 |
| Factor U en W/m2K |
Ver 3ª PARTE
FENESTRACIÓN
Las ventanas y en general cualquier otro elemento de
fenestración con vidrio son el lugar por donde probablemente más energía
estemos perdiendo en un espacio acondicionado para frío o calor. Las ventanas
se compran cuando vamos a acabar la obra y estamos más ajustados de presupuesto
y muchas veces toda la inversión que hayamos hecho para aislar el edificio la
estaremos malgastando. Asimismo, el consumo energético será bastante más
elevado que si tomamos la elección.
Si bien existen muchas herramientas de software orientadas
al cálculo de ganancia y pérdidas de calor por fenestración, la mayoría sólo
son aplicables a proyectos de edificación. Si tenemos que calcular otro tipo de
aplicaciones más especializadas deberemos realizar los cálculos manualmente. Para
espacios con presurización de aire positivo y neutra, la variable principal que
afecta a las cargas de refrigeración es la radiación solar. El efecto de la
radiación solar es especialmente pronunciado e inmediato en superficies no
opacas y expuestas. Para el cálculo de
la ganancia de calor por fenestración se usan las siguientes ecuaciones:
Ganancia de calor solar por haz directo qb:
La ganancia de calor solar difusa qd:
Ganancia de calor conductiva qc:
Ganancia de calor por fenestración total Q:
Donde:
A = Área de ventana, m2
Et,b, Et,d y
Et,r = Irradiancia difusa reflejada en el haz, cielo difuso y difuso
reflejado en el suelo.
SHGC (ϴ) = Coeficiente de ganancia de calor solar del
haz.
Coeficiente de ganancia
de calor solar difusa.
Tin = Temperatura interior, ºC
Tout = Temperatura exterior, ºC
U = Factor U total.
Cálculo de la radiación solar en
cielo despejado
La radiación solar en un día claro se define por el haz y
componentes difusos. El componente directo representa la parte de la radiación
emanando directamente del disco solar, mientras el componente difuso tiene en
cuenta la radiación emanando del resto del cielo. Estos dos componentes se
calculan como:
Donde:
- Eb = Irradiancia normal del haz (medida perpendicularmente a rayos del sol).
- Ed = Irradiancia horizontal difusa (medida en superficie horizontal).
- Eo = Irradiancia normal extraterrestre.
- m = Masa de aire.
- τb y τd = Profundidad óptica del haz y difusa
- ab y ad = Exponentes de masa de aire difusa y del haz
Los valores τb
y τd son específicos
de la localidad, y varían a lo largo del año. Su valores se determinaron en
ASHRAE research Project RP-1453 y están tabulados para el día 21 de cada mes en
todas las localidades.
Los exponentes ab y ad están correlacionados con τb y τd a través de las siguientes relaciones
empíricas:
ab = 1,219 – 0,043 τb – 0,151 τd –
0,204 τb τd
ab = 0,202 – 0,852 τb – 0,007 τd –
0,357 τb τd
Irradiancia solar extraterrestre y constante solar
La constante solar tiene un valor de Esc= 1367
W/m2, y a partir de ella calculamos el flujo radiante extraterrestre
Eo con la siguiente ecuación (n es el día del año):
Masa de aire
La masa de aire relativa m es el ratio de la masa de la
atmósfera en la trayectoria sol/tierra actual a la masa que existiría si el sol
estuviese directamente encima. La masa de aire es una función de la altitud β y
se obtiene a partir de la siguiente ecuación:
Donde β se expresa en grados.
Cálculo de la irradiancia solar en
cielo despejado incidente en la superficie receptora
La irradiancia solar en cielos despejados Et que alcanza la
superficie receptora es la suma de tres componentes: El componente del haz Et,b
originado en el disco solar; el componente difuso Et,d, originado del
disco solar; el componente difuso Et,d, originado del dome del
cielo; y el componente reflejado en el suelo Et,r originado en el
suelo en frente de la superficie receptora. Así:
Et = Et,b
+ Et,d + Et,r
Componente del
haz
El componente del haz se obtiene a partir de la siguiente
relación:
Et,b = Eb
cos ϴ
Donde ϴ es
el ángulo de incidencia. Esta relación es válida cuando cos ϴ > 0; en otro
caso, Et,b = 0.
Componente
difuso
El componente difuso es más difícil de estimar debido a la
naturaleza no isotrópica de la radiación difusa. Para superficies verticales el
ratio Y de irradiancia difusa en cielos despejados en una superficie vertical
respecto a la irradiancia difusa en cielos despejados en la horizontal es una
función simple del ángulo de incidencia ϴ:
Et,d = EdY
Con
Y = max (0,45 , 0,55 + 0,437 cos ϴ
+ 0,313 cos2 ϴ)
Para una superficie no vertical con pendiente Σ, las
siguientes relaciones simplificadas son suficientes para la mayoría de las
aplicaciones.
Et,d = Ed (Y sin Σ + cos Σ) si Σ ≤
90 º
Bibliografía:
- F14. Climatic design information. 2009 Fundamentals. ASHRAE
- F15. Fenestration. 2009 Fundamentals. ASHRAE
- F18. Nonresidential cooling and heating load calculations. 2009 Fundamentals. ASHRAE
0 comentarios:
Publicar un comentario