Suponte que debes realizar un informe sobre los posibles ahorros energéticos que pueden obtenerse en invierno con la mejora del aislamiento de una vivienda unifamiliar. La primera pregunta que, obviamente, tendrás que hacerte es por donde perdemos la energía. La imagen siguiente te puede ayudar a responder a esta duda.
Por cálculo de cargas térmicas se entiende el proceso de determinar la cantidad de calor que hay que extraer o aportar a un local de unas determinadas características, y situado en una zona determinada, para mantener su interior en unas condiciones de confort para las personas. Lógicamente, si un local no dispone de climatización, su temperatura tenderá a adaptarse a la del ambiente.
En el momento que queremos que su temperatura se mantenga en un valor distinto al del exterior, y a voluntad de sus ocupantes, hay que introducir o extraer calor del local al exterior. Recordemos que el calor fluye del cuerpo más caliente al más frío, y por ello, al crear una diferencia de temperatura entre el local y el exterior se inicia una transferencia de calor por las paredes, suelos, ventanas, y aire de ventilación, que tiende de nuevo a igualar su temperatura con el exterior.
Al final se alcanza un equilibrio entre la potencia del equipo acondicionador, y las transmisiones que, por las paredes, techo, etc., tienden a restablecer la temperatura inicial. En ambos casos la potencia térmica que entra o sale del local la llamamos “pérdidas o ganancias de calor”, y hay que calcularlas para determinar la potencia del aparato calefactor o climatizador a instalar. El total de calor necesario, a introducir o sacar del local, lo denominaremos “demanda térmica” del local y hay al menos tres datos fundamentales necesarios:
Las pérdidas de calor a considerar en una instalación de calefacción se pueden clasificar en:
Pérdidas de calor por ventilación e infiltraciones: Estas pérdidas se corresponden con las pérdidas de calor debidas a extracciones y entradas de aire en el proceso de ventilación del local, así como a las infiltraciones de aire por rendijas en puertas, ventanas etc. Se toma el mayor valor de los dos (necesidades de ventilación o infiltraciones producidas).
Pérdidas de calor por transmisión a través de los cerramientos: Se corresponden con las pérdidas a través de paredes (interiores y exteriores), ventanas, puertas, suelos, techos. Este dato se encuentra recogido en el proyecto de la vivienda, aunque puede determinarse si no se tiene acceso a él según el procedimiento de cálculo mostrado en la unidad de trabajo anterior.
Suplementos: Al margen de las pérdidas de calor por transmisión e infiltraciones de aire hay que tener en cuenta los coeficientes por orientación y los coeficientes por intermitencia del suministro.
Por otra parte también tendremos ganancias de calor que se corresponden con las posibles aportaciones ocasionadas por la radiación solar, las personas, iluminación y equipos eléctricos entre otros. Estás cargas favorables, salvo que sean muy significativas y constantes en el tiempo, no las tendremos en cuenta en cálculos de calefacción, más allá de aplicar algún suplemento por orientación. Ello es lógico, debido a que la calefacción debe ser capaz de mantener las condiciones sin esta "ayuda" térmica (personas, lámparas, equipos informáticos, radiación a través de ventanas). En resumen, los datos de partida que utilizaremos y explicaremos a continuación, serán:
1. Condiciones climáticas externas: temperatura y humedad
2. Características constructivas del local-vivienda
3. Condiciones internas de uso: temperatura, humedad y uso
4. Exigencias reglamentarias: CTE y RITE
A partir de estos datos, se pueden emplear diferentes métodos para el cálculo de las distintas cargas térmicas
El proceso de cálculo de la carga térmica de un local o espacio habitado puede hacerse de forma más o menos precisa, generalmente según la importancia de la instalación o el compromiso de funcionamiento requerido. Básicamente, podemos diferencias los cuatro métodos siguientes:
Cálculo simplificado, por superficie y uso del local. Para elegir un climatizador en un salón de 30 m2 de un edificio de viviendas no hace falta ningún cálculo, se adopta un aparato de 3 500 W, que es el modelo fabricado normalmente para esta demanda. Así mismo, para un dormitorio de una vivienda es suficiente con 1 500 o 2 000 W. En la práctica habitual es frecuente tomar datos de carga térmica de locales tipo, en los que aparece la potencia normal en W/m2. Es decir, la carga térmica que necesita cada m2 de superficie. Para obtener la demanda total de un local, simplemente multiplicaremos la superficie del local en m2 por el factor de la tabla en vatios/m2 para dicha actividad o similar:
Cargas térmicas mediante hoja de cálculo simple o completa. Una hoja de cálculo, por ejemplo Excel, puede recoger todas las variables y fórmulas necesarias para el cálculo. Son hojas de cálculo, unas más sencillas que otras, que ahorran tiempo; no obstante, hay que indicar que el diseño de estas aplicaciones está hecho con unos supuestos que pueden variar de unos casos a otros (excepto en lo concerniente a los elementos reglamentarios que debieran cumplirlos todas ellas).
Cálculo de cargas térmicas con programas informáticos. Existen abundantes programas informáticos, muchos de ellos desarrollados por fabricantes de equipos y materiales para instalaciones, que tiene un uso sencillo y unos resultados inmediatos. Partiendo de la temperatura interior y exterior de proyecto, de la zona climática y de los coeficientes U (antigua K) de transmisión térmica, se calculan las cargas de cada elemento constructivo y de cada módulo o habitación, proporcionando además el caudal necesario de agua caliente que debe circular por cada radiador y el número de elementos a instalar de acuerdo con el fabricante seleccionado. Los programas independientes de fabricantes concretos suelen tener bases de datos de los principales fabricantes (Roca, Hergom, Rayco, Ferroli, Fer, etc.) y permiten imprimir la memoria de la instalación para presentar al organismo de control, cuando esta se requiere. También hay otras aplicaciones interesantes elaboradas por universidades y asociaciones profesionales, como el programa CLIMA que se verá más adelante y que puede servir para aprender a utilizar cualesquiera de estos programas.
Es importante destacar, que la base del conocimiento del uso de estos programas, más allá de las destrezas digitales para navegar por diferentes aplicaciones, tiene que ver con los conceptos vistos hasta ahora en las unidades anteriores, y los que van a tratarse en esta unidad.
Cálculo de cargas térmicas mediante procedimientos analíticos no automatizados. El técnico en calefacción o climatización siempre tiene que comprender los procesos térmicos en profundidad y ser capaz de realizar un cálculo analítico allá donde sea necesario o como comprobación ante una determinada aplicación informática u hoja de cálculo que nos da unos resultados que no vemos claros. Por ello, en la formación aportada en esta unidad se tratarán las destrezas en el manejo de programas como aquellas basadas en los procedimientos analíticos (empleo de cálculos y fórmulas). Es más, un buen manejo de este tipo de cálculos garantiza en muy gran medida el empleo de programas informáticos especializados en estos cálculos.