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Sistemas de Climatización. Balance térmico de verano

Universidad Nacional de Rosario Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura CLIMATIZACIÓN

Departamento de Construcciones Civiles C-15 Cátedra Instalaciones- 1C 2019

Profesor: Mg Ing Marcelo Vega- Ing Claudio Cencín- Ing Rubén Meinero

Confort térmico

❑Es un concepto subjetivo que expresa el bienestar físico y psicológico del individuo cuando las condiciones de temperatura, humedad y movimiento del aire son favorables a la actividad que desarrolla.

❑Según la norma ISO 7730 el confort térmico “es una condición mental en la que se expresa la satisfacción con el ambiente térmico”.

• Universidad Nacional de Rosario Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura CLIMATIZACIÓN

• Departamento de Construcciones Civiles C-15 Cátedra Instalaciones- 1C 2019

• Profesor: Mg Ing Marcelo Vega- Ing Claudio Cencín- Ing Rubén Meinero




Los factores externos (parámetros físicos del ambiente) que debemos tener en cuenta son (+ importantes):- Temperatura

Un ambiente térmico inadecuado provoca reducción de los rendimientos físicos y mentales (menor productividad, mayor agresividad, distracciones, errores, incomodidad x sudar (o tiritar), etc.

- Humedad Relativa – Ruido Ventilación y purificación del aire




La posibilidad de controlar un ambiente se puede conseguir de dos maneras:• Climatización pasiva: Búsqueda del confort empleando medios naturales (diseño

correcto y eficaz de la vivienda, uso de la energía solar, utilización de persianas, materiales aislantes, aleros, etc)

• Climatización activa: Utiliza medios mecánicos para impulsar el aire o el agua de las instalaciones. Si bien es más eficaz es muy agresivo.

ASHARE “ Es un estado del espíritu que refleja satisfacción con el ambiente térmico que rodea a la persona.

ASHARE: American Society of Heatingand Air Conditioning Engineers

❑ El hombre tiene un muy eficaz sistema regulador de temperatura (Termorregulación), para asegurar que la temperatura del centro del cuerpo se mantenga a 37ºC ±1ºC.

❑ Si sube la temperatura del cuerpo sube →vasodilatación y como consecuencia comienza a sudar. Cuadriplica la pérdida de calor del cuerpo

❑ Si la temperatura baja →vasoconstricción y estremecimiento (tiriteo)

❑ Termorregulación del Cuerpo Humano: Metabolismo Basal genera entre 65 y 80 vatios de calor.

❑ La primera condición de confort es la neutralidad térmica, lo que significa que la persona no siente demasiado frío ni calor.

❑ El metabolismo es la fuente de energía del cuerpo, y la cantidad de energía que libera depende de la cantidad de actividad muscular.

❑Se mide en MET, (1 Met= 58.15 W/m2 de superficie del cuerpo), un adulto tiene una superficie de 1.7m2. (±100W)

Valor Clo:

❑ Es una unidad de medida que se define como el aislamiento térmico necesario para mantener a una temperatura estable y cómoda a la piel durante 8 horas, a 20°, en reposo y HR= 50% y sin radiación solar.

❑1 clo =0,155 m2 °C/W)

❑ Una persona desnuda → Clo = 0,0

❑ Un traje comercial típico tiene Clo = 1,0




Disconfort térmico local. Efecto de la distribución de la Temperatura

• Consideraremos cuatro aspectos:

1. Enfriamiento convectivo local causado por una corriente de aire.(Queja más común al hablar sobre el clima interior en los edificios)

2. Enfriamiento o calentamiento de partes del cuerpo por la radiación. Esto es conocido como un problema de asimetría de radiación.

3. Los pies fríos y una cabeza calurosa al mismo tiempo, causado por las grandes diferencias verticales de temperatura del aire.

4. Los pies calientes o fríos, causados por una temperatura del suelo incómoda, es decir una temperatura que contraste demasiado con la temperatura del cuerpo.




Esa ausencia de malestar térmico ocurre cuando el intercambio entre las cargas térmicas, el cuerpo humano y el ambiente se encuentra en equilibrio. - Según la siguiente ecuación (Mondelo, 2001):




𝑴 ±𝑾±𝑹 ± 𝑪 − 𝑬 ± 𝑪𝒓𝒆𝒔 − 𝑬𝒅 ± 𝑪𝒄𝒐𝒏𝒅 ± 𝑪𝒄𝒐𝒏𝒅.𝒄𝒍𝒐 = A

M = Energía metabólica producida por el organismo

W = Trabajo mecánico desarrollado

R = Intercambio de calor por radiación

C = Intercambio de calor por convecciónE = Pérdida de calor por evaporación de sudor

Cres = Intercambio de calor por convección respiratoria

Ed = Pérdida de calor por difusión del vapor

C cond = Intercambio de calor por conducción

C cond.clo = Conducción a través del vestido

A= Pérdida o ganancia de calor por el cuerpo

• En cambio si el resultado arroja

valores distintos de cero, el sujeto

experimenta una sensación de

disconfort.

• Con balance negativo (sensación

de frío), por el contrario, si el

balance es positivo se considera

que el sujeto experimenta una

sensación térmica de calor.




Dentro de esta zona de confort, la mitad de los encuestados se encontraban confortables

Balance Térmico VERANO.

• Es muy importante entender que la idea de establecer las condiciones de confort con gran utilización de energía está directamente relacionada con la falta de consideraciones (malas pautas) de este concepto a la hora de resolver el proyecto y de concretar la obra de arquitectura.

• Por esto queda claro, que se deben aplicar los conocimientos para la optimización de los recursos constructivos con el fin de lograr el menor uso de energía posible conjuntamente con la menor agresión al medio ambiente.- (FTE: FADU – UBA: INSTALACIONES - Cátedra ARQUITECTO GALLO CALDERON - CONFORT- CARGAS TERMICAS – BALANCE TÉRMICO (INVIERNO))







Para el balance térmico entonces nos interesa conocer cuánto calor se gana o se pierde en el

ambiente en estudio.

Dicho calor puede transmitirse a través de tres formas: CONDUCCIÓN, CONVECCIÓN y

RADIACIÓN.

I. Del ambiente:

a. La velocidad relativa del aire

b. La temperatura radiante media de los cerramientos.

Los parámetros que regulan las interacciones

térmicas entre el cuerpo humano y el ambiente

son los siguientes:




II. Del cuerpo humano:

a. Calor generado, igual a la diferencia entre la

actividad metabólica y el trabajo generado.

b. Temperatura de la piel

c. Superficie de la piel

d. Humedad de la piel por difusión de agua desde

los tejidos interiores.

e. Porcentaje de superficie de piel mojada por el

sudor.




III. De la vestimenta

a. Resistencia térmica

b. Resistencia al paso de vapor de agua

c. Temperatura superficial

d. Superficie exterior (o factor de aumento de la superficie de la piel)

e. Emisividad de la superficie exterior.




Para el cálculo de la carga térmica total de refrigeración seguiremos los

procedimientos de la Norma IRAM 11659-1 e IRAM 11659-2.

𝑸𝑹 = 𝑸𝑪 + 𝑸𝒂 + 𝑸𝑺 + 𝑸𝑶

Siendo:

QR = La carga térmica total en refrigeración, en watt;

Qc = la carga térmica por conducción a través de la envolvente, en watt;

Qa= la carga térmica por ventilación, en watt;

Qs = la carga térmica solar, en watt,

Qo = la carga térmica por fuentes internas (personas + equipamiento + iluminación), en watt,




Introducción:




Carga térmica por ventilación 𝑄𝑎, en este término hacemos la abstracción de suponer el

edificio cerrado herméticamente donde un porcentaje del aire interior será renovado por

el equipo de refrigeración para mantener una aceptable calidad de aire interior. Esta

variable depende del tipo e intensidad de actividad que se realice en su interior. Asimismo

debe preverse una renovación de aire natural en el periodo que no se utilice el equipo

para mejorar la calidad del aire interior, para disminuir la acumulación de contaminantes.

Dicho aire que ingresa desde el exterior a una temperatura superior a la temperatura

interior, debe ser filtrado, des humectado y enfriado.

La expresión de cálculo queda definida como:

𝑄𝑎 = 𝐶𝐴𝑅 ( 0.25 𝑥 ∆𝑡 + 0.61 𝑥 ∆𝑤) (4)




𝑄𝑎 = 𝐶𝐴𝑅 ( 0.25 𝑥 ∆𝑡 + 0.61 𝑥 ∆𝑤) (4)

𝑸𝒂 = Carga térmica por ventilación, aportado por el aire exterior (W)

𝐶𝐴𝑅 = Cantidad de aire a renovar en m3/h = 𝑁𝑝𝑒𝑟𝑠 𝑥 𝐶𝑎𝑣𝑝𝑁𝑝𝑒𝑟𝑠 = Cantidad de personas que habitan la vivienda o local (Ver Tabla 8)

𝐶𝑎𝑣𝑝 = Caudal de aire de ventilación por persona (m3/h.pers) (Ver Tabla 10)

∆𝑡 = te – ti

∆𝑤 = 𝑤𝑒 − 𝑤𝑖 = (Humedad específica del aire exterior (g/kg)) – (Humedad específica

del aire interior (g/kg)); del diagrama psicométrico para las mezclas de aire exterior e

interior.




Carga térmica solar 𝑄𝑠, Esta carga considera la fracción de energía solar que atraviesa los

cerramientos no opacos. La cual varía con cada día solar y también a lo largo de los meses

del año. Los vidrios en Argentina, presentan un grado de impurezas que otorga un grado

de transparencia de 0.86. Es decir el 14% será absorbida por el vidrio o reflejada. Para el

factor de exposición solar se toma como referencia un vidrio de 3mm transparente con

Fes= 1 y el resto de los vidrios tendrán Fes menores.

La expresión de cálculo queda definida como:




Carga térmica por fuentes internas 𝑄𝑜, en verano el aporte interno no es despreciable, y en

el caso de una oficina puede llegar a ser el 35% de la carga total, siendo la suma del calor

total de las personas, calor sensible por iluminación, calor sensible por artefactos de oficina

(computadoras, impresoras, etc). El cálculo de la expresión es:

Otras cargas térmicas: se presentan otros aportes internos debido a los conductos tanto

en su aislamiento como en su calidad de construcción (Ver Tabla 2)




DATOS DE PARTIDA:

- Planos del local: planta, sección y fachadas

- Situación, latitud, altura, tipo de atmósfera (industrial, clara, etc)

- Tipo de instalación deseada. - Tipo de construcción, sección de paredes, suelos, techos, etc

- Tipos y características de los cerramientos.

- Uso del local. Condiciones interiores: temperatura y humedad de invierno, verano

- Condición de los locales contiguos

- Densidad de personas - Maquinaria y equipamiento.

- Iluminación instalada y horario de funcionamiento. -Otros aportes (estufas, hornos, etc)

- Fuentes de cargas latentes (baños, duchas y su temperatura)- Horario de funcionamiento

- Condiciones exteriores de base: temperatura y humedad de invierno y verano.

- Grado de tolerancia para la temperatura y humedad interiores. - Renovaciones de aire

necesarias. - Otras observaciones, como sombras de otros edificios, uso de persianas, etc

Con todos estos datos el profesional procederá al cálculo de aportaciones y pérdidas de calor

a compensar.




TABLAS:




Continuación Tabla 5




Nota: Este apunte fue desarrollado fundamentalmente a partir de la Materia de Instalaciones 2/ 2006 de la Cátedra Czajkowski- Gómez UNLP.




ANEXO:Design Strategies




Introducción:



Profesor: Ing. Marcelo Vega- Ing. Claudio Cencín- Ing. Rubén Meinero

Muchas gracias [email protected]

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