Cómo calcular las cargas térmicas

En este blog trataremos de resolver las dudas a la hora de calcular las cargas térmicas de una vivienda, es decir, saber cuál debe ser la potencia de un equipo de calefacción o aire acondicionado. Hay que tener en cuenta que, para realizar estos cálculos de forma profesional, se necesita una cantidad de datos e información bastante importante, y que no todo se basa en los típicos W/m2.

A través del cálculo de cargas térmicas podremos determinar la potencia máxima necesaria, que será el dato que necesitaremos para seleccionar la caldera, bomba de calor,… a instalar en nuestro hogar. Por este motivo, es importante realizar un minucioso cálculo de las necesidades térmicas, para así satisfacer las necesidades y exigencias de confort.

¿Qué tendremos en cuenta para el cálculo de las cargas térmicas?

Cuando se habla de carga térmica sobre un edificio, se entiende que se habla de un fenómeno que tiende a modificar la temperatura interior del aire o su contenido en humedad.

En este sentido, se puede establecer una primera clasificación de las cargas térmicas, según su incidencia:

•  Cargas térmicas sensibles: aquéllas que van a originar una variación en la temperatura del aire.
•  Cargas térmicas latentes: las que van a originar una variación en la humedad absoluta del ambiente, contenido de agua en el aire.

Según su origen:

• Cargas térmicas procedentes del ambiente exterior del edificio: a través de cerramientos; a través de superficies acristaladas, ventanas y claraboyas; introducidas a través de la ventilación; debidas a infiltración.
• Cargas térmicas generadas en el interior del edificio: generadas por las personas; de iluminación; generadas por equipos eléctricos, informáticos…; otras generadas en el interior.

A continuación detallaré los métodos de cálculo tanto para calefacción (invierno) como para refrigeración (verano). Cabe tener en cuenta que a la hora de realizar el cómputo para nuestra vivienda, lo ideal es realizarlo por estancias, es decir, calcular las cargas térmicas de cada estancia por separado.

Cálculo de las cargas térmicas de calefacción:

Para este cálculo contemplaremos la existencia de dos cargas térmicas, la de transmisión de calor a través de los cerramientos hacia los locales no climatizados, o el exterior, y la carga térmica por enfriamiento de los locales por la ventilación e infiltración de aire exterior. La suma de estas dos cargas nos dará la total, así:

La carga térmica por transmisión será:

Qtrans = C0 Ci K S (tinterior – texterior) [kcal/h]

Donde Q es la carga térmica por transmisión,  C0  es el coeficiente de orientación del muro, Ci es el coeficiente de intermitencia de la instalación, K es el coeficiente global de transmisión de calor del muro [kcal/h m2 0C], S es la superficie del muro expuesta a la diferencia de temperaturas en m2, tinterior es la temperatura proyectada en el local calefactado y texterior es la temperatura del exterior o estancia no calefactada.

Cabe tener en cuenta que el coeficiente de orientación C0 es un factor adimensional que se utiliza para tener en cuenta la ausencia de radiación solar, y la presencia de vientos dominantes sobre los muros en función de su orientación. En los muros de separación con otras estancias o en los cerramientos no verticales, este coeficiente no se tiene en cuenta. Los valores habituales para este coeficiente son: 1,15 para orientación Norte, 1 para orientación Sur, 1,10 para orientación Este y 1,05 para orientación Oeste. Para el coeficiente de intermitencia Ci se utiliza habitualmente el valor de 1,10.

La fórmula para la carga térmica por ventilación o infiltración del aire exterior es:

Qvent = V N 0,29 (tinterior – texterior) [kcal/h]

Donde V es el volumen de la estancia a calefactar en m3, N es el número de renovaciones horarias y  0,29 es el calor específico del aire en base al volumen.

El número de renovaciones horarias depende de la ventilación de la estancia, lo mínimo es una renovación por hora, valores habituales son por ejemplo, 1,50 para cocinas y baños, 1,20 para estancias con puertas hacia el exterior y 1,10 para el resto.

Cálculo de cargas térmicas de refrigeración:

En época de verano se preverá la existencia de cargas térmicas sensibles debidas a la diferencia de temperatura y a la radiación térmica, y cargas latentes por aportación de humedad al aire. Por lo tanto:

• Carga térmica sensible por transmisión a través de cerramientos opacos. Para calcularla utilizaremos la fórmula: Q = K S DTE, donde DTE es la diferencia de temperaturas, corregida según la orientación del muro y su peso.
• Carga sensible por transmisión a través de cerramientos traslúcidos. En este caso no se corrige en función de la orientación ya que la radiación solar se cuantifica como carga aparte. La fórmula para este caso es: Q = K S t, donde t es la diferencia de temperaturas entre la cada exterior del cerramiento y la interior.
• Carga térmicas sensible por radiación solar. La radiación solar atraviesa superficies transparentes y traslúcidas y calienta las superficies interiores, por lo que aumenta la temperatura interior de la estancia. Se obtiene a través de la fórmula: Q = S R f, donde R es la radiación solar en kcal/h m2 tabulada para la latitud en la que esté situada la vivienda de cálculo, y f es el factor de corrección de la radiación en función del vidrio.
• Carga térmica sensible por infiltración o ventilación de aire exterior. Se determina a través de la fórmula: Q = V 0,29 t, donde V es el caudal de aire infiltrado o de ventilación, 0,29 es el calor específico del aire y t es la diferencia de temperatura entre el exterior y el interior.
• Carga térmica sensible y latente por ocupación. Se obtiene de multiplicar una valoración del calor sensible emitido por la persona tipo por el número de personas previstas en el estancia. Cabe decir, que la cantidad de calor emitido por persona se extrae de una tabla en la que se tiene en cuenta el tipo de estancia. Datos que se pueden extraer del RITE.
• Carga térmica sensible generadas por la iluminación. En este caso se considera que la potencia de la lámpara se transforma en calor sensible, así para lámparas de descarga Q = Potencia (kW) 860  y para lámparas de descarga Q= 1,25Potencia (kW) 860
• Carga latente por ventilación o infiltración de aire exterior. Se determina con la fórmula: Q = V 0,72 w, donde w es la diferencia de humedad absoluta entre el exterior y el interior y 0,72 es el producto de la densidad del aire por el calor latente de vaporización del agua.

Para obtener la carga térmica total de refrigeración habrá que sumar las diferentes cargas latentes y sensibles expuestas anteriormente.

Con este pequeño manual podrás calcular teniendo en cuenta las tablas y datos que aparecen en el RITE, la carga térmica tanto para verano como para invierno de tu vivienda.

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