Tabla!17!se!muestra!un!resumen!del!presupuesto!total!de!la! instalación!de!suelo!radiante.!! SUELO#RADIANTE# ) ) ) ) ) ) ) DESCRIPCIÓN)) PVP)(€)) Tubos#de#16#mm# 530)rollos)de)200)m) 2,12)€/ml) 226416# Elemento#de#base# 94)cajas)de)72)m2) 15,69)€/m2) 106138,12# Sistema#Portatubos# 62)cajas)de)110,7)m2)) 17,56€/m2) 118788,11# Colectores#suelo#radiante# ## ## 12516# 12)Entradas)12)Salidas) 7) 415)€/colector) 2905) 10)Entradas)10)Salidas) 15) 359)€/colector) 5385) 9)Entradas)9)Salidas) 5) 338)€/colector) 1690) 8)Entradas)8)Salidas) 8) 317)€/colector) 2536) Tubos#de#conexión#entre#colectores#y#colectores#distribuidores# 5927# Bombas### )) )) )) ) Configuración)económica) 32218# )) Configuración) silenciosa) )) 33817# Válvulas#de#equilibrio# ## ## 1436,04# Válvulas#esféricas# ## ## 8670,7# Elementos#singulares#(codos,#Tees,#contracciones)## ## 981,74# )) Codo) )) 363,4) ) Tee) ) 399,68) )) Contracciones) )) 218,66) Tabla!16:!Resumen!del!presupuesto!de!la!instalación!de!suelo!radiante!de!baja!temperatura! RADIADOR#KLEO# ) ) ) # ) ) ) DESCRIPCIÓN) PVP)) Pack#de#radiador#y#válvulas# ## 261047,76# 2200)mm)de)longitud) 300) 586,31)€/pack) 175893) 2100)mm)de)longitud) 148) 575,37)€/pack) 85154,76) Tuberías#de#conexión#de#diferentes#diámetros# ## 1259900,98# Válvulas# ## ## 7221,58# )) Equilibrio) )) 2360,34) 11.!Aproximación!numérica!del!perfil!de!temperaturas!en!la!sección!transversal! 96! Como!se!observa,!la!zona!del!suelo!se!encuentra!a!una!temperatura!de!29°C! gracias! a! la! instalación! de! suelo! radiante!y! radiadores! propuesta.! Al! tener! una! densidad! el! aire! caliente! menor! a! la! del! aire! frío,! éste! asciende,!calentando! las! paredes!hasta!que!llega!a!las!cubiertas!de!la!nave!central!y!de!las!laterales.!Ahí!se! puede!ver!una!región,!correspondiente!a!la!piedra!caliza,!a!la!arlita!y!a!la!cámara!de! aire!que!mantiene!una!temperatura!uniforme!de!17°C!antes!de!que!esta!descienda! por!debajo,!incluso,!de!los!5°C.!! En! la! Figura! 52! muestra! el! detalle! del! perfil! de! temperaturas! en! la! conjunción! de! la! columna! y! la! solera! de! la! Catedral.! ! El! perfil! de! temperaturas! tiende!a!una!forma!parabólica!su!ascenso!a!través!del!pilar.!!Y!la!!región!de!color! verde! muestra! un! campo! de! temperaturas! uniforme! antes! de! atravesar! todo! el! forjado!inferior.!! ! Figura!52:!Perfil!de!temperaturas!en!la!conjunción!columnaRsuelo! Se!afirma!que,!una!vez!que!se!han!estabilizado!las!temperaturas!(análisis! estacionario)! en! las! zonas! bajas! de! la! Catedral! se! consigue! una! temperatura! en! torno!a!los!22°C.!En!las!cubiertas!funciona!el!aislante!térmico!de!arlita!y!cámara!de! aire!ya!que!mantiene!la!temperatura!antes!de!descender!drásticamente!una!vez! llegado!al!tejado.!! A!continuación!se!comentan!las!pérdidas!que!se!experimentan!en!el!modelo! implementado!con!las!direcciones!principales!de!los!flujos!de!calor.!Los!flujos!de! calor!que!se!obtienen!aparecen,!de!forma!global!en!la!Figura!53.!Como!se!observa! son!máximos!en!los!cerramientos!laterales!de!las!cubiertas!de!las!naves!bajas!que! tienen!contacto!con!el!exterior.!Sin!embargo,!en!la!cubierta!de!la!nave!central!la! transferencia! de! calor! no! es! muy! elevada,! en! comparación! con! los! de! las! naves! laterales! debido! a! que! la! temperatura! en! esa! zona! está! más! próxima! a! la! del! ambiente.!Antes!de!ascender,!el!calor!se!pierde!en!la!cubierta!de!las!naves!laterales.!! 11.!Aproximación!numérica!del!perfil!de!temperaturas!en!la!sección!transversal! ! 97! ! Figura!53:!Flujo!de!calor!en!la!sección!transversal! En!la!!Figura!54!se!muestra!un!detalle!de!cómo!se!transfiere!el!calor!en!las! cubiertas! de! las! naves! laterales.! Se! puede! observar!que! la! cámara! de! aire! (se! considera! condiciones! adiabáticas! en! la! simulación,! ya! que! la! conductividad! a! través!de!este!es!baja!en!comparación!con!la!de!la!piedra!caliza,!teja!y!arltita),!que! cubre!la!luz!de!las!naves!laterales,!supone!apenas!pérdidas!de!calor!a!través!de!ella,! lo!que!provoca!una!distribución!del!flujo!de!calor!a!través!de!la!arilta!(que!también! es!aislante)!y!de!la!piedra!caliza.!! ! ! !Figura!54:!Flujo!de!calor!en!la!cubierta!de!las!naves!laterales! 11.!Aproximación!numérica!del!perfil!de!temperaturas!en!la!sección!transversal! 98! Al!observar!las!imágenes,!el!lector!puede!darse!cuenta!que!las!direcciones! principales! de! la! transferencia! de! calor! son! horizontales,! mientras! que! las! dirección!que!presenta!mayores!cambios!en!el!perfil!de!temperaturas!es!la!vertical.!! Un! desarrollo! de! todas! las! imágenes! relacionadas! con! el! perfil! de! temperaturas!y!fenómenos!de!transferencia!de!calor!se!documentan!en!el!Anexo!9,! citado!anteriormente.!! 12.!Conclusiones! ! 99! 12."Conclusiones! La!catedral!se!encuentra!en!el!punto!más!alto!del!centro!histórico!de!León,! está!dispuesta!a!916!metros!sobre!el!nivel!del!mar,!y!pertenece!a!la!zona!climática! E1.! Como!era!de!prever,!las!pérdidas!a!través!de!los!cerramientos!de!la!Catedral! son!muy!elevadas,!más!de!1.100kW!de!pérdidas.!Esto!es!debido,!principalmente!a! que!la!fábrica!cuenta!con!grandes!vidrieras,!(cerca!de!1900!m2)!características!del! estilo!Gótico.!! Los!muros!de!la!Catedral!son!de!piedra!caliza!(componente!mayoritario!en! su! composición).! Se! encuentran! a! lo! largo! de! la! estructura! 3! tipos! de! piedra! diferente:!Boñar,!piedra!del!país!y!Hontoria.!Si!no!se!conoce!la!Catedral!de!León,!y! leyendo!las!dimensiones!de!la!misma,!uno!se!imagina!que!los!muros!que!soportan! la!estructura!van!a!ser!muy!anchos,!pero!realmente!no!es!así,!ya!que!el!papel!de! resistir! los! esfuerzos! de! la! catedral! recae! sobre! los! arbotantes.! Gracias! a! estos! elementos!del!gótico,!la!Catedral!es!muy!ligera!y!los!muros!sirven!para!portar!las! grandes!vidrieras!dotando!a!la!fábrica!de!luz!y!esbeltez.!! Los!grandes!ventanales!y!los!muros!estrechos!hacen!que!el!espacio!interior! pierda!mucho!calor.!! Se! calculan! los! coeficientes! globales! de! calor! de! los! muros,! vidrieras! restauradas!y!no!restauradas,!de!las!cubiertas!y!de!la!solera.!! Una! vez! que! se! obtienen! las! pérdidas! de! calor,! se! proponen! dos! instalaciones!para!hacerlas!frente:!! La! primera,! de! baja! temperatura! que! hace! referencia! a! suelo! radiante! clásico! y! a! una! instalación! de! radiadores! de! baja! temperatura! situados! en! los! bancos.!Se!eligen!tres!grupos!generadores!de!calor!de!condensación!que!utilizan! como!combustible!gas!natural!de!375kW!con!un!rendimiento!superior!al!100%,! gracias! a! que! las! calderas! de! condensación! aprovechan! el! calor! latente! que! se! desprende!al!condensarse!el!agua.! El! suelo! radiante! abarca! toda! la! superficie! del! suelo! de! la! catedral! dividiéndose!en! 5! zonas! –girola,! altar! mayor,! crucero,! coro! y! trascoroF.! Tres! de! ellas,!a!su!vez,!se!dividen!otras!3!zonas,!como!se!ha!podido!observar!a!lo!largo!del! proyecto.!La!instalación!de!suelo!radiante!hará!frente!a!677!kW,!serán!necesarios! más!de!106! km! de!tubo!de!poliestireno!que!recorrerán!los!343!circuitos.! Como! cada!circuito!se!divide!a!su!vez!en!otros!circuitos!de!colectores!se!instala!un!caudal! de!distribución!de!13!entradas!y!13!salidas!(12!de!ellas!corresponden!con!el!suelo! radiante,!como!se!puede!ver!en!los!planos!adjuntos!al!proyecto!y!a!través!de!toda!la! memoria).!! La!instalación!de!radiadores!en!los!bancos!se!propone!su!instalación!en!las! dependencias!del!altar!mayor,!crucero!y!capillas!de!santa!Teresa!y!de!la!Virgen!del! Carmen.!Se!divide!en!4!bloques!que!tendrán,!cada!uno!de!ellos!las!mismas!pérdidas! de!carga,!pues,!de!esta!forma!se!facilita!mucho!el!equilibrado!de!la!instalación.!Otra! de!las!características!que!se!ha!tenido!en!cuenta!es!que!no!vale!cualquier!radiador,! pues! esta! limitado! tanto! por! altura! como! por! anchura.! Por! ello! se! eligen! unos! especiales!del!Fabricante!Zehnder!que!cubren!las!bancadas,!tal!y!como!se!ha!ido! 12.!Conclusiones! 100! desarrollando!en!el!Capítulo!8,!en!su!mayoría.!Además,!se!adjunta!al!proyecto!el! diseño!del!banco!que!podría!instalarse,!optándose!por!un!modelo!similar!al!que!se! instaló!en!la!Basílica!de!san!Isidoro,!en!la!misma!capital,!pero!con!un!color!más! oscuro.!! La! segunda,! de! alta! temperatura,! con! su! caldera! correspondiente! de! biomasa! para! hacer! frente! a! la! potencia! térmica! restante! que! no! han! podido! compensar!ni!el!suelo!radiante!ni!la!instalación!de!los!radiadores.!Se!propone!la! instalación! de! unos! radiadores! que! están! a! la! misma! altura! de! la! solera! de! la! Catedral!y!que!si!se!mira!al!frente!quedan!totalmente!disimulados.!Son!el!modelo! “Terraline”!del!fabricante,!antes!mencionado.!! Los! grupos! generadores! de! calor,! vasos! de! expansión,! chimenea,! grupos! auxiliares!que!ayudan!al!funcionamiento,!se!instalan!en!el!cuarto!de!calderas!del! sistema! de! calefacción! antigua.! Se! ha! planteado! en! el! capítulo! 8,! sección! 3.3,! la! distribución!en!planta!de!estos!elementos!en!el!cuarto!de!calderas,!cumpliendo!la! normativa! vigente! sobre! el! tema.! Además! se! incorpora! el! dimensionado! de! la! chimenea!para!evacuar!los!gases!de!la!combustión.!! Se! proponen! dos! modelos! de! bombas! en! ambas! instalaciones,! según! el! criterio!económico!y!según!criterio!de!ruido.!Este!último,!a!mí!juicio,!es!importante! porque,!al!estar!en!un!templo!dedicado!al!culto!debe!permanecer!lo!más!en!silencio! posible.!! Finalmente!se!realiza!un!presupuesto!de!ambas!instalaciones,!obteniendo! un!montante!final!de,!aproximadamente,!11!millones!de!euros.! Con! el! modelo! de! calefacción! propuesto! se! consigue! que! las! condiciones! interiores!de!las!naves!estén!a!20°C!y!a!una!humedad!relativa!del!50%.!Estas!no! afectarán!ni!a!los!materiales!interiores,!ni!a!los!muros,!ni!a!los!frescos!que!están! distribuidos!en!el!interior!del!templo,!ni!las!esculturas!de!alabastro,!ni!a!las!rejerías! de!hierro!fundido,!ni!a!las!vidrieras.! Las!tres!instalaciones!del!proyecto!son!importantes!ya!que!si!no!se!dispone! de!una! de!ellas!será!imposible!compensar!la!totalidad!de!las!pérdidas!de! carga.!! Hay!que!entender!que!la!Catedral!en!su!nave!central!son!30!metros!de!altura,!y!el! volumen!de!aire!es!enorme.!Un!estudio!más!profundo!acerca!de!la!evolución!del! calor,!se!propondría!ver!qué!temperatura!se!alcanza!a!los!1,80!metros!de!altura! con!la!instalación!de!suelo!radiante.!!No!se!compensarían!todas!las!pérdidas!pero,! considerando! que! la! Catedral! no! es! un! lugar! de! estancia! permanente! y! que! las! personas!irán!provisto!de!ropa!de!abrigo!en!los!meses!de!invierno,!por!lo!que!una! temperatura!de!20°C!a!esa!altura!daría!una!sensación!de!confort!para!el!público! asistente! agradable.! Se! sigue! el! principio! de! “calentar! a! las! personas! y! no! las! paredes”.! Además! se! demuestra,! con! un! análisis! cualitativo! en! los! programas! Therm!y!Abaqus!CAE,!de!que!la!temperatura!que!siente!una!persona!de!1,80!metros! de!altura!son!23°C..! Se!desestima!utilizar!toberas!de!aire,!que!inyecten!aire!caliente!al!ambiente! desde!el!suelo,!porque!eso!implicaría!un!análisis!psicométrico!muy!desarrollado,! así!como!estudiar!la!composición!del!aire!húmedo!y!comprobar!que!en!las!zonas! altas,!a!partir!del!triforio,!no!se!produce!condensación.!Esta!formación!de!pequeñas! gotas! de! agua! sobre! la! superficie!vidriada! y! sobre! la! piedra! caliza! provocan! oxidación,! corrosión! y! podría! llegar! a! estropear! toda! la! labor! actual! de! 12.!Conclusiones! ! 101! restauración.! Para! evitarla! se! instalarían! varios! deshumidificadores! que! con! la! instalación!de!suelo!radiante!no!sería!necesario!colocar.!! La!instalación!de!toberas!de!aire!es!propio!de!los!sistemas!de!climatización,! es! decir,! inyectar! aire! caliente! en! invierno! y! aire! frío! en! verano.! Dado! que! la! temperatura! de! la! Catedral! en! verano! no! es! muy! elevada! (sobre! 20°C),! comprobado!y!testado!por!el!autor,!se!elimina!la!posibilidad!de!instalar!sistemas! de!climatización,!centrando!los!esfuerzos!en!la!instalación!de!calefacción.!! Otra!de!las!vías!de!desarrollo!de!este!proyecto!es!utilizar!los!tejados!del! claustro!del!Palacio!Episcopal,!situado!en!frente!de!la!portada!sur!de!la!Catedral,! para!instalar!colectores!solares!que!ayuden!a!la!caldera!de!biomasa!a!calentar!el! agua.! Se! plantea! el! cálculo! del! fFchart! para! evaluar! la! cobertura! solar! que! se! consigue!cubriendo!un!25!%,!aproximadamente,!de!la!demanda!de!agua!caliente! para!suelo!radiante.!El!estudio!se!desarrolla!para!tubos!con!cubierta!plana!y!tubos! de!vacío,!llegándose!a!la!conclusión!de!que!es!mejor!instalar!colectores!de!vacío!ya! que!cubren!un!porcentaje!mayor!de!la!demanda!de!agua,!un!28%.!! Un!proyecto!que!se!puede!abordar!después!de!éste,!es!la!incorporación!de!la! capilla!de!la!Virgen!del!Camino!al!cálculo!de!la!calefacción,!ya!que!esta!dependencia! se! usa! para! el! culto! diario! y! utiliza! una! calefacción! con! caldera! de! gasóleo.! La! propuesta! es! quitar! esta! caldera,! realizar! el! mismo! estudio! en! ese! espacio,! y! aprovechar! el! mismo! grupo! generador! de! calor.! En! este! proyecto! sí! cabe! la! posibilidad!de!hacer!un!análisis!de!sensibilidad,!pues!se!disponen!de!los!datos!de! consumo!de!combustible!y!se!pueden!comparar!ambos!sistemas.!! ! ! 12.!Conclusiones! 102! ! 13.!Bibliografía! ! 103! 13."Bibliografía! Se! recogen! las! referencias! bibliográficas! que! se! han! utilizado! para! la! elaboración!del!proyecto!que!incluyen!libros,!artículos,!páginas!web!y!catálogos!de! los!fabricantes:! [1]GÓMEZ!RASCÓN,!Máximo:!La!Catedral!de!León.!Cristal!y!Fe;!Ed.:!Edilera,! Septiembre!1991.! [2]AA.VV:!La!Catedral!de!León;!Edilesa;!Diario!de!León.! [3]WILLIS,! Robert:! La! construcción! de! las! bóvedas! en! la! Edad! Media;! Instituto!Juan!de!Herra.!Escuela!Técnica!Superior.! [4]WATSON,! Percy:! La! construcción! de! las! catedrales! medievales;! Ed.:! Cambridge!University!Press,!2006.! [5]AA.VV:!Conservación!de!Vidrieras!Históricas.!Análisis!y!diagnóstico!de!su! deterioro.!Restauración;!The!Getty!Conservation!Institute.! [6]MARGARIDA,!Manuel:!Aislamiento!Térmico;!Ed.:!Técnicos!Asociados,!S.A.;! Barcelona,!1984.! [7]AA.VV:!Norma!Básica!de!la!Edificación!CTR79:!Condiciones!Térmicas!de!los! edificios;!Ed.:!Centro!de!publicaciones!de!Ministerio!de!Obras!Públicas,! Transportes!y!Medio!Ambiente;!Madrid!1996.! ![8]AA.VV:!La!Piedra!Natural!en!Castilla!y!León.!Ed.:!Junta!de!Castilla!y!León,! 2008.! [9]CASATI!CALZADA,!M.J.!y!GÁLVEZ!RUIZ,!J.C.:!Influencia!de!las!propiedades! de!la!fábrica!de!la!Catedral!de!León!en!su!comportamiento!estructural;! Artículo!publicado!en!la!web,!2009.! [10]SÁNCHEZ! SÁNCHEZ,! Narciso:! Geometría! de! los! arcos.! Guía! para! la! construcción!y!trazado!de!arcos;!Ed.:!Región!de!Murcia,!Julio!2011.! [11]AA.VV:! Therm! 5.2/Window! 5.2,! NFRC! Simulation! Manual,! Lawrence! Berkeley!National!Laboratory,!Julio!2006.! [12]MARÍN,! José! María;! MONNÉ! Carlos! y! UCHE,! Javier:! Transferencia! de! Calor;!Universidad!de!Zaragoza;!Febrero!2007.! [13]MONNÉ! BAILO,! Carlos! y! DÍEZ! PINILLA,! Luis! Ignacio:! Prácticas! de! energías!renovables;!Prensas!Universitarias!de!Zaragoza;!2007.! [14]PIANZO!OJER,!José!Manuel;!SOTO!FRANCÉS,!Victor!y!GARCIA!LASTRA,! Arcadio:!DTIE!7.05!Cálculo!de!cargas!Térmicas,!Ed.:!Atecyr.! [15]Manual!Suelo!Radiante!Clásico!Polytherm.! [16]Página!web:!www.lasvidrieras.com! [17]Página! web:! http://sigpac.mapa.es/fega/visor/.! Ministerio! de! Agricultura,!Alimentación!y!Medio!Ambiente! [18]AA.VV:!Un!Ambiente!cálido!en!el!interior!de!la!Iglesia.!! [19]AA.VV:!Materiales!para!Revestimiento:!La!piedra!natural.! 13.!Bibliografía! 104! [20]Catálogo!de!calderas!de!la!empresa!L.Solé.!SA.! [21]Catálogo!BAXI!Roca! [23]Catálogo!de!bombas!Sedical! [24]GALDÓN,!Francisco:!Comentarios!al!Reglamento!de!Instalaciones!Térmicas! en!los!Edificios,!Ed:!ONAIF.!! [25]Catálogo! y! programa! de! cálculo! DINAK! para! el! dimensionamiento! de! chimeneas! [26]!Manual!web!del!programa!Abaqus!CAE! (http://abaqus.ethz.ch:2080/v6.11/books/usi/default.htm)! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 12.!Bibliografía! ! 105! !