26 enero 2012

Guía para calcular las cargas interiores en proyectos de calefacción y aire acondicionado (2ª PARTE)



Ver 1ª PARTE

 Efectos del tiempo de demora

La energía que se absorbe por paredes, suelos, equipos, etc., contribuye a la carga de enfriamiento pero tras un tiempo de demora. El cálculo de estos efectos es un desafío principal en las cargas de enfriamiento.

MÉTODOS DE CÁLCULO DE LAS CARGAS DE ENFRIAMIENTO

Presentamos a continuación dos métodos de cálculo, el método de balance térmico (HB) y la serie de tiempo radiante (RTS), que es una simplificación del procedimiento HB.

Todos los inputs de cálculo de carga deben ser exactos, sin usar factores de seguridad. Si se introducen factores de seguridad en múltiples niveles en el cálculo de cargas da como resultado una carga no realista y sobredimensionada.

La variación en los coeficientes de transmisión de calor de materiales de construcción típicos y ensamblajes de compuestos, diferentes formas de hacer edificios, filtraciones no controladas, y la forma como se opera el edificio dan como resultado variables que hacen el cálculo imposible. Incluso si el diseñador usa procedimientos razonables para tener en cuenta estos factores, los cálculos nunca pueden ser más que una buena estimación de la carga actual. Frecuentemente, una carga de enfriamiento debe calcularse antes de que cada parámetro en el espacio acondicionado pueda ser definido apropiadamente o completamente. Un ejemplo es una estimación de la carga de enfriamiento para un nuevo edificio con muchos suelos de espacios sin revestir para particiones detalladas, muebles, iluminación, y una distribución en planta sin definir.

Los espacios perimétricos expuestos a ganancia térmica solar a menudo necesitan enfriamiento durante los momentos de luz solar o después de periodos de no ocupación, cuando los espacios adyacentes se han enfriado por debajo de las temperaturas de diseño de interior. Las cargas de calentamiento implicadas pueden ser estimadas convencionalmente para compensar o prevenir el sobrecalentamiento, pero no tienen relaciones directas a las cargas de calentamiento de diseño del espacio.

El diseño correcto y dimensionado de los sistemas de aire acondicionado requiere más que cálculos de cargas de enfriamiento en el espacio que se acondiciona. Debe evaluarse el tipo de aire acondicionado, la tasa de ventilación, recalentamiento, energía de ventilador, localización del ventilador, pérdidas y ganancias de calor en conductos, pérdidas en conductos, sistemas de iluminación de extracción de calor, tipo de sistema de aire de retorno, y cualquier recuperación de calor sensible o latente. El diseño del sistema y sus componentes requiere que el rendimiento del sistema se analice como procesos psicrométricos.

El diseño del sistema puede considerar cargas sensibles o latentes, y ambos necesitan ser controlados. Cuando en el espacio hay cargas sensibles, lo que suele ser habitual, el aire de suministro de enfriamiento tendrá bastante capacidad para deshumidificar, pero esto es comúnmente permisible.

El cálculo de las cargas de un espacio requiere información detallada del diseño del edificio. Debe recopilarse la siguiente información:

  • Características del edificio: Materiales constructivos, tamaños del componente, colores de superficie externa, y forma.
  • Configuración: Determinar localización del edificio, orientación, y sombreado externo de edificios adyacentes.
  • Condiciones de diseño exterior: Datos climáticos y condiciones de diseño de exterior. Las temperaturas de bulbo seco y húmedo pueden variar considerablemente de datos tradicionales usados en varias áreas.
  • Condiciones de diseño interior: Es la selección de la temperatura del bulbo seco interior, humedad relativa, y tasa de ventilación.
  • Área de fenestración: La fenestración se mide por el factor U y el coeficiente de ganancia solar SHGC

GANANCIAS DE CALOR INTERNAS

Las ganancias de calor internas proceden de personas, iluminación, motores, aparatos, y equipos pueden contribuir a las cargas de enfriamiento en los edificios. Normalmente las encontraremos tabuladas y serán fácilmente cuantificables aunque el proceso es laborioso si queremos hacer un análisis de detalle.

Personas

En la siguiente tabla representamos las tasas a las que el calor sensible y la humedad son emitidos por humanos en diferentes tasas de actividad. En espacios con alta densidad de personas la ganancia de calor latente y sensible comprende una gran fracción de la carga total. Incluso para una ocupación a corto plazo, el calor y humedad sensible introducido por las personas es significativo.


Grado de actividad
Calor total, W
Calor sensible, W
Calor latent, W
%  calor sensible que radia
Hombre adulto
Hombre/mujer ajustado
Baja velocidad aire
Alta velocidad aire
Sentado en un teatro
Teatro, matiné
115
95
65
30


Sentado en un teatro, noche
Teatro, noche
115
105
70
35
60
27
Sentado, trabajo muy ligero
Oficinas, hoteles, apartamentos
130
115
70
45


Trabajo moderadamente activ0
Oficinas, hoteles, apartamentos
140
130
75
55


Parado, trabajo ligero, caminando
Tiendas, venta al menor
160
130
75
55
58
38
Caminando
Droguería, banco
160
145
75
70


Trabajo sedentario
Restaurante
145
160
80
80


Trabajo ligero
Fábrica
235
220
80
140


Baile moderado
Salón de baile
265
250
90
160
49
35
Caminando a 4,8 km/h; trabajo de máquina ligera
Fábrica
295
295
110
185


Bolos
Bolera
440
440
170
255


Trabajo pesado
Fábrica
440
440
170
255
54
19
Máquinas pesadas; elevación
Fábrica
470
470
185
285


Atletismo
Gimnasio
585
525
210
315



Iluminación

La iluminación a menudo es un componente principal de la carga de enfriamiento, por lo que es necesaria una estimación exacta del calor del espacio.

Ganancia de calor instantánea de iluminación

La fuente primaria de calor de de la iluminación procede de los elementos emisores, o lámparas, aunque puede generarse también calor de los balastos y otros accesorios. Generalmente, la tasa instantánea de ganancia de calor sensible ganada de la iluminación eléctrica puede calcularse a partir de la siguiente expresión:

Donde:

  •  qel = ganancia de calor, W
  • W = Vatios de iluminación totales, W
  •  Ful = Factor de uso de iluminación
  •  Fsa = Factor de tolerancia especial de iluminación

Los vatios de iluminación totales se obtienen sumando los vatios de cada carga individual. No se incluyen los balastos, ya que se consideran como un factor separado. Los vatios de un balasto magnético son significativos, pero el consumo de los balastos electrónicos de alta eficiencia puede ser insignificante comparado con el de las lámparas.

El factor de uso de iluminación es el ratio de los vatios en uso, por las condiciones bajo las cuales se hace la estimación de carga. Para aplicaciones comerciales tales como almacenes, el factor de uso es generalmente 1.

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