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

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 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:

•  q_el = ganancia de calor, W
• W = Vatios de iluminación totales, W
•  F_ul = Factor de uso de iluminación
•  F_sa = 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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