Cálculo de la carga térmica en calefacción según el RITE 2.007

La mejor teoría será ir realizando el cálculo de la carga térmica de las distintas estancia de una vivienda, en la que calcularemos la instalación y pérdidas por ventilación que se producirán de acuerdo con lo prescrito por el CTE-HS 3, documento al cual también nos remite el RITE en el caso de ventilación de viviendas.

En los primero cálculos comentaré las fórmulas y valores que iré utilizando, indicando únicamente los resultados en cálculos posteriores.

Comenzaremos calculando los caudales de ventilación de la siguiente vivienda:

Esta vivienda está compuesta por:

  3 dormitorios dobles o de matrimonio.  Un salón comedor.  Cocina de 16,41 m2.  Entrada.  Pasillo-distribuidor.  Dos cuartos de baño.

La vivienda es totalmente exterior, disponiendo de un patio interior cubierto.

La zona norte está situada en la parte superior del dibujo.

Por tanto disponemos de 4 locales de admisión y 3 de extracción.

Calculo de la Ventilación:

Los caudales son los mínimos exigidos por el CTE HS 3. Puedes ver el artículo sobre ventilación en edificios de viviendas también publicado.

Por tanto tenemos un caudal de admisión de 173 m3/h, y un caudal de extracción de 226 m3/h. Lógicamente ambos caudales deberán ser iguales, y teniendo en cuenta que ambos son caudales mínimos deberemos incrementar el menor de ellos.

Caudal de equilibrado de la instalación: 226 – 173 = 53 m3/h.

¿Por donde añadimos el caudal del equilibrado de la instalación de ventilación?

Por el salón de la vivienda, pues aún no disponiendo nada el CTE HS 3 parece lógico equilibrar la instalación añadiendo ese caudal, de equilibrado, al local con mayor probabilidad de producir contaminantes, como el salón, en un caso, o la cocina en el contrario.

Así el caudal introducido en la vivienda será:

Y estos caudales nos producirán unas pérdidas por ventilación que deberemos calcular.

Con el RITE 1.998, se calculaba toda la vivienda (y todas las estancias) para garantizar 1 renovación hora. Ventilación que debía producirse mediante la abertura controlada y periódica de las ventanas.

Veamos la comparativa con el RITE 2.007, en el que se establecen unos caudales mínimos y continuados.

  Para una altura media de la vivienda de 3 m, el volumen de la vivienda será:

111,47 x 3 = 334,41 m3.

Por tanto según el RITE-98, para 1 renovación por hora del aire de la vivienda necesitamos un caudal de:

334,41 m3 x 1 renov/hora = 334,41 m3/h.

Y para el RITE-07, calculada la ventilación según el CTE HS 3 tendremos un caudal de ventilación de 226 m3/h, que ofrece unas renovaciones hora de:

Por tanto, podemos concluir que:

  Las pérdidas calculadas por el RITE 07 serán inferiores, que las establecidas por el RITE 98.

  Normalmente se obtendrán unas renovaciones horarias significativamente inferiores a 1 renov/hora.

  Los caudales, al ser continuos con el RITE 07, provocarán unas pérdidas reales de ventilación mayores, pues con el RITE 98, si no se habrían las ventanas y puertas exteriores para ventilar los recintos, esas pérdidas no se producían, en contraprestación, se empeoraba la calidad del aire interior, aumentaba el riesgo de condensaciones interiores, y por tanto, mayores riesgos de salubridad.

Habrá que tener en cuenta las pérdidas de ventilación que se producen en los locales de admisión de aire.

  Habrá que prestar especial atención a las renovaciones horarias que se producen en el salón, pues es la estancia que tendrá un mayor caudal de aire introducido del exterior, además el sistema de ventilación se equilibrará a través del mismo.

  Los locales de extracción no tendrán pérdidas por ventilación pues el aire que circula a través de ellos ha sido tratado térmicamente en los locales de admisión.

Cálculo de las pérdidas térmicas por ventilación:

Las pérdidas térmicas las podemos calcular como con el RITE-98, pero teniendo en cuenta las nuevas renovaciones horarias del aire interior, según el nuevo RITE y el CTE HS 3.

La expresión para el cálculo de las pérdidas por ventilación es:

Donde:

-      Pventilación, son las pérdidas por ventilación, en Kcal/h, ó, W, según las unidades del Cespecífico.-      Renov/h, son las veces que renovamos el aire interior a la hora. Unidad: 1/hora, ó, hora -1.-      Volumen del recinto a ventilar, expresado en m3.-      Pespecífico del aire, el cual varía en función de la temperatura del mismo (al calentarse el

aire pesa menos). Se puede tomar 1,204 kg/m3, que es peso de 1 m3 de aire a 10 ºC.-      Cespecífico del aire es una constante que vale 0,24 Kcal/kg.ºC, o bien, 0,28 Wh/kg.ºC. Es la

cantidad de energía que necesitamos aportar a 1 kg de aire, para subir su temperatura 1 ºC.

-      Salto térmico, es la diferencia entre la temperatura interior y la temperatura exterior, se expresa en ºC, ó, en kelvin:

Salto Térmico = Tinterior - Texterior

Este salto térmico puede ser positivo o negativo. Para una instalación de calefacción donde Tinterior > Texterior, será positivo y tendremos unas pérdidas con signo positivo.

Las pérdidas por ventilación de toda la vivienda son 1.827 vatios.

También podríamos haber usado una expresión dirécta, sin calcular, las renovaciones horarias (como se hacía con el RITE 98), usando la siguiente fórmula:

P ventilación = Caudal de Aire (m3/h) x Pe (Kg/m3) x Ce (Wh/ºC.Kg) x Salto Térmico (ºC)

Donde el caudal de aire lo obtenemos del resultado tras el equilibrado de la instalación de ventilación según el documento HS-3. O sea, 36 m3/h en dormitorios y 116 m3/h en el salón. Evitamos calcular las renovaciones horarias.

Rejillas de aireación:

El cálculo de las rejillas para garantizar estas ventilaciones es muy sencillo, por lo que lo veremos, aún no necesitándolo para el cálculo de las pérdidas térmicas.

El CTE HS 3 establece que las rejillas de aireación de admisión y extracción se calcularán en función del caudal de admisión y extracción, mediante la siguiente expresión:

Sección(cm2) = 4 x Caudal (l/s)

La instalación tendrá unas rejillas de paso entre los locales de admisión y extracción, a través de los recintos de distribución, las cuales serán el doble, con un mínimo de 70 cm2.

Cálculo de las pérdidas por transmisión:

Las pérdidas por transmisión se calcularán para cada cerramiento, mediante la expresión:

Ptransmisión = Superficie x Transmitancia x Salto térmico

Donde:

-      Ptransmisión del cerramiento vendrán expresadas en Kcal/h, ó, W, según las unidades de la transmitancia.

-      Superficie del cerramiento, en m2.-      Transmitacia del cerramiento, en Kcal/h.m2.ºC.

-      Salto térmico= Tinterior – Texterior, en ºC, ó, kelvin.Los valores de las transmitancias de los cerramientos los tomaremos del proyecto de edificación, o bien, los estimaremos de bases de datos de cerramientos compuestos.

El valor de la temperatura interior lo seleccionaremos entre 21 y 23 ºC, que es el rango que nos determina el RITE para las condiciones de cálculo estándar.

La temperatura exterior del cerramiento será la que exista al otro lado del mismo. Así la temperatura exterior del

muro exterior la obtendremos de la guía de condiciones climáticas, la cual recoge datos procedentes de las 104 estaciones de la Agencia Estatal de Meteorología que tienen registros horarios para un periodo mínimo de 10 años.

En la localidad de Albacete, tenemos varios datos de temperatura:

Tsmin, es la temperatura exterior mínima observada en la localidad en el periodo observado.

Ts99,6 nos ofrece la temperatura de -4,7 ºC para un nivel percentil de 99,6%, que significa que 99,6% de las horas del invierno la temperatura exterior es superior a -4,7 ºC, o sea, que queda un 0,4% de las horas del invierno que podemos tener temperaturas inferiores. Ello es: 24*365*0,4/100=35 h durante la estación del invierno donde la temperatura puede tener otros valores inferiores como: - 5ºC, -5,2ºC, -5,5ºC, o incluso -17ºC. Ese es el margen que cubrimos perfectamente las necesidades de los locales a climatizar, pues no podemos diseñar la instalación de climatización para -17ºC, por qué la temperatura disminuyera hasta este valor por unos minutos. Esta temperatura la seleccionaremos donde queramos dar ese grado de cobertura a la instalación, por ejemplo para: hospitales, centros de la tercera edad, guarderías, y similares.

Ts99, nos ofrece el dato de -3ºC, que será la temperatura normal de diseño para la mayor parte de los edificios, como es el caso de las viviendas.

Este será el dato de temperatura que tomaremos para elegir la temperatura exterior de los cerramientos exteriores (muro exterior): -3ºC.

Si la instalación está en un lugar distinto a Albacete (704 metros sobre el nivel del mar), habrá que ponderar la temperatura exterior en función de la altitud de la población. Temperatura seca: disminución de 1ºC por cada 100 m de diferencia de cota (positiva) con respecto a la ciudad de referencia.

En este caso la población es Mahora que tiene una altitud sobre el nivel del mar de 670 metros, con lo que no hace falta corregir la temperatura exterior, pues la altitud es muy similar.

OMDC, oscilación media diaria (0C) (máxima-mínima diaria) de los días en los que alguna de sus horas están dentro del nivel percentil del 99%. En el caso de Albacete este dato es 15,3 ºC.

HUMcoin, es la humedad relativa media coincidente (%) (se da a la vez que se tiene el nivel percentil del 99% en temperatura seca).

OMA, es la oscilación media anual de temperatura seca (0C). Se define como la diferencia de la temperatura seca con un nivel percentil del 0,4% respecto a la temperatura seca con un 99,6%, es decir:

OMA = TSC (0,4%) – TS (99,6%) = 35,7 – (-4,7) = 40,4ºC

Para extrapolar las condiciones de diseño en función de la hora solar y del mes considerado es de aplicación la norma UNE 100014-1984.

La Guía de condiciones climáticas ofrece datos para cálculos en condiciones estivales, como la TS (0,4%), la temperatura seca para un nivel percentil del 0,4% (sólo un 0,4 % de las horas del verano la temperatura exterior en Albacete es superior a 35,7ºC.

También ofrece datos medios que serán útiles para el cálculo del consumo energético de la instalación:

TA es la temperatura seca media mensual, en ºC.

TAsol es la temperatura seca media en las horas de Sol.

GD15 son grados día de calefacción con base 15/15 en forma mensual. Suma mensual del valor horario de la temperatura seca con respecto a 15ºC dividido por 24 y únicamente contabilizando los valores negativos.

GD20 son grados día de calefacción con base 20/20 en forma mensual. Suma mensual del valor horario de la temperatura seca con respecto a 20ºC dividido por 24 y únicamente contabilizando los valores negativos.

GDR20 son grados día de refrigeración con base 20/20 en forma mensual. Suma mensual del valor horario de la temperatura seca con respecto a 20ºC dividido por 24 y únicamente contabilizando los valores positivos.

Tterr es la temperatura del terreno medida a un nivel de 20 cm. Su valor está relacionado con TA. En el caso de la estación meteorológica de Albacete, no ofrece este dato y lo podemos calcular en función de TA:

Tterr = 0,0068 TA2 + 0,963 TA + 0,6865

Para nuestro caso que la TA media del mes de enero son 4,7ºC, obtendremos una Temperatura del terreno de:

Tterr = 0,0068 x 4,72 + 0,963 x 4,7 + 0,6865 = 5,4 ºC

RADH, es el valor de la radiación media diaria sobre superficie horizontal en forma mensual (kWh/m2).

La temperatura de los locales no calefactados (LNC) la podemos estimar en función de la temperatura exterior realizando la siguiente aproximación:

En resumen, y una vez visto donde podemos obtener el dato de las temperaturas, para este cálculo las temperaturas de diseño serán:

  Temperatura ambiente: 22ºC (escojo una entre 21 y 23 ºC).  Temperatura exterior: -3ºC.  Temperatura del terreno: 5,4ºC.  Temperatura de los Locales No Calefactados (LNC): 8ºC.

Hemos de comenzar el cálculo de las pérdidas por transmisión.

Para una altura de la vivienda de 3 metros se van calculando las perdidas por transmisión. Comencemos por el salón-comedor:

Altura de las ventanas = 1,60 metros. Se considera no sólo la parte acristalada sino la carpintería completa incluida la caja de la persiana.

Así tenemos una pérdidas por transmisión:

Le sumamos las pérdidas por ventilación obtenida anteriormente de 953 W, con lo que tenemos unas pérdidas totales de: 2.300 W.

Es posible un error en los cálculos para evitarlo se deben aplicar unos coeficientes de seguridad que eviten esta posibilidad. Se aplican suplementos por:

o   Orientación. Este suplemento corrige la temperatura exterior según la orientación del recinto, pues no es la misma temperatura exterior en una fachada con orientación norte, o, sur. Se suelen elegir los siguientes suplementos:

o   Por zona exterior al norte: Un 10%.o   Por zona exterior este/oeste: Un 5%.o   Por zona exterior sur, o interior: Un 0%.o   Por intermitencia de uso. Si una instalación no tiene un funcionamiento continuo se debe

aplicar este suplemento para disponer de una potencia adicional que compense el tiempo que la instalación no ha estado en funcionamiento, y poder calentar con rapidez los distintos recintos. Se considera en función del tiempo que ha estado sin funcionar la instalación:

o   Por reducción de temperatura nocturna: Un 5 %.o   Por parada de la instalación de 7 a 9 horas: Un 10 %.o   Por parada de más de 12 horas: A considerar entre un 20 y un 30 %.

o   Por dos, o más cerramientos al exterior. Al tener varios cerramientos al exterior aumenta tanto la superficie como la posibilidad de discontinuidades en los cerramientos exteriores que aumentarán las pérdidas. Para evitar estos posibles efectos se aplica, si hay 2, ó, más cerramientos al exterior:

o   Por dos, o más cerramientos al exterior: Un 10 %.Todos los suplementos a considerar los debe valorar el proyectista, pues son criterios a adoptar para evitar posibles errores, y es responsabilidad del proyectista y diseñador de la instalación aplicarlos correctamente, no estando regulados en el RITE los valores a aplicar.

Si en un recinto hay posibilidad de aplicar 2, ó más suplementos, se sumarán todos los suplementos y se le aplicarán a las pérdidas totales del recinto (pérdidas por transmisión, más pérdidas por ventilación).

En el ejemplo a realizar la fachada norte es la fachada inferior.

Consideraremos que la vivienda es de fines de semana y que precisa un suplemento por intermitencia de uso del 30 %.

Así en este caso habrá que incrementar la potencia:

  Por orientación oeste:  5%.  Por intermitencia de uso: 30%.  Por 2 o más paredes exteriores: 10%.

Total habrá que aumentar la potencia un 45%.

Teníamos unas pérdidas térmicas de 2.300 W, que incrementadas un 45 % nos ofrecen un resultado de 3.335 W.

Potencia a instalar en el salón-comedor: 3.335 W.

Ya podemos hacer el resto de la vivienda:

La entrada tiene una altura de 3 metros, y la puerta tene una altura de 2,5 metros.

Teníamos unas pérdidas por ventilación de 0 W.

Y hemos de considerar los suplementos por:

  Orientación Sur: 0%.  Intermitencia: 30%.

Total a incrementar por suplementos un 30%.

Pérdidas por transmisión:

Que sumadas a las pérdidas por ventilación ofrece un total de 484 W.

Incrementadas un 30%, para aplicar los suplementos, resulta una potencia total a instalar de: 629 W.

Calculo de la carga térmica del dormitorio 2:

El dormitorio 2 tiene una altura entre el suelo y el techo de 4,10 metros.

Le hemos calculado unas pérdidas por ventilación de 291 W.

Consideramos los suplementos por orientación este (la orientación más desfavorable de sus fachadas), 2 paredes al exterior y la intermitencia. Total suplementos un 45 %.

Pérdidas por transmisión:

Que sumadas a las pérdidas por ventilación ofrece un total de 1.184 W.

Incrementadas un 45%, para aplicar los suplementos, resulta una potencia total a instalar de: 1.717 W.

Cálculo de la carga térmica del dormitorio 1:

El dormitorio 2 tiene una altura entre el suelo y el techo de 3 metros.

En el cálculo de la superficie parece que se ha descontado la superficie del armario. Quizá mejor no descontarlo, la diferencia será pequeña en cualquier caso.

Le hemos calculado unas pérdidas por ventilación de 291 W.

Consideramos los suplementos por orientación este y la intermitencia. Total suplementos un 35 %.

Pérdidas por transmisión:

Que sumadas a las pérdidas por ventilación ofrece un total de 831 W.

Incrementadas un 35%, para aplicar los suplementos, resulta una potencia total a instalar de: 1.122 W.

Cálculo del baño 1:

 La altura del baño es 3 metros, y la ventana tiene una altura de 1,10 metros.

El cuarto de baño no tiene pérdidas por ventilación pues el aire ya viene tratado en otras estancias (locales secos).

Puede ser un buen criterio mantener el mínimo establecido en el RITE 98 de considerar un mínimo de 1 renovación hora, en el caso de obtener unas renovaciones inferiores a 1 renovación horaria.

Pérdidas por transmisión:

Que sumadas a las pérdidas por ventilación ofrece un total de 414 W.

Incrementadas un 35%, para aplicar los suplementos, resulta una potencia total a instalar de: 559 W.

Cálculo del baño 2:

El baño 2 tiene su cerramiento superior interior (LNC), en el mismo dispone de una ventana para entrada de luz proveniente del patio interior cubierto.

En cuanto a los suplementos, al ser interior, sólo procede aplicar el suplemento por intermitencia de uso, o sea un 30 %.

Pérdidas por transmisión:

Que sumadas a las pérdidas por ventilación ofrece un total de 370 W.

Incrementadas un 30%, para aplicar los suplementos, resulta una potencia total a instalar de: 481 W.

Cálculo de la cocina:

Sumadas a las pérdidas por ventilación: 0 W (por se un local de extracción), ofrecen un total de 757 W.

Aumentadas un 30 % por intermitencia, resulta una carga total de: 984 W.

Cálculo del dormitorio 3:

Total pérdidas por transmisión 877 W que sumadas a las pérdidas por ventilación de 291 W (dormitorio doble), ofrecen una suma de 1.168.

Hemos de incrementar por suplemento por orientación oeste un 5 % y por intermitencia de uso un 30 %, resultando un suplemento a aplicar del 35 %, que ofrece una carga térmica total de 1.577 W.

Cálculo del pasillo:

Como todos los locales de distribución no tiene pérdidas de ventilación pues el aire viene tratado en los locales de admisión de aire, siendo un local de paso en los que el aire entra a la temperatura de confort, y por tanto su salto térmico es 0ºC. De este modo resulta que las pérdidas son 218 W.

Hemos de aplicar el suplemento por intermitencia de uso del 30 %, resultando una carga total de 283 W.