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MSFC203_INSTALACIONES DE CLIMATIZACIÓN Y VENTILACIÓN

ÍNDICE● Parámetros fundamentales y operaciones básicas en aire acondicionado

● Condiciones de bienestar o confort

● Cálculo de la carga térmica de refrigeración

● Cálculo de la máquina

● Distribución de aire. diseño de conductos

● Tipos de sistemas

● Normativa

03-3/81MSFC203_INSTALACIONES DE CLIMATIZACIÓN Y VENTILACIÓN

III. CALCULO DE LA CARGA TÉRMICA DE REFRIGERACIÓN

MSFC203_INSTALACIONES DE CLIMATIZACIÓN Y VENTILACIÓN 03-4/81


El cálculo de la carga térmica de una instalación de aire acondicionado consiste en determinar las aportaciones de calor que deben extraerse a fin de obtener la temperatura y humedad de proyecto en el local a enfriar.

Para dimensionar las instalaciones deben realizarse dos cálculos diferenciados, por un lado el máximo correspondiente a cada local, con lo que se definen los equipos terminales de cada uno de ellos, y por otro la potencia máxima conjunta, con la que se seleccionan los equipos de producción de frío.

INTRODUCCIÓN.



El calor aportado puede ser sensible o latente:

•El calor sensible se manifiesta por variaciones de la temperatura seca del ambiente al que se aplica.

•El calor latente se manifiesta por variaciones del contenido de humedad (vapor de agua) en el ambiente.

INTRODUCCIÓN.



En el cuadro siguiente se dan los diversos tipos de cargas que intervienen en la carga total.

CARGA Sensible Latente

Radiación Solar. SI NO

Transmisión a través de los cerramientos. SI NO

Ventilación e infiltraciones. SI SI

Cargas Internas. SI SI

INTRODUCCIÓN.



A) Carga sensible

A1. Calor debido a la radiación solar a través de las superficies acristaladas (ventanas, claraboyas o lucernarios).

A2. Calor debido a la radiación y transmisión a través de paredes y techo.

A3. Calor debido a la transmisión (sólo transmisión) a través de paredes y techo no exteriores.

A4. Calor sensible debido al aire de infiltraciones.

A5. Calor sensible generado por las personas que ocupan el local.

A6. Calor generado por la iluminación del local.

A7. Calor generado por máquinas (si existen) en el interior del local.

A8. Cualquier otro que puede producirse.

INTRODUCCIÓN.



B) Carga latente

B1. Calor latente debido al aire de infiltraciones.

B2. Calor latente generado por las personas que ocupan el local.

B3. Calor latente producido por cualquier otra causa.

INTRODUCCIÓN.



Cuando se utiliza aire exterior de ventilación, se consideran dos partidas más:

A9. Calor sensible procedente del aire de ventilación.

B4. Calor latente procedente del aire de ventilación.

Si se tienen en cuenta las partidas A9 y B4, la suma de todas las partidas de calor sensible se denomina carga sensible efectiva, y la suma de todas las latentes, carga latente efectiva.

INTRODUCCIÓN.



Es posible extraer aire de un local, enfriarlo y volver a introducirlo en el mismo.

Sin embargo, cuando en el local existen fuentes de mal olor, como son fumadores, olores corporales, etc., en aquel local no hay sensación de confort, no por culpa de la temperatura, sino del aire mismo, que huele

mal o irrita los ojos.

AIRE DE VENTILACIÓN.



Otra posibilidad es no emplear aire del local, sino únicamente aire exterior.

Este sistema no presenta los inconvenientes del primero, sin embargo la máquina debe enfriar aire exterior que está muy caliente y por lo tanto emplear mucha energía en el proceso.




La tercera posibilidad es mezclar aire del exterior con aire procedente del local; este método es el más adecuado porque reúne las ventajas de los dos anteriores y ninguno de los inconvenientes.

En la figura hemos incluido una cesión de aire al exterior, además de la entrada de aire de ventilación; ello es debido a que hay que desechar la misma cantidad de aire que extraemos del exterior, pero procedente del local, para que sea efectiva la renovación.




La cantidad de aire exterior que se utiliza en la mezcla, se llama aire de ventilación y es el estrictamente necesario para producir una renovación conveniente del aire del local.

En la tabla 1 se han presentado los valores usuales que se utilizan, como valor mínimo y valor aconsejado, en m3/h por persona. Basta multiplicar por el número de personas para tener el caudal de aire de ventilación, que designaremos con el símbolo Vv.




TABLA 1. Necesidades de ventilación VV de diferentes tipos de locales.

Tipo de local m3/h por persona

Aconsejado Mínimo

Apartamentos 35 17

Bancos 17 13

Peluquerías 25 17

Oficinas 85 35

Bares 68 43

Almacenes 13 8,5

Farmacias 17 13

Fábricas 17 13

Hospitales

Quirófanos - -

Urgencias 50 43

Pabellones 35 25

Hoteles 50 43

Cocinas de restaurante 72 m3/ m2 de pavimento

Bar 20 17

Comedor 25 20

Aulas 25 17

Teatros 25 17




Los datos básicos requeridos para realizar un proyecto de aire acondicionado son los siguientes:

Datos del edificioDatos geográficos de ubicaciónTemperatura exterior e interior de proyectoHumedad relativa interior y exterior de proyectoSuperficie media climatizadaAltura, o volumen medio climatizadoSuperficie acristalada por orientaciónCoeficientes de transmisión o tipos de cerramientos por orientación Número de ocupantes por zona/tipo de actividadNúmero de renovaciones de airePotencia instalada en iluminaciónPotencia de otras fuentes sensibles, máquinas, etc.Potencia de otras fuentes latentes, máquinas, etcVariación diurna

CONDICIONES DE PROYECTO.



Condiciones exteriores

En la Tabla 2 aparecen las condiciones exteriores recomendadas en verano, según la situación y orientación del local.

TABLA 2. CONDICIONES EXTERIORES RECOMENDADAS EN VERANO

Ciudad TemperaturaºC

Humedad relativa

Variación diaria de la temperatura

(Excursión térmica ET)

Albacete 35 36 18

Alicante 31 60 13

Almería 35 65 8

Ávila 30 41 17

Badajoz 38 47 17

Barcelona 31 70 8

Bilbao 30 71 -

Burgos 32 40 15

Cáceres 38 37 14

Cádiz 32 55 12

Castellón 29 60 9






Humedad relativa



Ciudad Real 37 56 20

Córdoba 39 33 17

Coruña 23 63 9

Cuenca 33 52 18

Gerona 33 58 10

Granada 36 49 18

Guadalajara 34 37 -

Huelva 31 58 14

Huesca 31 73 14

Jaen 36 37 15

Las Palmas 24 65 4

León 33 40 16

Lérida 36 45 14

Logroño 33 59 14

Lugo 30 60 14

Madrid 34 43 15

Málaga 28 58 6






Humedad relativa



Murcia 36 59 14

Orense 36 63 -

Oviedo 28 65 -

Palencia 34 40 16

Palma Mallorca 28 60 8

Pamplona 32 51 12

Salamanca 34 46 18

Santander 25 74 7

Segovia 33 36 17

Sevilla 40 43 18

Tarragona 26 65 7

Toledo 34 34 16

Valencia 32 68 11

Valladolid 33 45 13

Zamora 32 65 18

Zaragoza 34 59 14




Condiciones interiores

Para mantener el clima de bienestar o confort en el interior del local, se necesita que haya unos determinados valores de temperatura y humedad relativa.

En general, se considera que hay un ambiente confortable cuando la temperatura está comprendida entre 24º y 26 °C y la humedad relativa entre el 50 y el 60 %.




Hora solar

El cálculo de la carga térmica no es el mismo a diferentes horas del día. Generalmente, se elige como referencia la temperatura que hay a las 15, hora solar. A otras horas habrá que tener en cuenta las correcciones indicadas en la tabla 3.

TABLA 3. CORRECCIÓN DE LA TEMPERATURA EXTERIOR

Variación diaria de la temperatura ∆T

(Excursión térmica ET) (ºC)

Corrección en ºC

Hora solar

12 14 15 16

5 -2,5 -0.5 0 -0,5

7,5 -3,0 -0,5 0 -0,5

10 -3,0 -0,5 0 -0,5

12,5 -3,0 -0,5 0 -0,5

15 -3,0 -0,5 0 -0,5

17,5 -3,5 -0,5 0 -0,5




Supongamos una localidad en la que la temperatura exterior de proyecto sea 34 °C, la excursión térmica diaria de 10 °C y la hora solar de proyecto las 12. Con estos datos se localiza en la tabla 3 el valor de corrección -3.

Así pues, la temperatura exterior a las 12 h es 34 - 3 = 31 °C.

En el diagrama psicrométrico hay que situar los puntos correspondientes a las condiciones exteriores e interiores de proyecto, pero utilizando la temperatura exterior a la hora considerada, no la temperatura exterior de proyecto. Una vez situados los puntos, se obtienen las humedades absolutas en g/kg del exterior y del interior.




Carga Sensible: Partida A1. Calor debido a la radiación a través de las superficies acristaladas (ventanas, claraboyas o lucernarios).

Esta partida tiene en cuenta la energía que llega al local procedente de la radiación solar que atraviesa elementos transparentes a la radiación (cristales de ventanas, claraboyas, etc.).

Para calcular esta partida, hay que saber la orientación de la ventana y elegir una hora solar de cálculo (generalmente entre las 12 y las 16 hora solar) y un día determinado (generalmente es el 23 de julio o el 24 de agosto).

CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA

Con estos datos se acude a la tabla 4 y se obtiene la radiación solar unitaria, R, en W/m2. La hora solar elegida debe ser la misma para el cálculo de toda la carga térmica.




Carga Sensible: Partida A1

TABLA 4. Radiación solar R, en W/m2, a través de vidrio ordinario, para 1m2 de ventana incluyendo el marco, en un punto a 40° de latitud Norte.

Nota. Si la ventana tiene marco metálico hay que multiplicar por 1,17los valores indicados en la tabla.





Si se utilizan vidrios especiales o persianas, hay que aplicar los factores de corrección de las tablas 5 y 6, respectivamente.



QSR = S ⋅ R ⋅ f

Donde:

S = superficie en metros cuadrados del hueco de la ventana incluidos el marco y los listones, no sólo la del vidrio.

R = radiación solar unitaria.

f = producto de todos los factores de corrección a que hubiera lugar.



El calor debido a la radiación es sensible y lo llamaremos QSR, valdrá:



Carga Sensible: Partida A2. Calor debido a la radiación y transmisión a través de superficies opacas (paredes y techo exteriores).

• La transmisión de calor a través de las estructuras exteriores de los edificios (muros y techos) es debida por un lado a la diferencia de temperaturas entre el exterior y el interior y por otro por la radiación solar absorbida por los paramentos exteriores.

•Las variaciones cíclicas de la radiación y de las temperaturas exteriores y la complejidad de los fenómenos que intervienen en la transmisión de calor han obligado a adoptar las llamadas "Diferencia de Temperaturas Equivalentes" ( Teq).




Carga Sensible: Partida A2.

• Diferencia Equivalente de Temperatura: Es un salto térmico ficticio, entre el interior y el exterior, que permite calcular la carga térmica con la expresión clásica de transmisión de calor:

•Donde:

•K es el coeficiente de transmisión de la pared o techo, calculado como se indica en el anexo II de la norma NBE-CT/79.

•S es la superficie de la pared (si hay una puerta se incluye la puerta)

•∆Teq es la diferencia equivalente de temperatura. Se trata de un salto térmico corregido para tener en cuenta el efecto de la radiación.

eqSTR TKSQ ∆=





• Para saber la ∆Teq (también denominada DTE o diferencia de temperaturas equivalente) de una pared, se emplean tablas. Se necesita saber:

– La orientación del muro o pared. – El producto de la densidad por el espesor (DE) del muro. – La hora solar de proyecto.




Carga Sensible: Partida A2.Diferencia de temperaturas equivalente

∆Teq de paredes

Orientación de la pared

DEkg/m2

Hora solar

12 13 14 15 16

NE

100 7,4 6,9 6,4 6,9 7,4

300 10,8 8,1 5,3 5,8 6,4

500 8,5 8,1 7,4 6,4 5,3

700 3 5,3 7,4 8,5 7,4

E

100 17,4 10,8 6,4 6,9 7,4

300 16,9 10,2 7,4 6,9 6,4

500 13,1 13,6 13,1 10,8 9,7

700 5,3 8,1 9,7 10,2 9,7

SE

100 15,2 14,1 13,1 10,2 8,5

300 15,2 14,1 13,6 11,3 9,7

500 8,5 9,2 9,7 10,2 9,7

700 3 5,8 7,4 81 8,5





Diferencia de temperaturas equivalente ∆Teq de paredes


DEkg/m2

Hora solar

12 13 14 15 16

S

100 11,9 14,7 16,4 15,2 14,1

300 6,4 10,8 13,1 13,6 14,1

500 1,9 4,1 6,4 8,1 8,5

700 1,9 1,9 1,9 3,6 5,3

SO

100 3 10,2 14,1 18,6 21,9

300 0,8 4,2 6,4 13,1 17,5

500 3 3,6 4,2 6,4 7,4

700 3 3 3 3,6 4,2

O

100 3 7,4 10,8 17,5 21,9

300 1,9 3,6 5,3 10,2 14,1

500 3 3,6 4,3 5,3 6,4

700 4,2 4,7 5,3 5,3 5,3





Diferencia de temperaturas equivalente ∆Teq de paredes


DEkg/m2

Hora solar

12 13 14 15 16

NO

100 3 5,3 6,4 10,2 13,1

300 0,8 3 4,2 5,3 6,4

500 1,9 1,9 1,9 2,5 3

700 3 3 3 3 3

N

100 1,9 4,2 5,3 6,4 7,4

300 -0,3 1,3 3 4,2 5,3

500 -0,3 0,2 0,8 1,3 1,9

700 -0,3 -0,3 -0,3 0,2 0,8





• Para saber la ∆Teq del techo, se emplea la tabla 8. Se necesita saber:

– Si el techo es soleado o en sombra. – El producto de la densidad por el espesor (DE) del muro. – La hora solar de proyecto.





• Este valor de ∆Teq obtenido de las tablas anteriores no es el definitivo.

• En la tabla de la página siguiente, en función de la variación o excursión térmica diaria y el salto térmico, se dan unos valores que se sumarán o restarán, según el signo, al valor de la ∆Teq obtenido antes.

• Este nuevo valor es el definitivo.




Carga Sensible: Partida A2. Corrección de la diferencia de temperaturas equivalente ∆Teq

Temperatura exterior menos

temperatura interior ∆t

Variación diaria de la temperatura (Excursión térmica ET)

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

3 -1,5 -2 -2,5 -3 -3,5 -4 -4,5 -5 -5,5 -6 -6,5 -7 -7,5

4 -0,5 -1 -1,5 -2 -2,5 -3 -3,5 -4 -4,5 -5 -5,5 -6 -6,5

5 0,5 0 -0,5 -1 -1,5 -2 -2,5 -3 -3,5 -4 -4,5 -5 -5,5

6 1,5 1 0,5 0 -0,5 -1 -1,5 -2 -2,5 -3 -3,5 -4 -4,5

7 2,5 2 1,5 1 0,5 0 -0,5 -1 -1,5 -2 -2,5 -3 -3,5

8 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 -0,5 -1 -1,5 -2 -2,5

9 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 -0,5 -1 -1,5

10 5,5 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 -0,5

11 6,5 6 5,5 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5

12 7,5 7 6,5 6 5,5 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5

13 8,5 8 7,5 7 6,5 6 5,5 5 4,5 4 3,5 3 2,5

14 9,5 9 8,5 8 7,5 7 6,5 6 5,5 5 4,5 4 3,5

15 10,5 10 9,5 9 8,5 8 7,5 7 6,5 6 5,5 5 4,5

16 11,5 11 10,5 10 9,5 9 8,5 8 7,5 7 6,5 6 5,5





EJEMPLO 1: Muro de orientación SE, con DE = 500 kg/m2, a las 14 hora solar, con un salto térmico de 7 °C y una ET de 14 °C. Hallar la ∆Teq.

SOLUCIÓN: 7,2 °C.





• El valor del coeficiente de transmisión K depende de la composición y espesor de las diferentes capas y materiales que componen la pared o el techo.

• Si no se conoce el valor exacto de este coeficiente, pueden tomarse los siguientes valores de forma cautelar:

KW/( m2 ⋅ K)

Paredes exteriores 1,5 a 1,8

Techos exteriores 1,0 a 1,2

Paredes interiores 1,9 a 2,3

Vidrio ordinario 5,8

Tabique separación 2,3




Carga Sensible: Partida A3. Calor debido a la transmisión (sólo transmisión) a través de paredes y techo no exteriores

• Hay que incluir en esta partida: – Paredes interiores– Techos interiores. – Suelos (siempre son interiores) – Superficies vidriadas y claraboyas.





• Si se trata de una pared o un techo colindante con un local refrigerado, esta pared o techo no se cuenta.

• Si son colindantes con un local no refrigerado, el salto térmico que se utiliza se rebaja en 3ºC.

Las puertas generalmente no se cuentan; su superficie se incluye en la de la pared. Este calor, que es sensible también, lo llamaremos QST. Se calcula mediante la expresión:

Donde: •K es el coeficiente global en W/( m2 ⋅ °K)• S es la superficie del elemento en m2.•∆t es el salto térmico en ºC.

tKSQST ∆=




Carga Sensible: Partida A4. Calor sensible debido al aire de infiltraciones

• El local que se acondiciona debe estar exento de entradas de aire caliente del exterior. Sin embargo, cuando se abren puertas o ventanas, o bien a través de las fisuras, es inevitable que algo de aire exterior entre en el local.

• El calor sensible debido a las infiltraciones, QSI se calcula mediante la expresión:

• Siendo: – Vi= volumen de infiltración en m3/h.

� t = salto térmico en °C.

• Para valorar la cantidad de aire que entra por las puertas puede utilizarse la tabla de la página siguiente, teniendo presente que el dato obtenido en esta tabla es por puerta y por persona.

tVQ iSI ∆= 33,0





Aire de infiltraciones en m3/h por persona y por puerta

Volumen Vi m3/h por persona y puerta

Tipo local Sin vestíbulo Con vestíbulo

Bancos 13,5 10,2

Peluquerías 8,5 6,5

Bares 12 9

Estancos 51 38

Pequeños comercios 13,6 10,2

Tienda de confecciones 4,3 3,2

Farmacias 11,9 9

Habitación hospital 6 4,4

Sala de té 8,5 6,5

Restaurante 4,3 3,2

Comercio en general 6 4,4




Carga Sensible: Partida A5. Calor sensible generado por las personas que ocupan el local

• Las personas que ocupan el recinto generan calor sensible y calor latente debido a la actividad que realizan y a que su temperatura (unos 37ºC) es mayor que la que debe mantenerse en el local.

• El calor sensible generado por las personas que ocupan el local, QSP se calcula mediante la expresión:

• Donde– QS1 = Calor sensible emitido por una persona. Se obtiene en la tabla de la página

siguiente, según la temperatura del local y el tipo de actividad que realice la gente del local.

personasnQQ SSP º1 =




Carga Sensible: Partida A6. Calor generado por la iluminación del local • La iluminación produce calor sensible que hay que tener en cuenta.

• Si la iluminación es incandescente:

– QSIL = potencia eléctrica de iluminación

• Si la iluminación es fluorescente:

– QSIL = potencia eléctrica de iluminación x 1,25

• Es usual tomar de 10 a 25 W/m2 de superficie




Carga Sensible: Partidas A7 Calor generado por máquinas y A8 Calor generado por cualquier otra fuente de calor.

• En la mayor parte de climatizaciones de viviendas, oficinas o locales similares no encontraremos las partidas A7 (calor generado por máquinas) ni la A8 (cualquier otra fuente de calor no considerada). Por lo tanto, pasaremos directamente al estudio de la carga latente.




Carga Latente: Partida B1. Calor latente debido al aire de infiltraciones

• El calor latente debido a las infiltraciones, QLI se calcula mediante la expresión:

• Siendo: – Vi = caudal de infiltraciones en m3/h.

� ∆W = diferencia de las humedades absolutas, en gw/kga, del aire exterior del local menos la del interior del local. Estas humedades absolutas se obtienen mediante el diagrama psicrométrico.

WVQLI ∆= 84,0




Carga Latente: Partida B2. Color latente generado por las personas que ocupan el local

• Esta partida es muy similar a la A5.

• El calor latente generado por las personas que ocupan el local, QLP se calcula mediante la expresión:

• Donde– QL1 = Calor latente emitido por una personas. Se obtiene en la tabla de la partida A5,

según la temperatura del local y el tipo de actividad que realice la gente del local.

personasnQQ LLP º1 =




Carga Latente: Partida B3. Calor latente producido por cualquier otra causa

• La partida B3, calor latente producido por cualquier otra causa, tiene el mismo significado que la A8.




Cálculo de las cargas sensible y latente total.

• La carga sensible total, QS será:

• La carga latente total, QL será:

SILSPSISTSTRSRS QQQQQQQ +++++=

LPLIL QQQ +=




Carga Sensible: Partida A9. Calor sensible procedente del aire de ventilación

• Esta partida la designaremos por QSV en W y se obtiene aplicando la fórmula:

• Donde: – VV es el caudal volumétrico de ventilación (aire exterior sin tratamiento) en m3/h (véase la

tabla de necesidades de ventilación).

� ∆t es el salto térmico en °C. – f es un coeficiente de la batería de refrigeración, llamado factor de by-pass.

tVfQ VSV ∆= 33,0




Carga Latente: Partida B4. Calor latente procedente del aire de ventilación

• Esta partida es la latente correspondiente al aire de ventilación. Se calcula con una fórmula análoga:

• Donde: – QLV es la denominación de esta partida en W.

– VV es el caudal de ventilación (aire exterior sin tratamiento) en m3/h.

� ∆W = diferencia de las humedades absolutas, en gw/kga, del aire exterior del local menos la del interior del local. Estas humedades absolutas se obtienen mediante el diagrama psicrométrico.

– f es el factor de by-pass de la batería.

WVfQ VLV ∆= 84,0




Cálculo de las cargas totales.

• En primer lugar se calculan las cargas efectivas parciales y luego las totales, como veremos a continuación.

Carga sensible efectiva parcial y carga latente efectiva parcial

• La carga sensible efectiva parcial, QSEP es la carga sensible total, QS, más la partida A9, es decir:

• La carga latente efectiva parcial, QLEP, es la carga latente total, QL, más la partida B4, es decir:

• Se utiliza la denominación parcial porque no se ha considerado ningún factor de seguridad aumentativo

SVSSEP QQQ +=

LVLLEP QQQ +=




Carga sensible efectiva total QSE y latente efectiva total QLE

• Son las anteriores parciales, aumentadas en un tanto por ciento de seguridad, con el fin de asegurarnos de haber calculado todas las posibilidades de producción e ingreso de calor en el local. Es preferible calcular la carga térmica, ligeramente por exceso que por defecto.

• Usualmente se considera de un 5 a un 10% de aumento. Nosotros proponemos un 10 %. Así pues,

)*1,0( SEPSEPSE QQQ +=

)*1,0( LEPLEPLE QQQ +=




Hoja de carga.

• Con el fin de simplificar y racionalizar los cálculos de la carga térmica, éstos se disponen en una hoja, donde las partidas se calculan muy fácilmente porque ya vienen indicados los conceptos que se necesitan, en las casillas correspondientes. No existe un modelo único, aunque son todas muy similares. En la figura siguiente se presenta un modelo.




HOJA DE CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA DE REFRIGERACIÓN

DATOS GENERALES

Superficie del local m2 Tipo de local

Ocupación personas

Ventilación m3/persona h x

personas = m3/h

Infiltraciones m3/h

Temperatura exterior ºC

Humedad relativa exterior % Humedad absoluta exterior

g/kg

Temperatura interior ºC

Humedad relativa interior % Humedad absoluta interior

g/kg

Diferencia temperaturas ºC Diferencia g/kg

Mes de cálculo

Hora solar de cálculo

Localidad Latitud

Excursión térmica diaria ºC

Iluminación

Fluorescente kW

Incandescente

kW




RADIACIÓN SUPERFICIES ACRISTALADAS

Superficie (m2)

Radiación unitaria (kcal/hm2)

Factores de atenuación

Ventanas x x

Ventanas x x

Ventanas x x

Ventanas x x

Claraboya x x

RADIACIÓN Y TRANSMISIÓN SUPERFICIES OPACAS (Paredes exteriores y techo)

Superficie (m2)

Coeficiente de transmisión (kcal/hm2ºC)

∆Teq (ºC)

Pared x x

Pared x x

Pared x x

Pared x x

Techo x x

Techo x x




TRANSMISIÓN (Ventanas, paredes interiores y suelo)

Superficie (m2)

Coeficiente de transmisión (kcal/hm2ºC)

∆t (ºC)

Ventanas x x

Pared interior

x x

Pared interior

x x

Pared interior

x x

Pared interior

x x

Pared interior

x x

Suelo x x




INFILTRACIONES

Caudal m3/h ∆t (ºC)

Aire de infiltración x x 0,29

VENTILACIÓN

Caudal m3/h ∆t (ºC) Factor de by-pass

Aire de ventilación x x x 0,29

CARGA SENSIBLE INTERIOR

kW

Iluminación incandescente x 860

Iluminación fluorescente 860 x 125

Calor sensible por persona

kcal/h

Número de personas

Personas x

Otras fuentes




Ejemplo 1.

• Se trata de calcular la carga térmica de refrigeración de un local destinado a oficinas cuyas dimensiones son 30 m de largo por 10 m de ancho, con una altura de 4 m.

• El local está situado en Barcelona (41º de latitud). Las paredes S y E dan al exterior; el coeficiente DE (densidad x espesor) vale 300 kg/m2 para ambas paredes. El coeficiente de transmisión es de 1,4 (W/m2K). Las paredes N y O son interiores y medianeras con locales no refrigerados. El suelo y el techo son medianeros con locales refrigerados.

• En la pared S hay dos ventanas de 10 x 2,5 m2 cada una, con marco metálico y vidrio absorbente un 60% de la radiación solar. El coeficiente de transmisión del vidrio es de 5 (kcal/h⋅m2⋅ºC). El coeficiente de transmisión de las paredes interiores es de 1,6 (kcal/h ⋅m2 ⋅ºC).

• Se considerará una ocupación media de 22 personas. La iluminación es fluorescente, con una potencia eléctrica de 5 kW. Se pide determinar la carga térmica sensible efectiva y latente efectiva, un día 23 de julio a las 15 hora solar. Pueden utilizarse las tablas de radiación que corresponden a 40° de latitud norte (válidas para la Península Ibérica)




Ejemplo 1.




Solución ejemplo 1.Condiciones de proyecto

Los datos relativos a la temperatura exterior, humedad relativa exterior y humedad absoluta, así como la excursión u oscilación térmica diaria , pueden obtenerse a partir de la tabla de condiciones exteriores de diseño para verano de la UNE100.001/012.

Para calcular el aire de ventilación se utilizará la tabla de necesidades de ventilación, en la columna de «aconsejado».

Necesidades de ventilación VV de diferentes tipos de locales.


Aconsejado Mínimo

Oficinas 85 35





Situemos en el diagrama psicrométrico los puntos que corresponden a las condiciones exteriores e interiores:


1

27,624

2




No se considerarán infiltraciones de aire exterior, dado que el local no tiene puertas exteriores.

El factor de by-pass de la batería de refrigeración se supondrá de f = 0,3.

Condiciones exteriores: t1 =27,6ºC;HR1=65% yCondiciones interiores: t2 = 24 °C; HR2 = 60 % y con esto obtenemos las humedades X1 = 15,1 g/kg, y X2 = 11,2 g/kg

El salto térmico es: Δt = 27,6- 24 = 3,6 °C, porque no hay corrección de temperatura exterior por hacerse el estudio a las 15 h (ver tabla 3)

La diferencia de humedades: ΔX = 15,1 - 11,2 = 3,9 g/kg.






HOJA DE CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA DE REFRIGERACIÓN

DATOS GENERALES

Superficie del local 300 m2 Tipo de local Oficinas

Ocupación 22 personas

Ventilación 85 m3/persona h x

22 personas = 1870 m3/h

Infiltraciones ----- m3/h

Temperatura exterior 27,6 ºC

Humedad relativa exterior 65 % Humedad absoluta ext

15,1 g/kg

Temperatura interior 24 ºC

Humedad relativa interior 60 % Humedad absoluta int

11,2 g/kg

Diferencia temperaturas 3,6 ºC Diferencia 3,9 g/kg

Mes de cálculo 23 Julio

Hora solar de cálculo 15 h

Localidad Barcelona Latitud 41º

Excursión térmica diaria 8,4 ºC

IluminaciónFluorescen 5 kW

Incandescen kW



Solución ejemplo 1.Cálculo partidas calor sensibleA1. Calor debido a la radiación a través de las superficies acristaladas

(ventanas, claraboyas o lucernarios).

Hay dos ventanas orientadas al Sur con una superficie de 10 x 2,5 + 10 x 2,5 = 50 m2 en total. Hay una ventana orientada al Este con una superficie de 6 x 2,5 = 15 m2.




Solución ejemplo 1.Cálculo partidas calor sensible

●A1. Calor debido a la radiación a través de las superficies acristaladas (ventanas, claraboyas o lucernarios).

En la tabla de radiación solar R obtenemos los valores unitarios de radiación:

Radiación solar R, en W/ m2, a través de vidrio ordinario, para 1 m

2

de ventana incluyendo el marco, en un punto a 40º de latitud Norte.

Hora solar

Fecha Orientación 12 13 14 15 16

23 de julio S 217 198 138 81 41

E 44 44 44 41 34





●A1. Calor debido a la radiación a través de las superficies acristaladas (ventanas, claraboyas o lucernarios).

Se obtiene el coeficiente de atenuación, por tratarse de un vidrio absorbente:

Además por ser ventanas con un marco metálico, se tiene que multiplicar por 1,17. Así pues:

Corrección según el tipo de vidrio

Tipo de vidrio Factor

Vidrio absorbente % de absorción

40-48 0,80

48-56 0,73

56-70 0,62


1,17 x 0,62 x (15x41)) ((50x81) WSRfQSR 338417,1* =+==




●A2. Calor debido a la radiación y transmisión a través de superficies opacas (paredes y techo exteriores).

El techo no se tiene en cuenta porque es medianero con un local refrigerado; por lo tanto, no es exterior y no cuenta. Hay una pared Sur, de 30 x 4 = 120 m2, de los que hay que descontar las ventanas, así pues, 120 - 50 = 70 m2.

Hay una pared Este, de 10 x 4 = 40 m2, de los que descontamos la ventana 40 - 15 = 25 m2.






Se busca en la tabla las diferencias de temperatura equivalentes (ΔTeq) para cada pared:


Diferencia de temperaturas equivalente ΔTeq de paredes

Hora solar


DE

kg/m2

12 13 14 15 16

S 300 6,4 10,8 13,1 13,6 14,1

E 300 16,9

10,2 7,4 6,9 6,4





Se busca en la tabla las correcciones de la ΔTeq:

Δt = 3,6 °C, ET = 8,4 °C→ ΔTeq - 3,25


Corrección de la diferencia de temperaturas equivalente ΔTeq

Temperatura exterior menos

temperatura interior Δt

Variación diaria de la temperatura (Excursión térmica ET)

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

3 -1,5 -2 -2,5 -3 -3,5 -4 -4,5 -5 -5,5 -6 -6,5 -7 -7,5

4 -0,5 -1 -1,5 -2 -2,5 -3 -3,5 -4 -4,5 -5 -5,5 -6 -6,5





Así pues, las ΔTeq son:

El coeficiente de transmisión de ambas paredes es: K=1,4 W/(m2K)

Por tanto, se obtiene:

Sur: ΔTeq = 13,6 - 3,25 = 10,35 °C

Este: ΔTeq = 6,9 - 3,25 = 3,65 °C


( ) ( ) WTKSQ eqSTR 1142)65,3*2535,10*70(4,1 =+=∆=




●A3. Calor debido a la transmisión (sólo transmisión) a través de paredes y techo no exteriores y vidrios exteriores

Aquí hay que incluir el vidrio de las ventanas, con una superficie de 50 + 15 = 65 m2 y un coeficiente de transmisión de 5,8 W/ m2K.

Recuerde que antes también se ha calculado las ventanas, pero sólo el calor que entra por radiación procedente del Sol. Aquí se calculará el calor por conducción a través del vidrio, debido a la diferencia de temperaturas entre el exterior y el interior.

Se tiene una pared interior de 10 x 4 = 40 m2 y otra de 30 x 4 = 120 m2. En ambas paredes se han incluido las puertas. Los coeficientes de ambas paredes son iguales y valen 1,86 W/ m2K.





●A3. Calor debido a la transmisión (sólo transmisión) a través de paredes y techo no exteriores y vidrios exteriores

Para el vidrio se ha considerado un salto térmico de 3,6 °C, pero las paredes interiores son medianeras con recintos que no están refrigerados. En este caso se considera un salto térmico rebajado 3 °C; así: 3,6- 3 = 0,6 °C.


tKSQST ∆=

WQParedes

WQasVen

p

v

ST

ST

6,1786,0*)12040(*86,1

2,13576,3*65*8,5tan

=+=⇒

==⇒

WQQQpv STSTST 8,15356,1782,1357 =+=+=




●A4. Calor sensible debido al aire de infiltraciones

En este problema no se ha considerado aire de infiltraciones. Observe el esquema de la planta y su descripción y verá que no hay puertas exteriores. Evidentemente habrá aire de infiltraciones pero, en estas circunstancias, esta partida puede despreciarse.

Puertas interiores





●A5. Calor sensible generado por las personas que ocupan el local


Calor Q1 emitido por las personas en W

Cuadro de actividad

28ºC 27ºC 26ºC 24ºC

Sensible Latente Sensible Latente Sensible Latente Sensible Latente

Oficinista con actividad moderada

52 81 58 76 64 70 70 58

WpersonasnQQSP 154022*70º*1 ===




●A6. Calor generado por la iluminación del local

En el local que se considera hay 5 kW de iluminación fluorescente, por lo tanto:

No se tendrán en cuenta las partidas A7 y A8 (máquinas y otras fuentes) y se pasará directamente a A9.


WQSIL 625025,1*5000 ==




●A9. Calor sensible procedente del aire de ventilación

El dato de la tabla se debe multiplicar por el nº de personas, por tanto:

Se supone que el factor de by-pass es f=0,3; el calor sensible será:


Necesidades de ventilación VV de diferentes tipos de locales.


Aconsejado Mínimo

Oficinas 85 35

hmVV /187022*85 3==

WtVfQ VSV 5,6666,3*1870*3,0*33,033,0 ==∆=



Solución ejemplo 1.Cálculo partidas calor latente

●B1. Calor latente debido al aire de infiltraciones

Como se ha indicado en el apartado del cálculo de la carga sensible, no se consideran infiltraciones, por no existir puertas exteriores





●B2. Calor latente generado por las personas que ocupan el local


Calor Q1 emitido por las personas en W

Cuadro de actividad

28ºC 27ºC 26ºC 24ºC

Sensible Latente Sensible Latente Sensible Latente Sensible Latente

Oficinista con actividad moderada

52 81 58 76 64 70 70 58

WpersonasnQQLP 127622*58º*1 ===




●B4. Calor latente procedente del aire de ventilación

Se aplica la fórmula


WWVfQ VLV 8,18379,3*1870*3,0*84,084,0 ==∆=



Solución ejemplo 1.Suma de partidas

Las cargas sensible y latente totales serán la suma de cada uno de los apartados calculados anteriormente:


Carga sensible efectiva total

Radiación superficies acristaladas

3384 W

Transmisión-radiación superficies opacas

1142 W

Transmisión 1535,8 W

Personas 1540 W

Iluminación 6250 W

Ventilación 666,5 W

TOTAL 14.518,3 W

Carga latente efectiva total

Personas 1276 W

Ventilación 1837,8 W

TOTAL 3113,8 W



Solución ejemplo 1.Carga efectiva total

Para saber la carga efectiva total se suman la sensible y la latente:


WQQQTOTALTOTAL LSTOTAL 1,176328,31133,14518 =+=+=

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