carga de refrigeración

CARGA DE REFRIGERACIÓN

Material Didáctico

SITUACIÓN ESTACIONARIA (Equilibrio)

To Ti

To Ti

Ti = Temperatura Interior

To = Temperatura Exterior

INVIERNO

To

Ti

To < Ti

Bomba de

Calor

Q



VERANO

To Ti

To > Ti

Aire

AcondicionadoQ




Es la cantidad de Energía Térmica por unidad detiempo que un espacio cerrado intercambia con elexterior debido a la diferencia de condicionesclimáticas.

Depende de:

• Temperatura Exterior (Condiciones climáticas externas)

• Temperatura interior (Condiciones de confort térmico)

• Aislamiento térmico de paredes y techos (ganancias y pérdidas de calor)


CONDICIONES DE CONFORT TÉRMICO

Confort térmico se define como el estado metalque expresa satisfacción con el ambiente.

Los valores de temperatura y humedad relativa para lascondiciones de confort térmico son dadas pordiferentes normas nacionales e internacionales. :

• ISO 7730:2005

• CEN CR 1752: 1999

• SPAIN: RITE 2007

• ISO 7730:2005

Estación Temperatura Interior ºC

Velocidad del aire m/s

Humedad Relativa %

Summer 23-25 0.18-0.24 40-60

Winter 20-23 0.15-0.20 40-60

Lugar de Trabajo: Temperatura interior entre 17ºC y25ºC y humedad relativa entre 30% y 70%


• CEN CR 1752: 1999


CONDICIONES EXTERIORESEn España, las temperaturas seca y humeda en veranopara diferentes ciudades están dadas por las normasUNE 100-014-84, 100-001-85, 100-002-88

Temp.SecaTemp. Humeda



OMA(ºC)

1% 2,5% 5%

Albacete 34,6 / 20,4 33,1 / 20,3 31,7 / 19,6 39,3

Alicante 31,5 / 20,8 30,2 / 21,5 29,2 / 21,6 29,0

Barcelona 28,7 / 23,0 27,8 / 22,6 27,0 / 22,6 27,5

Bilbao 29,8 / 21,1 27,5 / 20,0 25,7 / 19,3 30,5

Burgos 30,8 / 19,3 29,2 / 18,6 27,2 / 18,0 38,0

Cáceres 36,3 / 18,9 35,2 / 18,7 33,8 /18,0 35,8

Ejemplo:

Nivel de Percentil: Porcentaje anual del tiempo en que latempertura seca de una localidad sobrepasa cierto nivel.

• 1%: Hospitales, clínicas

• 2.5%: Edificios de especial consideración

• 5%: otros edificios

Oscilación Media Anual (OMA): Diferencia entre latemperatura en invierno y en verano.

CONDICIONES EXTERIORES

CALOR SENSIBLE Y LATENTE

Cuando el aire se enfría, el agua presente en el aire secondesa y la humedad relativa de este se incrementa.Podemos entonces distinguir entre:

• Calor Sensible: Calor para cambiar la temperatura del aire

• Calor Latente: Calor para cambiar el estado del aguapresente el aire..

Para pequeñas unidades de refrigeracion, el calor latenteno es importante, pero, con grandes, se debe calcular losdos tipos de calores.

CÁLCULOS DE CARGA DE REFRIGERACIÓN

Tres métodos:

• Método Simplificado: depende sólo del tamaño de lahabitación y del nivel de ocupación (aproximación. Muypoca precisión)• Cálculo simple de la Carga de Refrigeración: Noconsidera las condiciones externas ni calor latente enloscáculos (precisión intermedia)

• Cáculo completo de la Carga de Refrigeración: Incluyecalor sensible y calor latente (alta precisión)

Método Simplificado:

Válido para necesidad de precisión bajas: Habitaciones,tiendas y oficinas con área inferiores a 100 m2

Q = A x k Carga de refrigeración

A: superficie del Local

k: Coeficiente en unidades de W/m2


Q = S x k Cold load

Tipo de Local Coeficente k (W/m2)

Casa

Nueva y aislada habitación 100

Parcialmente aislada habitación 125

Habitación calurosa y ático 150

Hotel

Hall 140

Habitación 100

Oficina

Pequeña 115

Grande 140

Q = S x k

Tipo de local Coeficiente k (W/m2)

Tiendas

Pequeñas Tiendas 120

Tiendas de alta ocupación 180

Supermercados 120

Hipermercados 160

Locales Públicos

Teatro, Cine 180

Hall 230

Restaurantes 230

Bar, Cafetería 290

Discotecas 300

Método Simplificado:

El método no es válido en los siguientes casos:

• Terrazas

• Puertas abiertas permanentemente a la calle

• Radiación solar directa a la fachada

• Alta cantidad de espacio abierto, escaleras, etc…

• Muy alta iluminación

• Altas corrientes de aire


Cálculo simple de la carga de refrigeración:

Válido para necesidades de presición intermedias: Tiendasy lugares públicos con superficies inferiores a 300 m2

No se considera el cálculo del Calor Latente

No es necesario conocer las condiciones externas detemperatura

VÁLIDOS ÚNICAMENTE PARA EQUIPOS PEQUEÑOS EINTERMEDIOS


Factores considerados:

• Aislamiento en ventanas: efecto de la radicación solardepende de la orientación de la ventana.

• Transmisión de calor: ganancia de calor a través deventanas, parederes y suelo

• Aparatos eléctricos y electrodomésticos: calor sensibleproducido por estos aparatos.



• Ocupación: considera la máxima ocupación del edificio.

• Ventilación: para hogares y pequeñas oficinas, éstadepende del número de habitaciones. Para grandeslocales públicos, depende del número de ocupantes.



Factores considerados:

Factor de Corrección:

• Localización muy calurosa: 1.2.

La carga de refrigeración calculada es multiplicada porun factor de seguridad de acuerdo a:

• Alta oscilación de la ocupación: 1.2.

• Necesidades especiales de Confort: 1.3.

• Horario principal de uso: tarde 0.8, noche 0.7.



Cálculo completo de la carga de refrigeración:Válido para altas necesidades de precisión: Lugares públicos,locales y edificios con condiciones especiales: fuentes de calor,grandes ventanas, etc.

Considera cálculos de calor sensible y latente.

Es necesario para la selección de la Unidad de Refrigeración.

La transmitancia térmica de las paredes y el resto de laenvolvente es tenida en cuenta.

Las condiciones externas son fijadas


• QS: Ganancias de Calor Sensible

• QL: Ganancias de Calor Latente

Q = QS + QL

La carga de refrigeración total es calculada por:

Cálculo completo de la carga de refrigeración:


COLD LOAD CALCULATION

• QSR: Ganancias de Radiación Solar

QS = QSR + QST + QSV + QSI

Ganancias del Calor Sensible:

• QST: Transferencia de calor a través de la envolvente.• QSV: Ventilación e infiltración del aire del alrededor• QSI: Fuentes de calor internas: personas y aparatoseléctricos


QSR = A x R x f

Ganancias de Radiación Solar, QSR :

• A: Área de la ventana o superficie transparente en m2

• R: Radiación Solar Unitaria

• f: Factor de Corrección



COLD LOAD CALCULATION

Full cold load calculation:

Radiación Solar Unitaria, R, depende de laorientación de la superficie, latitud, dia y hora-

Para los cálculos, Los días 13th July o 24th August ylas horas solareas de 12 a 16 son usadas

8 10 12 13 14 15 16 18 20

N 37.2 44.2 44.2 44.2 44.2 40.7 37.2 75.6 0.0

NE 330.2 81.4 44.2 44.2 44.2 40.7 37.2 15.1 0.0

E 516.3 308.1 44.2 44.2 44.2 40.7 37.2 15.1 0.0

SE 374.4 346.5 131.4 46.5 44.2 40.7 37.2 15.1 0.0

S 40.7 138.4 217.4 197.7 138.4 81.4 40.7 15.1 0.0

S0 37.2 44.2 131.4 258.1 346.5 394.2 374.4 169.8 8.1

0 37.2 44.2 44.2 134.9 308.1 453.5 516.3 372.1 29.1

NO 37.2 44.2 44.2 44.2 81.4 208.1 330.2 333.7 29.1

Hor. 396.5 639.5 733.7 709.3 639.5 538.4 396.5 75.6 29.1

Factor R paraLatitud = 40º en el días 13th

July, en kcal/hm2

Ori

enta

ció

n

Hora SolarCÁLCULOS DE CARGA DE REFRIGERACIÓN

Factor de corrección, f: considera tipo de cristal,sistema de oscurecimiento..

Tipo de cristal:Cristal

NormalCristal 6mm

DobleCristal

Triple Cristal

CristalAzul

CristalRojo

Cristal Verde

CristalAbsorbente(40%-70%)

1 0.94 0.90 0.83 0.60 0.58 0.32 0.80-0.62



Sistema de oscurecimiento:

Toldo PersianasClaras

PersianasOscuras

Cortinas Claras

CortinasOscuras

Persianas externas de

Madera

0.24 0.56 0.75 0.41 0.80 0.24

Factor de corrección, f: considera tipo de cristal,sistema de oscurecimiento..



QST= U x A x (To-Ti)

Transferencia de Calor a través de la envolvente,QST :

• A: Area de la superficie envolvente en m2

• T0: Temperature exterior• Ti: Temperatura interior de diseño

• U: Coefiente de tranferencia de calor de la envolvente



QST= U x A x (To-Ti)

Transferencia de Calor a través de la envolvente,QST :



El coeficiente U: puede ser calculado a partir de lacomposición y espesor de la superficie envolvente.

Si no se pudiera hacer, se pueden utilizar estimaciones.

Superficie U(W/m2K)

Ladrillo simple 9 3.5

Bloques de Hormigón 2

Ladrillo12 + cámara+ Ladrillo4 1.5

Ladrillo12 + cámara + Ládrillo7 1.7

Ladrillo12 + Aislante4+ Ladrillo4 0.7

Estimaciones del coeficiente U para paredesexternas:



Superficie U(W/m2K)

Ladrillo 4 3.5

Ladrillo 7 3.4

Paneles de yeso sin aislante 4.6

Paneles de yeso con aislante 1.4

Estimaciones del coeficiente U para particionesinternas:



Superficie U(W/m2K)

Terraza 1.3

Tejado de teja sin cámara 1.7

Tejado de teja con cámara 1.3

Tejado de chapa sin aislante 8.1

Tejado de chapa con aislate 2.3

Estimaciones del coeficiente U para cubiertas:



Superficie U(W/m2K)

Sobre suelo 1.1

Losa Cerámica 15 1.4

Losa Cerámica 20 1.3

Losa de hormigón 20 1.3



Estimaciones del coeficiente U para suelos:

Superficie U(W/m2K)

Cristal Simple 6mm 6.5

Cristal Doble 6+6 3.4

Doble cristal con cámara 3



Estimaciones del coeficiente U para ventanas:

Superficie U(W/m2K)

Puerta de madera sin cristal 3.5

Puerta de madera con cristal 3.9

Puerta metálica sin crital 5.8

Puerta metálica con cristal 4.6



Estimaciones del coeficiente U para puertas:

QSV= V x x Cp x (To-Ti)

Ganancia de calor por infiltración del aire dealrededor, QSV :

• V: Flujo de Aire en m3/s

• : Densidad del Aire, 1.18 kg/m3

• CP: Capacidad térmica del Aire: 1012 J/Kg K

• (To-Ti): Diferencia de temperaturas entre el interior y exterior



Por Person Por m2 Por room

Almacen 0.75 -3

Aparcamiento 5

Aseo público 25

Aseo particular 15

Aula 8

Bar 12 12

Cafetería 15 15



Flujo de Aireen L/s

Per Person Per m2 Per room

Sport Hall 12 4

Casino 12 10

Comedor 10 6

Cocina 8 2

Baño 20 15

Dormitorio 8 1,5

Escuela, biblioteca 5 3

Flujo de Aireen L/s



Per Person Per m2 Per room

Sala de Profesores 5 1.5

Sala de espera 8 4

Estudio fotográfico 2.5

Museo 8 4

Discoteca 15 13

Habitación de fisioterápia

10 1.5Flujo de Aireen L/s



QSI= QSIL+ QSIE + QSIO

Ganacias de calor de fuentes internas, QSI:

• QSIL : Calor proveniente de la puntos de iluminación

• QSIE : Calor proveniente de los aparatos eléctricos

• QSIO : Calor proveniente de los ocupantes



Iluminación:

• Luz Incandescente:

• Luz Fluorescente:

QSIL = nPL

QSIL = 1.25 nPL

n = Numero de bombillas

PL = potencia de la bombilla

Ganacias de calor de fuentes internas, QSIL:



Ocupantes

QSI0= n x QSIP

• n = número de personas

• QSIP = calor latente por persona, depende de laactividad y de la temperatura de la habitación.

Ganacias de calor de fuentes internas, QSI:



Actividad 28ºC 27ºC 26ºC 24ºC

Persona sentada

52 58 64 70

Persona en reposo

52 58 64 76

Trabajo ligero

58 64 70 87

Paseando 64 70 81 99

Danzando 81 87 99 110

Trabajo duro 134 140 145 151

Calor Sensible por persona en W



• QLV : Ganancias de Calor latente por ventilación einfiltración del aire de alrededor

QL = QLV + QLO

Ganancias de Calor Latente:

• QLO : Ganancias de Calor latente por ocupación



Ganancias de Calor Latente por infiltración delaire de alrededor, QLV :

QLV= V x x Cp x (Ho-Hi)

• V: Flujo del Aire en m3/s

• : Densidad del Aire, 1.18 kg/m3

• CP: Calor latente del agua: 2257 kJ/kg

• (Ho-Hi): Diferencia de humedad absoluta de interior yexterior



QL0= n x QLP

• n = número de personas

• QLP = Ganancia de calor latente por persona, dependede su actividad y temperatura de la habitación.

Ganancias de Calor Latente por ocupación, QLO :



Actividad 28ºC 27ºC 26ºC 24ºC

Personasentada

52 47 41 30

Persona en reposo

81 87 81 70

Trabajo Ligero

163 157 151 134

Paseando 186 180 169 151

Danzando 215 204 198 180

Trabajo duro 291 291 285 268Latent heat in W/person



Calor latente porpersona en W

Factor de corrección:

• Localización muy calurosa: 1.2.

La carga de refrigeración final calculada es multiplicadapor un factor de seguiridad, de acuerdo a:

• Altas oscilaciones en la ocupación: 1.2.

• Necesidades de confort: 1.3.

• Principales horas de uso: tarde 0.8, noche 0.7.



La presentación fue preparada por:

Antonio Rodero Serrano, Cordoba, Espana

Dorota Anna Krawczyk, Bialystok, Polonia

2019

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