Calentador de agua - Estratificado

WaterHeater:Stratified

WaterHeater:Sizing

Usado en:

El calentador 2-Estratificado simula un depósito estratificado de varios nodos de igual volumen. Los nodos están acoplados por conducción vertical, flujo entre nodos y mezcla por inversión de temperatura. El calentador resuelve simultáneamente las ecuaciones diferenciales de balance energético mediante un método numérico. Cada paso de tiempo se divide en subpasos pequeños para captar sucesos muy breves. Esto permite separar y contabilizar detalladamente las pérdidas ambientales y cargas parásitas con ciclo encendido y apagado.

Para las pérdidas al ambiente, la temperatura del aire puede obtenerse de una programación, una zona o el exterior. Si se utiliza una zona, una fracción de las pérdidas por envolvente puede añadirse a su balance térmico como ganancia interna.

El calentador estratificado permite simular dos resistencias, que pueden ciclar para mantener la temperatura de los nodos dentro de la banda muerta. El ajuste Control de prioridad de resistencias determina cómo funcionan juntas. Hay dos opciones de prioridad: 1-Master Slave y 2-Simultaneous. En la primera la resistencia principal es maestra y la auxiliar esclava: no pueden encenderse a la vez. Si ambos termostatos demandan calor, solo se enciende la principal. Al alcanzar su consigna se apaga y puede encenderse la auxiliar si es necesario. En la opción simultánea ambas pueden encenderse y apagarse independientemente. Solo la resistencia principal admite dimensionamiento automático.

General

Nombre

Nombre del calentador de agua.

Tipo

Seleccione el tipo de calentador:

1-Mezclado,
2-Estratificado.

Para una explicación de las aplicaciones, ventajas e inconvenientes de ambos tipos, consulte el tema Descripción general del calentador de agua .

Volumen del depósito

Volumen del depósito de acumulación (en m3 o ft3). Aunque admite cero, incluso los calentadores llamados «sin depósito» mantienen algo de agua alrededor de las resistencias o en el intercambiador, normalmente alrededor de 0.00379 m3 (1 galón).

Este campo puede dimensionarse automáticamente según los datos de dimensionamiento, pero se conocen problemas con el método de dimensionamiento de EnergPlus para este campo; se recomienda fijar el volumen cuando sea posible.

Altura del depósito

Altura del depósito (en m o in).

Para la forma 2-Cilindro horizontal (abajo), la altura se mide en dirección axial, es decir, la altura que tendría el cilindro colocado verticalmente.

Forma del depósito

La forma del depósito determina el tamaño y las pérdidas por envolvente de los nodos estratificados. Hay dos opciones:

1-Cilindro vertical, que describe la mayoría de los calentadores residenciales verticales.
2-Cilindro horizontal, que describe algunos calentadores especiales y grandes depósitos comerciales. También puede representar un depósito exterior situado sobre un captador solar en configuración de termosifón. 2-Cilindro horizontal significa que el depósito se divide en nodos de igual masa, pero distinta altura.

Conexión a planta de calefacción externa

Marque esta opción si un circuito de agua caliente suministrará calor al calentador. Se incluyen conexiones de entrada y salida en su parte inferior para conectarlo al lado de demanda del circuito de planta de agua caliente.

Tiempo de recuperación de calentamiento indirecto

Este campo solo es necesario si está marcada la conexión a planta externa, es decir, si el calentador está conectado al lado de demanda de un circuito de planta. Proporciona un parámetro de diseño para dimensionar automáticamente los caudales. El tiempo de recuperación se expresa en horas: es el tiempo necesario para calentar todo el volumen del depósito de 14.4ºC a 57.2ºC (58ºF a 135ºF) con la temperatura de entrada definida como temperatura de salida del objeto Plant Sizing asociado. El valor predeterminado es 1.5 horas. El cálculo se basa en la diferencia de temperatura media logarítmica (LMTD) e incluye el factor de eficacia de transferencia de calor introducido arriba.

Ajustes de temperatura

Límite máximo de temperatura

Temperatura (en °C o °F) a la que el agua del depósito se vuelve peligrosamente caliente y se evacua por ebullición o mediante seguridad automática. Nunca se supera el máximo y cualquier calor adicional se evacua inmediatamente.

Además, cuando Modo de control de caudal del lado de fuente se establece en 3-StorageTank , los controles siempre solicitan caudal salvo que la temperatura del depósito sea igual o superior al límite máximo indicado aquí.

Nota: El límite máximo de temperatura debe ser siempre superior a la consigna de temperatura.

Programación de temperatura de consigna

Seleccione la programación de consigna de temperatura de agua caliente (en °C) de la resistencia principal, también llamada temperatura de desconexión.

Diferencia de temperatura de banda muerta

Diferencia de temperatura (Δ°C o Δ°F) entre la consigna y la temperatura de conexión de la resistencia principal. Es decir, temperatura de conexión = consigna – banda muerta.

Configuración de transferencia de calor al ambiente

Indicador de temperatura ambiente

El indicador de temperatura ambiente especifica cómo se define la temperatura del aire que rodea el calentador. Las opciones son:

1-Programación donde el campo Programación de temperatura ambiente define la temperatura.
2-Zona donde la temperatura de aire de la zona especificada en Zona de temperatura ambiente proporciona la temperatura ambiente.
3-Exterior donde la temperatura exterior de bulbo seco proporciona la temperatura ambiente del calentador.

Programación de temperatura ambiente

Seleccione la programación que especifique la temperatura del aire alrededor del depósito para las pérdidas por envolvente. Solo es necesaria si Indicador de temperatura ambiente es 1-Programación.

Zona de temperatura ambiente

Zona del edificio que especifica la temperatura del aire alrededor del depósito para las pérdidas por envolvente. Solo es necesaria si Indicador de temperatura ambiente es 2-Zona.

Coeficiente de pérdida por humos al ambiente con ciclo apagado

Coeficiente de pérdida por humos al aire ambiente con ciclo apagado (en W/K o Btu/h-F). Se aplica principalmente a calentadores de gas con conducto de humos.

Coeficiente uniforme de pérdida por envolvente por unidad de área al ambiente

Coeficiente uniforme de pérdida por envolvente o valor U del depósito respecto al aire ambiente (en W/m2-K o Btu/hr-ft2-F). Tiene en cuenta el aislamiento y se aplica con ciclo encendido y apagado. Las pérdidas de cada nodo pueden modificarse además mediante los ajustes de coeficiente adicional de pérdida para representar puentes térmicos por pasos de tuberías, patas del calentador y otros efectos.

Fracción de pérdida a zona con ciclo encendido

Si Indicador de temperatura ambiente es 2-Zona, este campo añade la fracción especificada de pérdidas con ciclo encendido al balance térmico de la zona como ganancia interna.

Fracción de pérdida a zona con ciclo apagado

Si el indicador de temperatura ambiente es 2-Zona, este campo añade la fracción especificada de pérdidas con ciclo apagado al balance térmico de la zona como ganancia interna.

Fracción de pérdida por envolvente a zona

Si el indicador de temperatura ambiente es 2-Zona, este campo añade la fracción especificada de pérdidas por envolvente al balance térmico de la zona como ganancia interna.

Resistencia interna

Si el calentador incluye una resistencia interna, marcar esta casilla permite acceder a sus ajustes.

Ajustes de resistencia interna

Tipo de combustible del calentador

Tipo de combustible utilizado para calentar. Puede ser:

1-Electricidad,
2-Gas natural,
3-Gas propano,
4-Fuel oil 1,
5-Fuel oil 2,
6-Carbón,
7-Diésel,
8-Gasolina,
9-Vapor,
10-Calefacción de distrito.
11-Otro combustible 1
12-Otro combustible 2

11-Otro combustible 1 y 12-Otro combustible 2 pueden utilizarse para representar biocombustibles como biomasa y biogás.

Rendimiento térmico del calentador

Rendimiento de conversión de energía del combustible en calor para la resistencia o quemador. No es igual al rendimiento global del calentador.

Capacidad del calentador

Potencia (en W) suministrada al agua por la resistencia principal, probablemente igual a la capacidad nominal. En calentadores eléctricos residenciales las resistencias suelen ser de 4500 W. El campo puede dimensionarse automáticamente.

Altura

Altura de la resistencia principal en el depósito (en m o in).

Resistencia auxiliar

Marque esta casilla si el calentador debe incluir una segunda resistencia auxiliar.

Ajustes de resistencia auxiliar

Control de prioridad de resistencias

El control de prioridad determina cómo funcionan juntas las resistencias principal y auxiliar. En la documentación EnergyPlus se denominan Heater 1 y Heater 2. Hay dos opciones:

1-Maestro-esclavo, donde la resistencia principal es maestra y la auxiliar esclava. En la mayoría de calentadores eléctricos residenciales funcionan así y no pueden encenderse simultáneamente. Si ambos termostatos demandan calor, solo se enciende la principal. Al alcanzar su consigna se apaga y puede encenderse la auxiliar. Solo una puede estar encendida a la vez y la principal 1 tiene siempre prioridad.

2-Simultáneo, donde la resistencia principal y la auxiliar pueden encenderse y apagarse independientemente.

Capacidad del calentador

Potencia (en W) suministrada al agua por la resistencia auxiliar.

Altura

Altura de la resistencia auxiliar en el depósito (en m o in).

Programación de temperatura de consigna

Seleccione la programación de consigna de temperatura de agua caliente (en °C) de la resistencia auxiliar, también llamada temperatura de desconexión.

Diferencia de temperatura de banda muerta

Diferencia de temperatura (Δ°C o Δ°F) entre la consigna y la temperatura de conexión de la resistencia auxiliar. Es decir, temperatura de conexión = consigna – banda muerta.

Ajustes con ciclo encendido

Potencia de consumo parásito de combustible con ciclo encendido

Las cargas parásitas con ciclo encendido incluyen partes del calentador que consumen combustible mientras funciona, por ejemplo un ventilador de inducción o circuitos electrónicos de control en espera. La potencia de consumo (en W o Btu/h) es el combustible total consumido por todas ellas.

Tipo de combustible parásito con ciclo encendido

Tipo de combustible utilizado por las cargas parásitas con ciclo encendido. Puede ser

1-Electricidad,
2-Gas natural,
3-Gas propano,
4-Fuel oil #1,
5-Fuel oil #2,
6-Carbón,
7-Diésel,
8-Gasolina,
9-Vapor, o
10-Calefacción de distrito.

El combustible puede ser igual o diferente del tipo de combustible del calentador.

Fracción de calor parásito al depósito con ciclo encendido

Fracción de energía de combustible parásito con ciclo encendido que se convierte en calor aportado al agua del depósito. Por ejemplo, un ventilador de inducción podría aportar una pequeña fracción, con un valor de 0.05. Los circuitos electrónicos de control no añaden calor y deben tener 0.

Altura de cargas parásitas con ciclo encendido

Altura (en m o in) a la que se añaden al depósito las ganancias térmicas parásitas con ciclo encendido.

Ajustes con ciclo apagado

Potencia de consumo parásito de combustible con ciclo apagado

Las cargas parásitas con ciclo apagado incluyen partes del calentador que consumen combustible mientras está apagado, como una llama piloto o circuitos electrónicos en espera. La potencia de consumo (en W o Btu/h) es el combustible total consumido por todas ellas.

Tipo de combustible parásito con ciclo apagado

Tipo de combustible utilizado por las cargas parásitas con ciclo apagado. Puede ser uno de

1-Electricidad,
2-Gas natural,
3-Gas propano,
4-Fuel oil #1,
5-Fuel oil #2,
6-Carbón,
7-Diésel,
8-Gasolina,
9-Vapor, o
10-Calefacción de distrito.

El combustible puede ser igual o diferente del tipo de combustible del calentador.

Fracción de calor parásito al depósito con ciclo apagado

Fracción de energía de combustible parásito con ciclo apagado que se convierte en calor aportado al agua del depósito. Una llama piloto aportaría la mayor parte de su calor al agua, teniendo en cuenta el rendimiento de conversión, por lo que quizá 0.80 sea razonable. Los circuitos electrónicos no añaden calor y deben tener 0.

Altura de cargas parásitas con ciclo apagado

Altura (en m o in) a la que se añaden al depósito las ganancias térmicas parásitas con ciclo apagado.

Modo de entrada

Modo de entrada del fluido de los lados de uso y fuente. Hay dos opciones:

1-Fijo, modo predeterminado, donde el fluido entra a las alturas fijas especificadas arriba.
2-Búsqueda donde el fluido busca el nodo estratificado más cercano a la temperatura de entrada y añade todo el caudal a ese nodo. Este modo proporciona la máxima estratificación.

Ajustes del lado de uso

Eficacia del lado de uso

Este campo especifica la eficacia de transferencia de calor entre el agua del lado de uso y la del depósito. Con eficacia 1 se produce transferencia completa, simulando mezcla perfecta. Con eficacia menor, la temperatura de salida del lado de uso será inferior a la del depósito, simulando un intercambiador.

Caudal de diseño del lado de uso

Campo opcional para especificar el caudal de diseño a través del lado de uso del calentador. El caudal volumétrico se expresa en m3/s o gal/min. Es necesario cuando el lado de uso está conectado a un circuito de planta. Puede dimensionarse automáticamente; los resultados se indican en el archivo EIO.

Altura de entrada del lado de uso

Altura de la entrada del lado de uso al depósito (en m o in). El valor predeterminado 0 significa el fondo. No puede superar la altura del depósito.

Altura de salida del lado de uso

Altura de la salida del lado de uso del depósito (en m o in). Si se calcula automáticamente, la entrada se sitúa por defecto en la parte superior. La altura de salida no puede superar la del depósito.

Ajustes del lado de fuente

Eficacia del lado de fuente

Este campo especifica la eficacia de transferencia de calor entre el agua del lado de fuente y la del depósito. Con eficacia 1 se produce transferencia completa, simulando mezcla perfecta. Con eficacia menor, la temperatura de salida del lado de fuente será inferior a la del depósito, simulando un intercambiador.

Caudal de diseño del lado de fuente

Campo opcional para especificar el caudal de diseño a través del lado de fuente del calentador. El caudal volumétrico se expresa en m3/s o gal/min. Es necesario cuando el lado de fuente está conectado a un circuito de planta. Puede dimensionarse automáticamente; los resultados se indican en el archivo EIO.

Modo de control de caudal del lado de fuente

Campo opcional que controla la lógica de solicitud de caudal del lado de fuente. Hay tres modos:

1-IndirectHeatPrimarySetpoint, donde el calentador solicita caudal por el lado de fuente cuando la programación de temperatura de consigna principal y la banda muerta requieren calentar el depósito. Es típico de un calentador indirecto alimentado por caldera.
2-IndirectHeatAlternateSetpoint es similar, pero basa sus decisiones en una consigna alternativa seleccionada en el campo siguiente. Es útil cuando la fuente indirecta puede no satisfacer la carga y se usa una resistencia interna de respaldo.
3-StorageTank se utiliza para un depósito pasivo y solicita siempre caudal salvo que su temperatura sea igual o superior al límite máximo del campo Límite máximo de temperatura.

Programación alternativa de consigna para calentamiento indirecto

Este campo es necesario con el modo de control de caudal del lado de fuente 2-IndirectHeatAlternateSetpoint (arriba) y proporciona una programación con consignas alternativas. La programación especifica la temperatura de consigna del agua caliente (en °C) utilizada como temperatura de desconexión en la lógica del lado de fuente.

Altura de entrada del lado de fuente

Altura de entrada del lado de fuente al depósito (en m o in). Si se calcula automáticamente, se sitúa por defecto en la parte superior. No puede superar la altura del depósito.

Altura de salida del lado de fuente

Altura de salida del lado de fuente del depósito (en m o in). No puede superar la altura del depósito.

Ajustes de estratificación

Conductividad adicional de desestratificación

Se añade una conductividad adicional de desestratificación (en W/m-K o Btu-in/h-ft2-°F) a la conductividad del agua (0.6 W/m-K) para representar la conducción vertical por la pared interior del depósito y quizá otros elementos verticales como el conducto de humos, la tubería de entrada de agua fría y el ánodo.

Número de nodos estratificados

Número de nodos estratificados del depósito. Debe haber al menos uno y el máximo es 12.

Coeficiente adicional de pérdida para nodos 1-12

Coeficiente adicional de pérdida (en W/K o Btu/h-°F)] añadido a las pérdidas por envolvente de un nodo para representar puentes térmicos por pasos de tuberías, patas del calentador y otros efectos.

Dimensionamiento

Los datos de dimensionamiento del calentador se introducen en la pestaña Dimensionamiento.

Modo de diseño

Este campo describe el método de dimensionamiento del calentador. Hay seis opciones:

1-Extracción máxima. Utiliza los caudales de diseño de todas las demandas del calentador. El tamaño del depósito se basa en cuánto tiempo puede cubrirlas y la rapidez de recuperación. El usuario introduce el tiempo en horas durante el que puede cubrir la demanda. En la extracción máxima de cada calentador solo se incluyen los usos de agua caliente conectados a él.
2-Mínimo residencial HUD-FHA Método basado en tamaños mínimos permitidos de calentadores establecidos por HUD-FHA en Minimum Property Standards for One- and Two-Family Living Units, No. 4900.1-1982. El usuario introduce el número de baños y dormitorios; se utilizan los tamaños mínimos permitidos.
3-Por persona Método que escala los tamaños según el número total de personas de todas las zonas del edificio. Cada calentador se dimensiona con el número total máximo de diseño de personas de todo el modelo, determinado a partir de objetos People definidos en otra parte del archivo de entrada.
4-Por área de suelo Método que escala los tamaños según el área de suelo total de todas las zonas del edificio. Cada calentador se dimensiona con toda el área de suelo del modelo, determinada a partir de la geometría introducida en otra parte del archivo.
5-Por unidad Método que escala los tamaños según un número arbitrario de unidades. Puede utilizarse, por ejemplo, para dimensionar según el número de habitaciones de un alojamiento. El usuario introduce el número de unidades en este objeto.
6-Por área de captador solar Método que escala el volumen del depósito según el área de captadores solares de agua caliente. Se suman las áreas de todos los captadores del modelo y cada depósito se dimensiona para el total. El área se obtiene de los objetos Solar Collectors definidos en otra parte del archivo.

Tiempo durante el que el almacenamiento cubre la extracción máxima

Tiempo en horas durante el que el volumen del depósito puede sostener una extracción máxima. Se utiliza para dimensionar el volumen como producto del caudal volumétrico máximo y el tiempo de extracción. No se garantiza que el agua mantenga la temperatura deseada durante toda la extracción. Solo se utiliza si el modo de diseño es 1-Extracción máxima. El calentador debe conectarse a un circuito de planta completo y estar en el lado de impulsión.

Tiempo de recuperación del depósito

Tiempo en horas que necesita el calentador para recuperar el volumen del depósito. Las temperaturas de recuperación son 14.4ºC (58ºF) inicialmente y 57.2ºC (135ºF) al final. Solo es necesario si el modo de diseño es 1-Extracción máxima.

Volumen nominal del depósito para dimensionar conexiones de planta

Se utiliza cuando el calentador recibe calor indirectamente por conexiones del lado de fuente dimensionadas automáticamente. Las unidades son m3 o ft3. Por la complejidad del calentador y el momento de los cálculos en EnergyPlus, los caudales del lado de fuente deben informarse antes de dimensionar el depósito para extracción máxima. Este campo proporciona un volumen nominal temporal mientras se dimensionan las conexiones. Solo es necesario si el modo de diseño es 1-Extracción máxima y el calentador tiene conexiones de planta dimensionadas automáticamente en el lado de demanda.

Número de dormitorios

Número de dormitorios del modelo. Solo es necesario si el modo de diseño es 2-Mínimo residencial HUD-FHA.

Número de baños

Número de baños del modelo. Solo es necesario si el modo de diseño es 2-Mínimo residencial HUD-FHA.

Capacidad de almacenamiento por persona

Volumen de almacenamiento del depósito por persona, en m3/person o ft3/person. Solo es necesario si el modo de diseño es 3-Por persona.

Capacidad de recuperación por persona

Capacidad de recuperación por persona en m3/person-hr o ft3/person-h. Es el volumen de agua que el calentador puede recuperar en una hora por persona. La recuperación calienta agua desde 14.4ºC (58ºF) hasta 57.2ºC (135ºF). Solo es necesaria si el modo de diseño es 3-Por persona.

Capacidad de almacenamiento por área de suelo

Volumen de almacenamiento del depósito por área de suelo, en m3 /m2 o ft3/ft2. La capacidad de recuperación por persona solo es necesaria si el modo de diseño es 3-Por persona.

Capacidad de recuperación por área de suelo

Capacidad de recuperación por área de suelo en m3/h-m2 o ft3/h-ft2. Es el volumen de agua que el calentador puede recuperar en una hora por área de suelo. La recuperación calienta agua desde 14.4ºC (58ºF) hasta 57.2ºC (135ºF). Solo es necesaria si el modo de diseño es 4-Por área de suelo

Número de unidades

Número de unidades utilizado para dimensionar por unidad con los dos campos siguientes. Solo es necesario si el modo de diseño es 5-Por unidad. Puede representar elementos arbitrarios como habitaciones, puestos de trabajo, puntos de agua o aseos.

Capacidad de almacenamiento por unidad

Volumen de almacenamiento de los depósitos por unidad, en m3/h o ft3/h. El número de unidades se introduce en el campo anterior. Solo es necesario si el modo de diseño es 5-Por unidad.

Capacidad de recuperación por unidad

Capacidad de recuperación por unidad en m3/h o ft3/h. Es el volumen de agua que el calentador puede recuperar en una hora por unidad. La recuperación calienta agua desde 14.4ºC (58ºF) hasta 57.2ºC (135ºF). Solo es necesario si el modo de diseño es 5-Por unidad.

Capacidad de almacenamiento por área de captador

Volumen de almacenamiento del depósito por área de captador solar, en m3/m2 o f3/m2. La capacidad de recuperación por unidad solo es necesaria si el modo de diseño es 6-Por área de captador solar.

Relación de aspecto de altura

Este campo escala la altura del depósito estratificado para conservar la geometría relativa entre tamaños. Se define como la escala vertical (altura) dividida por la horizontal (diámetro). Solo se utiliza si altura del depósito se ha establecido en Autosize y la forma del depósito se establece en 1-Cilindro vertical. Se utiliza para todos los modos de diseño.