La carga térmica en climatización

Primeramente, quiero repasar 3 conceptos fundamentales. El primero es el de Carga térmica. Es todo aquello que modifique la temperatura seca y humedad relativa del aire interior. El segundo, precisa un poco más y es el de Carga latente. Esta es la potencia térmica necesaria para convertir la cantidad de agua aportada al recinto desde agua líquida a 0 °C de vapor a la temperatura seca del aire. Las principales fuentes de esta carga son las infiltraciones de aire del exterior y las propias personas que estén dentro del local.

Y finalmente el de Carga sensible. La carga sensible es la potencia térmica dedicada a aumentar la temperatura seca del aire. Estas cargas pueden provenir tanto del exterior a través de los cerramientos, como del interior por el calor emitido por las luces, aparatos eléctricos y demás objetos que generen calor.

Carga total = Carga sensible + Carga latente

Tipos de Modelos

Balance

El Método de Balance es muy riguroso. Este rigor es la recompensa, pero es necesario el empleo de Software, cuyos requisitos son altos. El cálculo por este método requiere de tiempo de computación y una gran capacidad. Este modelo se enfoca más en realizar simulaciones.

Serie Temporal

El Método de series temporales radiantes es algo menos riguroso, en torno al 10% de variación respecto al método anterior. Se basa en seguir el proceso de cada aportación energética de forma independiente. De cada aportación se distingue la ganancia y la carga. La ganancia es la Potencia térmica que se introduce en el recinto. Y la carga es la Potencia térmica que es comunicada al aire. Ya dentro de las ganancias podemos distinguir las dos formas de transmisión de calor como Convección y Radiación.

Dimensiones de la habitación

El tamaño de la habitación es un factor importante. Se debe medir el ancho, largo y altura de la habitación para obtener su volumen total. El volumen de la habitación influye en la cantidad de aire que necesita ser tratado para mantener una temperatura deseada.

Orientación de la habitación

La orientación de la habitación con respecto al sol también es importante. Las habitaciones orientadas al sur pueden recibir una mayor cantidad de luz solar directa, lo que puede aumentar la carga térmica en verano. En cambio, las habitaciones orientadas al norte pueden recibir más luz solar indirecta en invierno, lo que puede ser beneficioso.

Cargas a Través de Cerramientos Opacos Exteriores

Este tipo de cerramientos se contemplan en el Código Técnico de Edificación, donde se describen y caracterizan todos los cerramientos que componen la envolvente y particiones del edificio. En el CTE, se ordenan las soluciones asimilables a las empleadas en los diferentes puentes térmicos del edificio.

Cargas a Través de Cerramientos Semitransparentes Exteriores

Definición Cerramiento

Un cerramiento semitransparente es una estructura o elemento de construcción que permite el paso parcial de la luz y la visibilidad a través de él. También se le puede llamar cerramiento translúcido o semicerramiento. Este tipo de cerramiento se utiliza comúnmente en diferentes aplicaciones arquitectónicas, como fachadas, paredes divisorias y cubiertas, tanto en edificios residenciales como comerciales. Se caracteriza por tener una superficie o material que permite el paso de la luz, pero no de forma total.

Transmisión de Calor de las cargas

Estos cerramientos acaparan los tres mecanismos de transmisión de calor: Conducción, Convección y Radiación. Parte de calor que atraviesa el cerramiento depende de la conductividad térmica del mismo. Si tratamos con un cristal simple, sería de 5.7 W/m2K mientras que si tuviéramos un doble acristalamiento sin ningún tratamiento extra, la conductividad sería de 2.7 W/m2K, lo que supone la mitad.

De la aportación por Radiación, si bien parte de la radiación solar se ve reflejada al exterior por el vidrio, gran parte de la misma atraviesa este cerramiento. Un factor que nos da mucha información acerca de la radiación entrante es el factor solar. El factor solar de un vidrio es un número  inferior a uno y que indica la relación entre la cantidad de radiación solar que atraviesa el vidrio de una ventana por la radiación solar total que incide sobre el vidrio de la ventana.

Para vidrios simples el factor ronda un 0.88. Cerramientos con doble acristalamiento pueden reducir su Factor Solar hasta un 0.63 y si tuvieran un tratamiento sobre control solar se puede reducir hasta un 0.40.

Aislamiento térmico para las cargas térmicas

Entendiendo grosso modo la relevancia de los cerramientos, cabe destacar la relevancia del nivel de aislamiento térmico de la habitación. Este es crucial para determinar la cantidad de energía que se requiere para climatizarla. Un buen aislamiento reduce la pérdida de calor en invierno y el ingreso de calor en verano. La calidad de las ventanas, puertas, paredes y techo, así como el nivel de aislamiento, deben ser considerados.

Zona geográfica

La ubicación geográfica también desempeña un papel en el cálculo de la potencia requerida. Las condiciones climáticas locales, como la temperatura ambiente promedio y la humedad relativa, influyen en la carga térmica y, por lo tanto, en los requisitos de potencia de climatización.

Uso de la habitación

El propósito y el uso de la habitación también son consideraciones importantes. Por ejemplo, una habitación de una oficina tendrá requisitos de climatización diferentes a los de un dormitorio o un gimnasio. Esto es basado a conceptos tanto de confort térmico como de la implicación de las cargas sensibles y latentes

Máquina térmica

Cuando hablamos en climatización sobre las máquinas térmicas, la estrella es la que emplea el ciclo de Carnot inverso. Cuando aplicamos este ciclo en una máquina térmica, obtenemos lo que conocemos como refrigerador de Carnot. Este refrigerador extrae una cierta cantidad de calor del foco frío, empleando en ello una cierta cantidad de trabajo, y evacuando otra cantidad de calor en el proceso.

El coeficiente de desempeño de un refrigerador reversible se puede evaluar mediante la relación entre el calor extraído del foco frío y el trabajo empleado para ello. También se puede evaluar en función de la relación de los calores de entrada y salida, incluso, en base a la relación de temperaturas de los focos frío y caliente.

Conclusión

Las conclusiones más inmediatas que podemos obtener se basan en el beneficio de un correcto cálculo de las cargas. Quiero destacar la correcta elección del sistema de climatización, una mejor más que considerable en la eficiencia térmica del local y una mayor durabilidad del equipo. Estos factores, que destacan más por su relevancia económica, tampoco opacan la última conclusión. Y es la estabilidad de un confort térmico, que es, en sí mismo, el principal objetivo de la climatización. Para aprender más sobre esta cuestión os recomendamos el Master en Climatización y Frío Industrial.