El cálculo de cargas térmicas en edificación es un proceso fundamental para diseñar envolventes arquitectónicas eficientes y dimensionar sistemas de climatización optimizados. Un aspecto por tanto fundamental, que, sin embargo, pocas veces se llega a elaborar al nivel de detalle que debería, por distintos motivos que ahora expondremos:
1. Prevalencia del “número gordo”, haciendo estos cálculos en base a ratios o estimaciones que tienen su origen en casos previos con cierta similitud.
2. Dificultad para recopilar con garantías todos los valores de partida que se requieren, ya sea por falta de documentación o incapacidad para hacer pruebas de campo.
3. Falta de tiempo para acometer estos cálculos con garantías, porque la obra demanda plazos muy restrictivos o hay que pedir el material a los proveedores con mucho margen para asegurarse un reparto en tiempo y forma.
Pero dejando a un lado circunstancias particulares, el cálculo de cargas, además presenta un problema endémico que con esta guía pretendemos, al menos, mitigar. Y es la cierta complejidad que supone para muchos diseñadores, el llevar a cabo unos cálculos de garantías, teniendo en cuenta las numerosas variables termodinámicas que deben de tenerse en consideración.
¿Cómo calcular las cargas térmicas?
Así, vamos a intentar detallar paso por paso, como se podría acometer un cálculo de cargas térmicas con garantías, aprovechando para introducir, en cada caso, los softwares de referencia que pueden seros útiles.
1. Paso 1: Recopilación de datos. – Reúne toda la información referente al edificio y su entorno. Esto incluye:
> Ubicación geográfica y orientación del edificio.
> Dimensiones y geometría del edificio.
> Condiciones climáticas locales, incluido tipo de viento predominante.
> Perfiles constructivos en paredes, techos y suelos.
> Materiales de construcción, con sus fichas técnicas correspondientes.
> Cantidad, situación y tipo de ventanas / puertas.
> Actividades a desarrollar dentro de cada sala del edificio.
> Datos sobre cualquier potencial fuente de calor que opere dentro del edificio.
2. Paso 2: Cálculo de ganancias de calor. – Identifica cualquier potencial fuente de calor que afectan el edificio (internas o externas). Estas pueden incluir:
> Ganancias solares: Calcula la radiación solar incidente en las superficies del edificio, considerando la ubicación, orientación y sombreado.
> Ganancias internas: Estima las ganancias de calor debidas a equipos, iluminación, electrodomésticos y ocupantes. Utiliza valores específicos para cada fuente.
> Ganancias de conducción: Calcula las ganancias de calor a través de las paredes, techos y suelos en función de los valores de conductividad térmica y diferencia de temperatura.
3. Paso 3: Cálculo de pérdidas de calor. – Identifica cualquier fuente potencial de pérdida de calor del edificio. Estas pueden incluir:
> Pérdidas de transmisión: Calcula las pérdidas de calor a través de las superficies del edificio en función de la diferencia de temperatura y las propiedades de los materiales.
> Pérdidas de infiltración: Estima las pérdidas de calor debidas a la infiltración de aire no deseado a través de grietas y rendijas. Utiliza tasas de infiltración típicas para edificios similares.
> Pérdidas de ventilación: Calcula las pérdidas de calor asociadas con el sistema de ventilación, si es relevante.
4. Paso 4: Balance de calor. – Realiza un balance de calor tomando en cuenta las ganancias y pérdidas de calor para determinar la carga térmica total del edificio en un día de diseño típico (el día más frío y/o más caliente del año). La fórmula general es:
Carga Térmica Total = Ganancias de Calor – Pérdidas de Calor
5. Paso 5: Carga térmica por espacio. – Desglosa la carga térmica total por espacio dentro del edificio. Esto te permite dimensionar los sistemas de calefacción y refrigeración para satisfacer las necesidades específicas de cada área. Para la definición de estas áreas tendrás que pensar como va a operar tu edificio, para ver si haces si haces un control individual por habitación, uno por zona día/zona noche, uno general para espacios diáfanos, etc.
6. Paso 6: Selección de sistemas de climatización. – Con base en las cargas térmicas calculadas, selecciona sistemas de calefacción y refrigeración adecuados. Esto puede incluir bombas de calor, calderas, acondicionadores de aire, sistemas de ventilación y otros equipos.
7. Paso 7: Diseño de aislamiento. – Utiliza los resultados del cálculo de cargas térmicas para determinar los requisitos de aislamiento en las paredes, techos y suelos del edificio. Asegúrate de que el aislamiento sea suficiente para cumplir con las recomendaciones mínimas de confort que marca la legislación vigente.
8. Paso 8: Implementación y ajuste. – Una vez que se han seleccionado los sistemas de climatización y se ha seleccionado el mejor aislamiento, implementa las medidas necesarias en el edificio. Luego, ajusta los sistemas para garantizar un funcionamiento óptimo y cumplir con las cargas térmicas calculadas.
Una materia, por tanto, que requiere de ciertos conocimientos en termodinámica, transferencia de calor y mecánica de fluidos. Disciplinas todas, propias de profesionales de la ingeniería o la arquitectura. De ahí, que se entienda la problemática existente de que estos cálculos, en realidad, están siendo acometidos a pie de campo, por instaladores o técnicos, a groso modo.
Software para cálculo de cargas térmicas
Para finalizar, nos gustaría aportar una serie de software de referencia, que puede ser de gran utilidad a la hora de llevar a cabo esta labor:
1. HAP (Hourly Analysis Program) de Carrier. – HAP ofrece capacidades avanzadas para el cálculo de cargas térmicas y simulaciones energéticas detalladas. Permite modelar sistemas de climatización y proporciona resultados precisos para el diseño de sistemas de climatización / calefacción eficientes.
2. Autodesk Revit. – Revit permite la creación de modelos 3D BIM (Building Information Modeling) sobre los que opera su módulo MEP (Mechanical – Electrical – Plumbing) para realizar cálculo de cargas térmicas de forma exhaustiva y diseñar los sistemas de climatización / calefacción dentro del propio entorno.
3. Autodesk Green Building Studio. – Este software realiza análisis energéticos avanzados y ofrece recomendaciones para mejorar la eficiencia energética de los edificios. Es una herramienta valiosa para la toma de decisiones sostenibles en diseño de edificios.
4. DesignBuilder. – DesignBuilder es un software de diseño y simulación energética que se integra con programas de modelado de edificios en 3D. Permite realizar análisis de energía, cargas térmicas y evaluaciones de confort.
5. Energy Plus e+. – Permite modelar sistemas de energía complejos con foco en un diseño sostenible, el cumplimiento normativo y la evaluación de tecnologías energéticas, siendo una herramienta de código abierto y gratuita.
6. eQUEST (Quick Energy Simulation Tool). – Es una herramienta de modelado y simulación energética que permite evaluar el rendimiento energético de edificios. Ayuda en el diseño de sistemas de calefacción, refrigeración, iluminación y control.
7. Pipeflow. – Pipeflow permite diseñar sistemas de tuberías eficientes y calcular presiones, caudales y temperaturas en sistemas de calefacción, refrigeración y fontanería.
8. Pipedata. – Es una especie de navaja suiza diseñado específicamente para el diseño y cálculo de sistemas de tuberías y redes de fontanería. Facilita la selección de tuberías, válvulas, bombas y otros componentes en sistemas de fluidos.
Nuestro equipo podrá solucionar cualquier duda que tenga acerca de la construcción modular, contacte con nosotros.
