El cálculo de la carga de calor es una habilidad fundamental para los diseñadores y consultores de HVAC. Tenga en cuenta que la refrigeración de espacios se encuentra entre los mayores gastos de energía en los edificios, especialmente durante el verano. Sin embargo, para dimensionar correctamente un sistema de refrigeración de espacios, primero debemos saber la cantidad de calor que se debe eliminar; este es precisamente el propósito del cálculo de la carga de calor.
El calor en los edificios puede provenir de fuentes internas, como aparatos eléctricos, o de fuentes externas, como el sol. Un cálculo de carga de calor considera todas las fuentes presentes y determina su efecto total.
Resumen de las principales fuentes de calor
Aunque hay muchas formas en las que se puede generar calor, directa o indirectamente, las siguientes son algunas de las principales fuentes en el interior de los edificios:
1) Ganancia de calor solar: Hay tres formas diferentes en las que el calor del sol puede llegar a los espacios interiores: conducción, convección y radiación. Conducción ocurre a través de paredes y techos, ya que están expuestos a una diferencia de temperatura entre el interior del edificio y el ambiente exterior más cálido. Convección se refiere a la transferencia de calor debido al movimiento masivo del aire exterior caliente o al movimiento del aire interior entre superficies a diferentes temperaturas. Finalmente, radiación es una forma directa de transferencia de calor que se produce cuando la luz solar entra en los edificios a través de ventanas u otras superficies transparentes. Tanto la radiación como la convección pueden interactuar con la conducción en las superficies de paredes y techos. Para muchos edificios, el sol es la mayor fuente de calor.
La ganancia de calor solar para una habitación específica depende en gran medida de su dirección o alineación; considere que la posición del sol en el cielo cambia a lo largo del día. Por la mañana, las paredes y ventanas orientadas al este están expuestas a la luz solar directa. Las superficies orientadas al sur están expuestas a la luz solar directa durante el mediodía y las superficies orientadas al oeste durante la tarde. Las paredes orientadas al norte experimentan la menor ganancia de calor solar.
Dependiendo de cómo se produzca la ganancia de calor solar, sus efectos pueden sentirse inmediatamente o durante un período de tiempo. Por ejemplo, el calor solar que entra a través de las ventanas de vidrio (radiación) tiene un efecto inmediato. Por otro lado, cuando la ganancia de calor se produce por conducción a través de las paredes, las propias paredes almacenan calor y se sigue liberando en el interior durante la noche.
2) Calor de los seres humanos: Los ocupantes también son una fuente importante de calor en los interiores de los edificios. Considere que un ser humano consume cientos de calorías cada día en forma de alimento, y parte de esta energía se libera en forma de calor durante los procesos metabólicos. El calor liberado por los humanos es aún mayor durante la actividad física intensa, a través de la transpiración (sudoración).
Tenga en cuenta que el efecto de calentamiento de los humanos también aumenta dependiendo de la densidad de ocupantes. Como resultado, la contribución humana a la carga de calor total puede ser especialmente alta en grandes espacios con aire acondicionado como pasillos, auditorios, teatros, cines y aeropuertos.
3) Calor del aire exterior: El aire más cálido fuera de los espacios acondicionados se llama aire exterior o aire atmosférico. Debido a su temperatura más alta, el aire exterior tiende a aumentar la temperatura ambiente promedio cuando ingresa a espacios interiores.
Aunque algo de intercambio de aire es normal cuando las puertas y ventanas están abiertas, el aire exterior también puede ingresar a espacios acondicionados a través de fugas alrededor de puertas, ventanas y otros elementos de la envolvente del edificio. El calor que retiene el aire exterior proviene en gran parte del sol, pero también puede provenir de vehículos o de otros edificios.
4) Calor de aparatos eléctricos y electrónicos: Los espacios interiores están llenos de aparatos eléctricos y electrónicos como artefactos de iluminación, televisores, cafeteras, calentadores de agua, etc. Estos aparatos consumen electricidad y liberan algo de calor en los espacios con aire acondicionado. Utilice electrodomésticos de bajo consumo para minimizar su efecto de calentamiento.
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Procedimiento de cálculo de la carga de calor
Para el cálculo de la carga de calor, es necesario realizar un estudio de todas las habitaciones del edificio e identificar todas las fuentes de calor presentes. Luego, basándose en la carga de calor calculada, el diseñador de HVAC recomienda el tipo de sistema de aire acondicionado adecuado para la aplicación y su capacidad requerida. Este enfoque ayuda a los propietarios a evitar sistemas de gran tamaño con costos iniciales y de funcionamiento más altos de lo necesario, y también sistemas de tamaño insuficiente que brindan una refrigeración insuficiente.
El cálculo de la carga de calor es una tarea altamente especializada, lenta y compleja que solo puede ser realizada por un profesional calificado en HVAC. También es un paso muy importante para lograr un rendimiento óptimo del edificio, proporcionando la base para seleccionar un sistema de aire acondicionado del tipo y capacidad adecuados para la aplicación en cuestión: edificio residencial, hall, auditorio, teatro, cine, aeropuerto, etc.
Si es propietario de una propiedad, considere que los profesionales de HVAC normalmente solicitan información complementaria, como los planos arquitectónicos del edificio. El procedimiento de cálculo comienza una vez que se han recopilado todos los datos necesarios. Hay dos métodos posibles para realizar un cálculo de carga térmica: manualmente o mediante software.
Proceso manual: Los datos recopilados de la encuesta del edificio y la documentación complementaria se analizan utilizando ecuaciones predefinidas y parámetros tabulados. Las ecuaciones exactas y los valores de la tabla que se utilizarán se determinan en función de la geometría del edificio, los materiales de construcción y los electrodomésticos y sistemas de construcción que se encuentran en el interior. Con base en estos cálculos, el diseñador de HVAC recomienda un sistema de aire acondicionado de un tipo y tonelaje adecuados.
Usando software: Hoy en día, la mayoría de los diseñadores de HVAC utilizan software como Trace 700 y HAP (Programa de análisis por hora) para realizar cálculos de carga térmica. Esto todavía requiere un amplio conocimiento técnico, pero muchas tareas repetitivas y que requieren mucho tiempo están automatizadas. Todo lo que tiene que hacer es ingresar los datos obtenidos del estudio del edificio, los planos arquitectónicos y otra documentación relevante recopilada. El software realiza automáticamente los cálculos de carga de calor y también recomienda la capacidad requerida del sistema de aire acondicionado, lo que hace que el proceso sea más fácil y mucho más rápido.
Los cálculos de carga de calor se realizan para todas las áreas del edificio y también se determina la carga total del edificio. Con base en estos cálculos, los diseñadores y consultores de HVAC pueden proporcionar recomendaciones técnicas para lograr el máximo rendimiento.
Recomendaciones finales
Los servicios de diseño profesional pueden parecer un gasto, pero en realidad son una inversión. Un sistema HVAC bien diseñado satisface la carga de enfriamiento del edificio al que sirve a un costo de propiedad óptimo. Trabajar con profesionales también garantiza el cumplimiento del código y agiliza el papeleo, que puede llevar mucho tiempo en Nueva York.
Si su propiedad tiene un área amplia en la azotea, considere la posibilidad de usar energía solar. Hay excelentes programas de reembolsos en Nueva York y puede reducir el efecto de calentamiento solar mientras obtiene una fuente limpia de electricidad.
Nota del editor: esta publicación se publicó originalmente en 2017 y se ha renovado y actualizado para que sea precisa y completa.