Calcular la carga térmica es una habilidad fundamental para los diseñadores y consultores de HVAC. Considere que la refrigeración de espacios se encuentra entre los costos energéticos más altos en los edificios, especialmente durante el verano. Sin embargo, para dimensionar adecuadamente un sistema de refrigeración de espacios, primero debemos saber cuánto calor se debe eliminar; este es precisamente el propósito del cálculo de la carga térmica.
El calor en los edificios puede provenir de fuentes internas, como los aparatos eléctricos, o de fuentes externas, como el sol. Un cálculo de carga térmica considera todas las fuentes presentes y determina su efecto total.
Resumen de las principales fuentes de calor
Si bien hay muchas formas en que se puede generar calor, directa o indirectamente, las siguientes son algunas de las principales fuentes en el interior de los edificios:
1) Ganancia de calor solar: Hay tres formas diferentes en que el calor del sol puede llegar a los espacios interiores: conducción, convección y radiación. La conducción se produce a través de paredes y techos cuando están expuestos a una diferencia de temperatura entre el interior del edificio y el ambiente exterior más cálido. La convección se refiere a la transferencia de calor debido al movimiento masivo de aire caliente del exterior o al movimiento del aire interior entre superficies a diferentes temperaturas. Finalmente, la radiación es una forma directa de transferencia de calor que se produce cuando la luz del sol ingresa a los edificios a través de ventanas u otras superficies transparentes. Tanto la radiación como la convección pueden interactuar con la conducción en las superficies de paredes y techos. Para muchos edificios, el sol es la mayor fuente de calor.
La ganancia de calor solar para una habitación específica depende en gran medida de su dirección o alineación; considere que la posición del sol en el cielo cambia a lo largo del día. Por la mañana, las paredes y ventanas orientadas al este están expuestas a la luz solar directa. Las superficies orientadas al sur están expuestas a la luz solar directa durante el mediodía y las superficies orientadas al oeste durante la tarde. Las paredes orientadas al norte tienen la menor ganancia de calor solar.
Dependiendo de cómo se produzca la ganancia de calor solar, sus efectos pueden sentirse inmediatamente o durante un período de tiempo. Por ejemplo, la entrada de calor solar a través de las ventanas de cristal (radiación) tiene un efecto inmediato. Por otro lado, cuando la ganancia de calor se produce por conducción a través de las paredes, las propias paredes almacenan calor y este continúa liberándose al interior durante la noche.
2) Calor humano: los ocupantes también son una fuente importante de calor dentro de los edificios. Consideremos que un ser humano consume cada día cientos de calorías en forma de alimentos, y parte de esta energía se libera en forma de calor durante los procesos metabólicos. El calor liberado por el ser humano es aún mayor durante las actividades físicas intensas, a través de la transpiración (sudoración).
Consideremos que el efecto de calentamiento de los seres humanos también aumenta dependiendo de la densidad de ocupación. Como resultado, la contribución humana a la carga térmica total puede ser especialmente alta en grandes espacios con aire acondicionado, como salas, auditorios, teatros, cines y aeropuertos.
3) Calor del aire exterior: El aire más cálido del exterior de los espacios acondicionados se denomina aire exterior o aire atmosférico. Debido a su mayor temperatura, el aire exterior tiende a aumentar la temperatura ambiente promedio cuando ingresa a los espacios interiores.
Si bien es normal cierto intercambio de aire cuando las puertas y ventanas están abiertas, el aire exterior también puede ingresar a espacios acondicionados a través de fugas alrededor de puertas, ventanas y otros elementos de la envolvente del edificio. El calor retenido por el aire exterior proviene en gran medida del sol, pero también puede provenir de vehículos u otros edificios.
4) Calor de aparatos eléctricos y electrónicos: Los espacios interiores están llenos de aparatos eléctricos y electrónicos, como lámparas, televisores, cafeteras, calentadores de agua, etc. Estos dispositivos consumen electricidad y liberan algo de calor en espacios con aire acondicionado. Utilice electrodomésticos de bajo consumo para minimizar su efecto calorífico.
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Procedimiento de cálculo de carga térmica.
Para calcular la carga térmica, es necesario realizar un estudio de todas las estancias del edificio e identificar todas las fuentes de calor presentes. Luego, basándose en la carga térmica calculada, el diseñador de HVAC recomienda el tipo de sistema de aire acondicionado adecuado para la aplicación y la capacidad requerida. Este enfoque ayuda a los propietarios a evitar sistemas de gran tamaño que tienen costos iniciales y operativos más altos de lo necesario, así como sistemas de tamaño insuficiente que proporcionan una refrigeración insuficiente.
Calcular la carga de calor es una tarea altamente especializada, compleja y que requiere mucho tiempo y que solo puede realizar un profesional calificado de HVAC. También es un paso muy importante para lograr el rendimiento óptimo del edificio, proporcionando la base para seleccionar un sistema de aire acondicionado del tipo y capacidad adecuados para la aplicación en cuestión: edificio residencial, vestíbulo, auditorio, teatro, cine, aeropuerto, etc.
Si es propietario de una propiedad, tenga en cuenta que los profesionales de HVAC suelen solicitar información adicional, como los planos arquitectónicos del edificio. El procedimiento de cálculo comienza tan pronto como se hayan recopilado todos los datos necesarios. Existen dos métodos posibles para realizar un cálculo de carga térmica: manualmente o mediante software.
Proceso manual: Los datos recogidos en la inspección del edificio y la documentación complementaria se analizan mediante ecuaciones predefinidas y parámetros tabulados. Las ecuaciones exactas y los valores de las tablas a utilizar se determinan en función de la geometría del edificio, los materiales de construcción y los electrodomésticos y sistemas del edificio que se encuentran en su interior. Con base en estos cálculos, el diseñador de HVAC recomienda un sistema de aire acondicionado del tipo y tonelaje apropiados.
Uso de software: hoy en día, la mayoría de los diseñadores de HVAC utilizan software como Trace 700 y HAP (Programa de análisis horario) para realizar cálculos de carga de calor. Esto todavía requiere amplios conocimientos técnicos, pero muchas tareas repetitivas y que consumen mucho tiempo están automatizadas. Simplemente ingrese los datos obtenidos del estudio del edificio, los planos arquitectónicos y otra documentación relevante recopilada. Los cálculos de carga térmica se realizan automáticamente mediante el software, que también recomienda la capacidad requerida del sistema de aire acondicionado, lo que hace que el proceso sea más fácil y rápido.
Se realizan cálculos de carga térmica para todas las áreas del edificio y también se determina la carga total del edificio. Con base en estos cálculos, los diseñadores y consultores de HVAC pueden brindar recomendaciones técnicas para lograr el máximo rendimiento.
Recomendaciones finales
Los servicios de diseño profesionales pueden parecer un gasto, pero en realidad son una inversión. Un sistema HVAC bien diseñado satisface la carga de refrigeración del edificio al que sirve con un coste de propiedad óptimo. Trabajar con profesionales también garantiza el cumplimiento del código y agiliza el papeleo, que puede llevar mucho tiempo en Nueva York.
Si su propiedad tiene un área de cobertura grande, considere la energía solar. Existen excelentes programas de reembolsos en Nueva York y puede reducir el efecto de la calefacción solar mientras obtiene una fuente limpia de electricidad.
Nota del editor: esta publicación se publicó originalmente en 2017 y ha sido reelaborada y actualizada para mayor precisión y exhaustividad.
