Cálculo de cargas térmicas: conceptos básicos y métodos

Publicado por S&P          febrero 28, 2025          Lectura: 5 min.

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¿Qué es el cálculo de cargas térmicas y por qué es importante?

El cálculo de cargas térmicas es el procedimiento mediante el cual se determina la cantidad de energía térmica que un espacio necesita ganar o perder para mantener una temperatura adecuada. Este cálculo es necesario para dimensionar correctamente los equipos de aire acondicionado, calefacción y ventilación.

Por ejemplo, la que se llevaría a cabo en una vivienda para calcular las necesidades de sus sistemas de calefacción, o en un centro logístico donde se trabaje con alimentos congelados, para asegurar los sistemas de refrigeración.

Estos estudios ahondan en la cuestión diferenciando si lo que se quiere obtener es carga térmica para determinar qué refrigeración o calefacción va a necesitar el espacio o área o, por otro lado, si se trata de estudiar las condiciones en temporadas de frío o calor, como habitualmente se hace en los hogares.

Factores que influyen en la carga térmica de un espacio

Para realizar un correcto cálculo de cargas térmicas, es fundamental considerar diversos factores que influyen en la transmisión de calor dentro de un espacio. Estos incluyen:

1. Características del edificio

• Aislamiento térmico: El nivel de aislamiento en paredes, techos y suelos afecta la cantidad de calor que entra o sale del edificio.
• Materiales de construcción: Algunos materiales retienen más calor que otros, impactando la carga térmica.
• Orientación y ubicación: La exposición al sol y el clima del lugar juegan un papel importante.

2. Carga interna

• Ocupación: Las personas generan calor, lo que influye en el diseño del sistema de climatización.
• Equipos eléctricos y de iluminación: Dispositivos como ordenadores, maquinaria industrial y luces pueden aumentar significativamente la carga térmica.

3. Condiciones externas

• Temperatura y humedad exterior: Afectan la cantidad de calor que ingresa al edificio.
• Radiación solar: La cantidad de luz solar directa que recibe un espacio puede incrementar la carga térmica, especialmente en fachadas acristaladas.

Métodos de cálculo de cargas térmicas para la climatización

Existen diferentes métodos para realizar el cálculo de carga térmica para aire acondicionado y calefacción. Entre los más utilizados, destacan:

• Método del factor de carga: Se basa en coeficientes predefinidos que reflejan la capacidad de los materiales y equipos para disipar calor.
• Método de transferencia de calor: Calcula las pérdidas y ganancias térmicas mediante ecuaciones de transferencia de calor en paredes, techos y ventanas.
• Método de simulación computacional: Utiliza software cálculo de cargas térmicas para modelar el comportamiento térmico de un edificio y determinar sus necesidades de climatización.

Para calcular la carga térmica total de un espacio, es importante considerar dos componentes principales:

• Cargas sensibles, que afectan directamente la temperatura del aire y provienen de fuentes como la radiación solar, equipos eléctricos y la ocupación del espacio.
• Cargas latentes, relacionadas con la humedad y que provienen de procesos como la transpiración humana, la cocción de alimentos o la infiltración de aire exterior.

Estos métodos permiten obtener estimaciones precisas de la carga térmica y elegir el sistema de climatización adecuado para cada espacio.

Cálculo de cargas sensibles

Para calcular la carga térmica sensible, que denominaremos Qs, es necesario utilizar la siguiente fórmula:

Qs = Qsr + Qstr + Qst + Qsi + Qsai

En esta expresión encontramos los valores a continuación, que además explicaremos uno por uno más tarde:

• Siendo Qsr el valor de la carga sensible originada por la transmisión a través de cerramientos traslúcidos, expresado en W.
• Siendo Qstr el valor de la carga sensible por transmisión a través de paredes y techos exteriores, expresado también en W.
• Siendo Qst el valor de la carga sensible por transmisión a través de paredes, techos, suelos y puertas interiores (W);
• Siendo Qsi el valor de la carga sensible transmitida por infiltraciones de aire exterior (W);
• Siendo Qsai el valor de la carga sensible debida a aportaciones internas (W).

Calcularemos por separado las cargas citadas anteriormente para conseguir el valor de la carga sensible total, a continuación.

Transmisión a través de paredes y techos exteriores

Esta carga térmica por transmisión se calcula de la siguiente forma:

Qstr = K * S * (Tec – Ti)

• Siendo K el coeficiente de transmisión térmica del cerramiento (W/m2 °C), también llamado transmitancia térmica.
• Siendo S la superficie del cerramiento, expresado en m2.
• Siendo Tec la temperatura de diseño al otro lado del cerramiento, expresado en °C.
• Siendo Ti la temperatura interior del diseño del local, expresado en °C.

Transmisión de radiación solar a través del cristal

Aquí se representa la radiación que atraviesa superficies traslúcidas, como puede ser el cristal, transmitiendo calor al interior de la estancia. Esta carga térmica por transmisión a través de cerramientos traslúcidos se calcula así:

Qsr = S * R * F

• Siendo Qsr la carga térmica por radiación solar a través de cristal, expresado en W.
• Siendo S la superficie traslúcida o acristalada expuesta a la radiación, expresado en m2.
• Siendo R la radiación solar que atraviesa dicha superficie, expresado en W/m2.
• Siendo F los factores de corrección de la radiación en función del tipo de vidrio y otros factores, que se pueden consultar en unas tablas del Código Técnico de Edificación (CTE-DB HE Ahorro de energía).

Transmisión a través de paredes, techos, suelos y puertas interiores

Qst = K · S · (Te-Ti)

• Siendo Qst la carga por transmisión a través de los cerramientos interiores, en W.
• Siendo K el coeficiente global de transmisión térmica del cerramiento expresado en W/m2ºC.
• Siendo S la superficie del cerramiento interior, en m2.
• Siendo Te la temperatura de diseño al otro lado del cerramiento (ºC).
• Siendo Ti la temperatura interior de diseño del local (ºC).

Transmisión por infiltraciones de aire exterior

Qsi = V · ρ · Ce,aire · ΔT

• Siendo Qsi la carga térmica por infiltración y ventilación de aire exterior (W).
• Siendo V el caudal de aire infiltrado y de ventilación (m3/s).
• Siendo ρ la densidad del aire, de valor 1,18 kg/m3.
• Siendo Ce,aire el calor específico del aire, de valor 1012 J/kg°C.
• Siendo ΔT la diferencia de temperaturas entre el ambiente exterior e interior.

Carga sensible por aportaciones internas

Qsai = Qsil + Qsp + Qsv

• Siendo Qsil la ganancia interna de calor sensible por iluminación, expresa en W.
• Siendo Qsp, la ganancia interna de calor sensible debido a los ocupantes, en W.
• Siendo Qsv la ganancia interna de calor sensible por aparatos diversos, en W.

Cálculo de cargas latentes

Ventilación / infiltración de aire

Aquí se calcula la carga latente por ventilación o infiltración de aire exterior, determinada con la siguiente fórmula:

Q = V * 0.63 * Δw

• Siendo V el caudal de aire infiltrado o de ventilación, expresado en m3/h.
• Siendo 0,63 el producto de la densidad estándar del aire (1,2 kg/m3) por el calor latente de vaporización del agua (0,52 Wh/g).
• Siendo Δw la diferencia de humedad absoluta entre el ambiente exterior y el interior (ºC).

Ocupación del local

Esta carga latente por ocupación del local se obtiene multiplicando una valoración de calor latente emitido por una persona tipo, por el número de ocupantes previstos para este local estudiado. Esta cifra de calor emitido se extrae de una tabla en la que se tiene en cuenta una tipología preestablecida de cada una de las estancias. Estos datos pueden ser obtenidos a través del RITE (Reglamento de Instalaciones Térmicas de los Edificios).

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