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LECCION 2: CARGAS TÉRMICAS LECCION 2: CARGAS TÉRMICAS 2 1 Introducción 2.1. Introducción. 2.2.Cálculo de cargas térmicas 2 3 Método de cálculo de cargas térmicas 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 Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas 1

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LECCION 2: CARGAS TÉRMICASLECCION 2: CARGAS TÉRMICAS

2 1 Introducción 2.1. Introducción. 2.2.Cálculo de cargas térmicas 2 3 Método de cálculo de cargas térmicas 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

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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 CAdepende 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 emisiones de CO2 derivado del consumo energético.F d ió

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Factores de conversión

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2.2 CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS

ÉCARGA TÉRMICA: Potencia energética máxima demandada que hay queaportar para mantener las condiciones de los locales, el edificio, etc.

La carga térmica se utiliza para el dimensionado de las instalaciones comoLa carga térmica se utiliza para el dimensionado de las instalaciones, comolos 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 iCARGAS DE CALEFACCIÓN: Potencia de calentamiento máxima(condiciones más desfavorables de invierno) necesaria para cerrar elbalance de las pérdidas a través de los cerramientos y la ventilación. Noba a ce de as pé d das a t avés de os ce a e tos y a ve t ac ó . Nose tienen en cuenta las ganancias internas, que reducen las necesidadesde calefacción.

CARGAS DE REFRIGERACIÓN: Potencia de enfriamiento máxima(condiciones más desfavorables de verano), necesaria para vencer todas

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( ), plas ganacias de calor existentes en el edificio, local, etc.

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2.2 CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS

ÑCONDICIONES DE DISEÑO: Son las condiciones más desfavorables enlas que se debe calcular la carga térmica.

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

Las condiciones interiores se establecen por normativa.

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2.2 CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICASCLASIFICACIÓN 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.- Ganancia o pérdida de humedad (vapor de agua).

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2.2 CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS

Clasificación de las cargas térmicas:

l i id• Cargas térmicas de transmisión: Es la carga SENSIBLE transmitida através 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 delinterior del edificio. Sensible y latente.

• Carga térmica de infiltraciones: Es la debida al aire que entra a través deCarga térmica de infiltraciones: Es la debida al aire que entra a través delos intersticios del edificio. Sensible y latente.

• Carga térmica de radiación: Es la carga sensible debida al paso de laradiación solar a través de superficies acristaladas. Sensible.

• Carga térmica interna: Es la debida al uso del edificio, tanto porá i i á f i i l i dmáquinas y equipos que están en funcionamiento, como por la presencia de

las personas que hay en su interior. Sensible y latente.

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2.3 MÉTODOS DE CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS

Método del

La complejidad depende de si es calefacción o refrigeración:

nMétodo delBalance Térmico

Método de Funciones

ecis

ión Método de Funciones

de TransferenciaMétodo ASHRAE

Pr Método E20 de Carrier

C l jid d

Método de Cargas Instantáneas

Complejidad

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2.3 MÉTODOS DE CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS

Método instantáneo:

• Carga = Ganancia de calor.

• No considera acumulación de calor.

• Carga por muros: Q = A·K·TCarga por muros: Qmuros A K T

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 lM h i ió• Pocas simplificaciones Modelo muy real Mucha precisión.

•Exhaustivos cálculos y datos, se requiere el uso del ordenador.

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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: Qmuros = 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(CLTD), y factores de carga (CLF).

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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 ti1 vatio 0.5 vatios0.3 vatios0 1 vatios0.1 vatios0.1 vatios0.0 vatios

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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:

•Se acoplan las ganancias de carga en los cerramiento con la energía

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cedida en el interior a lo largo del tiempo.

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2.3 MÉTODOS DE CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS

Método de funciones de transferencia:

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2.4 CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS DE CALEFACCIÓN

• Procedimiento estimativo:

•Edificio mal aislado 1 m2 tiene una carga de 100 WEdificio mal aislado, 1 m 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 Tsuelo = 29 ºC y Top = 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 consideranporque reducen la demanda de energía punta.p q g p

•Las cargas siempre son en condiciones más desfavorables. Cuandohaya cargas internas se reducirá el consumo de calefacción.

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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 ambmtrans TTAUQ int

e

j

j

jm

hke

h

U11

1

1int

ejint

Qtrans[W]: carga térmica de transmisiónUm[W/m2K]: Coeficiente global de t f i d ltransferencia de calorA[m2]: Área de transferencia de calor.Tint[K]: Tª interior.Tamb[K]:Tª ambiente.hint[W/m2K]: Coeficiente de transferencia de calor por convección interiorhint[W/m2K]: Coeficiente de transferencia de calor por convección exteriore [m]: Espesor de capas del muro

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k[W/mK]: Conductividad térmica

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2.4 CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS DE CALEFACCIÓN

• Cargas térmicas de ventilación e infiltraciones: Son las debidas a la grenovación 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

ambaaasenvent TTCpVQ int_ Carga sensible

Carga latente ambfgaalatvent wwhVQ int_

Qvent_sen[W]: carga ventilación o infiltración sensible.Qvent_lat[W]: carga ventilación o infiltración latente.V [m3/s]: caudal de aireVa[m /s]: caudal de aire.ρa[kg/m3]: densidad del aire.Cpa[J/kgK] calor específico del aire.Tint[K]: Tª interior.int[ ]Tamb[K]:Tª ambiente.hfg[J/kg]: entalpía cambio fase agua.wint: humedad interior.

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wamb: humedad ambiente.

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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

•Elementos de cocción o generación de vapor

•Evaporación desde la lámina de agua (piscinas cubiertas)

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p g (p )

•Etc.

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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, transmitanciade los cristales, etc.

or

cororrad fAIQor

Qrad[W]: carga térmica por radiación.I [W/ 2] I di i i l i ióIor[W/m2]: Irradiaciancia solar para una orientaciónAor[m2]: Superficie acristalada en una orientaciónfc: factor de corrección

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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.

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2.5 CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS DE REFRIGERACIÓN

• Curvas de demanda: • La carga térmica coincidirá con la demanda punta

20000

Carga

10000

15000

5000

10000Transmision

Ventilacion

Internas

TOTAL

00 20 40 60 80 100 120 140

-5000

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