Cálculo de cargas térmicas de climatización
A continuación resumo un método simple para el cálculo de las cargas térmicas de climatización. El método es un extracto del propuesto por el Manual de Aire Acondicionado de Carrier, desarrollado también en el excelente texto de Angel L. Miranda para la enciclopedia de Aire Acondicionado de CEAC.
Como complemento al post, al final del mismo podéis encontrar una hoja de cálculo de Google Sheets en la que se aplica lo expuesto. No obstante, si lo que necesitas es calcular las cargas térmicas para el proyecto de una instalación nueva, lo procedente es que emplees un software de cálculo que aplique un método horario. Si te interesa, tienes a tu disposición el curso de Cálculo de cargas térmicas con Tekton3D en el que te enseño a utilizar uno.
En la época de demanda de frío podemos esperar la existencia de dos tipos de cargas térmicas: sensibles y latentes. Son cargas térmicas sensibles las debidas a la diferencia de temperatura y a la radiación térmica. Por su parte son cargas latentes las debidas a la aportación de humedad al aire.
A continuación hacemos un resumen de las cargas a calcular:
Cargas sensibles
- Transmisión a través de cerramientos opacos
- Transmisión a través de cerramientos traslúcidos
- Radiación solar
- Ventilación / infiltración de aire
- Ocupación del local
- Iluminación
- Maquinaria
Cargas latentes
- Ventilación / infiltración de aire
- Ocupación del local
Vamos a desarrollar el cálculo de cada una de las cargas en el siguiente apartado.
Cargas sensibles
Cargas por transmisión a través de cerramientos opacos
La carga térmica por transmisión se calcula como sigue:
Siendo:
Q: carga térmica por transmisión (W)
U: transmitancia térmica del muro (W/m2 ºC)
A: superficie del muro expuesta a la diferencia de temperaturas (m2)
DTE: diferencia de temperaturas, corregida según la orientación del muro y su peso (Véase Manual de Aire Acondicionado de Carrier, tablas 19 y 20). En caso de no tener acceso a las tablas, puede emplearse el salto térmico Δt.
Cargas por transmisión a través de cerramientos traslucidos
Son cerramientos traslúcidos ventanas, claraboyas y lucernarios. La carga térmica por transmisión a través de cerramientos traslúcidos no se corrige en función de la orientación, dado que la radiación solar se cuantifica como carga aparte. Se obtiene como:
Donde:
Q: carga térmica por transmisión (W)
U: transmitancia térmica del cerramiento (W/m2 ºC)
A: superficie del cerramiento expuesta a la diferencia de temperaturas (m2)
Δt: diferencia de temperaturas entre las caras interior y exterior del cerramiento (ºC)
Cargas térmicas por radiación solar
La radiación solar atraviesa los elementos traslucidos y transparentes e incide sobre las superficies interiores de los locales, calentándolas. Esto incrementa la temperatura del ambiente interior. Las cargas por radiación se obtienen como:
Siendo:
Q: carga térmica por radiación solar (W)
S: superficie traslucida expuesta a la radiación en m2.
R: radiación solar que atraviesa un vidrio sencillo en w/·m2, tabulada para cada latitud.
f: factores de corrección de la radiación en función del tipo de vidrio, efecto de sombras, etc…
En la tabla siguiente se resumen los valores de las máximas aportaciones solares a través de vidrio sencillo (Manual de Aire Acondicionado de Carrier, tabla 6)
En cuanto a los coeficientes de corrección f, los que se aplican habitualmente son el de marco metálico (f = 1,17) y el factor solar del vidrio, que los fabricantes indican en sus fichas técnicas como g. En caso de que queramos aplicar dos coeficientes de corrección, deberemos multiplicarlos.
Carga sensible por ventilación o infiltración de aire exterior
La carga térmica sensible por ventilación o infiltración de aire exterior se determina como sigue:
Donde:
Q: carga térmica sensible por ventilación o infiltración (W)
V: caudal de aire infiltrado o de ventilación (m3/h)
0,34: calor específico del aire en base al volumen (Wh/m3 ºC)
Δt: diferencia de temperatura entre el ambiente exterior y el interior (ºC).
Carga sensible por ocupación del local
Esta carga se determina en multiplicando una valoración del calor sensible emitido por la persona tipo por el número de ocupantes previstos para el local. La cantidad de calor emitido por persona se obtiene de la tabla siguiente, en W por ocupante.
En la hoja de cálculo que he dejado al final aparecen las tablas insertadas en el post.
Cargas generadas por la iluminación del local
Se considerará que la potencia integra de la lámpara se transformará en calor sensible; en el caso de las lámparas de descarga (fluorescentes) se incrementará el valor obtenido en un 25% para tener en cuenta el cebador y el balasto.
Lámparas incandescentes o LED:
Lámparas de descarga:
Donde:
Q: carga térmica por iluminación (W).
Pot: potencia de las lámparas (W).
Cargas generadas por las máquinas presentes en el local
Se considerará que las pérdidas de la maquinaria se transforman íntegramente en calor sensible:
Donde:
Q: carga térmica por maquinaria (W)
η: rendimiento de la máquina, en el caso de dispositivos electrónicos puede considerarse cero. En motores, transformadores y maquinaria en general habrá que determinarlo a partir de la documentación del equipo.
Pot: potencia de la maquinaria (W)
Cargas latentes
Carga latente por ventilación o infiltración de aire exterior
La carga térmica latente por ventilación o infiltración de aire exterior se determina como sigue:
Donde:
Q: carga térmica latente por ventilación o infiltración de aire (w)
V: caudal de aire infiltrado o de ventilación (m3/h)
0,63: producto de la densidad estándar del aire (1,2 kg/m3) por el calor latente de vaporización del agua (0,52 Wh/g)
Δw: diferencia de humedad absoluta entre el ambiente exterior y el interior (ºC)
Carga latente por ocupación del local
Esta carga se determina en multiplicando una valoración del calor latente emitido por la persona tipo por el número de ocupantes previstos para el local. La cantidad de calor emitido por persona se obtiene de la tabla que aparece en el apartado donde se describe la Carga sensible por ocupación del local.
Hoja de cálculo de cargas térmicas de climatización
A continuación os dejo una hoja de cálculo para las cargas térmicas de climatización.
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Tened en cuenta que para la justificación de las cargas térmicas en proyecto es necesario aplicar un método horario. Si buscáis un software gratuito que haga cálculo horario, podéis probar Clima de Atecyr. Si preferís herramientas más avanzadas, os aconsejo CLwin de iMventa Ingenieros, o HAP de Carrier.
HOLA NECESITO UN PROGRAMA DE CALCULO DE CARGAS FIABLE
GRACIAS
Hola José Luis,
Si buscas una solución gratuita, puedes probar los siguientes:
– Clima (antiguamente llamado vpClima) de Atecyr http://www.calculaconatecyr.com/vpclima.php
– Cypetherm Loads (https://bimserver.center/es/store/cypetherm_loads)
Como solución de pago, solo te haré una recomendación, el software de iMventa Ingenieros, que puedes encontrar en https://www.imventa.com/
Dentro de iMventa encuentras dos opciones: CLwin (software 2D en el que introduces los cerramientos como en Lider y dibujas en CAD basándote en el plano del edificio) y Tekton3D en el que debes hacer un modelado tridimensional del edificio. El primero es más fácil de aprender y el segundo permite exportar el modelo a HULC o a IFC (para importar a REVIT y similares).
Un cordial saludo.
También puedes descargarte cypeloads junto con ifc builder. Es gratuito
Hola, buen artículo. ¿Esta forma de hacer el cálculo («Cargas instantáneas») está «aceptado» por el sector y la normativa actual?
Es decir, si tengo que presentar un proyecto a un cliente y he realizado la previsión de cargas térmicas así ¿dimensionaré bien un equipo? ¿quedaré bien ante los ojos de alguien que tenga ciertos conocimientos del tema?…
Yo nunca he utilizado algún SW para diseño cargas…
Estoy valorando las alternativas gratuitas que has descrito y otras como «Revit»; ¿Le conoces? ¿Qué opinión tienes de él?
Muchas gracias. Un saludo.
Hola Javier,
Está plenamente aceptado. De hecho es una variante del método propuesto por CARRIER en su enciclopedia de la climatización.
Yo he utilizado hojas de Excel en casi todos mis proyectos sencillos, y si está utilizada con criterio, el resultado es bueno.
A día de hoy, dado el estado de la técnica, procede irse ya adaptando a otro tipo de herramientas, que realicen simulaciones horarias, como Clima de Atecyr, Cypetherm Loads, dmELECT o HAP de Carrier. REVIT es potente, pero con una curva de aprendizaje difícil, si acostumbras a trabajar en proyectos grandes colaborando con otros estudios, creo que deberías formarte en REVIT, si no con las opciones gratuitas tendrás suficiente.
Un cordial saludo.
Hola buenas,
Tengo algunas dudas respecto al excel.
Al introducir los cerramientos, ¿hay que poner suelo y techo?
¿Dónde se introducen los datos respectivos a la orientación?
¿Cómo se vinculan los huecos a su cerramiento correspondiente?
Hola Maite:
– Hay que poner el suelo y el techo si están en contacto con el exterior, con locales no climatizados, con un espacio en la cubierta en contacto con el exterior o con el terreno. Es decir si se prevé que la temperatura al otro lado del cerramiento sea menor.
– Este hoja de Excel seguía una norma UNE (modificada) cuyo anexo nacional no tenía en cuenta coeficientes de orientaciones, no aparecen en la hoja. Los tradicionales para España son S:1, N:1,15, E:1,10, W:1,05. Puedes introducirlos tú.
– No hay vinculación automática, tienes que restar tú la superficie a mano.
Un cordial saludo.
Hola, de donde puedo sacar los valores de humedad absoluta, para el calculo de carga latente por ventilación? Gracias
Hola Ángel, la forma más sencilla es, conocidas la humedad relativa y la temperatura seca del aire, usar el diagrama psicrométrico.
Humedad relativa y temperatura absoluta vienen dadas por las condiciones de proyecto.
También puedes emplear la metodología expuesta en esta página, que te permite hacerlo con una hoja de cálculo.
https://www.ingenierosindustriales.com/obtencion-de-las-propiedades-del-aire-humedo-con-una-hoja-de-calculo/
Espero que te haya resultado útil.
Un cordial saludo.
Buenas, tengo una duda con respecto al caudal de sobrepresión y la hoja de cálculo de carga térmica existente en el Carrier. Si por ejemplo mi caudal de sobrepresión es alto y no es necesario compensar las infiltraciones, aún asi debo tomarlo en cuenta y utilizar la diferencia entre los gastos de ventilación e infiltración?
Hablo específicamente de una ecuación que aparece en la hoja de cálculo al inicio del libro. Donde se menciona una Nota 4 que dice textualmente: «Si no es necesario compensar las infiltraciones y si el gasto necesario para la ventilación es menor que el de infiltración, se tomará la diferencia entre los dos gastos»
La ecuación es de infilltracion: Nota 4 (m3/h) x Nota 1 (Delta de temperaturas) x 0,3.
En el caso de mi proyecto, el caudal de sobrepresión es muy alto debido al bajo numero de puertas y ventanas.
Muchas gracias.
Hola Víctor,
He estado viendo lo que dices, y la verdad es que la NOTA 4 no parece tener mucho sentido.
En cualquier caso, parece harto improbable que el caudal de infiltración pueda ser mayor que el caudal de ventilación en un local nuevo, salvo un recibidor muy expuesto al viento, en cuyo caso habrá que proteger la puerta con cortavientos o cortinas de aire.
Personalmente, en el cálculo de cargas térmicas no tengo en cuenta el caudal de infiltración, siempre que tenga ventilación mecánica.
Fíjate que en el capítulo 6 de la parte 1 tienes desarrollado el cálculo de caudales.
Un cordial saludo.
Por cierto, la fórmula que dices es la genérica del aire:
El calor específico del aire es 0,24 kcal/(kg·K), si lo multiplicamos por 1,2 kg/m3 (densidad estándar) obtenemos 0,288 kcal/(m3·K)
Así tendremos que la carga térmica Q (kcal/h) para calentar o enfriar un caudal V (m3/h) de aire sometido a un salto térmico DT (ºC) será:
Q = V · 0,3 · DT
Si multiplicamos por 1,16 la carga térmica nos sale en Vatios:
Q[W] = V · 0,34 · DT
Esto vale para aire inflitrado o de ventilación, y en el caso del verano, indica la potencia térmica que tendrá que compensar el sistema de climatización por el hecho de que el aire exterior que entra al local esté más caliente que el aire interior.
Un cordial saludo.
Hola, me parece muy interesante lo que corresponde a calculo térmico, por ende, quisiera consultar si poseen alguna planilla excel de calculo térmico, aparte de la entregada por Atecyr, se los agradecería enormemente
Hola donde puedo ver algun ejemplo de calculo de Aire acondicionado.
Hola, dispones de una tabla referencia de la disipación de calor para perros, gatos, etc?
Pues me temo que no!
Pero puedes encontrar algo aquí:
https://www.engineeringtoolbox.com/animals-heat-emissions-d_1578.html
A ver si tienes suerte.
Buenas tardes. Estoy haciendo mi TFG, que es calificar energéticamente un instituto. Para lo que primero tengo que calcular las cargas térmicas (con el Clima_V2) y me ha surgido una duda.
Dentro del centro educativo hay zonas no calefactadas, como almacenes o cuartos de limpieza. Mi tutor me ha dicho que debo considerarlas como zonas no calefactadas, en las que en invierno debe de haber más de 5 grados y en verano menos de 8. Pero no se como introducir eso con este programa, se me ha ocurrido ponerlo como pared de medianería, pero no se si eso sería lo más correcto.
Muchas gracias.
Buenos días, una sala técnica donde se alojaran equipos de telecomunicaciones y un SAI en un edificio de publica concurrencia esta sujeta a cumplir el RITE¿? se prevé que la ocupación será nula
Gracias
Hola Agni,
El ámbito de aplicación del RITE se restringe al bienestar térmico e higiene de las personas. No siendo el caso, no aplica el RITE.
Tendrás que aplicar solo el RSF.
Un saludo.
Hola Bruno.
Muy interesante la herramienta.
Tengo dudas respecto a lo siguiente:
1. Hay diferencia entre la transmitancia Ui y Uv.
2. En la parte de calefaccion que es el Co y Ci.
3. El factor R y f es siempre constante, de que depende
Gracias por tu apoyo.
Hola Juan,
1. Hay diferencias cuando el flujo de calor es ascendente o descendente (suelo o techo). Está relacionado con los movimientos del aire por convección.
2. Co coeficiente de orientaciones (Tradicionalmente: N: 1,15; E: 1,10; O: 1,10; S:1) aplicado a las cargas de invierno.
Ci coeficiente de intermitencia, normalmente 1,15 para valorar que la calefacción se apaga periodicamente.
3. R depende de la orientación, la latitud, la fecha y la hora del día. Se define como radiación solar sobre vidrio sencillo. Esta tabulada, en la siguiente entrada puedes encontrar una tabla con sus valores máximos:
https://www.ingenierosindustriales.com/calculo-de-cargas-termicas-de-climatizacion/
f (ahora más conocido como g) depende de la naturaleza del vidrio, es un dato aportado por el fabricante. Puedes encontrar como obtenerlo en la siguiente entrada:
https://www.ingenierosindustriales.com/videotutorial/obtencion-de-las-propiedades-energeticas-de-un-vidrio-con-calumenlive/
Gracias a ti por tu apoyo.
Un saludo.
Hola Bruno.
En la tabla de calculo de cargas termicas puedo calcular la capacidad requerida para la climatización de una zona especifica. Sin embargo, como puedo calcular las cfm que se requieren para asegurar que mi sistema de climatización cumpla los requisitos del calculo de cargas térmicas.
¡Hola Juan!
El enfoque más rápido es escoger un equipo que sea capaz de tratar la carga térmica, y comprobar el caudal con el que trabaja. Fíjate en la carga sensible que tu tienes y en la que es capaz de tratar el equipo, y después mira en el catálogo del fabricante el caudal.
Si quieres una solución detallada necesitas aplicar psicrometría. Si conoces el estado del aire a la entrada del equipo de tratamiento de aire y el estado deseado, puedes estimar el caudal másico como:
m = Q / (h1 – h2)
Donde m es el caudal másico [kg/s], Q la carga térmica [kW], y h la entalpía del aire en los estados inicial y final [kJ/kg]
Para pasar caudal másico a volumétrico usas la densidad, cuyo valor estándar es de 1.2 kg/m3.
Si quieres trabajar con temperaturas en lugar de entalpías, necesitas el factor de baipás de la batería, que es un número adimensional comprendido entre 0.12 y 0.20 y que debería darte el fabricante (nunca se me ha dado el caso).
La fórmula pasaría a ser:
m = Qs / [Ce·(ts – tb)·(1-FB)]
Donde Qs es la carga sensible [kW], Ce el calor específico del aire [1.012 kJ/kg·K], ts la temperatura del aire a la entrada, tb la temperatura media de la batería y FB el factor de baipás.
Saludos.
Muchas gracias Bruno!
Hola Bruno,
estoy con el cálculo de climatización y ventilación para un gimnasio.
Para el cálculo de la ocupación tenemos la ocupación calculada según DB SI pero pienso que se sobredimensiona la instalación.
¿que opininas?
¿cómo lo plantearias tu?
Gracias
José Antonio
Hola José Antonio,
Tienes razón al pensar que la ocupación que da el SI en ocasiones resulta excesiva. Esa ocupación es obligatoria para el dimensionamiento de los medios de evacuación, pero no veo porque deba condicionar la climatización.
Si tienes información que te permita racionalizar el número de ocupantes, lo haría. Por ejemplo, contabilizaría el número de máquinas del gimnasio y en los locales diáfanos asignaría ocupación en función de un ratio de superficie por ocupante, en base a la información que te den los propietarios del gimnasio.
Yo personalmente lo enfocaría de este modo.
Un abrazo.
Para las cargas de calefaccion, perdidas por ventilacion el V en m3/h viene dado por la ventilacion mecanica? Y seria la diferencia de CFM entre inyeccion y extraccion?
Hola Pablo:
La carga vendría dada por la ventilación mecánica, y solo por el caudal de aire de inyección, que es el aire nuevo que entra al local, y cuya carga térmica hay que combatir. Si el aire exterior está más caliente y más húmedo que el aire interior (que suponemos en condiciones de confort) tendremos una carga sensible por la diferencia de temperatura y una carga latente por la diferencia de humedad, se obtendrían así:
Qsv = 0,33 · V · (te – ti)
Qlv = 0,84 · V · (we – wi)
Cargas en W, caudal de aire exterior en m3/h, temperaturas en ºC y humedades absolutas en gramo de agua por kg de aire seco (g/kg).
Un saludo.
Buenos días Bruno,
¿Cómo puedo saber la ganancia sensible y latente para el almacenamiento de producto cosmético? Gracias
Hola Antonio,
Si el producto no «respira» ni tiene reacciones químicas exotérmicas solo tendrás que estimar la carga por enfriamiento inicial. Puedes estimarla como una carga de enfriamiento de producto:
Q = m·Ce·(ti-tf) donde Ce es el calor específico, si no lo sabes, puedes usar el del agua, que será una hipótesis conservadora.
Un saludo.
Hola, enhorabuena por tan fantástica web, creo que me va a ser de gran utilidad. Estoy tratando de realizar mi primer cálculo con la Ecel pero hay muchos factores que no se que son, ni qué significan como, por ejemplo, Ui, Uv (veo que se piden en una unidades diferentes al tradicional W/m2K), Co, Ci, R, f… ¿Hay alguna explicación sobre el manejo de la Excel?. Muchas gracias.
Hola Raúl.
Muchas gracias por tu amabilidad. No hay un vídeo explicando los conceptos, de momento. Lo publicaré en breve y lo enlazaré en esta misma página.
Un abrazo.
Buenas tardes Bruno,
¿Tienes algún video explicativo para el cálculo de cargas térmicas con el método horario con alguna aplicación/excel gratuito?
Muchas gracias de antemano.
Hola Carlos.
En este momento no, pero Calcula con Atecyr tiene varios tutoriales en vídeo.
Un saludo.