CARGAS TERMICAS DE ACONDICIONAMIENTO

1.- Introducción A lo largo del año, unas veces necesitará de calor (situación invierno), y otras veces necesitará aporte de refrigeración (situación verano, depende de la carga térmica interna). Hay que considerar las dos situaciones y dimensionar en función de la más desfavorable. El cálculo de las cargas térmicas es muy complejo, normalmente se realiza apoyándose en programas informáticos que los simplifican y sistematizan. Carga térmica sensible y carga térmica latente

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2.- Condiciones interiores y exteriores (I) El RITE marca las condiciones interiores requeridas Estación

T operativa (ºC)

V aire (m/s)

HR (%)

Verano

23 – 25

0,18 – 0,24

40 - 60

Invierno

20 - 23

0,15 – 0,20

40 - 60

La norma UNE 1000.001 fija las condiciones exteriores Longitud Latitud Altitud

Sant.

3º 29’ W 43º 28’ N 64 m

Invierno NPE %

TS ºC

99 97,5

+3 +3,8

GD/añ o K 985

Verano Viento m/s

NPE %

TS ºC

THc ºC

TH ºC

OMD ºC

5,2 W

1 2,5 5

25,3 24,1 23,1

20,2 19,7 18,8

21,2 20,4 19,9

5,9

Existen tablas para predecir la temperatura horaria 2

2.- Condiciones interiores y exteriores (II) Para la carga de calefacción la NBE-CT-79 divide España en 5 zonas climáticas Zona T ext.

GD año /15

A

3

< 400

B

1

401 a 800

C

-1

801 a 1.300

D

-4

1.300 a 1.800

E

-6

> 1.800

Sant.

Ene.

Feb.

Mar.

Abr.

May.

Oct.

Nov.

Dic.

Tot.

171

149

160

128

53

48

99

167

985

3

3.- Carga térmica en invierno (I) Aportes de calor: • Interiores: – Sensibles: personas, iluminación, motores, … – Latentes: personas, procesos productivos, … UNE-EN ISO 7730 • Exteriores: el Sol (no se considera)

Pérdidas de calor: • Cerramiento: paredes, ventanas, techos, suelos, … • Aire exterior: ventilación e infiltración

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3.- Carga térmica en invierno (II)

Pérdidas de calor por los cerramientos:

Q pared =

A pared ∆T RT

K (kW/m2ºC) H bobedilla de hormigón

Sin aislamiento

Con aislamiento

16 cm

2,28

1,01

20 cm

2,2

0,99

25 cm

1,9

0,93 5

3.- Carga térmica en invierno (III)

Situaciones especiales: • Cerramientos de espesor variable • Cámaras de aire ventiladas • Cerramientos con cámara de aire de espesor variable • Cerramientos en contacto con el terreno • Forjado sobre cámara de aire ventilada • Puentes térmicos, …

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3.- Carga térmica en invierno (IV) KG, valora el coeficiente de todo el edificio, según normativa se permite un KG máximo en función de la zona geográfica

T ext. a efectos de condensación V

W

X

Y

Z

10

5

3

0

-2 7

3.- Carga térmica en invierno (V) Pérdidas de calor por entrada de aire exterior: • Apertura de puertas y ventanas • Rendijas 75 x 180 cm • Ventilación Burlete m3/h y m apertura Doble • Extracción de aire ventana Marco madera Marco madera malo Marco metálico

Sin

Con

15,6 43,9 29,3

9,5 13,5 12,6

7,7 22 14,6

Factores correctores de la Carga Térmica en Invierno • Interrupción del servicio, Zd, 7% todo el día, mañana y tarde 15%, sólo mañana 25% • Orientación, Zh, 5% para O, 10% para E y 15% para N • Pérdidas en las tuberías, Zc, 5 al 10% 8

4.- Carga térmica en verano Aportes de calor: Interiores: – Sensibles: personas, iluminación, motores, … – Latentes: personas, procesos productivos, … • Exteriores: – Convección: aire caliente exterior – Radiación del Sol: orientación y hora; tipo de vidrio, protecciones, …. – Entrada de aire exterior: infiltraciones y ventilación (Tablas)

Recuperadores de calor, Free-cooling

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5.- Curva de Carga Térmica (CCT) (I) La CT es suma de todos los conceptos: radiación, ventilación, ocupación,… no todos tienen su máximo simultáneamente. Es variable a lo largo del año y del día; la climatización ha de ser capaz de contrarrestarla en todas las situaciones. El dimensionamiento de los equipos se hace en función de la carga máxima. Del análisis de la CCT se estudia la conveniencia de zonificación; el fraccionamiento de la potencia del sistema, instalar sistemas de acumulación o uno de cogeneración. Hay que considerar que el calor no atraviesa las paredes, vidrios, cerramientos,... instantáneamente, sino que tarda un cierto tiempo en hacerlo, tiene un cierto retraso (inercia térmica), presenta un efecto de acumulación de calor. 10

5.- Curva de Carga Térmica (II) Cabe destacar dos términos: • Ganancia, que es la energía que incide en el local • Carga, que es la energía que incide en el aire. Los totales diarios son iguales, pero en valores instantáneos no, la carga presenta un cierto retraso y un amortiguamiento respecto a la ganancia. Hay dos conceptos diferentes: • La carga térmica del local, que es la energía que hay que aportar al local con el sistema de climatización; con ella se dimensionan los servicios que le atienden. • La carga del climatizador, además de la carga del local ha de soportar la carga del aire de renovación, calor desprendido por los 11 ventiladores, pérdidas térmicas en conductos, …

6.- Local, zona y edificio (I) Conviene distinguir entre tres conceptos • Local es cada uno de los espacios climatizados. • Zona es cada conjunto de los locales que son abastecidos de energía térmica por un climatizador. • Edificio es el conjunto de zonas que son servidas por una unidad térmica (caldera, bomba de calor, …). La carga térmica de un local es la que este demanda en las peores condiciones; con esta hay que dimensionar las instalaciones del local (inductores, bocas de descarga, … ). La carga térmica de una zona es la suma de la demanda de todos los locales que la forman en las más rigurosas condiciones de funcionamiento, que en general es menor que la suma de todos los locales, con esta carga se dimensionan los climatizadores. 12

6.- Local, zona y edificio (II) La carga térmica de un edificio es la suma de la de todas las zonas en las peores condiciones, en general, es inferior a la suma de la demanda de todas las zonas. Si se atiende a la demanda de cada local con instalaciones individuales, la potencia instalada es mayor que en una instalación centralizada. El motivo de zonificar un edificio es para mejorar el control de la instalación, Para agrupar locales en zonas se requiere que la epidermis, orientación, ocupación y necesidad porcentual de aire de renovación sean iguales.

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7.- Programas informáticos Existen multitud de programas de cálculo de la demanda térmica de locales, entre ellos los de Ferroli, Saunier-Duval, o para la de invierno el de Roca. En general hay que definir la ubicación, orientación, epidermis y la ocupación del edificio.

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8.- Estimación rápida de la carga térmica Se realiza en función de la localidad y la ocupación del edificio. Sirve para un predimensionamiento, estimación del presupuesto, …, no tiene rigor ni pude sustituir al cálculo de la demanda térmica.

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