Calculo de Cargas Termicas

COLEGIO OFICIAL DE INGENIEROS INDUSTRIALES DE MADRID DEPARTAMENTO DE FORMACIÓN

CUR SO  D DE  A APLICACIÓN  P PR ÁCTICA  P PAR A EL  C CÁLCULO  D DE  C CAR GAS  T TÉR MICAS  E EN UN  E EDIFICIO.  P PR IMER OS  P PASOS  C C ON ENER GYPLUS DIRIGIDO POR FRANCISCO LARA

Madrid, 4 al 6 de marzo de 2013

CALCULO DE CARGAS TÉRMICAS Objetivos del cálculo de cargas térmicas. El cálculo de cargas térmicas tiene gran importancia dentro del proyecto de climatización. Partir de un cálculo fidedigno de cargas térmicas asegura parte del éxito del resto de la instalación. Como recomendaciones recomendaciones generales a la hora de hacer el cálculo de cargas térmicas: •

Para edificios edificios de cierta complejidad complejidad es recomendable recomendable emplear software de cálculo cálculo de cargas u hojas de cálculo.

•

No se debe ni sobredimensionar sobredimens ionar ni infradimensionar. infradimen sionar. Se puede considerar un 10% como un valor máximo de sobredimensionado de la potencia térmica.

•

Recoger en el el proyecto proyecto los criterios de cálculo cálculo empleados para realizar realizar el cálculo cálculo de cargas de manera que dicho cálculo se pueda posteriormente reproducir. reproducir.

Unidades de medida. Carga Sensible. Carga Latente y Carga Total.

Unidades de medida La transmisión de calor es una magnitud de potencia (energía transferida a un local en la unidad de tiempo) En el Sistema Internacional - Wattio, kW En el Sistema Técnico - kcal/h 1 W = 0,86 kcal/h 1 kcal/h = 1 frig/h (unidades en desuso)

Carga sensible. sensible. Carga Latente. Latente. Carga Total Total

Rev. 0 / 4 de marzo de 2013 Curso de aplicación práctica para el cálculo de cargas térmicas en un edificio. Primeros pasos con Energyplus

CALCULO DE CARGAS TÉRMICAS Objetivos del cálculo de cargas térmicas. El cálculo de cargas térmicas tiene gran importancia dentro del proyecto de climatización. Partir de un cálculo fidedigno de cargas térmicas asegura parte del éxito del resto de la instalación. Como recomendaciones recomendaciones generales a la hora de hacer el cálculo de cargas térmicas: •

Para edificios edificios de cierta complejidad complejidad es recomendable recomendable emplear software de cálculo cálculo de cargas u hojas de cálculo.

•

No se debe ni sobredimensionar sobredimens ionar ni infradimensionar. infradimen sionar. Se puede considerar un 10% como un valor máximo de sobredimensionado de la potencia térmica.

•

Recoger en el el proyecto proyecto los criterios de cálculo cálculo empleados para realizar realizar el cálculo cálculo de cargas de manera que dicho cálculo se pueda posteriormente reproducir. reproducir.

Unidades de medida. Carga Sensible. Carga Latente y Carga Total.

Unidades de medida La transmisión de calor es una magnitud de potencia (energía transferida a un local en la unidad de tiempo) En el Sistema Internacional - Wattio, kW En el Sistema Técnico - kcal/h 1 W = 0,86 kcal/h 1 kcal/h = 1 frig/h (unidades en desuso)

Carga sensible. sensible. Carga Latente. Latente. Carga Total Total

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CARGA SENSIBLE (PS): Aquella (PS):  Aquella que hace que se modifique la temperatura de confort del local. 1. Si PS > 0, 0, aumenta la temperatura del local se denomina GANANCIA TERMICA. 2. Si PS < 0, 0, reduce la temperatura t emperatura del local se denomina PERDIDA TERMICA.

CARGA LATENTE (PL):  Aquella que hace que se modifique el contenido de humedad del aire del local. 3. Si PL > 0, 0, aumenta la humedad del local. 0, reduce la humedad del local. 4. Si PL < 0,

CARGA TOTAL (PT): Es el calor total intercambiado como suma de calor sensible más calor latente.

PT = PS + PL

Cálculo de cargas vs Cálculo de Energía No se debe confundir con el cálculo de consumo de energía del edificio: Cálculo de Carga Térmica ≠ Cálculo de Consumo de Energía CALCULO DE CARGAS

CALCULO DE ENERGÍA

Objetivo

Dimensionado de equipos de producción y unidades interiores.

Cálculos de consumo de combustibles y emisiones de CO2

Procedimiento Procedimiento de cálculo

Se calcula la “carga pico” de la instalación para las “condiciones de diseño” diseño” que no son las más desfavorables posibles

Se calcula el consumo de energía real de la instalación calculado como la integración de la potencia instantánea por la unidad de tiempo.

Dia Tipo (“de diseño”)

Año Tipo (“ Fichero Climático”)

Condiciones Condiciones exteriores

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Unidades Herramientas Herramientas de cálculo

Wattio

Julio / kg CO2

Software de cálculo de cargas térmicas.

Software de simulación energética de edificios.

Condiciones exteriores de cálculo Cuando se realiza un proyecto se han de establecer las condiciones exteriores de cálculo en los siguientes puntos y justificarlas en los apartados correspondientes de la Memoria de Proyecto: •

Para hacer el cálculo de cargas térmicas

•

Para seleccionar seleccionar los equipos equipos de producción térmica (calderas, enfriadoras, torres de de refrigeración, etc)

cálculo del proyecto estamos estableciendo los  Al establecer las condiciones exteriores de cálculo del parámetros de diseño relativos diseño relativos al clima empleado con los que se realizarán los cálculos en las diferentes fases del proyecto.

No tienen por qué coincidir las condiciones exteriores con las que se realiza el cálculo de cargas térmicas con las empleadas para seleccionar equipos de producción. Normalmente, estas últimas son más exigentes que las primeras.

 A tener en cuenta: cuenta: •

Es necesario distinguir entre condiciones extremas y extremas y condiciones de diseño

•

El RITE ya no no prescribe la utilización utilización de ninguna ninguna norma para establecer establecer las condiciones de diseño. Es necesario acudir a otras fuentes.

Los parámetros de diseño más importantes que nos servirán en el cálculo son los siguientes:

Nivel percentil

NP

%

Porcentaje del número de horas de los meses que definen las estaciones de invierno y verano, durante las cuales las temperaturas indicadas son iguales o superiores.

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Oscilación Media Diaria

OMD ºC

Diferencia entre la temperatura media de las máximas y la temperatura media de las mínimas en el periodo de verano

Temperatura de Bulbo Seco

TBS

ºC

Temperatura indicada por un termómetro cuyo elemento sensible está protegido de la radiación

Temperatura de Bulbo Húmeda

TBH ºC

Temperatura indicada por un termómetro cuyo elemento sensible es mantenido húmedo

Temperatura de Bulbo Húmeda

TBHc ºC

Media de las Temperaturas húmedas en el intervalo de temperaturas secas representado por el valor superior.

Coincidente (con TBS) Altitud

m

s.n. m.

 Altura de una localidad al nivel del mar

Velocidad

V

m/s

Velocidad media escalar del viento dominante en una dirección definida, a lo largo de un año.

¿Qué fuentes puedo emplear para establecer las condiciones exteriores de cálculo, dado que el RITE no prescribe ninguna?: •

CTE-DR-Guia-CondicionesClimaticas. Procede de los Documentos Reconocidos del RITE para el establecimiento de las condiciones climáticas exteriores para proyectos.

•

Datos de fuentes de reconocida solvencia, bibliografía. Basicamente, la fuente más fiable a nivel mundial de datos climáticos para realizar proyectos de climatización es ASHRAE Handbook Fundamentals. Capítulo “Climatic Design Information” Se indica a continuación una tabla con la información climática contenida en  ASHRAE. Para España existen datos para numerosas localidades.

•

Datos directos de estaciones meteorológicas. Estos datos de por sí no aportan mucha información. Han de ser tratados estadísticamente para poder obtener los parámetros de diseño que necesitaremos en el cálculo.

¿Cuál es el proceso para seleccionar las condiciones de diseño de proyecto?

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OBTENER DATOS METEOROLOGICOS

•  • •

CTE-DR-Guia-CondicionesClimaticas ASHRAE Climatic Data Otras

SELECCIONAR EL NIVEL PERCENTIL DEL PROYECTO

En función del tipo de edificio y a criterio del proyectista. Cuanto más exigente es el edificio, el NP será asimismo más exigente.

OBTENER LOS PARÁMETROS DE DISEÑO

Introduciremos los parámetros de diseño en el cálculo de cargas y los reflejaremos en la Memoria de Proyecto.

Datos metereológicos estadísticos

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Seleccionar el Nivel Percentil de Proyecto

INVIERNO (DIC / ENE / FEB)

NPE 99%



Hospitales



Clínicas



Residencias de ancianos



Centros de cálculo



NPE 97,5%



Cualquier otro espacio que el técnico proyectista considere necesario Resto de edificios no cubiertos por el caso anterior 

VERANO (JUN / JUL / AGO / SEP)

NPE 1%



Hospitales



Clínicas



Residencias de ancianos



Centros de cálculo





NPE 2,5%

Edificios y espacios que sean de especial consideración.

Se entiende en este caso los edificios singulares de uso general no crítico. 

NPE 5%

Cualquier otro espacio que el técnico proyectista considere necesario

Condición general para cualquier espacio climatizado

Se entiende este nivel como el mínimo necesario a mantener en cualquier espacio que haya de ser climatizado.

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Tipos de cargas térmicas

Los tipos de cargas térmicas que se dan en un local son los siguientes:

Externas: Paredes, techos, ventanas, particiones, cubiertas y soleras Internas: Luces, personas, equipamiento Infiltración: Entrada de aire por rendijas Sistema:  Aire exterior, Pérdidas en conducto, recalentamiento, energía intercambiada en bombas y ventiladores.

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Flujos de calor en el local (terminología) Ganancias de calor en el local: Flujo de entrada de calor instantáneo al local proveniente del exterior o bien generado en el interior. Carga de refrigeración del local: Es el ratio de eliminación de calor de manera que la temperatura del local se mantenga constante. Carga de refrigeración del sistema: Es la carga que tiene que combatir un equipo de acondicionamiento (principalmente baterías) como suma de los diferentes tipos de cargas térmicas mencionadas anteriormente. El equipo de acondicionamiento puede servir a varios locales simultáneamente.

Carga pico del local y carga pico del sistema Carga pico del local: Carga máxima que concierne al local: Cargas Externas + Cargas Internas + cargas por infiltraciones Carga pico del sistema: Carga máxima que concierne al sistema: Carga del local + Carga del sistema.

Efectos de inercia térmica La inercia térmica es el fenómeno producido por el almacenamiento de calor en un local a través principalmente de cerramientos y mobiliario de manera que las ganancias de calor en el local no se traducen de manera instantánea en carga de refrigeración del local. Es importante considerar los efectos de inercia térmica a la hora de realizar el balance de cargas térmicas.

El cálculo de cargas térmicas Normativa a emplear El Reglamento de Instalaciones Térmicas en Edificios no indica nada al respecto del método de cálculo de cargas térmicas a emplear. En la Memoria descriptiva del proyecto indicaremos: •

El método de cálculo empleado

•

Las consideraciones de partida realizadas

•

El desglose de cargas térmicas en el proyecto.

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El cálculo de cargas térmicas El cálculo de cargas térmicas involucra un cálculo de balance térmico superficie-a-superficie de conducción, convección y radiación así como un balance de calor por convección para el aire de los locales. Para realizar un cálculo de cargas térmicas “estricto” hay que contemplar el proceso de la transmisión de calor en un local que se resumen en el siguiente esquema:

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RADIACION SOLAR INCIDENTE ABSORBIDA

CONVECCION AL  AIRE EXTERIOR

RADIACION DE ONDA LARGA (con otras superficies)

TRANSFERENCIA DE CALOR EN LA CARA EXTERIOR

TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN EN EL CERRAMIENTO

Proceso dependiente del tiempo. Muchos métodos para calcular esta transferencia. Los más usados: diferencias finitas y funciones de transferencia.

TRANSFERENCIA DE CALOR EN LA CARA INTERIOR INTERCAMBIO RADIACION SUPERFICIES INTERIORES

RADIACION DEBIDA A ILUMINACION

RADIACION SOLAR TRANSMITIDA

RADIACION EQUIPOS ELECTRICOS

CONVECCION DE CALOR AL LOCAL

INFILTRACION, VENTILACION, EXTRACCION

BALANCE DE CALOR CON EL  AIRE DEL LOCAL

CONVECCION CON FUENTES INTERIORES DEL LOCAL

CARGAS DEL SISTEMA HVAC

El método generalizado de cálculo de cargas térmicas es el denominado HEAT BALANCE METHOD. Es un método complicado de implementar computacionalmente y desde luego imposible de desarrollarse de forma manual.

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Existen numerosos métodos simplificados de cálculo de cargas térmicas. Estos métodos simplificados parten de premisas y suelen conllevar sobredimensionamientos, en algunos casos importantes. Los métodos simplificados más representativos son los siguientes: •

TFM  Transfer Function Method y dos métodos derivados del mismo… -

CLTD / SCL / CLF

-

TETD / TA

•

RTS  Radiant Time Series Method

•

Admittance Method

Cargas debidas a la CONDUCCIÓN de calor a través de los cerramientos. Las cargas por conducción a través de cerramientos (muros o huecos) se producen por la diferencia de temperatura entre la superficie exterior e interior del cerramiento exterior. •

No se debe confundir temperaturas superficiales con temperaturas ambiente. Las que realmente afectan al cálculo por conducción son las primeras y no necesariamente han de estar relacionadas con las últimas.

•

Es necesario tener en cuenta el comportamiento en el tiempo del cerramiento (Inercia). Esta caracterización es una parte importante para el cálculo de las cargas térmicas por conducción. Esto se realiza mediante los Coeficientes de las Funciones de Transferencia (CTFs).

•

El cálculo es diferente en INVIERNO que en VERANO por la consideración de intercambios por radiación en este último (tanto interior como exterior) que hacen que las temperaturas superficiales sean diferentes de las ambientales.

Primeramente vamos a ver el cálculo genérico de la transferencia de calor por conducción y posteriormente veremos el cálculo para invierno y para verano.

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VERANO

INVIERNO

Temp.. Exteriores > Temp. Interiores de confort

Temp.. Exteriores > Temp. Interiores de confort

La transmisión de calor por conducción entre dos puntos a diferente temperatura a través de un material homogéneo viene dada por la fórmula

t ext  − t int Pconduccion = λ · (t ext  − t int ) = ·S  e e S 

λ  P

calor transmitido

W

λ

conductividad térmica

S

superficie de la pared m2

e

espesor de la pared m

W/mºC

Se supone que el intercambio de calor es en estado estacionario (totalmente estable) para una superficie infinita.

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Se define la conductividad térmica de un material como

λ (W/mºC)

Se define la resistividad térmica de un material como

r =

1 λ 

(m ºC/W)

Se define la resistencia térmica de un cerramiento como:

 R=

e λ 

 (m2 ºC/W)

Lamentablemente no existe (todavía) un material único que englobe todas las necesidades que se requieren en edificación: aislamiento térmico, aislamiento acústico, resistencia estructural, etc. por lo que se hace necesario configurar cerramientos compuestos de diferentes capas de materiales con diversas características. Para calcular la transmitancia térmica de cerramientos en un edificio se procede de la siguiente manera en función del tipo de cerramiento a considerar:

Muros ciegos La resistencia térmica total de un cerramiento configurado en diferentes capas es la siguiente:

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RT = Rsi + RC + Rse (m2 ºC/W)

Rsi

resistencia superficial de la cara interior

R si = 1/hi

Rse

resistencia superficial de la cara exterior

R se = 1/he

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RC

resistencia del cerramiento

RC = ∑Ri = ∑(ei/λi)

La transmitancia de un cerramiento ó COEFICIENTE DE TRANSMISIÓN TÉRMICA es la siguiente:

U  =

1 R T

(W /m2 ºC)

La transmisión de calor a través de un cerramiento es:

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Pconduccion = U ·S ·(t ext  − t int ) Las consideraciones a realizar son las mismas a las efectuadas para los cerramientos de una sola capa.

Huecos y lucernarios

UH = (1-FM)·UHv + FM·UHm UHv Transmitancia térmica de la parte semitransparente (W/m2ºK) UHm Transmitancia térmica del marco de la ventana o lucernario FM

Fracción del hueco ocupada por el marco

Las transmitancias térmicas del vidrio y del marco son facilitadas normalmente por el fabricante de ventanas.

Otros casos contemplados en el CTE HE-1 Apéndice E

•

Cerramientos en contacto con el terreno

•

Muros en contacto con el terreno

•

Cubiertas enterradas

•

Particiones interiores

•

Suelos en contacto con cámaras sanitarias

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Se sigue un procedimiento diferente tanto para verano como para invierno para el cálculo de la Carga Pico que se verá a continuación.

 A) Cálculo en INVIERNO El cálculo de cargas térmicas por conducción en invierno es sencillo dado que no se considerarán efectos de radiación. Consideraremos que la Carga Pico se produce cuando se produce en el exterior la Temperatura de Diseño para la localidad en la que se encuentre el edificio y según el nivel percentil que hayamos seleccionado para nuestro edificio.

Calculo de conducción en INVIERNO

Pconduccion _ inv = U ·S ·(t ext  − t int ) Para muros exteriores:

text = temperatura de diseño exterior (TBS) inv

Para muros en contacto con locales no acondicionados: Como aproximación podemos considerar la media entre el exterior y el interior. t ext  =

t confort +TBS inv

2

B) Cálculo en VERANO El cálculo de cargas térmicas por conducción en invierno es complicado por la sencilla razón de que las temperaturas exteriores no tienen por qué corresponderse con las temperaturas Rev. 0 / 4 de marzo de 2013 Curso de aplicación práctica para el cálculo de cargas térmicas en un edificio. Primeros pasos con Energyplus

superficial exterior del muro. Lo mismo sucede con la temperatura superficial interior del muro. Ello se debe a la existencia de intercambios por radiación y convección tanto al exterior como al interior que es necesario considerar. Esta complejidad es la que da origen a los métodos simplificados de cálculo de cargas. La mayoría de ellos emplean temperaturas exteriores equivalentes a la hora de calcular la transmisión por conducción

Calculo de conducción en VERANO Para muros exteriores se deben calcular las temperaturas superficiales exterior e interior y realizar el cálculo de transferencia de calor a través del cerramiento: La temperatura exterior equivalente se denomina temperatura Sol-Aire. La temperatura interior se considera la del recinto.

t eq = t sol − aire = (TBS ) ver  +

α · I total

hconvext 

Tsol-aire = Temperatura Sol-Aire (ºC) (TBS)ver = Temperatura Exterior en verano (1C) α =

Coeficiente de absorción del cerramiento exterior (adim)

Itotal = Radiación total que recibe el cerramiento exterior (W/m2) hconv,ext  = Coeficiente de convección del cerramiento exterior (W/m2ºC) La carga térmica atraviesa los cerramientos con un desfase y una amortiguación determinada. Por tanto, se dice que las paredes y los forjados tienen inercia térmica. El cálculo se realiza desarrollando la ecuación diferencial de transmisión de calor para cada una de las capas del cerramiento, para lo cual se necesita la conductividad, la densidad y el calor específico.

Para muros en contacto con locales no acondicionados: Como aproximación podemos considerar la media entre el exterior y el interior.

t ext  =

t confort +TBS inv

2

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Como puede observarse, el procedimiento es algo complicado como para desarrollar el cálculo de forma manual por lo que se aconseja encarecidamente el empleo de software de cálculo para cargas térmicas.

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Cargas debidas a la RADIACIÓN SOLAR a través de los cerramientos. Sombras Las cargas térmicas debidas a la radiación solar afecta a los cerramientos acristalados. En los cerramientos ciegos ya se ha considerado el efecto de la radiación en el cálculo por conducción a través de la temperatura equivalente superficial del muro. De la radiación total incidente sobre la atmósfera, tenemos dos componentes: •

Radiación directa

•

Radiación difusa

Una vez que el cristal recibe radiación solar  incidente, ésta radiación:

•

parte se refleja (C)

→ Factor

•

parte se transmite al interior (A)

→ Factor de

•

parte se absorbe por el cristal (B+D)

→ Factor



parte se transmite al interior (B)



parte se transmite al exterior (D)

de reflexión transmisión

de absorción

Factor de reflexión + Factor de transmisión + Factor de absorción = 1

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Se define el concepto de FACTOR SOLAR que es el tanto por uno del total del la radiación solar incidente que penetra en el local. Es suma de A+B. •

El factor solar depende de la dirección de incidencia de la radiación.

•

Este factor debe solicitarse al fabricante.

•

Repercute en gran medida en el cálculo de cargas.

Valores aproximados de factores solares (Fuente NBE CT-79) Rev. 0 / 4 de marzo de 2013 Curso de aplicación práctica para el cálculo de cargas térmicas en un edificio. Primeros pasos con Energyplus

La radiación solar que penetra en un local a través del cristal puede calcularse mediante la aplicación de la siguiente fórmula:

PSOLAR  = I· S· F PSOLAR I F S

carga térmica que penetra en el ambiente radiación solar incidente (directa + difusa + reflejada del suelo) factor solar modificado del hueco (H) o lucernario (L) superficie del hueco

W W/m2 adimensional m2

La radiación solar incidente ha de tener en cuenta los siguientes aspectos: • 

Latitud

•

Hora solar

•

Orientación de la ventana

Se pueden obtener datos de radiación solar de numerosas fuentes bibliográficas, entre ellas  ASHRAE, etc.

El factor solar F L o FH modificado se calcula de la manera siguiente:

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F = FS · [(1-FM)· g ┴  + FM·0,04·Um·α] FS

factor de reducción por existencia de sombras según t ablas E.11 a E.15

FM

fracción del hueco ocupada por el marco en caso de ventanas o parte maciza en caso de puertas

g ┴ 

el factor solar de la parte semitransparente del hueco o lucernario a incidencia normal. Puede ser obtenido por el método descrito en la norma UNE EN 410:1998;

Um

transmitancia térmica del marco del hueco o lucernario (W/m2ºK)

La absortividad del marco puede obtenerse de la siguiente tabla del Apéndice E del Código Técnico HE1

Los factores de sombra igualmente pueden obtenerse en el Apéndice E del CTE-HE1.

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Cargas INTERNAS

Las cargas internas son las originadas por la actividad desarrollada en el interior del edificio. En general a todas las cargas térmicas internas se les puede aplicar un Factor de Utilización (FU) que considera si dicha carga se está produciendo o no en el momento del cálculo: por ejemplo una luz apagada tendría un factor de utilización de 0. Los tipos de cargas internas son las siguientes:

•

Cargas por ILUMINACIÓN

•

Cargas por OCUPACIÓN

•

Cargas por EQUIPOS ELÉCTRICOS

Cargas por Iluminación.

PILUMINACION = ΣPTi · FB PILUMINACION PTi FB

carga debida a iluminación transferida al local potencia eléctrica absorbida de cada luminaria (i) W factor de balasto (sólo para las fluorescentes) - Electrónico  1.0 - Electromagnético  1.2 (típico) aunque puede llegar hasta 1.70 en función del tipo de arrancador. Para más detalle consultar ASHRAE.

•

El calor desprendido por la iluminación es todo sensible, siempre positivo

•

El calor es disipado de diferente forma dependiendo del tipo de luminaria:

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Forma de transmisión Lámparas de incandescencia Lámparas fluorescentes o halógenas

Radiación 80% 50%

Convección 20% 50%

Es necesario considerar asimismo que es posible que la t ransmisión de calor de la luminaria parte se realice directamente al local mientras que otra parte pase al falso techo.

FALSO TECHO

La potencia transferida al falso techo normalmente es transferida al equipo de climatización mediante el aire de retorno. Contribuye a la Carga Pico del

LUMINARIA (P)

LOCAL

La potencia transferida al local es la que contribuye a la Carga Pico del Local.

Es el proyectista el que debe considerar la parte que va al falso techo y aquella que se transmite directamente al local y gestionar dicha potencia de manera conveniente.

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Cargas por Ocupación

PSOCUPACION = ΣNp · PSPERSONA PSOCUPACION Np PSPERSONA

Carga Térmica Sensibe debida a la ocupación (W) Número de personas en el local Carga Térmica Sensibe por persona (ver tabla)

PLOCUPACION = ΣNp · PLPERSONA PLOCUPACION Np PLPERSONA

Carga Térmica Latente debida a la ocupación (W) Número de personas en el local Carga Térmica Sensibe por persona (ver tabla)

•

Es debida a la actividad física de las personas.

•

El calor desprendido es sensible y latente, siempre positivas.

•

Para calcula el número de personas Np se puede realizar de diversas maneras: - Contando puestos de trabajo sobre plano - Calculando mediante ratios típicos de ocupación (Ojo, NO emplear los ratios empleados en el cálculo de evacuación de incendios dado que conllevaría un sobredimensionado del sistema) - Consultar las tablas de ocupación del proyecto de Arquitectura.

ACTIVIDAD Sentado en reposo (teatro, cine...) Sentado trabajo muy

CARGA SENSIBLE (W/p) 71

CARGA LATENTE (W/p)

78

46

31

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ligero (Oficina ...) Sentado trabajo ligero 86 79 (mecanografía, montaje...) De pie sin movimiento 75 49 De pie trabajo ligero 89 121 (marcha reducida, tienda, bancos...) De pie trabajo moderado 98 129 (taller, tornero, marcha 1,3 m/s ) De pie trabajo pesado 109 248 (ejercicio físico, baile, ... ) De pie trabajo muy 139 383 pesado (gimnasio, ... ) Se ha considerado una temperatura de 25ºC ambiente Se ha considerado un 50% de humedad La velocidad del aire considerada es 0,15 m/s

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Cargas por equipos o procesos industriales El equipamiento interior a la actividad que es susceptible de producir una carga térmica al interior del inmueble depende precisamente de la actividad desarrollada. Así, principalmente tendremos las de Oficina, Restauración y Hospitalaria.  A tener en cuenta: •

El calor desprendido por los equipos serán principalmente sensible, latente o una combinación de ambas, siempre positivas.

•

Lo más aconsejable es acudir a datos del fabricante o a ratios tabulados en tablas



Equipos en uso oficina. Los equipos que generan calor al local son, entre otros: Ordenadores, fotocopiadoras, faxes, escaneres, proyectores, plotters, impresoras, máquinas de vending, etc. Como norma general se puede considerar que la potencia disipada al local de los equipos eléctricos en una oficina es del 50% de la potencia indicada en la placa de características (Ashrae RP 1055).

PEQUIPOS_oficina = 0,25 · ΣPi PEQUIPOS OFICINA Pi

Carga térmica debida a equipos de oficina (W) Potencia en placa del equipo individual (W)

Pueden emplearse asimismo las siguientes tablas de datos extraídas de  ASHRAE Fundamentals 2009

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

Equipos eléctricos en uso restauración. En las siguientes tablas se indican valores de emisión calorífica de equipos de restauración con y sin campana extractora. (Fuente Ashrae Fundamentals 2009).

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

Equipos en uso hospitalario.

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Cargas por AIRE EXTERIOR por Infiltraciones (introducidas Involuntariamente).

•

Es carga sensible y latente, positivas o negativas.

•

Deben evitarse en lo posible mediante sistemas tales como: 

Sobrepresión.



Cortinas de aire en puertas de entrada.



Puertas giratorias.



Vestíbulos previos.

IMPORTANTE ¡¡ En caso de considerarse infiltraciones en el cálculo, al contrario que con la ventilación mecánica, es carga con afección directa al local.

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PS AEINF = ma ·Cp _ as ( t AEINF −tI ) PL AEINF = ma ·C f ( x AEINF − xI ) PT AEINF = PT_AEINF = PS_AEINF + PL_AEINF = ma ·(hext −hI )

PT_AEINF PS_AEINF PL_AEINF ma h t x Cp_as Cf  kJ/kg

calor total debido al aire infiltrado calor sensible debido al aire infiltrado calor latente debido al aire infiltrado caudal másico de aire infiltrado entalpía del aire temperatura de bulbo seco del aire humedad específica del aire calor específico del aire calor de cambio de fase de vapor a líquido a 0ºC

kW kW kW kg/s kJ/kg as ºC kg/kg as ≈1 kJ/kg ºC ≈ 2.501

El procedimiento para el cálculo de la CARGA PICO DEL LOCAL es:

•

Calcular hora a hora las diferentes componentes de las cargas térmicas relativas al local

•

Sumar dichas cargas térmicas para cada hora

•

Tomar la carga más desfavorable  CARGA PICO DEL LOCAL

PLOCAL (w) = MAX ( Σ PTRANSMISION + Σ PRADIACION + Σ PINTERNAS + Σ PINFILTRACION) PLOCAL (w) = Potencia sensible + Potencia latente = PS L + PLL

Consideraciones: •

NO TIENE EN CUENTA EN AIRE EXTERIOR (SI LLEGA TRATADO AL LOCAL)

•

SE PRODUCE A UNA HORA CONCRETA DEL AÑO.

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•

PARA DIMENSIONADO DE UNIDADES TERMINALES

Cada local tendrá una hoja resumen con las diferentes cargas térmicas obtenidas.

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Curso de Proyectos de Climatización

Colegio Oficial de Ingenieros Industriales de Madrid

VERANO POTENCIA SENSIBLE (W) POTENCIA LATENTE (W) Signo Signo CONDUCCION por cerramientos Cerramiento 1 (Orientación 1) P conduccion_1 = U1·S1·(teqt-tint) Cerramiento 2 (Orientación 2) Pconduccion_2 = U2·S2·(teq-tint) Total transmisión por CONDUCCIÓN (C) Σ (Pconduccion_i) RADIACIÓN SOLAR por cerramientos acristalados Cerramiento 1 (Orientación 1) Psolar_1 = I1·S1·FS1 Cerramiento 2 (Orientación 2) Psolar_2 = I2·S2·FS2 Lucernario Psolar_3 = I3·S3·FS3 Total transmisión por RADIACIÓN (R) Σ (Psolar_i) Total transmisión por cerramientos (C+R) Σ (Pconduccion_i) + Σ (Psolar_i) Cargas INTERNAS Iluminación PILUMINACION = ΣPTi· FB Ocupación Tabla s/actividad Equipos eléctricos / Miscelánea Tablas / Cálculo Total transmisión de calor por CARGAS Σ INTERNAS Cargas debidas al AIRE EXTERIOR INFILTRACIONES PS _AEINF = ma·Cp_as·(taeinf -ti) TOTAL CARGA TERMICA DEL LOCAL Σ

± ± ± + + + + ±

INVIERNO POTENCIA SENSIBLE (W) Signo

0 0 0

Pconduccion_1 = U1·S1·(text-tint) Pconduccion_2 = U2·S2·(text-tint) Σ (Pconduccion_i)

-

0 0 0 0 0

NO SE CONSIDERA PARA EL CALCULO DE CARGAS DEL LOCAL (DIMENSIONADO DE EQUIPOS) Σ (Pconduccion_i)

Tabla s/actividad Tabla/datos fabricante

+ + +

NO SE CONSIDERA PARA EL CALCULO DE CARGAS DEL LOCAL (DIMENSIONADO DE EQUIPOS)

±

PL _AEINF = ma·Cf ·(xaeinf -xi)

±

PS _AEINF = ma·Cp_as·(taeinf -ti)

±

Σ

±

Σ

+ + + +

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Carga térmica del AIRE EXTERIOR (de renovación)

Dado que el aire mínimo de ventilación es necesario introducirlo tratado en el ambiente, es una carga que generalmente no afecta al espacio y por lo tanto al cálculo del Aire de Impulsión (AI), sino que es combatida en la batería de intercambio de la UTA

-

Carga térmica del AIRE EXTERIOR (de renovación)

Dado que el aire mínimo de ventilación es necesario introducirlo tratado en el ambiente, es una carga que generalmente no afecta al espacio y por lo tanto al cálculo del Aire de Impulsión (AI), sino que es combatida en la batería de intercambio de la UTA

•

El AIRE EXTERIOR se debe introducir en las condiciones de confort del local

•

El AIRE VICIADO = AIRE EXPULSADO + SOBREPRESION, ambos salen del local a las condiciones de confort.

El aire exterior introduce normalmente en las condiciones de confort del local por lo que no añade carga térmica al mismo. Rev. 0 / 4 de marzo de 2013 Curso de aplicación práctica para el cálculo de cargas térmicas en un edificio. Primeros pasos con Energyplus

La potencia que se necesita para tratar térmicamente el Aire Exterior es:

PS AE = m a ·C  p _ as (t  AE −t I  ) PL AE = m a ·C  f  ( x AE  − x I  ) PT AE = PT_AEI = PS_AE + PL_AE = m a ·(h AE  − hI  )

PT_AE PS_AE PL_AE ma h t x Cp_as Cf  kJ/kg

calor total debido al aire exterior calor sensible debido al aire exterior calor latente debido al aire exterior caudal másico de aire exterior entalpía del aire temperatura de bulbo seco del aire humedad específica del aire calor específico del aire calor de cambio de fase de vapor a líquido a 0ºC

kW kW kW kg/s kJ/kg as ºC kg/kg as ≈1 kJ/kg ºC ≈ 2.501

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