Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas 1

Transcripción

1 LECCION 2: CARGAS TÉRMICAS 2.1. Introducción. 2.2.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 función de transferencia Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas 1

2 2.1 INTRODUCCIÓN. 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 depende del tipo de instalación utilizada y del rendimiento. CALENER CARGA TÉRMICA: Demanda máxima de energía que hay que aportar. DpClima, Calculaire, Carrier, Programas de empresas. EMISIONES: Impacto medioambiental, normalmente medido como emisiones de CO 2 derivado del consumo energético. Factores de conversión Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas 2

3 2.2 CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS 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 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: CARGAS DE CALEFACCIÓN: ACC Potencia de calentamiento máxima (condiciones más desfavorables de invierno) necesaria para cerrar el balance a de las pérdidas das a través tavésde los cerramientos e y la ventilación. No se tienen en cuenta las ganancias internas, que reducen las necesidades de calefacción. CARGAS DE REFRIGERACIÓN: Potencia de enfriamiento máxima (condiciones más desfavorables de verano), necesaria para vencer todas las ganacias de calor existentes en el edificio, local, etc. Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas 3

4 2.2 CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS 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. Las condiciones interiores se establecen por normativa. Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas 4

5 2.2 CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS CLASIFICACIÓN DE LAS CARGAS TÉMICAS: - Cargas térmicas sensibles: Cuando hay variación de Tª bulbo seco. - 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). Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas 5

6 2.2 CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS Clasificación de las cargas térmicas: 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 interior del edificio. Sensible y latente. Carga térmica de infiltraciones: Es 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 máquinas y equipos que están enfuncionamiento, como por la presencia de las personas que hay en su interior. Sensible y latente. Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas 6

7 2.3 MÉTODOS DE CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS La complejidad depende de si es calefacción o refrigeración: ecisión Pr Método del Balance Térmico Método de Funciones de Transferencia Método ASHRAE Método E20 de Carrier Método de Cargas Instantáneas Complejidad d Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas 7

8 2.3 MÉTODOS DE CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS Método instantáneo: Carga = Ganancia de calor. No considera acumulación de calor. Carga por muros: Q muros = A K T K T Método del balance térmico: Tres mecanismos de transmisión de calor y acumulación. Balance de energía en todos los elementos Ecuaciones acopladas. Pocas simplificaciones i Modelo muy real Mucha precisión. ió Exhaustivos cálculos y datos, se requiere el uso del ordenador. Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas 8

9 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 calor Carga por muros: Q muros = A K DET Método ASHRAE: Similar al E20. Se define una diferencia de temperatura equivalente que tiene en cuenta la radiación solar incidente, la acumulación, etc. Se definen diferencias de temperatura para cargas de refrigeración (CLTD), y factores de carga (CLF). Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas 9

10 2.3 MÉTODOS DE CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS Método de funciones de transferencia: Originario del método de factores respuesta. EJEMPLO: Una ganancia de calor de 1W en cierto momento origina las siguientes cargas en las horas siguientes: Ganancia de calor Carga térmica 1 vatio vatios 0.3 vatios 0.1 vatios 0.1 vatios 0.0 vatios Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas 10

11 2.3 MÉTODOS DE CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS Método de funciones de transferencia: Originario del método de factores respuesta. 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 cedida en el interior a lo largo del tiempo. Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas 11

12 2.3 MÉTODOS DE CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS Método de funciones de transferencia: Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas 12

13 2.4 CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS DE CALEFACCIÓN Procedimiento estimativo: Edificio mal aislado, 1 m 2 tiene una carga de 100 W. Elemento de radiador (100 W) Suelo radiante T suelo = 29 ºC y T op = 21 C (100 W/m 2 ) El más habitual solo tiene en cuenta: Transmisión por las paredes. Pérdidas por ventilación. Las ganancias de calor por personas, motores, etc. no se consideran porque reducen la demanda de energía punta. Las cargas siempre son en condiciones más desfavorables. Cuando haya cargas internas se reducirá el consumo de calefacción. Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas 13

14 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 Qtrans U m A T int Tamb U m 1 j e j 1 h 1 k h Q trans [W]: carga térmica de transmisión U m [W/m 2 K]: Coeficiente global de transferencia de calor A[m 2 ]: Área de transferencia de calor. T int [K]: Tª interior. T amb [K]:Tª ambiente. h int [W/m 2 K]: Coeficiente de transferencia de calor por convección interior h int [W/m 2 K]: Coeficiente de transferencia de calor por convección exterior e [m]: Espesor de capas del muro k[w/mk]: Conductividad térmica int Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas 14 j e

15 2.4 CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS DE CALEFACCIÓN Cargas térmicas de ventilación e infiltraciones: 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 sensible Q vent _ sen V Cp a a a T int T Carga latente Q V h w w vent _ lat Q vent_sen [W]: carga ventilación o infiltración sensible. Q vent_lat [W]: carga ventilación o infiltración latente. V 3 a [m /s]: caudal de aire. ρ a [kg/m 3 ]: densidad del aire. Cp a [J/kgK] calor específico del aire. T int[ [K]: Tª interior. T amb [K]:Tª ambiente. h fg [J/kg]: entalpía cambio fase agua. w int : humedad interior. w amb : humedad ambiente. a a fg int Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas 15 amb amb

16 2.5 CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS DE REFRIGERACIÓN Hay que tener en cuenta todas las contribuciones: Transmisión por las paredes. 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. Cargas térmicas internas. Muchos tipos, dependiendo del local: Personas. Iluminación. Motores, ordenadores, etc Elementos de cocción o generación de vapor Evaporación desde la lámina de agua (piscinas cubiertas) Etc. Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas 16

17 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. Q rad or I or A or f c Q rad [W]: carga térmica por radiación. I or [W/m 2 ]: Irradiaciancia i i solar para una orientación ió A or [m 2 ]: Superficie acristalada en una orientación f c : factor de corrección Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas 17

18 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. Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas 18

19 2.5 CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS DE REFRIGERACIÓN Curvas de demanda: La carga térmica coincidirá con la demanda punta Carga Transmision Ventilacion Internas TOTAL Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Cargas Térmicas 19