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¿Qué potencia de aire acondicionado necesito? Fórmula y factores de cálculo

Cálculo de la potencia de carga térmica del aire acondicionadoPara poder calcular correctamente y con más exactitud qué potencia de aire acondicionado o bomba de calor necesitamos para climatizar un recinto, es necesario seguir unos pasos más detallados en el cálculo de carga térmica. En este artículo explicaremos los conceptos y los datos que necesitamos saber para calcular las cargas térmicas del aire acondicionado y veremos un ejemplo práctico para saber la potencia en refrigeración necesaria según condiciones requeridas.

*Los cálculos que presentamos en este artículo son orientativos. Recomendamos acudir a los expertos de Salvador Escoda que te ofrecerán un estudio exacto de tus necesidades. 

¿Qué es calor sensible y latente?

Las cargas sensibles son aquellas que van a originar una variación en la temperatura del aire y las cargas latentes son las que van a originar una variación en la humedad absoluta del ambiente (contenido de agua en el aire).

El más importante es tener en cuenta todas las ganancias de calor que puede contener en el recinto a ser climatizado tanto procedentes del ambiente exterior como interior del edificio, así como:

Cargas provenientes del exterior

  • Carga sensible por radiación a través de los cristales y superficies soleadas.
  • Carga sensible por transmisiones por conducción a través de superficies no soleadas.
  • Cargas sensibles y latentes introducidas a través del aire de renovación.
  • Cargas sensibles y latentes debido a infiltración.

Cargas provenientes del interior

  • Cargas sensibles y latentes generadas por las personas.
  • Cargas sensibles de iluminación.
  • Cargas sensibles generadas por equipos eléctricos.
  • Otras cargas generadas en el interior. 

¿Qué datos debemos conocer para hacer el cálculo de la potencia del aire acondicionado?

Para la realización de los cálculos de las cargas arribas mencionadas, necesitamos disponer de los siguientes datos: 

  • Ubicación. 
  • Orientación geográfica.
  • Condiciones exteriores de humedad y temperatura.
  • Condiciones internas requeridas de humedad y temperatura, recomendada, 24º en verano y 22º en invierno.
  • Superficie y altura del recinto a ser climatizado.
  • Dimensiones en m2 de las paredes y cristales. 

Qué aire acondicionado necesito según estancia

En caso de no disponer de todos los datos necesarios o no necesite tanta precisión y detalle en los cálculos que expondremos a continuación, se puede utilizar los siguientes ratios generales de climatización:

  • Potencia del aire en viviendas: 90-130 W/m2
  • Potencia del aire en oficinas: 180 – 250 W/m2
  • Potencia del aire para habitación de Hotel u Hospital: 120-150 W/m2
  • Potencia del aire para salas de reuniones, centros comerciales, restaurantes, teatros, aulas: 220 – 350 W/m2   

 

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Cálculo de aire acondicionado para profesionales

Para poder ayudar a la comprensión de cada etapa del cálculo de cargas, suponemos el siguiente ejemplo para saber la potencia en refrigeración necesaria según condiciones requeridas.

Ejemplo de cálculo de potencia de aire acondicionado que necesitamos en una estancia

DATOS DE CÁLCULO:

Tipo de edificación: Un aula.

Superficie total:10m x 6,4m =64 m2.

Aforo: 25 personas.

Iluminación:15 pantallas de (4x18w).

Ordenadores: 25 uds.

U pared interior: 2,39 w/m2.

U pared exterior: 0,64 w/m2.

U tejado:1,05 w/m2.

U cristal: 2,81 w/m2.

Factor solar: 0,65.

Transmisiones por radiación a través de los cristales

Todas las zonas con vidrios hacia el exterior deben tener en cuenta el cálculo de ganancia solar en el cristal con la siguiente formula:

Q radiación cristales = 10 m2 (5m2 x 2 ventanas)x 516 W/m2 (Carga máxima de radiación 23/07 a las 16h) x 0,65 x 1.17

Q radiación cristales = 3924,18 W

Q = Superficie x Radiación Solar x Factor Solar x marco metálico

  • Superficie: Suma de la superficie de todos cristales, separados por orientación.
  • Radiación Solar: Se debe extraer el mayor valor de radicación solar de la tabla del manual Carrier, teniendo en cuenta la latitud y orientación.
  • Factor Solar: Se debe verificar el factor del vidrio a ser instalado.
  • Marco Metálico: Generalmente se considera un valor de 1.17.

Transmisiones por radiación a través de las paredes exteriores y tejados soleados

Para el cálculo de radiación por pared y tejado, se aplica la siguiente ecuación:

Q = Superficie x Te (Variación de Temperatura Equivalente) x U (Coeficiente de Transmisión)

Q fachada oeste = 30 m2 ((4m x 10m) – (5m2 x 2 ventanas))x 14,6ºC x 0,64w/m2

Q = 280,32 w/m2

Q tejado = 64 m2 (6,4m x 10m)x 18ºC x 1,05 w/m2

Q radiación  tejado= 1209,6 W

 

  • Superficie: Suma de la superficie de todas las paredes exteriores, separados por orientación.
  • Te (Variación de Temperatura Equivalente): Es la suma de la temperatura equivalente más elevada en la orientación con la corrección, lo cual sacamos se puede encontrar fácilmente en el manual de Ashrae, a parte de los valores mínimo preestablecidos en el documento HE del CTE.
  • U (Coeficiente de Transmisión): varía según el tipo de material, en el código técnico CTE-DB HE1 se puede encontrar los valores mínimos. 

Transmisiones por conducción a través de todas las paredes y cristales no soleados

Para las superficies que no son soleadas, así como cristales, paredes exteriores e interiores, se utiliza la formula a continuación:

Q = Superficie x ΔT (Variación de Temperatura) x U (Coeficiente de Transmisión)

Q transmisión. cristales = 10 m2 (5m2 x 2 ventanas)x 7ºC (31-24)x 2,81 w/m2

Q transmisión cristales= 196,7 W

Q paredes interiores = 91,2m2 (4 x (6,4 + 10 + 6,4))x 2,39 w/m2 x 3,5ºC (7ºC /2)

Q paredes interiores = 762,88 W

 

  • Superficie: Suma de la superficie de todas las paredes y cristales.
  • ΔT (Variación de Temperatura): Temperatura exterior menos temperatura interior.

Cuando se trata de paredes interiores de recintos no climatizados, se divide el resultado de la variación de temperatura entre dos.

Tipo de actividad y aforo

Tener en cuenta la actividad en el recinto a ser climatizado es muy importante, dado que la tasa metabólica cambia con relación al tipo de actividad desempeñada, así como, oficina, sala de espera, aula, comercio, etc. A continuación, obtenemos el calor sensible y latente de aporte por la ocupación.

Carga sensible de ocupación

Q sensible ocupación = 25 x 70 W/persona

Q sensible ocupación= 1750 W

Q = Nº de personas x calor sensible/persona

Carga latente de ocupación

Q = Nº de personas x calor latente/persona

Q latente ocupación = 25 x 47 W/persona

Q latente ocupación = 1175 W

Los datos de calor sensible y latente por persona en función del tipo de actividad ejercida, puede ser extraído del RITE.

Cantidad y potencia de los equipos eléctricos y electrónicos

Se considera en el cálculo de carga aportado por equipos que la potencia íntegra de funcionamiento de los equipos se transforma en calor sensible. Considerando que todos los equipos no funcionarán a la vez, se utiliza un coeficiente de simultaneidad del 0,75 a la suma obtenida de todas las potencias.

En caso de no disponer de dichos datos, se puede considerar los factores por metro cuadrado.

Oficinas y similares: 10 o 15 W/m2

Panadería: 35 W/m2

Q equipos= 25 x 120 W/ordenador

Q equipos = 3000 W


Tipo y potencia del alumbrado

El cálculo de potencia instalada en iluminación interior sigue el mismo criterio del cálculo de potencia de equipos electrónicos, dado que, si no dispone de valor de calor disipado, puede tener en cuenta los ratios de iluminación del CTE:

Auditórios, teatros: 15 W/m2

Administrativo: 12 W/m2

Hospitalario: 15 W/m2

De lo contrario, se puede calcular carga sensible según el tipo de iluminación y cantidad:

LAMPARA TIPO INCANDESCENTE

Q = nº de lámparas x potencia unitaria

LAMPARA TIPO FLUORESCENTE

Q = 1,25 (reactancia) x nº de lámparas x potencia unitaria

Q iluminación = 1,17 x 15 x 72 W (4x18W)

Q iluminación = 1264 W

 

Ventilación e infiltración de aire exterior

Para asegurar la calidad del aire, se debe considerar en cálculo de cargas la aportación de aire exterior. El CTE establece un caudal mínimo en función de la tipología del edificio:

Para hospitales, clínicas, laboratorios y guarderías -Calidad Óptima (IDA 1): 20 L/s (72 m3/h) por persona

Para oficinas, residencias de ancianos y estudiantes, salas de lectura, museos, tribunales, aulas de enseñanza y piscinas climatizadas - Calidad Buena (IDA 2): 12,5 L/s (45 m3/h) por persona

Para edificios comerciales, cines, teatros, salones de actos, hoteles, restaurantes, cafeterías, bares, salas de fiesta, gimnasios y centros deportivos – Calidad media (IDA 3): 8 L/s (28,8 m3/h) por persona

Calidad Baja (IDA 4): 5 L/s (18 m3/h) por persona

Para saber la carga térmica del aire de renovación e infiltración, necesitamos tener en cuenta las cargas sensibles y latentes a través de las siguientes formulas:

CARGA SENSIBLE DE VENTILACIÓN E INFILTRACIÓN DE AIRE EXTERIOR

Q sensible ventilación = 1125 m3/h (IDA 2 - 45 m3/h * 25 personas) x 1,18 Kg/m3 x 0,24 Kcal/kgºC x 7ºC (31-24)

Q sensible ventilación = 2230 Kcal/h = 2593,49 W

Q = Caudal (m3/h) x ρ (densidad del aire) x Ce aire (calor especifico del aire) x ΔT

  • Caudal: Es calculado multiplicando la cantidad de personas por una de las IDAs especificadas en el CTE. En caso de infiltración, necesita calcular el caudal de aire infiltrado.
  • ρ (densidad del aire): 1,18 kg/m3
  • Ce aire (calor especifico del aire): 1012 J/KgºC = 0,24 Kcal/KgºC
  • ΔT: Diferencia entre temperatura exterior e interior

CARGA LATENTE DE VENTILACIÓN E INFILTRACIÓN DE AIRE EXTERIOR

Q = Caudal (m3/h) x ρ (densidad del aire) x Ce agua (calor especifico del agua) x Δw

Q latente ventilación = 1125 m3/h (IDA 2 - 45 m3/h * 25 personas) x 1,18 kg/m3 x 0,54 kcal/kgºC x 7 g/Kg AS (19 - 12)

Q latente ventilación = 5017,95 Kcal/h = 5835,88 W


  • Caudal: Es calculado multiplicando la cantidad de personas por una de las IDAs especificadas en el CTE. En caso de infiltración, necesita calcular el caudal de aire infiltrado.
  • ρ (densidad del aire): 1,18 kg/m3
  • Ce aire (calor especifico del agua): 2257 J/KgºC = 0.54 Kcal/KgºC
  • ΔT: Diferencia de la humedad absoluta entre el ambiente exterior y el interior que se puede localizar utilizando la tabla psicométrica.

TOTAL CARGAS (LATENTE + SENSIBLE)

Q TOTAL SENSIBLE = Q radiación cristales+ Q radiación tejado + Q transmisión cristales+ Q paredes interiores+ Q sensible ocupación+ Q equipos+ Q iluminación+ Q sensible ventilación

Q TOTAL Q radiación cristales+ Q radiación tejado + Q transmisión cristales+ Q paredes interiores+ Q sensible ocupación+ Q latente ocupación + Q equipos+ Q iluminación+ Q sensible ventilación+ Q latente ventilación

Q TOTAL SENSIBLE = 3924,18 + 1209,6+ 196,7+ 762,88+1750 + 3000 + 1264 + 2593,49

Q TOTAL SENSIBLE = 14.700,85 W = 14,7 kW

Q TOTAL = 3924,18 + 1209,6+ 196,7+ 762,88+1750 + 1175 + 3000 + 1264 + 2593,49 + 5835,88

Q TOTAL = 21.711,73 W = 21,7 kW

RELACIÓN W/m2 del ejemplo = 339 W/m2


Concluyendo, en un espacio acondicionado que se requiere mantener cierta condición de diseño, por ejemplo, temperatura de bulbo seco de 24 °C y humedad relativa de 55%, las fugas de calor y la humedad hacia dentro del espacio deben ser compensadas suministrando aire más frio que la temperatura de diseño del espacio con el objetivo de remover el calor sensible y eliminar la humedad, dado que el aire suministrado debe tener un punto de rocío menor que el punto de rocío del espacio en la condición de diseño.

El calor que el aire acondicionado debe extraer del espacio acondicionado es la suma del total de cargas sensibles y cargas latentes del espacio, pero para mantener la condición de diseño no es simplemente suficiente extraer del espacio la misma cantidad de calor que la que gana éste por hora. Deben extraerse las cantidades correctas de calor sensible y de calor latente, y de ahí la importancia del punto de rocío del aparato.

La relación del calor sensible del espacio al calor total del espacio se llama factor de calor sensible y puede expresarse en la forma: 

FACTOR DE CALOR SENSIBLE:  Qs / (Qs + Ql)

FACTOR DE CALOR SENSIBLE = 14700,85 / 21.711,73

FACTOR DE CALOR SENSIBLE = 0,68


Qs = ganancia de calor sensible por hora

Ql = ganancia de calor latente por hora

Por lo tanto, con la suma de todas las cargas (sensible + latente) podemos saber la potencia de refrigeración y/o calefacción necesaria para el recinto, pero si necesita mantener una cierta humedad y temperatura de diseño, a partir del factor de calor sensible y el ábaco psicométrico se puede determinar el correcto punto de rocío del aparato y por consiguiente calcular el caudal de aire necesario, la temperatura de entrada y salida de la batería.

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Modificado por última vez enMiércoles, 14 Julio 2021 13:26
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