carga térmica

LECCION 2: CARGAS TÉRMICAS
 2.1.
2 1 Introducción.
Introducción
 2.2.Cálculo de cargas térmicas
 2.3
2 3 Método de cálculo de cargas térmicas
 2.4 Cálculo de cargas térmicas de calefacción
 2.5
2 5 Cálculo de cargas térmicas de refrigeración.
refrigeración Método de
función de transferencia
Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas
1
 2.1 INTRODUCCIÓN.
CONCEPTOS A TENER EN CUENTA:
DEMANDA ENERGÉTICA: Cantidad de energía que hay que aportar
para mantener las condiciones interiores. Depende de las condiciones del
interior, de las variables climáticas, ocupación, etc. LIDER
CONSUMO ENERGÉTICO: Energía consumida para abastecer la
demanda existente. Se suele medir a lo largo de un periodo de tiempo y
d
depende
d del
d l tipo
i de
d instalación
i
l ió utilizada
ili d y del
d l rendimiento.
di i
CALENER
CA
CARGA TÉRMICA: Demanda máxima de energía que hay que aportar.
DpClima, Calculaire, Carrier, Programas de empresas.
EMISIONES: Impacto medioambiental, normalmente medido como
emisiones de CO2 derivado del consumo energético.
F
Factores
dde conversión
ió
Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas
2
 2.2 CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS
CARGA TÉRMICA:
É
Potencia energética máxima demandada que hay que
aportar para mantener las condiciones de los locales, el edificio, etc.
La carga térmica se utiliza para el dimensionado de las instalaciones,
instalaciones como
los sistemas de producción de energía (calor o frío), redes de distribución,
emisores energéticos (radiadores, difusores de aire, fancoils, etc.)
Se dimensiona sobre todo para:
CARGAS
CA
GAS DE CALEFACCIÓN:
CA
ACC Ó
Potencia
i de
d calentamiento
l
i
máxima
á i
(condiciones más desfavorables de invierno) necesaria para cerrar el
balance
ba
a ce de las
as pé
pérdidas
d das a ttravés
avés de los
os ce
cerramientos
a e tos y laa ve
ventilación.
t ac ó . No
se tienen en cuenta las ganancias internas, que reducen las necesidades
de calefacción.
CARGAS DE REFRIGERACIÓN: Potencia de enfriamiento máxima
((condiciones más desfavorables de verano),
), necesaria ppara vencer todas
las ganacias de calor existentes en el edificio, local, etc.
Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas
3
 2.2 CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS
CONDICIONES DE DISEÑO:
Ñ Son las condiciones más desfavorables en
las que se debe calcular la carga térmica.
Se utilizan los índices de percentil para las condiciones exteriores.
exteriores
Las condiciones interiores se establecen por normativa.
Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas
4
 2.2 CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS
CLASIFICACIÓN DE LAS CARGAS TÉMICAS:
- Cargas térmicas sensibles: Cuando hay variación de Tª bulbo seco.
- Ganancia o pérdida de calor.
calor
- Cargas térmicas latentes: Debida a cambios de cantidad de vapor de agua en
el aire.
- Ganancia o pérdida de humedad (vapor de agua).
Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas
5
 2.2 CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS
Clasificación de las cargas térmicas:
• Cargas térmicas de transmisión: Es la
l carga SENSIBLE transmitida
i id a
través de los cerramientos de un edificio.
• Cargas térmicas de ventilación: Es la debida a la renovación del aire del
interior del edificio. Sensible y latente.
• Carga térmica de infiltraciones: Es la debida al aire que entra a través de
los intersticios del edificio. Sensible y latente.
• Carga térmica de radiación: Es la carga sensible debida al paso de la
radiación solar a través de superficies acristaladas. Sensible.
• Carga térmica interna: Es la debida al uso del edificio, tanto por
máquinas
á i
y equipos
i
que están
á en funcionamiento,
f i
i
como por la
l presencia
i de
d
las personas que hay en su interior. Sensible y latente.
Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas
6
 2.3 MÉTODOS DE CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS
La complejidad depende de si es calefacción o refrigeración:
Precisión
n
Método del
Balance Térmico
Método de Funciones
de Transferencia
Método ASHRAE
Método E20 de Carrier
Método de Cargas Instantáneas
C
Complejidad
l jid d
Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas
7
 2.3 MÉTODOS DE CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS
Método instantáneo:
• Carga = Ganancia de calor.
• No considera acumulación de calor.
A·K·T
K T
• Carga por muros: Qmuros = A
Método del balance térmico:
• Tres mecanismos de transmisión de calor y acumulación.
• Balance de energía en todos los elementos  Ecuaciones acopladas.
• Pocas
P
simplificaciones
i lifi i
 Modelo
M d l muy reall  Mucha
M h precisión.
i ió
•Exhaustivos cálculos y datos, se requiere el uso del ordenador.
Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas
8
 2.3 MÉTODOS DE CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS
Método E20 de Carrier:
• Carga calculada en condiciones de referencia (estándar).
• Corrección de la carga para situaciones concretas.
Intervienen factores de acumulación de calor
•Intervienen
• Carga por muros: Qmuros = A·K·DET
•Se
S ddefine
fi una diferencia
dif
i de
d temperatura equivalente
i l
que tiene
i
en cuenta la radiación solar incidente, la acumulación, etc.
Mé d ASHRAE:
Método
ASHRAE
•Similar al E20.
• Se definen diferencias de temperatura para cargas de refrigeración
(CLTD), y factores de carga (CLF).
Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas
9
 2.3 MÉTODOS DE CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS
Método de funciones de transferencia:
•Originario del método de factores respuesta.
EJEMPLO:
• Una ganancia de calor de 1W en cierto momento origina las
siguientes cargas en las horas siguientes:
Ganancia de calor
1 vatio
ti
Carga térmica
00.5
5 vatios
ti
0.3 vatios
0 1 vatios
0.1
0.1 vatios
0.0 vatios
Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas
10
 2.3 MÉTODOS DE CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS
Método de funciones de transferencia:
•Originario del método de factores respuesta.
EJEMPLO:
• Una ganancia de calor de 1W en cierto momento origina las
siguientes cargas en las horas siguientes:
•Se acoplan las ganancias de carga en los cerramiento con la energía
cedida en el interior a lo largo del tiempo.
Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas
11
 2.3 MÉTODOS DE CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS
Método de funciones de transferencia:
Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas
12
 2.4 CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS DE CALEFACCIÓN
• Procedimiento estimativo:
Edificio mal aislado,
aislado 1 m2 tiene una carga de 100 W.
W
•Edificio
•Elemento de radiador (100 W)
•Suelo
S l radiante
di
Tsuelo = 29 ºC y Top = 21 C (100 W/
W/m2)
•El más habitual solo tiene en cuenta:
•Transmisión por las paredes.
•Pérdidas ppor ventilación.
•Las ganancias de calor por personas, motores, etc. no se consideran
porque
p
q reducen la demanda de energía
g ppunta.
•Las cargas siempre son en condiciones más desfavorables. Cuando
haya cargas internas se reducirá el consumo de calefacción.
Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas
13
 2.4 CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS DE CALEFACCIÓN
• Cargas térmicas de transmisión: Es la carga sensible transmitida a
través de los cerramientos de un edificio (suelos, muros, cubiertas,
huecos, medianeras…) . Interior-Exterior
Qtrans  U m ATint  Tamb 
Um 
1
j e
1
1
 j 
hint 1 k j he
Qtrans[W]: carga térmica de transmisión
Um[W/m2K]: Coeficiente global de
t
transferencia
f
i de
d calor
l
A[m2]: Área de transferencia de calor.
Tint[K]: Tª interior.
Tamb[K]:Tª ambiente.
hint[W/m2K]: Coeficiente de transferencia de
calor por convección interior
hint[W/m2K]: Coeficiente de transferencia de
calor por convección exterior
e [m]: Espesor de capas del muro
k[W/mK]: Conductividad térmica
Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas
14
 2.4 CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS DE CALEFACCIÓN
• Cargas
g térmicas de ventilación e infiltraciones: Son las debidas a la
renovación del aire del interior del edificio y al aire que entra a través
de los intersticios del edificio respectivamente. Sensible o latente.
Ventilación natural/forzada
Carga sensible Qvent _ sen  Va  aCpa Tint  Tamb 
Carga latente Qvent _ lat  Va  a h fg wint  wamb 
Qvent_sen[W]: carga ventilación o infiltración sensible.
Qvent_lat[W]: carga ventilación o infiltración latente.
Va[m3/s]: caudal de aire
aire.
ρa[kg/m3]: densidad del aire.
Cpa[J/kgK] calor específico del aire.
] Tª interior.
Tint[[K]:
Tamb[K]:Tª ambiente.
hfg[J/kg]: entalpía cambio fase agua.
wint: humedad interior.
wamb: humedad ambiente.
Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas
15
 2.5 CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS DE REFRIGERACIÓN
•Hay
Hay que tener en cuenta todas las contribuciones:
•Transmisión por las paredes.
•Puede
P d ser iinstantánea
á
(muy
(
poco preciso).
i )
•Factores respuesta o funciones de transferencia (Complicados)
•Pérdidas por ventilación. (Similar a las de calefacción)
p
de la orientación.
•Ganancias de radiación. Dependen
•Cargas térmicas internas. Muchos tipos, dependiendo del local:
•Personas
Personas.
•Iluminación.
•Motores,
Motores, ordenadores, etc
•Elementos de cocción o generación de vapor
p
desde la lámina de agua
g (p
(piscinas cubiertas))
•Evaporación
•Etc.
Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas
16
 2.5 CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS DE REFRIGERACIÓN
• Cargas térmicas de radiación: Es la carga sensible debida al paso de
la radiación solar a través de superficies acristaladas.
• Depende de la posición solar, orientación de las ventanas, transmitancia
de los cristales, etc.
Qrad   I or Aor f c
or
Qrad[W]: carga térmica por radiación.
Ior[W/m
[W/ 2]:
] Irradiaciancia
I di i i solar
l para una orientación
i
ió
Aor[m2]: Superficie acristalada en una orientación
fc: factor de corrección
Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas
17
 2.5 CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS DE REFRIGERACIÓN
• Cargas térmicas internas:
• Dependen del uso del edificio. Normalmente debido a:
• Máquinas, iluminación y equipos.
• Presencia de personas. Afecta el grado de ocupación.
• Pueden ser cargas térmicas sensible o sensible y latentes.
• Se consideran habitualmente ganancias instantáneas.
Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas
18
 2.5 CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS DE REFRIGERACIÓN
• Curvas de demanda:
• La carga térmica coincidirá con la demanda punta
20000
Carga
15000
10000
Transmision
Ventilacion
Internas
5000
TOTAL
0
0
20
40
60
80
100
120
140
-5000
Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas
19