renovables energia solar tÉrmica ii - … · temperatura y la humedad del ambiente. en general,...

II MÁSTER ENERGÍA SOLAR Y 1

RENOVABLES

ENERGIA SOLAR TÉRMICA II

SESIÓN 6:

SISTEMAS DE CLIMATIZACIÓN.

CLIMATIZACIÓN SOLAR.CLIMATIZACIÓN SOLAR.

PROFESOR: ABRAHAM RUIZ [email protected]

1. SISTEMAS DE CLIMATIZACIÓN

1.1. INTRODUCCIÓN1.1. INTRODUCCIÓN

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El sistema de aire acondicionado es la materialización práctica de la instalación que permite el acondicionamiento de aire. Está constituido por un conjunto de equipos para llevar aEstá constituido por un conjunto de equipos, para llevar a cabo una extracción de calor en verano, o un aporte de calor en invierno, y otros para conseguir que los parámetros que , y p g q p qdefinen el estado de confort se mantengan dentro de unos limites.

ENERGÍA SOLAR TÉRMICA II ‐ SESIÓN 6


1.2. CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CLIMATIZACIÓN1.2. CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CLIMATIZACIÓN

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Para la clasificación de los sistemas de climatización se utilizan diversos criterios:

E i t i d fl id i t di t l d ió d f íExistencia o no de fluido intermedio entre la producción de frío (o calor) y el aire del local.

Según la dispersión o centralización de los equipos queSegún la dispersión o centralización de los equipos que componen la instalación.

En base a la forma de la unidad que acondiciona el aire.

Según la velocidad del aire.



1.2. CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CLIMATIZACIÓN1.2. CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CLIMATIZACIÓN

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Existencia o no de fluido intermedio entre la producción de frío (o calor) y el aire del local.

SISTEMAS CON FLUIDO

FRIGORÍFICO

SISTEMAS CON FLUIDO

CALOPORTADOR

SISTEMAS TODO AIRE

SISTEMAS TODO AGUA

SISTEMASAIRE AGUATODO AIRE TODO AGUA AIRE‐AGUA

DOBLECONDUCTOMONOCONDUCTOS

VAV VCAVAV VCA



1.2. CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CLIMATIZACIÓN

Según la centralización o dispersión de los equipos que componen la


5

Según la centralización o dispersión de los equipos que componen la instalación:

Sistema centralizado. Existe una central donde se enfría o calienta el aire o el agua que posteriormente se distribuye a los distintos locales habitaciones pisos etcque posteriormente se distribuye a los distintos locales, habitaciones, pisos, etc., que se desea climatizar. En la misma central se hace el tratamiento completo del aire, si se emplea aire (filtrado, mezcla con aire exterior, impul‐sión, etc.). Todo aire.Sistema semicentralizado Existe una parte común del proceso deSistema semicentralizado. Existe una parte común del proceso de acondicionamiento que se realiza en una central y, otra parte, que se lleva a cabo en el mismo local que se desea climatizar. VRV + AP.Sistema descentralizado. Se utilizan máquinas individuales que realizan el t t i t l t d l i d l l d li ti S littratamiento completo del aire en cada local que se desea climatizar. SplitsCuando se trata de climatizar un espacio muy grande y complejo, por ejemplo un edificio completo, o unos grandes almacenes o un bloque de oficinas, debe recurrirse a los sistemas centralizados. Cuando se trata de acondicionar un local pequeño independientemente del resto de la vivienda o del edificio, tendrá que utilizarse el sistema descentralizado.




E b l f d l id d di i l i


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En base a la forma de la unidad que acondiciona el aire:Sistema tipo central o unidad climatizadora. Se trata de un conjunto de elementos que se acoplan formando unidades modulares. Este sistema se utiliza en la climatización de grandes espacios y en la gama industrial.Equipo autónomo. Es una unidad de tratamiento de aire que lleva en q p qsí todo el proceso de acondicionamiento. No está constituido por módulos, sino que en un solo "paquete" se realizan todas las operaciones.

Según la velocidad del aire:Baja velocidad. Cuando la velocidad es menor de 11 m/s.Alta velocidad. Cuando las velocidades están comprendidas entre 11 y 25 m/s.



1.3. CRITERIOS DE ELECCIÓN DE SISTEMAS DE CLIMATIZACIÓN

A l h d l i i t d i di i d

1.3. CRITERIOS DE ELECCIÓN DE SISTEMAS DE CLIMATIZACIÓN

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A la hora de elegir un sistema de aire acondicionado hay que considerar diversos factores:

La eficiencia de la regulación. Se pretende regular laLa eficiencia de la regulación. Se pretende regular la temperatura y la humedad del ambiente. En general, una mejor regulación comporta una instalación de costo más elevadoelevado.La exigencia del cliente que nos encarga el proyecto. El punto de vista del cliente puede ser un elemento a tener

tmuy en cuenta.La división en zonas del ambiente que se desea climatizar. El objetivo es pensar que locales mantienen las mismas j p qcondiciones, actividad, zona perimetral, zona interior… De esta forma seleccionamos las zonas en función de cada grupo de locales. g p



1.4. PRINCIPIOS DE PSICROMETRÍA

El i t fé i t t d l d tit id

1.4. PRINCIPIOS DE PSICROMETRÍA1.4.1. COMPOSICIÓN DEL AIRE

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El aire atmosférico se trata de una mezcla de gases, constituida principalmente por nitrógeno y oxigeno, en la que pueden encontrarse ciertas partículas en suspensión ( pequeñas gotas de agua polvo sustancias contaminantes etc )agua, polvo, sustancias contaminantes, etc.).La densidad, temperatura y composición no son constantes a lo largo de la atmosfera.Los gases componentes de la atmósfera se pueden agrupar en dos categorías:

Los que tienen una concentración invariable en las capas bajas de la atmósfera. N2, O2, Ar, Ne, He y H2.Los que su concentración es variable. El vapor de agua, el C02, y O3.

Desde el punto de vista del aire acondicionado, el componente más Desde el punto de vista del aire acondicionado, el componente más importante es el agua.El agua tiene la propiedad de realizar cambios de estado según la temperatura del aire; la podemos encontrar en los tres estados:temperatura del aire; la podemos encontrar en los tres estados: solido, liquido y gaseoso.




C d l bi d f j tid d

1.4. PRINCIPIOS DE PSICROMETRÍA1.4.1. COMPOSICIÓN DEL AIRE

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Cuando el agua cambia de fase se pone en juego una cantidad enorme de energía, llamada calor latente de vaporización si el agua liquida pasa a vapor o de condensación si el vapor pasa a liquido.D d l d i á i d id l iDesde el punto de vista práctico podemos considerar el aire atmosférico como una mezcla de dos gases, el aire seco y el vapor de agua. El primero con presión constante y el segundo de concentración variableconcentración variable.El término aire húmedo se refiere a una mezcla de aire seco y vapor de agua, en la cual el componente seco se trata como si f tfuera un componente puro. El aire húmedo se encuentra a una presión baja, del orden de la atmosférica, y a una temperatura comprendida entre ‐50°C y +50°C.El comportamiento tanto del aire seco como del vapor de agua es muy próximo al de un gas ideal.y p g



1.4. PRINCIPIOS DE PSICROMETRÍA1.4. PRINCIPIOS DE PSICROMETRÍA1.4.2. EL AIRE TÉCNICO

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El aire técnico es una simplificación del aire atmosférico, consiste en suponer que está formado por aire seco y vapor de agua; una masam de aire húmedo, será la suma de la parte de aire seco,ma ymasa m de aire húmedo, será la suma de la parte de aire seco, ma y

de la de vapor de agua, mw:

m=ma+mw (1)

El aire seco se considera de composición constante: 79% de N2 y

21% O2, con una masa molecular de 28,96 kg/kmol.




S ú l l d D lt l ió d l d

1.4. PRINCIPIOS DE PSICROMETRÍA1.4.3. ECUACIONES DE ESTADO DEL AIRE HÚMEDO

11

Según la ley de Dalton, la presión de una mezcla de gases, que no reaccionan químicamente, es igual a la suma de las presiones parciales que ejercería cada uno de ellos si solo uno ocupase todo el volumen de la mezcla sin cambiar la temperaturael volumen de la mezcla, sin cambiar la temperatura.

P=Pa+Pw (3)Aplicando la ecuación de estado de un gas ideal para el aire seco y aire húmedo obtenemos:

PaV=maR’aT (4)PwV=mwR’wT (5)PwV=mwR wT (5)

Donde R’a= 287,1J/(kgK) y R’w=461,4J/(kg/K).Combinando (4) y (5) obtenemos:

(6)



1.4. PRINCIPIOS DE PSICROMETRÍA1.4. PRINCIPIOS DE PSICROMETRÍA1.4.4. PARÁMETROS CARÁCTERISTICOS DEL AIRE ATMOSFÉRICO

12

Humedad absoluta o especifica, WCociente entre la masa de vapor contenida en el aire y la masa de aire seco.

W=mw/ma (kgw/kga) (7)W=mw/ma (kgw/kga) (7)

Humedad relativa φHumedad relativa, φLa capacidad de disolución del vapor de agua en el aire seco no es muy grande. A partir de cierto punto el aire no admite mas vapor y este condensa, d i h l d l d d ió E l iódecimos que se ha alcanzado el estado de saturación. En este punto la presión parcial del vapor de agua se llama de saturación. La presión de saturación depende de la temperatura, y en consecuencia la capacidad de absorción de

d d l i d d d l t tvapor de agua del aire depende de la temperatura.

La relación entre la presión de saturación y la temperatura se llama curva de tensión de vapor. Esta se puede dar de forma grafica, en tablas o mediante una

óecuación.




13




b l l ó d ó d

1.4. PRINCIPIOS DE PSICROMETRÍA1.4.4. PARÁMETROS CARÁCTERISTICOS DEL AIRE ATMOSFÉRICO

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Las ecuaciones para obtener la relación de presión de vapor‐temperatura son algo extensas; sin embargo podemos utilizar esta simplificación:

Pws(bar)=e^(14 2928‐5291/T(°K)) (8)Pws(bar) e (14,2928 5291/T( K)) (8)

En el CTE se recomienda la utilización de las siguientes expresiones:

Para temperaturas iguales o mayores que 0°C:Para temperaturas iguales o mayores que 0 C:

Pws=610,5exp(17,269t/(237,3+t)) (9)

Para temperaturas menores que 0°C:

Pws=610,5exp(17,269t/(265,5+t)) (10)

Con Pws en kPa y t en °C




h d d l i d fi l i l ió i l d


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La humedad relativa se define como el cociente entre la presión parcial de vapor de agua en el aire y la presión de saturación.

φ =Pw/Pws (11)φ ( )

La humedad relativa indica lo cerca o lejos que estamos del estado de saturación.

Una humedad relativa alta no es indicativa de que el aire tenga mucho vapor de agua, excepto en el caso de que comparemos dos estados de aire húmedo a la misma temperatura.

Punto de rocío, Tr.Se denomina punto de rocío a la temperatura para la cual se alcanza la

ió f i i i óbsaturación tras un enfriamiento isóbaro.

El punto de roció puede obtenerse a partir de las condiciones del aire, pero es más rápido obtenerlo gráficamente a través de un diagrama psicrométrico.




T t T


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Temperatura seca, T.Es la temperatura del aire, prescindiendo de la radiación calorífica de los objetos que rodean ese ambiente y de los efectos de la humedad relativa y de la velocidad del airerelativa y de la velocidad del aire.

Temperatura de saturación adiabática o temperatura termodinámica de bulbo húmedo.

Temperatura que alcanza una masa de aire húmedo cuando se satura adiabáticamente a P cte en contacto con agua.

Temperatura de Bulbo húmedo, Tbh.Temperatura límite de enfriamiento que alcanza una pequeña masa de agua al ponerla en contacto con una masa de aire húmedo infinita a T, P y humedad absolutas constantes.La temperatura de bulbo húmedo no es una propiedad de estado.Para mezclas aire‐vapor de agua en el rango normal de presión y temperatura del aire atmosférico , la temperatura de saturación di báti i d t i l l d b lb hú dadiabática es aproximadamente igual a la de bulbo húmedo.




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Densidad y volumen especifico.La densidad de una masa de aire húmedo es la suma de las densidades del aire seco y humedo:y

ρ=Pa/TR’a + Pw/TR’w (11)

El volumen de aire especifico del aire húmedo se define como el volumen ocupado por el aire húmedo por kilogramo de aire seco:

Ve=R’aT/P‐φPws (12)Ve=R aT/P φPws (12)




Si d i l ió (6) t i té i bt l

1.4. PRINCIPIOS DE PSICROMETRÍA1.4.5. ECUACIÓN FUNDAMENTAL DE LA PSICROMETRÍA

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Si reducimos la ecuación (6) termino a término obtenemos la siguiente expresión:

W=0,622 Pw/Pa (13)Donde 0,622 es el resultado de dividir la constante del aire entre la constante del vapor de agua. Aplicando además la ley de Dalton y la expresión de la humedad relativa la expresión (13) se reduce a:

W=0,622(φPws)/(P‐ φPws) (14)Luego la humedad absoluta es una función entre la humedad relativa la temperatura y la presión Si fijamos la presión como larelativa, la temperatura, y la presión. Si fijamos la presión como la atmosférica esta se reduce a una función de dos variables:

W=W(φ,T)ó d d bl l dLa representación de estas dos variables es lo que denominamos

diagrama psicrométrico.




E l ál l d i di i d tili f t t

1.4. PRINCIPIOS DE PSICROMETRÍA1.4.6. ENTALPIA DEL AIRE HÚMEDO

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En los cálculos de aire acondicionado se utiliza frecuentemente una variable energética, la entalpía, h.La entalpia especifica del aire húmedo se define con respecto al p p pkilogramo de aire seco existente en la mezcla:

(15)La entalpia del aire seco y del aire humedo son respectivamente:

(16)

(17)



1.4. PRINCIPIOS DE PSICROMETRÍA1.4. PRINCIPIOS DE PSICROMETRÍA1.4.7. EL DIAGRAMA PSICROMÉTRICO

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Como hemos visto, el diagrama psicrométrico es la representación de las propiedades del aire húmedo, a una determinada presión total (generalmente la presión atmosférica estándar, 101325 Pa).total (generalmente la presión atmosférica estándar, 101325 Pa).

Existen diversos diagramas del aire húmedo, como los diagramas Carrier, Ashrae o Mollier, que pueden representar las diferentes condiciones y fases del agua en su mezcla o aire seco.




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Diagrama Carrier:Variables independientes: W y T seca.




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Diagrama de Mollier.Variables independientes: W y h (kj/kg as).




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Diagrama Ashrae.Variables independientes: W y h (kj/kg as).




26




Ej l27

1.4. PRINCIPIOS DE PSICROMETRÍA1.4.7. EL DIAGRAMA PSICROMÉTRICO

Ejemplos:Supongamos que la temperatura del aire es de 25°C y la humedad relativa es del 50%. ¿Cuál será la temperatura ¿ phúmeda? ¿Cuánto vale la humedad absoluta?

L t t d l i d 20°C l t tLa temperatura seca del aire es de 20°C y la temperatura húmeda de 15°C. ¿Cuánto vale la humedad relativa?¿Y la humedad absoluta?

Un fancoil impulsa aire por una red de conductos metálicos sin aislar a una temperatura de 10°C Teniendo en cuentasin aislar a una temperatura de 10 C. Teniendo en cuenta que la temperatura estacionaria del local es de 24°C y 50% de Hr, ¿se producirá condensación de vapor de agua en las paredes del conducto de chapa?paredes del conducto de chapa?



1.5. INTRODUCCIÓN AL CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS

(

1.5. INTRODUCCIÓN AL CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS

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Fenómeno que tiende a modificar tanto la temperatura (carga térmica sensible) como la humedad absoluta (carga térmica latente) en un local.latente) en un local.

La carga térmica es el calor por unidad de tiempo que entra o se genera en el local.

Su cálculo permite diseñar los elementos que componen una instalación de refrigeración o acondicionamiento de aire.

A lo largo del año hay situación invierno y situación verano, hay que dimensionar en función de la más desfavorable.

N l t l l l ú i t l dNormalmente se suele calcular únicamente las cargas de refrigeración y suponer las cargas de calefacción menores.



1.5. INTRODUCCIÓN AL CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS1.5. INTRODUCCIÓN AL CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS

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Métodos de Cálculo de la Carga Térmica:



1.6. CONDICIONES EXTERIORES DE PROYECTO.

S d i di i t i d t l


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Se denominan condiciones exteriores de proyecto las que tomamos como fijas y constantes a lo largo del mismo. Para un cálculo tendremos:

La localidad. El lugar geográfico (la localidad) tiene unas condiciones de temperatura y humedad a lo largo del verano.La temperatura seca , temperatura húmeda y velocidad yLa temperatura seca , temperatura húmeda y velocidad y dirección del viento. Utilizaremos los datos del documento reconocido por el IDAE “Guía técnica: Condiciones climáticas exteriores de proyecto”.p yLa hora solar. El cálculo de la carga térmica no es el mismo a diferentes horas del día. Hay que elegir una hora en tiempo solar. Para determinar la radiación incidente se utilizan diversas tablas experimentales derivadas de diferentes métodos de cálculo. La elección de una hora u otra es un proceso iterativo con el fin de obtener la carga térmica mayor. Normalmente elegimos las 15h solar.




C di i t i ú l G í té i “C di i


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Condiciones exteriores según la Guía técnica “Condiciones climáticas exteriores de proyecto”:

Para el cálculo de las cargas térmicas máximas de verano, las temperaturas seca y húmeda coincidente a considerar serán las correspondientes a los siguientes niveles:

TS_0,4 (ºC), THC_0,4 (ºC) para hospitales, clínicas, residencias de i d ál l l i i l é iancianos, centros de cálculo y cualquier otro espacio que el técnico

proyectista considere necesario que tenga este grado de cobertura.TS_1 (ºC), THC_1 (ºC) para todos los tipos de edificios y espacios no mencionados anteriormentemencionados anteriormente.

El nivel percentil indica el tanto por ciento de horas durante los meses de verano (junio, julio, agosto y setiembre) en los que las temperaturas indicadas son superiores a las máximas diarias según registroindicadas son superiores a las máximas diarias según registro documentado. La oscilación térmica diaria de la temperatura (OMD), o también excursión térmica diaria, en °C. Es el valor medio de la diferencia de las excursión térmica diaria, en C. s el valor medio de la diferencia de lastemperaturas máxima y mínima diaria, a lo largo del verano.




C id i d l h l


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Consideraciones de la hora solar.La temperatura exterior de proyecto es fija y viene determinada según tablas (D.R, CTE, UNE, registros g ( , , , gmeteorológicos).La temperatura exterior a secas es la que se utiliza para el cálculo instantáneo de la potencia y varía con la hora Encálculo instantáneo de la potencia y varía con la hora. En las tablas 2a y 2b se indican las correcciones que deben emplearse para la temperatura seca y la temperatura húmeda en función de la hora solarhúmeda en función de la hora solar.A las 15, hora solar, no hay corrección y coinciden la temperatura exterior de proyecto y la temperatura

l bexterior. La norma UNE‐100‐014‐84 regula estos cambios.Ejemplo: Determina la T.exterior seca y húmeda para Murcia, a las 12 hora solar. (Suponer como proyecto unaMurcia, a las 12 hora solar. (Suponer como proyecto una vivienda unifamiliar).



1.6. CONDICIONES EXTERIORES DE PROYECTO.1.6. CONDICIONES EXTERIORES DE PROYECTO.

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1.6. CONDICIONES EXTERIORES DE PROYECTO.1.6. CONDICIONES EXTERIORES DE PROYECTO.

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1.7. CONDICIONES INTERIORES DE PROYECTO1.7. CONDICIONES INTERIORES DE PROYECTO

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Las condiciones interiores están reguladas por la IT 1.1.4.1.2.

En verano, el proyectista deberá elegir una temperatura operativa comprendida entre 23 y 25 °C y una humedad relativa entre el 45 ycomprendida entre 23 y 25 C y una humedad relativa entre el 45 y el 60%.

En invierno, la temperatura entre 21 y 23 °C y una humedad e o, a te pe atu a e t e y 3 y u a u edadrelativa entre el 40 y el 50%.

En la citada IT se menciona la velocidad media admisible del aire, tema que ya hemos comentado en el capitulo 2.



1.7. CONDICIONES INTERIORES DE PROYECTO

Modificación de las condiciones interiores:

1.7. CONDICIONES INTERIORES DE PROYECTO

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Modificación de las condiciones interiores:1. Se limitarán las condiciones de temperatura en el interior de los establecimientos habitables que estén acondicionados situados en los edificios y locales destinados a los siguientes usos:

a. Administrativob. Comercial: tiendas, supermercados, grandes almacenes, centros comerciales y similares.c. Pública concurrencia: Culturales: teatros, cines, auditorios, centros de congresos, salas de exposiciones y similares

Establecimientos de espectáculos públicos y actividades recreativasRestauración: bares restaurantes y cafeteríasRestauración: bares, restaurantes y cafeteríasTransporte de personas: estaciones y aeropuertos

2. Se establecen los siguientes valores límite de las temperaturas del aire para dichos edificios y locales:

L t t d l i l i t l f t d á i 21º C d ll ia. La temperatura del aire en los recintos calefactados no será superior a 21º C, cuando para ello se requiera consumo de energía convencionalb. La temperatura del aire en los recintos refrigerados no será inferior a 26º C, cuando para ello se requiera consumo de energía convencionalc Las condiciones de temperatura anteriores estarán referidas al mantenimiento de una humedad relativac. Las condiciones de temperatura anteriores estarán referidas al mantenimiento de una humedad relativa comprendida entre el 30 por 100 y el 70 por 100.

3. Se establece que los edificios y locales con acceso desde la calle dispondrán de un sistema de cierre de puertas adecuado, con el fin de impedir que éstas permanezcan abiertas permanentemente con el consiguiente despilfarro energético



1.8. CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS INSTANTÁNEAS1.8. CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS INSTANTÁNEAS

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Carga térmica del local.La carga térmica es el calor por unidad de tiempo que, por diferentes conceptos, entra o se genera en un local cuando mantenemos en éste unaconceptos, entra o se genera en un local cuando mantenemos en éste una temperatura inferior a la del exterior y una humedad diferente, generalmente inferior, a la del exterior.

El calor que entra como consecuencia de la diferencia de temperaturas seEl calor que entra como consecuencia de la diferencia de temperaturas se llama calor sensible.

El que entra como consecuencia de la diferencia de humedades, se llama calor latente.

Tanto la carga sensible como la latente se deben a distintos conceptos, que deben calcularse separadamente; estos conceptos diferentes son los p ; psiguientes:



1.8. CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS INSTANTÁNEAS

Carga sensible


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Carga sensible:S1. Calor por unidad de tiempo debido a la radiación solar a través de ventanas, claraboyas o lucernarios.

l d d d d b d l d ó óS2. Calor por unidad de tiempo debido a la radiación y transmisión a través de paredes y techo.S3. Calor por unidad de tiempo debido a la transmisión (sólo transmisión) a través de paredes y techo no exteriorestransmisión) a través de paredes y techo no exteriores.S4. Calor por unidad de tiempo sensible debido al aire de infiltraciones.S5 C l id d d ti ibl d lS5. Calor por unidad de tiempo sensible generado por las personas que ocupan el local.S6. Calor por unidad de tiempo generado por la iluminación del local.

l d d d d á ( )S7. Calor por unidad de tiempo generado por máquinas (si existen) en el interior del local.S8. Cualquier otro que pueda producirseS9. Calor por unidad de tiempo debido a la ventilación del local.




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Carga latente:L1. Calor latente por unidad de tiempo debido al aire de infiltraciones.

L2 Calor latente por unidad de tiempo generado por las personas queL2. Calor latente por unidad de tiempo generado por las personas que ocupan el local.

L3. Calor latente por unidad de tiempo producido por cualquier otra causa.

L4. Calor latente por unidad de tiempo debido al aire de ventilación.

La suma de todas las partidas de calor sensible se denomina carga sensible total y, la suma de todas las latentes, carga latente total.

La suma de las partidas S9 y L4 procedentes del aire exterior de ventilación conforman la carga de ventilación y el resto la carga del l llocal.




40

Cabe destacar dos términos:Ganancia, calor que incide en el local

Carga, calor que incide en el aireCarga, calor 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 deló l l l é éaire de renovación, calor desprendido por los ventiladores, pérdidas térmicas en

conductos.




Aire de entilación


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Aire de ventilación.Para evitar la sensación desagradable que produce el aire viciado, es necesario introducir una cierta cantidad de aire exterior que se llama de ventilación En la práctica esta operación se hace mezclando airede ventilación. En la práctica, esta operación se hace mezclando aire del exterior con aire procedente del local.La cantidad de aire exterior que se utiliza en la mezcla, es el estrictamente necesario para producir una renovación conveniente delestrictamente necesario para producir una renovación conveniente del aire del local. En el RITE viene regulado por la ITE 1.1.4.2.3, en función de un concepto llamado IDA (aire de óptima calidad) definido a partir de:

IDA 1: Aire de óptima calidad: hospitales, clínicas, laboratorios y guarderías.IDA 2: Aire de buena calidad: oficinas, residencias, salas de lectura, museos y similares.IDA 3 Ai d lid d di difi i i l i t tIDA 3: Aire de calidad media: edificios comerciales, cines, teatros, restaurantes, cafeterías y similares.IDA 4: Aire de calidad baja.




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En la tabla se han presentado los valores que se utilizan, como valor mínimo, en dm3/s por persona. Basta multiplicar por el número de personas para tener el caudal de aire de ventilación

Se debe asegurar que la misma cantidad de aire que se extrae de un local sea la que se introduce en concepto de ventilación, ya que de lo contrarió estaremos presurizando el local.




D fi i ió d t


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Definición de conceptos.Para el estudio de las cargas se debe tener en cuenta distintas particiones:p

Local. Los locales son la unidades de superficie mínimas en climatización. Se utilizan únicamente para seleccionar los elementos terminales como difusores, fan‐coil o equipos , q ppartidos.Zona. Es el conjunto de locales servidos por una única máquina. Se denominan cargas simultáneas a la suma de todos los locales en un instante dado. Las zonas se emplean para seleccionar las unidades de tratamiento de aire (UTA), realizando un sistema de climatización de volumen de refrigerante variable (VRV) o temperatura variable (VVT)temperatura variable (VVT)Edificio. Es el conjunto de zonas. Se denomina carga simultánea del edificio a la suma de las cargas de todas las zonas en un instante dado Se utiliza para dimensionar enfriadoras de aguainstante dado. Se utiliza para dimensionar enfriadoras de agua, calderas, bombas de calor, etc.




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Aspectos a considerar.

Cuando se quiere hacer un cálculo de cargas de un ñ l l i bl h ti ió i dpequeño local, es viable hacer una estimación aproximada

mediante la formulación que veremos en las siguientes seccionessecciones.

Sin embargo, cuando el objetivo es realizar el cálculo de cargas de un edificio completo se deberá recurrir a alguno g p gde los programas informáticos existentes que consideren la variación diaria de las condiciones exteriores así como el carácter inercial de las cargas.




C l l d l ibl


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Calculo de la carga sensible.Las partidas que la integran se calculan de la manera siguiente:S1. Calor debido a la radiación a través de 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 ( i t l d t l b t ) P l l t tid h(cristales de ventanas, claraboyas, etc.). Para calcular esta partida, hay que saber la orientación de la ventana.Hay que elegir una hora solar de cálculo, generalmente entre las 12 y las 16 hora solar y un día determinado que generalmente es el 23 delas 16 hora solar, y un día determinado que, generalmente, es el 23 de julio o el 24 de agosto. Con estos datos acudimos a la tabla 4 y obtenemos la radiación solar unitaria, R, en W/m2. Si la ventana tiene marco metálico hay que multiplicar por 1,17 los valores indicados en la y q p p ,tabla (Norte).La hora solar elegida debe ser la misma para el cálculo de toda la carga térmica.




b l l l f d d d l h d


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Deberemos calcular la superficie, S, en metros cuadrados del hueco de la ventana, incluido el marco, no sólo la del vidrio. Deberemos consultar las tablas 5 y 6 por si tuviésemos que aplicar factores de corrección, f, debidos a la utilización de vidrios especiales o persianas. El calor debido a la radiación es sensible y lo llamaremos QSR; valdrá:

QSR = SRf




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49




l d b d l d ó ó é d d


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S2. Calor debido a la radiación y transmisión a través de paredes y techo.

El calor procedente del Sol calienta las paredes exteriores de una ca o p ocede e de So ca e a as pa edes e e o es de u avivienda o local y, luego, este calor revierte al interior. Para calcular esta partida hay que aplicar la fórmula:

Q UA(DTE)QSTR = UA(DTE)

U es el coeficiente de transmisión del cerramiento que estamos considerando: una pared, el techo o el suelo. Se expresa en W/(m2K). p , p /( )

Este calor es sensible y lo llamaremos QSTR , A es la superficie de la pared (si hay una puerta se incluye la puerta) y la DTE quiere decir diferencia de temperaturas equivalente Se trata de un salto térmicodiferencia de temperaturas equivalente. Se trata de un salto térmico corregido para tener en cuenta el efecto de la radiación.




P b l DTE d d l l t bl 7 P tili l


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Para saber la DTE de una pared, se emplea la tabla 7. Para utilizarla 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.

Para saber la DTE 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 techo.La hora solar de proyecto.La hora solar de proyecto.

El valor de la DTE obtenido de las tablas 7 y 8 no es el definitivo. En la tabla 9, en función de la variación o excursión térmica diaria y el salto térmico, se dan unos valores que sumaremos o restaremos, según el signo, al valorse dan unos valores que sumaremos o restaremos, según el signo, al valor de la DTE que hemos obtenido antes. Este nuevo valor es el definitivo.Ejemplo: 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 DTE.con un salto térmico de 7 C y una ET de 14 C. Hallar la DTE.




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l ál l d l f d ó é l l


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Para el cálculo del coeficiente de transmisión térmica, empleamos las directrices del CTE DB‐HE1.




S3. Calor debido a la transmisión (sólo transmisión) a través de


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S3. Ca o deb do a a t a s s ó (só o t a s s ó ) a t a és deparedes y techo no exterioresSi una pared y un techo no son exteriores hay que contarlos aquí. También se incluyen las superficies vidriadas. Incluimos en esta partida:

Paredes interiores.Suelos (siempre son interiores).Techos interiores.Superficies vidriadas y claraboyas.

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:

QST = AUΔT2donde A es la superficie del elemento en m2, U es el coeficiente global

en W/(m2K), At es el salto térmico en °C.Si se trata de una pared o un techo colindante con un local refrigerado, t d t h t Si li d t l lesta pared o techo no se cuenta. Si son colindantes con un local no

refrigerado, el salto térmico que se utiliza se rebaja en 3 °C.




S4 Calor sensible debido al aire de infiltraciones


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S4. Calor sensible debido al aire de infiltracionesEl 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 aireventanas, o bien a través de las fisuras, es inevitable que algo de aire exterior entre en el local. Para valorar la cantidad de aire que entra por las puertas puede utilizarse la tabla 10, teniendo presente que el dato obtenido en esta tabla es por puerta y por persona.Calculamos el caudal total de infiltraciones, V¡:

Vi= valor de la tabla 10 * número de puertas * número de personas

y aplicamos la fórmula:Qsi=0,34 Vi ΔT

siendo: Vi el volumen de infiltración en m3/h; ΔT el salto térmico en °C; Qsi el calor sensible debido a las infiltraciones, que viene dado en W.




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l bl d l l l l


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S5. 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 a e e, deb do a a ac dad que ea a y a que su e pe a u a(unos 37 °C) es mayor que la que debe mantenerse en el local.

Ni el RITE no determina el numero de personas a tener en cuenta en la ió P l ál l d l ió f t docupación. Para el cálculo de la ocupación como factor de carga

térmica contabilizaremos el número medio de personas que lo ocupan, no las personas que pueda haber en un instante determinado.

En la tabla 11 encontramos la información que necesitamos, según la temperatura del local y el tipo de actividad que realice la gente del local. El valor obtenido en la tabla 11, Os, bastará multiplicarlo por ellocal. El valor obtenido en la tabla 11, Os, bastará multiplicarlo por el número de personas del local, n. Esta partida la llamaremos QSP.

QSP =nOs




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l d l l ó d l l l


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S6. Calor generado por la iluminación del local

La iluminación produce calor que hay que tener en cuenta. Si la iluminación es incandescente, se toma directamente la potencia u ac ó es ca desce e, se o a d ec a e e a po e c aeléctrica de iluminación, I, en W.

Si la iluminación es fluorescente, además hay que multiplicar por el f t 1 25 Ll Q t tid ífactor 1,25. Llamaremos QSIL a esta partida; así pues:

Incandescente:

QSIL =IQSIL =I

Fluorescente:

QSIL = 1,25∙ISIL




l d l d d f l l


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En la mayor parte de climatizaciones de viviendas, oficinas o locales similares no encontraremos las partidas S7 (calor generado por máquinas) ni las S8 (cualquier otra fuente de calor no considerada).

En el caso de que hubiese una máquina, la partida S7, que llamaremos QSM, se calcula a partir de la potencia nominal de la máquina, P, en W, multiplicada por 1‐η siendo η el rendimiento de la máquina en tantomultiplicada por 1‐η, siendo η el rendimiento de la máquina en tanto por uno.




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6.1.7.6. Cálculo de la carga sensibleL1. Calor latente debido al aire de infiltraciones

C l i d l d i filt i V bt id ti d l t blCon el mismo caudal de infiltraciones, V,, obtenido a partir de la tabla 10, aplicamos la fórmula:

QLI = 0,83 Vi ΔWQLI ,

siendo Vi el caudal de infiltraciones en m3/h, QLI el calor latente de infiltraciones en W, ΔW la diferencia de las humedades absolutas, en g /Kga del aire exterior del local menos la del interior del localgw/Kga, del aire exterior del local menos la del interior del local.




l l d l l l l


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L2. Calor latente generado por las personas que ocupan el local

Esta partida es muy similar a la S5. En la tabla 11 aparece el dato del calor latente generado por persona, OL. Bastará multiplicar por el ca o a e e ge e ado po pe so a, OL as a á u p ca po enúmero de personas. Esta partida la llamaremos QLP, en W.

QLP = n∙OL

L3 Calor latente producido por cualquier otra causaL3. Calor latente producido por cualquier otra causa

La partida L3, calor latente producido por cualquier otra causa, tiene el mismo significado que la S8.g q




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6.1.7.6. Carga sensible total y carga latente total

La carga sensible total, Qs, será:

Qs = QSR + QSTR + QST + Qsi + QSP + Qsn + QSM

La carga latente total, QL, será:

QL = QLI + QLP




6 1 7 7 Carga debida a la ventilación


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6.1.7.7. Carga debida a la ventilación

S9. Calor sensible procedente del aire de ventilaciónEsta partida la designaremos por Qsv , en W, y se obtiene aplicando la fórmula:

Qsv = 0,34 Vv ΔTDonde: Vv es el caudal volumétrico de ventilación en m3/h , ΔT es el saltoDonde: Vv es el caudal volumétrico de ventilación en m /h , ΔT es el salto térmico .

L4. Calor latente procedente del aire de ventilaciónCa o a e e p ocede e de a e de e ac óEsta partida es la latente correspondiente al aire de ventilación. Se calcula con una fórmula análoga:

QLV = 0,83Vv ΔWQLV 0,83Vv ΔWDonde: QLV es la denominación de esta partida en W, Vv es el caudal de ventilación en m3/h, ΔW es la diferencia de humedades absolutas (exterior menos interior), en gw/kga.




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6.1.7.8. Carga efectiva total.La carga sensible efectiva total será la suma de la carga sensible del local y la carga sensible de ventilaciónlocal y la carga sensible de ventilación.

QSE = QS + QSV

La carga latente efectiva del local será la suma de la carga latente del g glocal y la carga latente de ventilación.

QLE = QSV+QLV




Ejemplo


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Ejemplo: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 En la figura 1 presentamos un plano esquemático del mismo Elde 4 m. En la figura 1 presentamos un plano esquemático del mismo. El local está situado en Murcia. Las paredes S y E dan al exterior. Las paredes N y O son interiores y medianeras con locales no refrigerados. El suelo es medianero con locales refrigerados. El techo es exterior. La composición de las paredes se detalla en la figura 2. En la pared S hay dos ventanas de 10 x 2,5 = 25 m2 cada una, con marco metálico y vidrio absorbente un 60% de la radiación solar. En la pared E hay una ventana de 6 * 2,5 = 15 m2 con el mismo tipo de vidrio y factor de atenuación El coeficiente dem2, con el mismo tipo de vidrio y factor de atenuación. El coeficiente de transmisión del vidrio es de 5,8 W/(m2K). 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.




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1.9. CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS. MÉTODO FUNCIONES DE TRANSFERENCIA1.9. CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS. MÉTODO FUNCIONES DE TRANSFERENCIA

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2. CLIMATIZACIÓN SOLAR

2.1. CÁLCULO DE LA DEMANADA DE ENERGÍA

METODO GRADOS DIA UNE 10002 88

2.1. CÁLCULO DE LA DEMANADA DE ENERGÍA

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METODO GRADOS-DIA UNE 10002-88:

Demanda térmica de refrigeración:g

Q=86400·U·A·GD

Dónde:

Q es la demanda de refrigeración en un mes (J)Q es la demanda de refrigeración en un mes (J).86400 es el numero de segundos en un día.U es la transmitancia térmica media del edificio.A l á t t l d l l t té i d l difi iA es el área total de la envolvente térmica del edificio.GD es el Nº de grados día del mes en base 20/20 (ºC·día). A sustituirpor ΔT de cada una de las partidas.


2. CLIMATIZACIÓN SOLAR

2.1. CÁLCULO DE LA DEMANADA DE ENERGÍA2.1. CÁLCULO DE LA DEMANADA DE ENERGÍA

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Como podemos observar el método de grados día no es un buen método para la obtención de la demanda d f i ió d bid l lde refrigeración debido a las cargas latentes.

La Norma UNE EN ISO 13790:2011 permite el calculo basándose en un método mensual lo que facilita la introducción de datos.

Tanto para el cálculo de la demanda de calefacción, como para la demanda de refrigeración utilizaremos lo dispuesto en la UNE EN 13790.


renovables energia solar tÉrmica ii - … · temperatura y la humedad del ambiente. en general,...

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