Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas 1

LECCION 2: CARGAS TÉRMICAS LECCION 2: CARGAS TÉRMICAS

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2 1 Introducción

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2.1. Introducción.

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2.2.Cálculo de cargas térmicas

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2 3 Método de cálculo de cargas térmicas

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2.3 Método de cálculo de cargas térmicas



2.4 Cálculo de cargas térmicas de calefacción



2 5 Cálculo de cargas térmicas de refrigeración Método de



2.5 Cálculo de cargas térmicas de refrigeración. Método de

función de transferencia



2.1 INTRODUCCIÓN.

CONCEPTOS A TENER EN CUENTA: 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 d d l i d i l ió ili d d l di i CA

depende del tipo de instalación utilizada y del rendimiento. CALENER

CARGA TÉRMICA: Demanda máxima de energía que hay que aportar. CARGA TÉRMICA: Demanda máxima de energía que hay que aportar.

DpClima, Calculaire, Carrier, Programas de empresas.

EMISIONES: Impacto medioambiental, normalmente medido como



2.2 CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS

É

CARGA TÉRMICA: 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 como La carga térmica se utiliza para el dimensionado de las 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:

CA GAS CA ACC Ó i d l i á i

CARGAS DE CALEFACCIÓN: Potencia de calentamiento máxima

(condiciones más desfavorables de invierno) necesaria para cerrar el balance de las pérdidas a través de los cerramientos y la ventilación. No ba a ce de as pé d das a t avés de os ce a e tos y a ve t ac ó . No se tienen en cuenta las ganancias internas, que reducen las necesidades de calefacción.



2.2 CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS

Ñ

CONDICIONES DE DISEÑO: Son las condiciones más desfavorables en

las que se debe calcular la carga térmica.

Se utilizan los índices de percentil para las condiciones exteriores Se utilizan los índices de percentil para las condiciones exteriores.



2.2 CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS

CLASIFICACIÓN DE LAS CARGAS TÉMICAS: CLASIFICACIÓN DE LAS CARGAS TÉMICAS:

- Cargas térmicas sensibles: Cuando hay variación de Tª bulbo seco. - Ganancia o pérdida de calor

- Ganancia o pérdida de calor.

- Cargas térmicas latentes: Debida a cambios de cantidad de vapor de agua en el aire.



2.2 CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS

Clasificación de las cargas térmicas:

l i id

• Cargas térmicas de transmisión: Es la carga SENSIBLE transmitida a

través de los cerramientos de un edificio.

• Cargas térmicas de ventilación: Es la debida a la renovación del aire del

• Cargas térmicas de ventilación: Es la debida a la renovación del aire del

interior del edificio. Sensible y latente.

• Carga térmica de infiltraciones:Carga térmica de infiltraciones: Es la debida al aire que entra a través deEs 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

á i i á f i i l i d

máquinas y equipos que están en funcionamiento, como por la presencia de las personas que hay en su interior. Sensible y latente.

 2.3 MÉTODOS DE CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS

Método del

n

Método del

Balance Térmico

Método de Funciones

eci

sió

n

Método de Funciones

de Transferencia

Método ASHRAE

Pr

Método E20 de Carrier

C

l jid d

Método de Cargas Instantáneas

 2.3 MÉTODOS DE CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS Método instantáneo:

• Carga = Ganancia de calor.

• No considera acumulación de calor. • Carga por muros: QCarga por muros: Q_muros = A·K· A K TT

Método del balance térmico:

• Tres mecanismos de transmisión de calor y acumulación.

Método del balance térmico:

y

• Balance de energía en todos los elementos  Ecuaciones acopladas. P i lifi i  M d l l  M h i ió

• Pocas simplificaciones  Modelo muy real  Mucha precisión. •Exhaustivos cálculos y datos, se requiere el uso del ordenador.

 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 calorIntervienen factores de acumulación de calor • Carga por muros: Q_muros = A·K·DET

S d fi dif i d i l i

•Se define una diferencia de temperatura equivalente que tiene en cuenta la radiación solar incidente, la acumulación, etc.

Mé d ASHRAE

•Similar al E20.

Método ASHRAE:

•

Se definen diferencias de temperatura para cargas de refrigeración

 2.3 MÉTODOS DE CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS Método de funciones de transferencia:

•Originario del método de factores respuesta.

• Una ganancia de calor de 1W en cierto momento origina las EJEMPLO:

• Una ganancia de calor de 1W en cierto momento origina las siguientes cargas en las horas siguientes:

Ganancia de calor Carga térmica

1 ti 0 5 ti 1 vatio 0.5 vatios 0.3 vatios 0 1 vatios 0.1 vatios 0.1 vatios

 2.3 MÉTODOS DE CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS Método de funciones de transferencia:

•Originario del método de factores respuesta.

• Una ganancia de calor de 1W en cierto momento origina las EJEMPLO:

• Una ganancia de calor de 1W en cierto momento origina las siguientes cargas en las horas siguientes:

 2.3 MÉTODOS DE CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS Método de funciones de transferencia:

 2.4 CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS DE CALEFACCIÓN

• Procedimiento estimativo:

•Edificio mal aislado 1 m_{Edificio mal aislado, 1 m tiene una carga de 100 W.}2 _{tiene una carga de 100 W}

•Elemento de radiador (100 W)

S l di T 29 ºC T 21 C (100 W/ 2₎

•Suelo radiante T_suelo = 29 ºC y T_op = 21 C (100 W/m2₎

•El más habitual solo tiene en cuenta: •Transmisión por las paredes.

•Pérdidas por ventilación.p

•Las ganancias de calor por personas, motores, etc. no se consideran porque reducen la demanda de energía punta.

p q g p

 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

1





U_m[W/m2_{K]: Coeficiente global de}

t f i d l

transferencia de calor

A[m2_{]: Área de transferencia de calor.}

T_int[K]: Tª interior.

T_amb[K]:Tª ambiente.

h_int[W/m2_{K]: Coeficiente de transferencia de}

calor por convección interior

h_int[W/m2_{K]: Coeficiente de transferencia de}

 2.4 CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS DE CALEFACCIÓN

• Cargas térmicas de ventilación e infiltraciones: g 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 latente Qvent_lat Vaahfg





Q_{vent_sen}[W]: carga ventilación o infiltración sensible. Q_{vent_lat}[W]: carga ventilación o infiltración latente. V [m3_{/s]: caudal de aire}

V_a[m /s]: caudal de aire.

ρ_a[kg/m3_{]: densidad del aire.}

Cp_a[J/kgK] calor específico del aire. T_intint[K]: Tª interior.[ ]

T_amb[K]:Tª ambiente.

 2.5 CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS DE REFRIGERACIÓN

•Hay que tener en cuenta todas las contribuciones:Hay que tener en cuenta todas las contribuciones: •Transmisión por las paredes.

P d i á ( i )

•Puede ser instantánea (muy poco preciso).

•Factores respuesta o funciones de transferencia (Complicados) •Pérdidas por ventilación. (Similar a las de calefacción)

•Ganancias de radiación. Dependen de la orientación.p

•Cargas térmicas internas. Muchos tipos, dependiendo del local:

•PersonasPersonas.

•Iluminación.

•Motores, ordenadores, etcMotores, ordenadores, etc

 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.





I

A

f

Q

Q_rad[W]: carga térmica por radiación.

I [W/ 2_{] I di i i l i ió}

I_or[W/m2_{]: Irradiaciancia solar para una orientación}

A_or[m2_{]: Superficie acristalada en una orientación}

 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.

 2.5 CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS DE REFRIGERACIÓN

• Curvas de demanda:

• La carga térmica coincidirá con la demanda punta 20000 Carga 10000 15000 5000 10000 Transmision Ventilacion Internas TOTAL 0 0 20 40 60 80 100 120 140 -5000