Aire Acondicionado (I.I.)

Transcripción

1 Aire Acondicionado (I.I.) T3.- Cargas Térmicas Las trasparencias son el material de apoyo del profesor para impartir la clase. No son apuntes de la asignatura. Al alumno le pueden servir como guía para recopilar información (libros, ) y elaborar sus propios apuntes Departamento: Area: Ingeniería Eléctrica y Energética Máquinas y Motores Térmicos CARLOS J RENEDO [email protected] Despachos: ETSN 236 / ETSIIT S Tlfn: ETSN / ETSIIT Introducción 2.- Condiciones Interiores y Exteriores 3.- Carga Térmica 4.- Curva de la Carga Térmica 5.- Zonificación 6.- Programas informáticos de Cálculo de la Carga Térmica.- Introducción (I) A lo largo del año hay situación invierno y situación verano, depende de la carga térmica interna y las condiciones exteriores Hay que considerar las dos situaciones y dimensionar en función de la más desfavorable El cálculo de las cargas térmicas es muy complejo, normalmente se realiza apoyándose en programas informáticos que los simplifican y sistematizan Carga térmica sensible y carga térmica latente 2

2 2.- Introducción (II) Entrada de calor Cubierta Infiltraciones Cristales Fachadas Salida de calor Solera Cubierta Cristales Infiltraciones Fachadas Solera Condiciones Interiores y Exteriores (I) El RITE marca las condiciones interiores requeridas Estación T operativa (ºC) HR (%),2 met V aire (m/s) Verano ,5 clo 0,3 0,8 Invierno clo 0, 0,5 La norma UNE fija las condiciones exteriores Longitud Latitud Altitud NPE % TS ºC Invierno GD/año K Viento m/s NPE % TS ºC Verano THc ºC TH ºC OMD ºC Sant. 3º 29 W 43º 28 N 64 m 99 97, , ,2 W 2,5 5 25,3 24, 23, 20,2 9,7 8,8 2,2 20,4 9,9 5,9 Existen tablas para predecir la temperatura horaria 4

3 2.- Condiciones Interiores y Exteriores (III) 2.- Condiciones Interiores y Exteriores (II) CTE CTE 5 6

4 2.- Condiciones Interiores y Exteriores (IV) El CTE, HE establece las zonas climáticas. 5 en invierno, A,, C, D y E (de menos a más rigurosa) 4 en verano,, 2, 3 y 4 (de menos a más rigurosa) A SCI < 0,3 Severidad climática en invierno C D 0,3< SCI < 0,6 0,6< SCI < 0,95 0,95< SCI <,3 E,3 < SCI Severidad climática en verano Zonas climáticas SCV < 0,6 0,6< SCV < 0,9 0,9< SCV <,25,25 < SCV A4 4 C4 C3 D3 En la práctica 2 zonas A3 3 C2 D2 C D 7 E 2.- Condiciones Interiores y Exteriores (V) Severidad climática: combina grados día (GD) y la radiación solar (Rad) SC = A Rad + GD + C Rad GD + D Rad 2 + E GD 2 + F (Rad en kwh/m 2 ) SC = A GD + n + C GD N 2 n + D N 2 + E (n nº de h de sol, N nº h de sol máx) SCI SCV A C D E F -8, , , , , ,8 0-2 A C D E 2, ,, , , A C D E F 3, , , , , , A C D E, ,023 -, , ,

5 9 2.- Condiciones Interiores y Exteriores (VI) CTE Invierno (A-E) A C C C A A D E E E E D Condiciones Interiores y Exteriores (VII) CTE C D Verano (-4)

6 3.- Carga Térmica (I) Aportes de calor: Interiores: Sensibles: personas, iluminación, motores, Latentes: personas, procesos productivos, UNE-EN ISO 7730 Actividad Q sensible W Q latente W Metabolismo (x 50 kcal/hm 2 ) Durmiendo Sentado, sin trabajar De pie, relajado ,76,3 Exteriores: el Sol (no se considera en invierno) Pérdidas de calor: Cerramiento: paredes, ventanas, techos, suelos, Aire exterior: ventilación e infiltración 3.- Carga Térmica (II) Envolvente de un edificio (I) C cubiertas en contacto con el aire C2 L Pc en contacto con espacio no habitable Lucernario Puente térmico en cubierta 2

7 3.- Carga Térmica (II) Envolvente de un edificio (I) M muro en contacto con el aire M2 en contacto con espacio no habitable H huecos PF/2/3 puentes térmicos en fachadas Carga Térmica (II) Envolvente de un edificio (I) S suelos apoyados en terreno S2 en contacto con espacios no habitables S3 en contacto con aire exterior 4

8 3.- Carga Térmica (II) Envolvente de un edificio (I) T muros en contacto con terreno T2 cubiertas enterradas T3 suelos a mayor profundidad de 0,5 m Carga Térmica (III) Envolvente de un edificio (II) En contacto con aire exterior: muros (I) a) Resistencias térmicas de la pared Conductividad térmica del material (W/mK) espesor ( m) UNE 0 456:200 R Tmat = Documentos reconocidos λ ( W / mk) R T en cámaras de aire no ventiladas (m 2 K/W) Espesor (cm) Horizontal Vertical 0,5 0,5 2 0,6 0,7 3 0,6 0,8 6

9 3.- Carga Térmica (IV) Envolvente de un edificio (III) En contacto con aire exterior: muros (II) b) Resistencias térmicas superficiales R Text (m 2 K/W) R Tint (m 2 K/W) Cerramiento vertical 0,3 Cerramiento horizontal (flujo ascendente) 0,04 0,0 Cerramiento horizontal (flujo descendente) 0,7 Transmitancia de la pared (conducción pared + convección) U Tot = R Tot = R T Carga Térmica (V) Envolvente de un edificio (IV) En contacto con aire exterior: huecos y lucernarios (I) U Hueco = ( FM) U + FM Cristal U Marco FM = Factor del marco α Factor solar modificado por sombras 8

10 3.- Carga Térmica (VI) Envolvente de un edificio (V) En contacto con aire exterior: huecos y lucernarios (II) Factor solar modificado (I) F = FSombra [( FM) gperpend + FM 0,04 UMarco α] FS = Factor de sombra Carga Térmica (VII) Envolvente de un edificio (VI) En contacto con aire exterior: huecos y lucernarios (III) Factor solar modificado (II) F = FSombra [( FM) gperpend + FM 0,04 UMarco α] Lucernarios FS = Factor de sombra Toldos 20

11 3.- Carga Térmica (VIII) Envolvente de un edificio (VII) En contacto con aire exterior: huecos y lucernarios (IV) Factor solar modificado (III) F = FSombra [( FM) gperpend + FM 0,04 UMarco α] Retranqueos FS = Factor de sombra Voladizos Carga Térmica (IX) Envolvente de un edificio (VIII) En contacto con aire interior: particiones a) Resistencias térmicas de la pared b) R. térmicas superficiales Particiones interiores verticales R Text (m 2 K/W) 0,3 R Tint (m 2 K/W) 0,3 Particiones interiores (flujo ascendente) 0,0 0,0 Particiones interiores (flujo descendente) 0,7 0,7 Transmitancia de la pared (conducción pared + convección) U Tot = R Tot = R T 22

12 3.- Carga Térmica (X) Envolvente de un edificio (IX) En contacto con el terreno: soleras Soleras enterradas (Z > 0,5 m) Transmitancia (W/m 2 K) Soleras con aislamiento perimetral Area = 2 Perímetro Tablas Aislamiento horizontal Aislamiento vertical Carga Térmica (XI) Envolvente de un edificio (X) En contacto con el terreno: muros Transmitancia (W/m 2 K) Muro en contacto Muro enterrado En contacto con el terreno: cubierta enterrada Tabla Terreno capa de λ = 2 W/mK 24

13 3.- Carga Térmica (XII) Envolvente de un edificio (XI) En contacto con aire exterior: Coeficientes de reducción de Tª b (espacios no habitados) Otros espacios no habitados b H = ue Q = caudales aire renovación Hiu + H Q = Volumen. h ue 25 Detalles en: UNE 3 789: Carga Térmica (XIII) Envolvente de un edificio (XII) En contacto con cámaras sanitarias: suelo Area = 2 Perímetro Detalles en: UNE

14 3.- Carga Térmica (XIV) Transmitancia térmica máxima de cerramientos y particiones interiores de la envolvente térmica U (W/m 2 ºC) Cerramientos y particiones interiores Muros de fachada, particiones interiores en contacto con espacios no habitables, primer metro del perímetro de suelos apoyados sobre el terreno, y primer metro de muros en contacto con el terreno Suelos Cubiertas Vidrios y marcos Medianerías Zona A,22 0,69 0,65 5,70,22 Zona,07 0,68 0,59 5,70,07 Zona C 0,95 0,65 0,53 4,40,00 Zona D 0,86 0,64 0,49 3,50,00 Zona E 0,74 0,62 0,46 3,0,00 Zona climática C Transmitáncia límite, U (W/m 2 K) Muros de fachada y cerramientos en contacto con el terreno Suelos Cubiertas Farctor solar modificado límite de lucernarios 0,75 0,50 0,4 0,37 U límite de huecos (W/m 2 K) () FS modificado límite de huecos F Hlim aja Carga Interna Alta Carga Interna % de huecos N E/O S/SO/SO E/O S SE/SO E/O S SE/SO -20 3,4 (4,2) 3,9 (4,4) 4, ,6 (2,9) 3,0 (3,3) 3,9 (4,) ,56 - () Valor para U HLim < 0,52 en zonas C, C2, C3 y C4 0, Carga Térmica (XV) Tabla de comparación de los valores límite de U 28

15 3.- Carga Térmica (XVI) Evitar la condensación Condiciones climáticas en las tablas Considerar T int 20ºC y HR% en función del espacio (70 al 55%) El factor de temperatura de la superficie interior para un cerramiento, partición interior o puente térmico, f Rsi : = 0,25 U f Rsi El factor de temperatura de la superficie interior mínimo para un cerramiento, partición interior o puente térmico, f Rsi,min : θsi,min θe frsi,min = 20 θe 292,25 θi 237,3 ln Siendo θ e la temperatura exterior de la localidad en ºC 60,5 θ i la humedad relativa interior Evitar las condensaciones intersticiales Distribución de Temperaturas intermedias Siendo U la transmitancia en W/m 2 K Distribución de la presiones de vapor en el cerramiento (difusión de vapor) θ si,min = 292,25 θi 7269 ln 60, Carga Térmica (XVII) Ficha justificativa : cálculo de los parámetros medios (I) 30

16 3.- Carga Térmica (XIX) 3.- Carga Térmica (XVIII) 32 Ficha justificativa : cálculo de los parámetros medios (II) 3 Ficha justificativa 2: conformidad energética

17 3.- Carga Térmica (XX) Ficha justificativa 3: conformidad condensación Entrada de aire de renovación Recuperadores de calor, Free-cooling Carga Térmica (XXI) Métodos de Estudio de la Carga Térmica Precisión alence Térmico Funciones de Transferencia Ordenador ASHRAE CLTD/CLF E20 Carrier Cargas Instantáneas Complejidad necesidad de datos recursos computacionales 34

18 3.- Carga Térmica (XXII) alance Térmico: Realiza un balance térmico considerando hasta 2 superficies por local (4 paredes, ventana por pared, techo, tejado, suelo, claraboya, masa térmica) Proporciona T de cada superficie y por tanto efectos radiantes asimétricos Funciones de Transferencia: Realiza balances térmicos considerando cargas individuales (divide el problema) Aplica el principio de superposición sumándolas Carga Térmica (XXIII) ASHRAE CLTD/CLF: Recoge casos típicos de las funciones de transferencia en tablas de: Diferencia de Tª para Carga de Refrigeración (CLTD) Factores de Carga de Refrigeración (CLF) y adicionalmente Factor de Carga Solar (SCL) E20 CARRIER: Recoge casos típicos de las funciones de transferencia en tablas de: Diferencia Equivalente de Tª (ETD) Factores de Acumulación de Carga en muros y techos (SLF) Cargas Instantáneas: No considera el almacenamiento térmico en los cerramientos (inercia térmica) Q = K A T 36

19 4.- Curva de la Carga Térmica (I) La CCT es suma de todos los conceptos: radiación, ventilación, ocupación, no todos los conceptos tienen su máximo simultáneamente Es variable a lo largo del año y del día; la climatización ha de ser capaz de contrarrestarla en todas las situaciones. El dimensionamiento de los equipos se hace en función de la carga máxima simultánea Del análisis de la CCT se estudia la conveniencia de zonificación; el fraccionamiento de la potencia del sistema, instalar sistemas de acumulación o uno de cogeneración Hay que considerar que el calor no atraviesa los cerramientos instantáneamente, sino que tarda un cierto tiempo, tiene un cierto retraso por la inercia térmica de los materiales; aparece un efecto de acumulación de calor Curva de la Carga Térmica (II) Cabe destacar dos términos: Ganancia, calor que incide en el local Carga, calor que incide en el aire Los totales diarios son iguales, pero en valores instantáneos no, la carga presenta un cierto retraso y un amortiguamiento respecto a la ganancia Hay dos conceptos diferentes: La carga térmica del local, que es la energía que hay que aportar al local con el sistema de climatización; con ella se dimensionan los servicios que le atienden. La carga del climatizador, además de la carga del local ha de soportar la carga del aire de renovación, calor desprendido por los ventiladores, pérdidas térmicas en conductos, 38

20 5.- Zonificación (I) Local Zona: conjunto de locales servidos por un climatizador Edificio: conjunto de zonas servidas por una sala de máquinas Carga térmica de un local: demanda en la peores condiciones Dimensionar los servicios del local (conductos, difusores, tuberías, ) Carga térmica de una zona: máximo simultáneo de los locales Dimensionar la climatizadora Carga térmica de un edificio: máximo simultáneo de todas las zonas Dimensionar la sala de máquinas Si se atiende a la demanda de cada local con instalaciones individuales, la potencia instalada es mayor que en una instalación centralizada Para dimensionar correctamente hay que conocer las cargas horarias Para agrupar locales en zonas se requiere que la epidermis, orientación, ocupación 39 y necesidad porcentual de aire de renovación sean iguales 5.- Zonificación (II) 40

21 5.- Zonificación (III) Hall Dtor Of. E Of. O TOT 9: : : : : TOT Hall Dtor Of. E Of. O Climatizador único para los 4 locales de Servicios del Hall de Servicios D. Dtor Servicios Of. E Servicios Of. O Zonificación (IV) Hall Dtor Of. E Of. O TOT MAX : Efecto similar entre climatizadores y enfriadoras y/o calderas 42

22 6.- Programas Informáticos (I) Existen multitud de programas de cálculo de la demanda térmica de locales, entre ellos los de Ferroli, Saunier-Duval, o para la de invierno el de Roca En general hay que definir la ubicación, orientación, epidermis y la ocupación del edificio Programas Informáticos (II) 44

23 6.- Estimación Rápida de la Demanda Térmica En función de la localidad y la ocupación del edificio Sirve para un predimensionamiento, estimación del presupuesto,, no tiene rigor ni pude sustituir al cálculo de la demanda térmica 45 T3.- CARGAS T.-TERMICAS TRANSMISION DE ACONDICIONAMIENTO DE CALOR 6.- ibliografía Intercambiadores del Temade calor (V) Código Técnico de la Edificación HE, Ahorro de Energía Ministerio de Vivienda Manual de Aire Acondicionado CARRIER DTIE7.0 Cálculo de Carga y Demanda Térmica R. Velázquez DTIE 2.0 Calculo de Aislamiento Térmico A. VIti Manual de Climatización, T2 J.M. Pinazo 46