LA CARGA TÉRMICA EN LA CLIMATIZACIÓN

El calor solar que penetra a través de los vidrios queda absorbido inmediatamente en el espacio acondicionado, por lo que su efecto se hace sentir instantáneamente. El que entra por conducción a través de paredes y techos no es absorbido inmediatamente por el ambiente: según el tipo de material de construcción usado, el efecto del calor solar conducido puede no ser percibido hasta transcurridas varias horas.

Algunas veces el calor puede no alcanzar la zona interior hasta después de haberse puesto el sol. La cantidad de calor que penetra a través de la estructura depende del tipo de material usado y se mide con un factor k, el cual es un valor que determina la cantidad de calor que pasa por 1 m2  de superficie de pared.

La conducción del calor se efectúa en los materiales de construcción como resultado de la diferencia entre las temperaturas exterior e interior. Cuanto mayor es esta diferencia, mayor es el flujo de calor.

La cantidad de calor conducido como consecuencia de esas diferencias de temperatura depende de la superficie de las paredes o techos, así como de la resistencia que al paso del calor oponga el material utilizado.

Para realizar el cálculo del calor conducido a través de la superficie de pared de un edificio hay que multiplicar el factor k por el área, en m2, y el producto así obtenido se multiplica a su vez por la diferencia de temperatura entre los aires exterior e interior. El flujo total de calor, medido en unidades Kcal./h, se representa por la letra Q.

Orientación del Recinto

Si el sol sale por el este, la carga solar de los vidrios situados en las paredes de esta orientación es mayor durante la mañana (figura 1). En alguna ciudad del sureste, por ejemplo, el ciclo normal del curso solar es como sigue: por la mañana el sol incide en las paredes este y norte (figura 2); a mediodía lo hace en la pared norte y en el tejado (figura 3) y por la tarde , en las paredes norte y oeste (figura 4). El efecto solar de cada caso deberá basarse en el trayecto de sol durante el tiempo que el sistema  de aire acondicionado esté en funcionamiento, sólo se considerará  en las paredes en que se tenga incidencia del sol.


Rigurosamente la forma de la incidencia solar en cada ins-talación, con el fin de obtener la carga solar adecuada. En el proyecto que se vaya a ejecutar podrán tenerse una cualquiera de las condiciones siguientes (hemisferio sur):

  1. El sol puede no incidir en cualquier parte del recinto que se va a acondicionar, por estar rodeada por otros edificios (en este caso no debe considerarse carga solar alguna).
  2. El sol sólo incide en la pared este (la carga solar sólo se considera en esta pared).
  3. El sol puede incidir en las paredes norte y este a la vez (en este caso se considera la carga solar de ambas paredes).
  4. El sol sólo incide en la pared norte (sólo se considerará la carga solar en esta pared).
  5. El sol puede incidir al mismo tiempo en las paredes norte y oeste (se considerará la carga solar en las dos).
  6. El sol incide sólo en la pared oeste (solo se considerará la carga solar de esta pared).
  7. El sol puede incidir en la pared este por la mañana y en la oeste por la tarde (en este caso se considerará solo un lado, que será el que presente mayor superficie de vidrio en las ventanas).
  8. El sol puede incidir en las paredes norte y este por la mañana en las norte y este por la mañana y en las norte y oeste por la tarde (como en el caso anterior, se conside-rará solo la combinación que presente  mayor superficie vidriada).
  9. En las paredes de albañilería se considerará la carga solar del mismo lado  (o lados)en que se haya considerado el vidrio de las ventanas.
  10. Considérese la carga de calor de las puertas que den al exterior como si fuese vidrio.
  11. El sol incidirá siempre en los tejados, según sea la altura de las edificaciones adyacentes. (En todos los casos en que el tejado se encuentre directamente encima del recinto en que se ha de instalar el aire acondicionado habrá que calcular la carga solar.)

Paredes y Techo

El calor procedente del sol penetra en la estructura de las paredes y techo en forma más lenta a través de los vidrios. Los rayos del sol, al incidir en la superficie de paredes y techo de una estructura la atraviesan en parte, mientras que otra parte queda reflejada hacia la atmósfera.

Como este proceso es continuo, el calor del sol penetra cada vez más profundamente en los materiales del edificio, hasta llegar a la superficie interior (figura 5).

Si se altera la posición del sol, brillando con la misma intensidad, se necesitarán unas 7 horas para que el calor llegue a la cara interna de una pared de ladrillo de 30 cm. de espesor.

Infiltración

Otra fuente de calor que hay que considerar cuando se estime la carga térmica es la debida a la infiltración. El calor de esta parte de la carga está contenido en el aire que entra en el edificio o espacio acondicionado a través de puertas y juntas, por paredes, pisos, revestimientos  y cualesquiera otras aberturas existentes tales como conductos de aire exterior para ventilación.

El agente responsable de la infiltración es la diferencia de presión entre el exterior y el interior acondicionado, causado por el viento y por la diferencia de temperatura o efecto de chimenea. También la humedad es otra fuente de calor exterior que ha de tenerse en cuenta. La humedad penetra    en el espacio acondicionado o edificio por infiltración y se denomina carga latente. La que entra a través de juntas se convierte en parte de la carga de ambiente o se transforma con el aire de ventilación, formando parte de la carga, debido al aire exterior.

Fuentes de Calor Interior

Las fuentes de calor interior están constituidas por persona, luces, motores y cargas especiales. Las personas constituyen una fuente de los dos tipos de calor: latente y sensible, el producido por cada persona depende de la cantidad de energía que consuma. Un estado de reposo produce, como es natural, menos calor que otro de gran actividad.

Todos los tipos de luz producen calor. El generado por una lámpara incandescente es directamente proporcional a su potencia eléctrica, en tanto que el de las lámparas fluorescentes es un 25% menor aproximadamente que el indicado por la potencia.

Motores, aparatos eléctricos y máquinas de oficina son también fuentes adicionales de calor. El de los motores suele ser proporcional a su potencia nominal, aunque varía con las condiciones y características de arranque y parada. El calor procedente de otras fuentes y aparatos suele estar relacionado directamente son su consumo de combustible o de potencia.

Almacenamiento

Todas las estructuras pueden absorber y retener calor. Como ya se ha dicho, el calor puede tardar un cierto tiempo en llegar a la cara interna de las paredes o techo del espacio acondicionado. En ocasiones este efecto no se aprecia hasta después de haberse puesto el sol. Además todos los objetos del edificio o espacio acondicionado, tales como muebles y paredes, contienen calor. Si éste sigue estando presente cuando por la noche se desconecta el equipo de aire acondicionado, una parte de él queda retenida, formando parte de la carga térmica, hasta que empiece al día siguiente otra vez a funcionar el equipo.

Esta porción de carga puede reducirse haciendo funcionar el equipo por la noche o en las primeras horas del día, antes de ocuparse el espacio. Como durante esos períodos no está presente el sol, la carga del espacio o edificio es bastante menor que la carga que el equipo puede eliminar.

De todo lo anterior resulta obvio que se puede reducir la temperatura de paredes y techo, así como la de los objetos que haya en la zona acondicionada , hasta que un punto que no queda muy lejos de la carga térmica, constituyendo así una fuente de almacenamiento de la capacidad de refrigeración. Está capacidad almacenada se puede usar para compensar parte de la carga de calor solar de la mañana, o la resultante de la ocupación del espacio acondicionado o edificio. Este principio se puede aplicar a instalaciones pequeñas o residenciales en cualquier momento en el que la carga térmica sea menor que la capacidad máxima del equipo.

Hay que tomar las precauciones oportunas para mantener la temperatura en un nivel correcto, de acuerdo con las condiciones del proyecto, sin enfriar demasiado el espacio acondicionado.

Carga Térmica de Calentamiento

Se llama carga térmica de calentamiento la cantidad de calor necesaria para un ambiente, durante el invierno, con el fin de compensar las pérdidas de calos debidas a la diferencia de temperatura entre los aires interior y exterior. Estas pérdidas se manifiestan en un escape de calor del espacio acondicionado. El calor se escapa por conducción e infiltración por las ranuras alrededor de puertas y ventanas, y al abrir éstas.

Conducciones

El proceso de la pérdida de calor durante el período de invierno es idéntico al de ganancia de calor durante el verano: por conducción a través de las paredes y el techo. El calor se pierde también por conducción en vidrios y cimientos (figura 6).

Por consiguiente, la carga de calentamiento consiste en el calor perdido por conducción a través de los materiales y por infiltración en rendijas, juntas y apertura de puertas. Como el proceso de refrigeración, la cantidad de calor perdido depende de los materiales de construcción y de la diferencia de temperatura entre el aire exterior y el interior. También se usa aquí el factor K para determinar la cantidad de calor Q que se pierde a través de los materiales. En operaciones de calentamiento, sobre todo en locales de temperaturas extremas, la diferencia de éstas es mayor que en la refrigeración.

Por eso la transferencia de calor por conducción suele ser mayor que en la operación de enfriamiento. El calor también se pierde a través de los pisos situados al nivel del suelo o inferior a él (figura 7). Por lo general hay una perdida mayor en los pisos y paredes que están por debajo del nivel del suelo que en los que están sobre él. Esto se debe principalmente a la diferencia de temperatura existente entre la superficie de la tierra y las capas subterráneas de ella.

Ventilación

Otra fuente de pérdida  de calor es el necesario para aumentar la temperatura del aire usado para la ventilación. El calor añadido para aumentar la temperatura del aire de ventilación no se pierde en realidad ya que vuelve al espacio acondicionado.

Reducción de la Carga de Calor

Pueden utilizarse varios métodos para reducir las pérdidas térmicas; se pueden aislar paredes, pisos y techos; usar ventanas de vidrios dobles e incluso recurrir al empleo de elementos portátiles en ventanas y puertas, en el caso de climas extremos. Cuando las condiciones exteriores sean muy extremas se recomienda utilizar un aislamiento de 5 a 10 cm. de espesor.