CAPÍTOL 2: CÀRREGUES TÈRMIQUES

Transcripción

1 CAPÍTOL 2: CÀRREGUES TÈRMIQUES El concepte de càrrega tèrmica està associat a sistemes de calefacció, climatització i acondicionament d aire. Aquesta fa referència a l energia en forma de calor a aportar o extreure dels diferents locals. És a dir, la sollicitació tèrmica a controlar en sistemes de climatització. Un cop s ha calculat les càrrega tèrmica de cada local, aquesta ha de ser contrarestada fent ús dels diferents sistemes tèrmics, així com dels diferents tipus d intercanviadors de calor. Tenim dos tipus de càrregues tèrmiques: a) Càrrega tèrmica d estiu. b) Càrrega tèrmica d hivern. Dins de la càrrega tèrmica d estiu tenim dos tipus de càrrega: - Càrrega sensible: Calor que entra al local com a conseqüència de la diferència de temperatures. - Càrrega latent: Calor que entra al local com a conseqüència de la diferència d humitats. Per la càrrega tèrmica de l hivern només es té en compte la càrrega sensible, ja que no hi ha variació d humitat

2 Xavier Barcons Tejero 2.1 Dades per determinar les càrregues tèrmiques. - Coeficients de transmissió de calor K dels tancaments. Segons el còdic tècnic de l edificació les K tenen un valor màxim segons la zona climàtica, en aquest cas és la zona C1 segons l apèndix D del CTE [7], ja que quan més petita menys energia es consumeix per obtenir el confort tèrmic desitjat, per tant a l hora d obtenir les K dels tancaments no s ha de superar aquest màxim. Aquest coeficient K s obté mitjançant la següent equació: 1 1 K = = L L r Ln 1 n h e λ1 λ2 λn h i Eq.(2.1) - r: resistència del material a la conducció de calor [m²k/w]. - L:espessor del material [m]. - λ:conductivitat de calor del material [W/m K]. - h: coeficient superficial de transmissió de calor [W/m² K] - K: coeficient de transmissió de calor [W/m² K] Els resultats obtinguts es mostren a la taula 2.1 i com es pot veure compleixen la normativa del còdic tèrmic de l edificació, veure taula ZONA CLIMÀTICA C1 del CTE [7], ja que no supera el límit establert. Taula 2.1: Coeficients de transmissió K dels tancaments K [W/m² K] tancaments K obtinguda K normativa Parets interiors Parets exteriors Sostre i terra entremitjos Terra cuina i soterrani Teulada Teulada dormitori Portes de fusta Porta rebedor Finestres

3 Sistema de climatització i aigua calenta sanitària d una vivenda unifamiliar - materials dels tancaments. Característiques extretes del llibre Calefacción y agua caliente sanitaria [6] Taula 2.2: Parets interiors Material Densitat (Kg/m 3 ) Espessor (m) Conductivitat Guix Maó buit Guix Taula 2.3: Parets exteriors Material Densitat (Kg/m 3 ) Espessor (m) Conductivitat Enlluernat de ciment Maó buit Polietilè expandit Maó buit Enlluernat de guix Taula 2.4: Sostre i terra entremitjos Material Densitat (Kg/m 3 ) Espessor (m) Conductivitat Mosaic Formigó en massa amb àrids lleugers Polietilè expandit Boadella de ceràmica Enlluernat de guix R=

4 Xavier Barcons Tejero Taula 2.5: Terra soterrani Material Densitat (Kg/m 3 ) Espessor (m) Conductivitat Mosaic Morter de ciment Polietilè expandit Formigó amb àrids ordinaris sense vibrar Grava rodada La teulada de la vivenda està composta del mateixos materials que els del terra i sostres entremitjos, però amb un gruix més gran d aïllant de 0.06m. La coberta és de teules àrabs. - Ventilació. Per garantir una bona ventilació s han d exigir uns cabals mínims d aire, en la taula 2.6 es poden veure aquests mínims per a cada local. Aquesta taula s ha extret de la taula 2.1 del CTE [7]. Taula 2.6: Cabals de ventilació mínims exigits - Radiació solar. La taula 2.7 mostra la radiació solar pel dia 23 de juliol a les 15 hores solar. Aquesta taula s ha extret de la taula 4 del llibre Aire acondicionado [4]

5 Sistema de climatització i aigua calenta sanitària d una vivenda unifamiliar Taula 2.7: Radiació solar R [w/m 2 ] R. Nord R. Sud R. Est R. Oest Diferència de temperatures equivalents dels tancaments. Es tracta d un salt tèrmic corregit per tenir en compte l efecte de la radiació. Taula 2.8: Diferència de temperatures equivalents DTE [ºC] DTE.N DTE.S DTE.E DTE.O DTE.Teulada Taula extreta de les taules 7 i 8 del llibre Aire acondicionado [4]. Calor amés per les persones [W] - Ocupació sensible: 70 - Ocupació latent: 58 Valors extrets de la taula 11 del llibre Aire acondicionado [4]. Factor d atenuació de les finestres, producte de tots els factors correctors. - Doble vidre: Marc metàllic: Persiana exterior: 0.14 Valors extrets de les taules 5 i 6 del llibre Aire acondicionado [4]

6 Xavier Barcons Tejero 2.2 Equacions necessàries per determinar les càrregues tèrmiques Càrregues d estiu. Càrrega sensibles - Partida de transmissió: Q = S K T i i [W] Eq.(2.2) S: Superfície dels tancaments interiors i finestres [m²] K: Coeficient de transmissió de calor [W/m² K] T: Diferència de temperatures. [ºC] - Partida de transmissió i radiació: Q = Si Ki DTE [W] Eq(2.3) DTE: Diferència de temperatures equivalents. [ºC] S: Superfície de tancaments exteriors. [m²] K: Coeficient de transmissió de calor. [W/m² K] - Partida de radiació: = S R f Q i [W] Eq(2.4) S: Superfície de les finestres. [m²] R: Radiació solar. [W/m²] F: Factor d atenuació

7 Sistema de climatització i aigua calenta sanitària d una vivenda unifamiliar - Partida de illuminació: a) llums d incandescència: Q= [W] Eq(2.5) N: Potència de la llum. [W] b) llums de fluorescència: Q - Partida d ocupació sensible: = [W] Eq(2.6) Q n Ocup. s = [W] Eq(2.7) n: número d ocupants. - Partida de ventilació sensible: Q m C p T = [W] Eq(2.8) m: cabal màssic d aire. [Kg/s] Cp: Calor específic de l aire [J/Kg K] T: Increment de temperatura. [ºC]

8 Xavier Barcons Tejero - Partida d infiltració sensible: Q= m C p T [W] V = L inf [W] f nf Eq.(2.9) Eq.(2.10) m: cabal màssic. [Kg/s] Cp: Calor específic de l aire. [J/Kg K] T: Increment de temperatura. [ºC] V: Cabal de infiltració. [m³/h] L: Longitud de les reixes de les finestres. [m] f: coeficient de infiltració. [m³/hm] No es té en comte, ja que les finestres són noves i no tenen infiltracions, f=0. Càrrega latent - Partida d ocupació latent: Q n Ocupl. = [W] Eq(2.11) n: número d ocupants. - Partida de ventilació latent Q = m L W [W] Eq(2.12) m: cabal màssic d aire. [Kg/s] L: Calor latent d evaporització de l aire [J/Kg K] W: Diferència d humitats. [Kg/Kg]

9 Sistema de climatització i aigua calenta sanitària d una vivenda unifamiliar - Partida de infiltració latent. Q= m L W [W] V = L inf f nf [W] Eq(2.13) Eq(2.14) m: cabal màssic d aire. [Kg/s] L: Calor latent d evaporització de l aire. [J/Kg K] W: Diferència d humitats. [Kg/Kg] V: Cabal de infiltració. [m³/h] L: Longitud de les reixes de les finestres. [m] f: coeficient de infiltració. [m³/hm] No es té en comte, ja que les finestres són noves i no tenen infiltracions, f=0. Càrrega total d estiu. Q = Q + Q ) [W] T ( s l Eq(2.15) Qs: Carrega sensible. [W] Ql: Càrrega latent. [W] Càrregues d hivern. - Partida de transmissió. Mateixa equació que la 2.2, també es tenen en compte tancaments exteriors. - Partida de ventilació. Mateixa equació que la Partida de infiltració Mateixes equacions que les 2.9 i 2.10, no les tindrem en compte

10 Xavier Barcons Tejero Càrrega total d hivern. Q ) = ( 1+ Z 3 )(1+ Z1+ Z 2 Q t [W] Eq(2.16) Z1,Z2 i Z3: suplements que fan augmentar la càrrega, els quals estan exposats a les taules: 2.9, 2.10 i 2.11 Qt: La suma de tots les partides que utilitzem per calcular la càrrega d hivern. [W] Z1: Si hi han finestres que donen a l exterior sortirà calor cap a l exterior per radiació. Segons taula 2.9 Taula 2.9: Z1 en % Planta baixa entremitja Àtics Paret exteriors amb finestres normals Paret exterior amb finestres grans 2 parets exteriors amb finestres normals 2 parets exteriors amb finestres grans 3 parets exteriors amb finestres normals

11 Sistema de climatització i aigua calenta sanitària d una vivenda unifamiliar Z2: Si les parets tenen una orientació determinada i en aquestes dóna el vent, sortirà més calor cap a fora. Segons taula 2.10 Taula 2.10: Z2 en % Orientació S SO O NO N NE E SE Z3: Si la calefacció s apaga per la nit després al encendre-la hi ha una càrrega extra per escalfar-lo tot de nou. Segons taula 2.11 Taula 2.11: Z3 en % Aire aigua 12 8 Règim continuo amb reducció nocturna hores hores hores hores hores Les taules 2.9, 2.10 i 2.11 s han extret dels Apunts de sistemes de climatització [2]

12 Xavier Barcons Tejero 2.3 Càlculs de les càrregues dels locals. Un cop ja es tenen totes les dades necessàries ja es poden realitzar els càlculs per obtenir les càrregues tèrmiques de la vivenda Càrrega del Menjador Primer de tot s exposen les mides de les diferents superfícies del local i de les temperatures per dur a terme el càlcul de les càrregues d estiu i d hivern. Taula 2.12: Tancaments exteriors i finestres Parets exteriors [m²] Paret sud Paret Est Finestres [m²] Finestra sud 2.22 Finestra Est 1.56 Taula 2.13: Superfícies interiors i portes Parets interiors [m²] 1. Mitjancera amb rebedor Mitjancera amb rebedor Mitjancera amb cuina Mitjancera amb escala Mitjancera amb bany Mitjancera amb bany Mitjancera amb distribuïdor Mitjancera amb despensa 5.20 Sostre i terra [m²] Sostre Terra Portes [m²] Portes 1.40 Porta rebedor

13 Sistema de climatització i aigua calenta sanitària d una vivenda unifamiliar Taula 2.14: Temperatures d estiu T d estiu[ºc] T.ext-T.int 6.4 T.cui-T.menj 3 T.reb-T.menj 3 T.bany-T.menj 2 T.dist-T.menj 2 T.desp-T.menj 3 T.escala-T.menj 2 T.sala-T.menj 3 T.sote-T.menj 1 Taula 2.15: Temperatures d hivern T d hivern[ºc] T.int-T.ext 19 T.menj-T.cui 8 T.menj-T.reb 8 T.menj-T.bany 9 T.menj-T.dist 7 T.menj-T.desp 8 T.menj-T.escala 9 T.menj-T.sala 9 T.menj-sote 7 Un cop ja es tenen totes les dades del local es realitzaren els càlculs de les càrregues tèrmiques d estiu i d hivern. Càrrega tèrmica d estiu - Càrrega sensible Partida de transmissió: utilitzant l equació 2.2 s obtenen els següents resultats exposats en les taules 2.16, 2.17, 2.18, 2.19 i

14 Xavier Barcons Tejero Taula 2.16: Partida de les parets interiors Partida de les parets interiors [W] Paret Paret Paret Paret Paret Paret Paret Paret Total Taula 2.17: Partida de les finestres Partida de les finestres [W] Finestra sud Finestra est Total Taula 2.18: Partida de les portes Partida de les portes [W] Porta rebedor Porta cuina 8.40 Porta escala 5.60 Porta bany 5.60 Porta distribuïdor 5.60 Total Taula 2.19: Partida de sostre i terra Partida de sostre i terra [W] Sostre Terra

15 Sistema de climatització i aigua calenta sanitària d una vivenda unifamiliar Taula 2.20: Partida total de transmissió Partida total de transmissió [W] Partida de les parets interiors Partida de les finestres Partida de les portes Partida del sostre Partida del terra Total Partida de radiació: utilitzant l equació 2.4 s obtenen els següents resultats exposats en la taula 2.21 Taula 2.21: Partida total de radiació Partida de radiació [W] Finestra sud Finestra est 9.43 Total Partida de transmissió i radiació: utilitzant l equació 2.3 s obtenen els següents resultats exposats en la taula 2.22 Taula 2.22: Partida total de transmissió i radiació Partida de transmissió i radiació [W] Paret sud Paret est total Partida de ventilació sensible: Cabal de ventilació = 12l/s = 12*3600/1000 = m³/h Un cop ja tenim el cabal de ventilació s utilitza l equació 2.8 i s obté la partida de ventilació sensible. Q = W Partida d ocupació sensible: Utilitzant l equació 2.7 s obté la partida d ocupació sensible. Q = 4*70 = 280 W

16 Xavier Barcons Tejero Partida de illuminació: Utilitzant l equació 2.5 s obté la partida de illuminació. Q= 60+ 6*40 + 2*40 + 3*40 = 500 W Taula 2.23: Càrrega total sensible del menjador Càrrega sensible del menjador [W] Partida de transmissió Partida de radiació Partida de transmissió i radiació Partida de ventilació sensible Partida d ocupació sensible 280 Partida de illuminació 500 Total Càrrega latent Partida de ventilació latent: Amb un W= i utilitzant l equació 2.12 s obté la partida de ventilació latent. Q = 0.25 W Partida d ocupació latent: Utilitzant l equació 2.11 s obté la partida d ocupació latent. Q = 4*58 = 232 W Un cop ja s ha calculat les càrregues sensibles i latents a la taula 2.24 es mostra el valor de la càrrega d estiu. Taula 2.24: Càrrega d estiu del menjador Càrrega d estiu del menjador [W] Càrrega sensible Càrrega latent Total

17 Sistema de climatització i aigua calenta sanitària d una vivenda unifamiliar Càrrega d hivern Partida de transmissió: utilitzant l equació 2.2 s obtenen els següents resultats exposats en les taules 2.25, 2.26, 2.27, 2.28, 2.29 i 2.30 Taula 2.25: Partida de les parets interiors Partida de les parets interiors [W] Paret Paret Paret Paret Paret Paret Paret Paret Total Taula 2.26: Partida de les finestres Partida de les finestres [W] Finestra sud Finestra est Total Taula 2.27: Partida de les portes Partida de les portes [W] Porta rebedor Porta cuina Porta escala Porta bany Porta distribuïdor Total Taula 2.28: Partida de sostre i terra Partida de sostre i terra [W] Sostre Terra

18 Xavier Barcons Tejero Taula 2.29: Partida de les parets exteriors Partida de les parets exteriors [W] Paret sud Paret est total Taula 2.30: Partida total de transmissió Partida total de transmissió [W] Partida de les parets interiors Partida de les finestres Partida de les portes Partida del sostre Partida del terra Partida de les parets exteriors Total Partida de ventilació: Cabal de ventilació = 12l/s = 12*3600/1000 = m³/h Un cop ja tenim el cabal de ventilació s utilitza l equació 2.8 i s obté la partida de ventilació. Q = W Taula 2.31: Càrrega d hivern del menjador Càrrega d hivern del menjador [W] Partida de transmissió Partida de ventilació total Ara s han d aplicar els suplements que fan augmentar la càrrega on: - Z1=0.08, ja que tenim 2 parets exteriors amb finestres normals. - Z2=0.125, ja que hi ha una paret al sud i altra a l est. - Z3=0.1, funcionant entre hores. Utilitzant aquests valors en l equació 2.16 s obté que la càrrega total d hivern és de W

19 Sistema de climatització i aigua calenta sanitària d una vivenda unifamiliar El càlcul de les càrregues tèrmiques dels altres locals es fa de la mateixa manera i es troben en el capítol 1 del annexes. Tot seguit en la taula 2.32 es mostren el valors de les càrregues tèrmiques dels locals de la vivenda. Taula 2.32: Càrregues tèrmiques de la vivenda CÀRREGUES TÈRMIQUES [W] ESTIU HIVERN Locals Sensible Latent Total Sensible Cuina Bany Menjador Distribuïdor Dormitori Dormitori Escala Bany Sala Dormitori Dormitori Total

20 Xavier Barcons Tejero