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Daniel Rosas García Ingeniero Mecánico [email protected] Carrier Chile

Departamento de Productos – Midea Carrier Chile

Hourly Analisys Program 5.11

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CONTENIDO 1.

INTRODUCCIÓN AL HAP (Hourly Analisys Program) • Herramienta HAP System Design • Herramienta HAP Energy Analysis • Terminología de HAP

2.

METODOLOGÍA

3.

CARGA DE DATOS DEL EDIFICIO • Cargas internas, uso, condiciones climáticas y de operación • Definición de elementos constructivos

4.

DEFINICIÓN DE LOS SISTEMAS ENERGÉTICOS (SYSTEMS)

5.

PLANTAS DE PRODUCCIÓN PARA HVAC (PLANTS)

6.

ANÁLISIS DE CONSUMO DE ENERGÍA (HAP ENERGY ANALYSIS)

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INTRODUCCIÓN AL HAP Historia

• En 2017 cumplió 30 años con 40 actualizaciones desde sus inicios

• Pertenece eDesign Suite Software by Carrier • Avalado por la ASHRAE • Ultima versión 5.11 – año 2018 • Ofrece datos para certificación LEED • Procedimiento de calculo con marca registrada

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INTRODUCCIÓN AL HAP Historia

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INTRODUCCIÓN AL HAP Principales Características • Orientado a profesionales con un conocimiento medio en sistemas de Calefacción, Ventilación y Aire acondicionado (en adelante HVAC)

• El software HAP (Hourly Analysis Program) de Carrier es una herramienta de ordenador orientada a ayudar a aquellos profesionales que quieren diseñar sistemas HVAC • Es una herramienta útil para cumplir los criterios de energía en las certificaciones LEED®, VERDE, BREEAM • HAP utiliza el método ASHRAE de las funciones de transferencia para los cálculos de cargas y las técnicas de simulación energética detallada para las 8.760 horas (anuales) para el análisis de energía.

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INTRODUCCIÓN AL HAP Herramienta HAP System Design HAP estima las cargas de diseño de refrigeración y calefacción en edificios de tipo terciario, de cara a dimensionar los componentes del sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC). El programa proporciona información necesaria para la selección y especificación de los equipos. En concreto el programa realiza las siguientes tareas: • Cálculo de las cargas de diseño de refrigeración y calefacción en cada espacio, en cada zona y en cada batería de los equipos del sistema HVAC. • Determinación de los caudales de aire requeridos en cada espacio, en cada zona y en el sistema. • Dimensionamiento de las baterías de los equipos de refrigeración y calefacción. Ventiladores y centrales de producción (enfriadoras y calderas)

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INTRODUCCIÓN AL HAP Herramienta HAP System Design HAP estima el consumo anual de energía y los costes energéticos en los sistemas de consumo de un edificio, tanto de HVAC como los no relacionados con la climatización, mediante la simulación del funcionamiento de dicho edificio a lo largo de cada una de las 8.760 horas de un año. Los resultados del análisis energético se usan para comparar el consumo y coste de diferentes diseños con sistemas HVAC, y así se puede elegir el mejor. En concreto, HAP realiza las siguientes tareas durante el análisis energético:

• Simula la operación hora a hora de todos los sistemas de calefacción y refrigeración en el edificio. Además de sistemas no –HVAC • Utiliza los resultados de la simulación hora a hora para calcular el consumo total de energía por año y su coste. Los costes se calculan utilizando las distintas variantes • Genera unos informes con datos en gráficos y en tablas, que pueden ser por horas, diarios, mensuales e incluso anuales. Departamento de Productos – Midea Carrier Chile

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INTRODUCCIÓN AL HAP Terminología de HAP

ELEMENTOS

Es cualquier componente de la estructura del edificio o de uso en el mismo, que esté asociado a una pérdida o ganancia de calor. Los elementos pueden ser los muros, ventanas, cubiertas, claraboyas, suelos, particiones, iluminación, ocupación, equipo eléctrico, infiltraciones y otras fuentes de calor de tipo misceláneo.

ESPACIOS

ZONAS SISTEMAS HVAC PLANTA DE EQUIPOS

EDIFICIOS

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Es la parte del edificio comprendida por uno o más elementos a través de los cuales hay un flujo de calor, y acondicionado por uno o más terminales del sistema distribución de aire.

Es el conjunto de uno o más espacios bajo un único control de termostato. En algunos sistemas cada habitación contiene un termostato, luego cada zona sería un único espacio representado por una única habitación. Pero en otras ocasiones un termostato controla un grupo de habitaciones, en cuyo caso la zona estaría formada por varios espacios.

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INTRODUCCIÓN AL HAP Terminología de HAP

ELEMENTOS

se define al equipo y controles que proveen de refrigeración y calefacción a una región del edificio. Un sistema sirve a una o más zonas. La presencia de un termostato en cada una de las zonas permite el control específico de la temperatura en cada una de ellas.

ESPACIOS

ZONAS

Es el equipo y su control que suministra de frío o calor a las baterías de uno o más sistemas. Ejemplos de plantas de producción son las enfriadoras, calderas de agua caliente o de vapor

SISTEMAS HVAC PLANTA DE EQUIPOS

EDIFICIOS

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Es la estructura que contiene todos los sistemas HVAC. Al realizar el análisis energético se calculan los costes anuales energéticos del edificio, así como el de los sistemas consumidores que contiene. Literalmente un edificio tiene una estructura individual, pero en HAP la definición es flexible. Puede representar un grupo de estructuras, como en un campus donde las diferentes “estructuras” están servidas por un equipo de producción común a todas. Hourly Analisys Program 5.11

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INTRODUCCIÓN AL HAP RESUMEN

HAP CARGAS TÉRMICAS DISEÑO DE SISTEMAS HVAC

Calcula cargas espacios, zonas y sistemas Determina caudales por esp., zonas y sistemas Dimensiona baterías Dimensiona ventiladores Dimensiona enfriadoras y calderas

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DATOS COMPARTIDOS

ANALISIS ENERGÉTICO SISTEMAS HVAC + OTROS

Simula hora a hora sistemas HVAC Simula hora a hora plantas de producción Simula hora a hora demás sistemas no HVAC Utiliza los datos para calcular costes (Tarifas) Genera tablas y gráficos hora, día, mes y anual

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METODOLOGÍA Calculo para Refrigeración

Cálculo diseño para refrigeración. Los perfiles de las cargas se generan para un día de diseño (el más desfavorable para la refrigeración, el más caluroso) por cada mes, utilizando las condiciones climáticas de diseño, así como los horarios de funcionamiento simplificados sólo para diseño de cargas, con el método de cálculo de ASHRAE de las Funciones de Transferencia

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METODOLOGÍA Calculo para Calefacción

Cálculo diseño para calefacción. Las cargas se calculan sólo en una única condición de diseño de calefacción, utilizando las condiciones climáticas de diseño de invierno. No se considera ninguna fuente que pudiera suponer un aporte de calor y se asume el carácter de cargas instantáneas en el cálculo en cualquier elemento o infiltración.

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METODOLOGÍA Simulaciones Energéticas

Simulaciones energéticas. El cálculo de cargas se realiza para las 8.760 horas del año utilizando los datos climáticos de simulación, con los horarios de funcionamiento en que se distinguen los distintos días de la semana, y como método de cálculo el de las Funciones de Transferencia de ASHRAE.

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METODOLOGÍA CLIMATOLOGÍA

DEFINICIÓN DEL EDIFICIO

DEFINICIÓN DE SISTEMAS

Temperatura de b. seco Temperatura de b. húmedo Nubosidad Velocidad del viento Presión atmosférica

Localización Datos de diseño Datos de los materiales Zonas térmicas Cargas internas

Tipo de sistemas Potencias Caudales Temperaturas de trabajo Horarios de funcionamiento

Cargas de calefacción, aire acondicionado y ventilación

CENTRALES TÉRMICAS Tipo de equipos producción Potencias y caudales, Eficiencia Temperaturas de trabajo Horarios de funcionamiento

PARÁMETROS ECONÓMICOS Factores de dinamización económica Tiempo de vida del proyecto Inversiones Costos de operación y mantenimiento

ESTIMACIÓN DE CARGAS TÉRMICAS

ANALISIS DE SISTEMAS

ANALISIS DE LAS CENTRALES DE PRODUCCIÓN

ESTIMACIONES ENERGÉTICAS Y ECONÓMICAS

Demanda horaria de calefacción aire acondicionado y ventilación

Cagas horarias en los equipos

Demanda horaria total y consumo de energía

Costos

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CARGA DE DATOS Ambiente HAP Barras de herramientas y menú. Estructura del proyecto Librería

• En todo momento podemos acceder a la documentación de ayuda, que es muy útil • Presionando F1 cuando estamos sobre la casilla de Building Weight obtenemos una ayuda.

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Ventana de visualización de componentes.

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CARGA DE DATOS Weathers • Introducimos los datos climáticos de la localidad donde se encuentra nuestro edificio. • Latitud, longitud y altura sobre el nivel del mar de la localidad seleccionada. • La temperatura seca máxima y húmeda coincidente de verano, con variación media diaria. • La temperatura de diseño y húmeda coincidente de invierno, para el único cálculo de la demanda de calefacción.

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CARGA DE DATOS Weathers – Simulaciones • En la pestaña Simulation seleccionaremos el año típico meteorológico de localidad. Este archivo, de extensión .HW1, recoge el perfil climático del año completo (donde aparecen definidos los datos de temperatura, humedad y radiación solar para las 8.760 horas del año). • Sobre este perfil, HAP simula las cargas del edificio y el funcionamiento de los equipos a lo largo de todo un año.

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CARGA DE DATOS Space - Espacios

ESPACIOS

• A este respecto se hace notar que HAP realizará los cálculos de ganancias y pérdidas tomando en cuenta elemento por elemento (muros, ventanas, cubiertas, suelos, iluminación, personas, equipos, infiltraciones, particiones) y evaluará los totales.

ESPACIOS

• Si queremos saber la influencia que tiene la fachada o queremos tratar una zona con distintos equipos deberemos dividirla en varios espacios

EDIFICIO

ZONA

ZONA

ZONA ESPACIOS

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• Una vez realizado un esquema de zonas y espacios, teniendo en cuenta siempre que debemos intentar minimizar la cantidad de espacios

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CARGA DE DATOS Space - Espacios • Dimensiones del espacio. • Altura media suelo-techo. • Estimación de la densidad del edificio, para establecer su inercia, el tiempo de respuesta en su emisión de calor tras acumulación. • Requerimientos de ventilación en el espacio, done podemos adoptar el criterio ASHRAE, o bien introducirlo como “User-Defined” (para utilizarlo como herramienta para el cumplimiento de los criterios de energía y atmósfera LEED, ha de utilizarse el valor por defecto para cumplir los requisitos de ASHRAE 90.1). Departamento de Productos – Midea Carrier Chile

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CARGA DE DATOS Space - Espacios PL= planta. Es de especial utilidad cuando el edificio cuenta con varias plantas. En este código también se puede incluir el código de bloque (si son varios bloques) o de edificio (si hay más de uno). ZO= zona. Esta es un conjunto de espacios o que comparten un mismo sistema o que no están divididos físicamente mediante tabiques.

CODIFICACIÓN DE ESPACIOS

ES= espacio. Una codificación que puede ayudarnos a determinar características de los espacios, por ejemplo si representan fachadas, zonas interiores o tienen una carga elevada que se tratará puntualmente. DE= denominación. Preferentemente la que se utiliza en los planos arquitectónicos para poder de esta manera cotejar los datos y verificar si se han introducido todos los espacios.

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CARGA DE DATOS Schedules - Cronogramas • Al introducir el primer espacio tendremos que crear los horarios de funcionamiento de equipos, iluminación y ocupación.

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CARGA DE DATOS Schedules - Cronogramas • Cada uno de los componentes de la carga interna (iluminación, personas, equipos, otras cargas) considera un horario en el que se define la intensidad de la carga. Estos horarios están en las bibliotecas, en Schedules y definen un perfil de carga para cada hora

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CARGA DE DATOS Cargas Internas Tipo y ganancia de calor por iluminación, con su horario de funcionamiento. Ganancia de calor por equipos eléctricos, con horario. Ocupación y nivel de actividad que desarrollan, con su respectivo horario. Otras cargas denominadas como misceláneas, separadas por su aportación como calor sensible (suponen sólo una modificación sobre la temperatura del espacio) o como calor latente (suponen una variación del contenido de humedad del mismo). Departamento de Productos – Midea Carrier Chile

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CARGA DE DATOS Elementos Constructivos - Walls, Windows, Doors, Roofs En las pestañas de Walls, Windows, Doors y en Roofs, Skylights definiremos los detalles constructivos del espacio con su orientación correspondiente

Previamente a rellenar esta pantalla, habremos construido nuestros elementos constructivos en la base de datos “Project library”

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CARGA DE DATOS Cargas Internas Para la definición de los cerramientos, deberemos establecer las bibliotecas con las diferentes soluciones constructivas que los componen. Para los cerramientos, HAP dispone de las siguientes bibliotecas

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CARGA DE DATOS Elementos Constructivos - Walls, Windows, Doors, Roofs

Infiltraciones (caudal de aire no deseado que se introduce en nuestro espacio). Como las condiciones de este aire no son las de consigna, supone una carga a la hora de acondicionar nuestro espacio.

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CARGA DE DATOS Elementos Constructivos - Walls, Windows, Doors, Roofs Suelos, distinguiremos en cada espacio si se trata de: • Suelo sobre espacio acondicionado. • Suelo sobre espacio no condicionado (en el momento que las condiciones de temperatura no son como las de nuestro espacio a acondicionar se producirá una ganancia o pérdida de calor, según sea el gradiente de temperaturas entre nuestro espacio y el colindante). • Suelo sobre el terreno. • Suelo por debajo del terreno, donde definiremos todos los detalles del elemento en contacto con el mismo para calcular la transmisión de calor entre ambos. Departamento de Productos – Midea Carrier Chile

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DEFINICIÓN DE LOS SISTEMAS ENERGÉTICOS Systems – Características Principales

• Considera las características especiales del diseño • Adapta los cálculos a ese sistema específico • La simulación provee información detallada de dimensionado para cada componente que se configura • La selección del equipo es posible directamente desde las salidas • Los escenarios de energía son más precisos Departamento de Productos – Midea Carrier Chile

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DEFINICIÓN DE LOS SISTEMAS ENERGÉTICOS Systems – Requerimientos

• Datos de Ingreso Para Clima, Construcción del Edificio y Cargas Internas • Descripción del Sistema HVAC y sus Atributos • Set Points del Termostato, Parámetros de Aire de Alimentación y Ventilación • Sólo Implica Unos Pocos Minutos de Ingresos Adicionales

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DEFINICIÓN DE LOS SISTEMAS ENERGÉTICOS Systems - Tipos de Sistemas

Indefinido (Tipo de Equipo)

Rooftop Compacto

• CAV Zona Única

• CAV Zona Única

• CAV Re calefacción Terminal

• CAV Recalefacción Terminal

• VAV

• Multizona

• VVT

• Multizona Bypass • CAV Conducto Dual

• Vent. de Atemperación • VAV • VAV Conducto Dual 1 Ventil. • VAV Conducto Dual 2 Ventil. • VVT

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DEFINICIÓN DE LOS SISTEMAS ENERGÉTICOS Systems – Tipos de Sistemas

Vertical Compacto

Split DX AHU

• CAV Zona Única

• CAV Zona Única

• CAV Recalef Terminal

• CAV Recalef Terminal

• VAV

• Multizona

• VVT

• Multizona Bypass • CAV Conducto Dual

• Vent. De Atemperación • VAV Conducto Dual 1 Ventil. • VAV Conducto Dual 2 Ventil. • VVT

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DEFINICIÓN DE LOS SISTEMAS ENERGÉTICOS Systems – Tipos de Sistemas

AHU Agua Helada • • • • • • • • • • •

CAV Zona Única CAV Recalef. Terminal Multizona Multizona Bypass CAV Conducto Dual Vent. De Atemperación Inducción de 4 Tubos VAV VAV Conducto Dual 1 Ventil. VAV Conducto Dual 2 Ventil. VVT

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Unidades Terminales Fan Coil DX Compacto Fan Coil DX Split VRF Tipos Bomba de Calor de Fuente de Agua • Fan Coil de 2-Tubos • Fan Coil de 4-Tubos • • • •

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DEFINICIÓN DE LOS SISTEMAS ENERGÉTICOS Systems – Sistemas de Ventilación

Esta opción sólo es posible para los equipos con unidades terminales (Fan Coils, Splits...) puesto que el resto de los equipos tratan directamente el aire: • El aire de ventilación se trata en el propio equipo, es decir un sistema de ventilación directa mediante una toma de aire hasta el equipo (Direct Ventilation).

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• Ventilación centralizada, mediante una unidad de tratamiento de aire de ventilación y una red de conductos de aire de distribución (Common Ventilation System). Hourly Analisys Program 5.11

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DEFINICIÓN DE LOS SISTEMAS ENERGÉTICOS Systems – Asignación de Espacios

Asignación de espacios en cada zona: Excepto cuando definamos un sistema como unizona, en la pestaña Zone Components, apartado Spaces, tendremos que asignar el espacio o el conjunto de los mismos que conforman cada una de las zonas (aquellos con el mismo control de termostato).

SISTEMAS DE VENTILACIÓN Departamento de Productos – Midea Carrier Chile

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DEFINICIÓN DE LOS SISTEMAS ENERGÉTICOS Systems – Sistemas de Ventilación

Horario del termostato: Para cada una de las zonas tendremos que definir los puntos de consigna, el rango de sensibilidad del termostato, así como su horario de funcionamiento (en realidad el horario de funcionamiento del equipo).

Configuración de temperaturas

Asignación horario Termostato

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DEFINICIÓN DE LOS SISTEMAS ENERGÉTICOS Systems – Resultados

• Simulación de sistema basado en dimensiones

• Simula la operación hora-por-hora del sistema • Las simulaciones son corridas para un rango de meses de refrigeración y condiciones de diseño de calefacción • Considera los componentes especificados • Halla de los cálculos de simulación el dimensionado máximo para cada serpentina en el sistema Departamento de Productos – Midea Carrier Chile

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PLANTAS DE PRODUCCIÓN PARA HVAC Plants – Carga Datos

Genéricas Agua Helada Genéricas Agua Caliente Genéricas Vapor

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ANÁLISIS DE CONSUMO DE ENERGÍA HAP Energy Analysis – Paso 1

Weather Volvemos a la pestaña Simulation. Si no hemos hecho este paso anteriormente, es ahora cuando seleccionaremos el año típico meteorológico de la localidad. Este archivo de extensión .HW1 recoge el perfil climático del año completo (donde aparecen definidos los datos de temperatura, humedad y radiación solar para las 8.760 horas del año). Sobre este perfil, HAP simula las cargas del edificio y el funcionamiento de los equipos a lo largo de todo un año. Departamento de Productos – Midea Carrier Chile

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ANÁLISIS DE CONSUMO DE ENERGÍA HAP Energy Analysis – Paso 2

Spaces - Schedule Los horarios definidos para las cargas internas deben incluir detalle para los 7 días de la semana y días festivos. Los perfiles usados en el diseño de cargas sólo tienen definido el día diseño.

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ANÁLISIS DE CONSUMO DE ENERGÍA HAP Energy Analysis – Paso 3

Systems No puede haber ningún equipo definitivo con “Undefined”, para poder simularlo hay que especificar el tipo de equipo considerado. Dentro de la pestaña General, en el apartado Equipment Class hay que pasar de “Undefined” a la categoría adecuada, prestando especial atención a las fuentes de producción que alimentarán a las baterías de frío y de calor del sistema.

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ANÁLISIS DE CONSUMO DE ENERGÍA HAP Energy Analysis – Paso 3

Systems Si consideramos un rooftop, equipos de expansión compactos o partidos, unidades de tratamiento de aire con batería de expansión, unidades terminales también de un ciclo de expansión o unidades de condensación por agua en anillo, entonces debemos definir el equipo en la pestaña Equipment. Ahí definiremos la potencia y eficiencia del equipo a plena carga y el control de funcionamiento para este tipo de equipos..

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ANÁLISIS DE CONSUMO DE ENERGÍA HAP Energy Analysis – Paso 3

Systems Si consideramos un rooftop, equipos de expansión compactos o partidos, unidades de tratamiento de aire con batería de expansión, unidades terminales también de un ciclo de expansión o unidades de condensación por agua en anillo, entonces debemos definir el equipo en la pestaña Equipment. Ahí definiremos la potencia y eficiencia del equipo a plena carga y el control de funcionamiento para este tipo de equipos. Si consideramos unidades de condensación por agua, entonces tendremos que definir la torre de enfriamiento.

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ANÁLISIS DE CONSUMO DE ENERGÍA HAP Energy Analysis – Paso 4

Plantas Si el estudio incluye plantas de producción de agua fría, agua caliente o vapor, hay que definir cualquiera de ellas. Al introducir las plantas es también necesario crear las enfriadoras (chillers), torres de refrigeración y/o caldearas que conectar con nuestra planta.

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ANÁLISIS DE CONSUMO DE ENERGÍA HAP Energy Analysis – Paso 5

Building Al definir nuestro edificio será necesario crear las tarifas de electricidad y combustible que se aplicarán en los consumos del edificio. Podemos repetir este último paso para realizar comparativas. Generalmente un análisis energético contiene al menos dos edificios con sistemas distintos en los que se analiza distintos diseños HVAC.

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ANÁLISIS DE CONSUMO DE ENERGÍA HAP Energy Analysis – Paso 5

Building Al definir nuestro edificio será necesario crear las tarifas de electricidad y combustible que se aplicarán en los consumos del edificio. Podemos repetir este último paso para realizar comparativas. Generalmente un análisis energético contiene al menos dos edificios con sistemas distintos en los que se analiza distintos diseños HVAC.

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ANÁLISIS DE CONSUMO DE ENERGÍA HAP Energy Analysis – Reporte

Reporte seleccionar los informes, comparativas, tablas y gráficos que queramos en nuestra simulación. Así como el informe LEED, requerido cuando se está analizando LEED Energy and Atmosphere Credit 1 o LEED Energy and Atmosphere Prerequisite 2. Podemos indicar la versión en que generar el informe, de acuerdo al LEED NC-2.2 o a la versión LEED 2009. Departamento de Productos – Midea Carrier Chile

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HOURLY ANALISYS PROGRAM

GRACIAS…

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