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Cálculo de carga térmica de calefacción de una vivienda

¡Buenas tardes! En el presente artículo vamos a describir con detalle el proceso de cálculo de cargas térmicas para calefactar una vivienda unifamiliar. El cálculo consiste en evaluar la cantidad de calor a aportar para mantener la temperatura deseada en la vivienda, y su realización es imprescindible para llevar a cabo con éxito la instalación del generador y de los emisores térmicos, maximizando así el ahorro energético, lo que contribuirá a tener menores costes de explotación y una mínima contaminación atmosférica.

En primer lugar se tomarán ciertas consideraciones de cálculo necesarias para abordar el problema, pasando a continuación al cálculo de las cargas propiamente dicho.

1. PLANO DE LA VIVIENDA, LOCALIZACIÓN Y CONDICIONES DE PROYECTO

1.1. PLANO DE LA VIVIENDA

El plano de planta de la vivienda objeto de cálculo puede verse en la Figura 1.

1.2. LOCALIZACIÓN Y CONDICIONES DE PROYECTO

La vivienda se encuentra situada en Albacete.

Condiciones exteriores de proyecto: Se ha fijado una temperatura de invierno de  -3,7ºC.

Esta temperatura se puede obtener de:

  • Guía  IDAE Condiciones climáticas, nº 12. (se puede descargar libremente de internet)
  • Normas UNE 100-001-85 y UNE 100-014-84.

Teniendo en cuenta que:

El nivel percentil correspondiente al 99% (Uso sanitario) será de aplicación para hospitales, clínicas, asilos, residencias de ancianos, etc. Ese 99% significa que solo se dan temperaturas más bajas en el 1% de las horas del período considerado (meses de diciembre, enero y febrero; 90 días; 2160 horas).

El nivel percentil correspondiente al 97.5% (Uso general) es el que se aplica para el resto de edificios no mencionados en el nivel anterior, y es el que aplicaremos nosotros al cálculo de la vivienda.

En la Figura 2 incluimos la tabla que hemos utilizado para fijar las condiciones exteriores de proyecto (y que se ha confeccionado en base a los documentos citados).

plano vivienda

Figura 1. Plano de la vivienda.

Datos proyecto

Figura 2. Condiciones exteriores de proyecto para diferentes localizaciones.

Condiciones interiores de proyecto: La temperatura y humedad relativa (HR) de los locales a calefactar se fija de acuerdo con la ITE 1, Diseño y dimensionado (RITE), donde se exige que las zonas a calefactar cumplan las siguientes condiciones:

Figura 3. Condiciones interiores de proyecto.

En nuestro caso hemos establecido las siguientes condiciones: temperatura interior de 21ºC,  HR: 50%.

 2. PROCEDIMIENTO PARA EL CÁLCULO DE LAS CARGAS TÉRMICAS

Para el cálculo de las cargas térmicas hemos considerado las siguientes aportaciones:

  • Carga térmica por transmisión de calor a través de superficies planas: muros o cerramientos y elementos singulares (puertas y ventanas).
  • Suplementos por orientación.
  • Suplementos por interrupción de servicio.
  • Pérdidas por ventilación (por entrada de aire frío de renovación procedente del exterior).

2.1. PÉRDIDAS DE CALOR POR TRANSMISIÓN

Para el cálculo de las pérdidas de calor por transmisión se ha utilizado la fórmula siguiente:

(1)   \begin{equation*} P=K \cdot S \cdot \Delta T \cdot C_1 \cdot C_2$ \end{equation*}

Donde:

P=Calor perdido por unidad de tiempo (Kcal/h).

S=Superficie (m2).

K=Coeficiente de transmisión térmica (Kcal/(hm2ºC)).

∆T=Diferencia de temperatura o salto térmico entre un lado y otro del cerramiento o la ventana (ºC).

C1=Coeficiente de intermitencia (incremento por parada o interrupción del sistema de calefacción).

C2=Coeficiente de orientación (incremento por orientación del cerramiento).

2.2. PÉRDIDAS DE CALOR POR VENTILACIÓN

Para el cálculo de las pérdidas de calor por ventilación se ha utilizado la fórmula siguiente:

(2)   \begin{equation*} P=V \cdot P_e \cdot C_e \cdot \Delta T$ \end{equation*}

Donde:

P=Calor perdido por unidad de tiempo (Kcal/h).

Pe=Peso específico del aire: 1,2 Kg/m3.

Ce=Calor específico del aire: 0,24 Kcal/(Kg.ºC).

∆T=Diferencia de temperatura: Tªext – Tªint.

V=Volumen del aire de renovación (m3/h).

Dado que Pe*Ce=0,3Kcal/(m3ºC), procedemos a simplificar la fórmula:

(3)   \begin{equation*} P=0,3 \cdot V\cdot \Delta T$ \end{equation*}

2.3. CONSIDERACIONES DE CÁLCULO

Para llevar a cabo los cálculos se han adoptado las siguientes consideraciones:

2.3.1. COEFICIENTES DE TRANSMISIÓN TÉRMICA

Coef. transmisión

Figura 4. Coeficientes de transmisión térmica.

Los coeficientes se han tomado con cierta libertad, considerando que se trata de una vivienda ya construida, no de una vivienda nueva, y aprobada bajo una normativa no vigente. En caso de levantar cerramientos nuevos habrá que atenerse a lo estipulado en el Código Técnico de Edificación, HE 1, Tablas 2.3, 2.4 y 2.5, donde se establecen las limitaciones de los valores de transmitancia térmica para cada zona climática.

 2.3.2. SALTOS TÉRMICOS

Entre una zona interior climatizada y una zona exterior sin climatizar:

 ∆T=Tªext – Tªint=21-(-3,7)=24,7ºC.

Entre una zona interior climatizada y una zona interior sin climatizar*:

 ∆T=∆T/2=24,7/2=12,35ºC.

Entre dos zonas interiores climatizadas:

 ∆T=1.

[*Las viviendas o locales anexos (separados por medianería, techo o suelo), se considerarán zonas interiores sin climatizar.]

Hemos considerado todas las zonas interiores de la vivienda como zonas climatizadas, incluso el vestíbulo, al ser de gran tamaño. Solamente el lavadero ha sido considerado como zona no climatizada por encontrarse en él la caldera con ventanas abiertas al exterior.

 2.3.3. COEFICIENTES DE INTERMITENCIA

Se trata de un coeficiente que representa el porcentaje de incremento sobre la carga térmica que producen las paradas programadas del sistema de calefacción (con la consiguiente inercia térmica y la demora hasta alcanzar la temperatura deseada). Hemos considerado el siguiente valor:

C1 (Coeficiente de intermitencia): Parada nocturna=1,1 (+10%)

2.3.4. COEFICIENTES DE ORIENTACIÓN

Se trata de un coeficiente que aplicamos al cerramiento y que no es más que un porcentaje de incremento sobre la carga térmica. Este incremento se debe a que los cerramientos orientados al Norte, por ejemplo, tienen mayor pérdida de calor que los orientados al Sur o al Este/Oeste. Hemos considerado los siguientes valores:

C2=Coeficiente de orientación:

  • Norte=1,2 (+20%)
  • Sur=1
  • Este-Oeste=1,1 (+10%)
 2.3.5. CAUDALES DE VENTILACIÓN

Para el cálculo de los caudales de ventilación se ha atendido a lo estipulado en el Código Técnico de Edificación (CTE), Sección HS-3, Calidad del aire interior (el RITE, en su IT.1.1.4.2.1, remite a dicho documento).

La extracción se ha realizado por cuartos húmedos (cocina y baños), mientras que la entrada del aire de renovación se ha realizado por cuartos secos (salón-comedor y dormitorios). En cocina, baños y vestíbulo, al no entrar aire frío de renovación procedente del exterior de la vivienda, se han considerado nulas las pérdidas de calor por ventilación.

El número de ocupantes se ha fijado en cuatro: dos en el dormitorio 1, uno en el dormitorio 2 y otro en el dormitorio 3 (considerando, por lo tanto, una ocupación de cuatro personas en el salón-comedor).

En la Figura 5 se presenta la tabla que ha servido de cálculo a los caudales de ventilación de la vivienda, que es la tabla incluida en el mencionado CTE (HS-3).

Una vez calculados los caudales de aire de entrada y aire de salida, se ha procedido al equilibrado de los mismos, es decir, a ajustar los valores de modo que el caudal de aire extraído sea igual al caudal de aire introducido (repartido equitativamente entre todas las dependencias).

En la hoja de cálculo mostrada en la Figura 7  también se ha calculado el tamaño de las rejillas de ventilación que habrá que instalar en la vivienda, ya sean estas aperturas al exterior o aperturas de paso entre dependencias de la vivienda. Para el dimensionado de las rejillas remitimos también al ya mencionado CTE (HS-3), cuya tabla de cálculo adjuntamos en la Figura 6.

figura5

Figura 5. Caudales mínimos de ventilación.

figura6

Figura 6. Área mínima de las aberturas de ventilación.

3. HOJA DE CÁLCULO DE VENTILACIÓN

figura7

Figura 7. Resultados de cálculo de ventilación.

4. HOJAS DE CÁRGAS TÉRMICAS POR ESTANCIA Y CARGA TÉRMICA TOTAL DE LA VIVIENDA

figura8

figura9

figura10

figura11

El patio de luces se ha considerado cerramiento exterior, y afecta a los dormitorios 2 y 3 (Norte y Oeste), pues estas habitaciones tienen una parte de su perímetro colindante con dicho patio.

figura12

El lavadero se ha considerado zona exterior al ser tipo galería, pues al tener las cristaleras normalmente abiertas, la temperatura en estas zonas suele ser la misma que la exterior. La puerta de la cocina hacia el lavadero, al ser habitualmente de cristal, se ha incluido en el apartado de “cristal” y no en el de puerta exterior.

figura13

La puerta exterior de la vivienda se ha considerado con el mismo U que la medianería y se ha incluido en medianería, puesto que da a un pasillo interior, no al exterior, y su coef. de transmisión (puertas acorazadas) será bastante similar al de la medianería.

En el vestíbulo, las pérdidas por ventilación se han considerado nulas al no introducir aire externo.

figura14

figura15

Ya tenemos calculada la carga térmica de todas las dependencias a calefactar de nuestra vivienda. En próximos artículos abordaremos cómo, partiendo de estos cálculos, podemos seleccionar la potencia del generador (que normalmente será una caldera), y cómo podemos dimensionar adecuadamente la red de tuberías y los emisores térmicos, tanto si deseamos realizar una instalación de radiadores como de suelo radiante.

Un saludo a todos, y hasta la próxima.

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1 Comment

  1. Buenos días, el artículo es muy útil e interesante.

    No obstante, me gustaría saber por qué se considera la diferencia de temperatura entre ambientes calefactados de vivienda, la transmisión a través de la tabiquería  de 1ºK (ó ºC) y no de 0ºK, puesto que, en teoría, están a la misma temperatura y no hay pérdidas de calor.

    No sé si es una forma de tener en cuenta la relación de superficie/volumen a calefactar.

     

    Muchas gracias y un saludo.

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